步进(stepping)是指在机械传动系统中,将旋转运动转化为连续不断的直线运动的一种技术,也叫作“步进驱动技术”、“步进电机”等。步进可以精确地控制系统移动的距离,同时还能在运动过程中检测位置和速度等信息。
在工业自动化中,步进驱动技术广泛应用于数控机床、自动化线、包装机械、印刷机械、缝纫机等机电一体化设备。同时步进电机也被应用到CNC机床、3D打印机、医疗设备、防卫和安保系统、航天和卫星设备等领域。
步进电机由定子、转子和控制部分组成。定子中通常包含两个或四个线圈,交替通电则会使其产生电磁场。转子则由磁钢组成,其磁极数规定了每转一周需要的步数,转子上有激励单元控制旋转步数,使其适应于电路的驱动信号一致,也就是只要改变脉冲信号的个数和频率就可以改变每秒钟转动的步数了。
当驱动器给电机输入特定的电流和电压后,电机的转子会按照固定的步数和方向旋转。同时,在旋转过程中,旋转角度和速度可以由驱动器通过改变控制信号进行调节。一般来说,步进电机的控制系统具有以下三种工作模式:全步进模式,半步进模式和微步进模式。
作为自动化生产线控制的重要部件,步进电机被广泛应用于工业制造、机器人、医疗器械、3D打印、航空航天等众多领域。具体应用场景如下:
1、打印机:打印机中的步进电机主要是用于控制纸张进给、打印头移动等机械操作。
2、机床:机床方面,步进电机可用于实现工件在X、Y、Z三个方向上的精确定位、控制转台转动等;同时,步进电机还适用于实现丝杆自动上下升降,在高速状况下对工件进行自动分离。
3、医疗器械:医疗器械中的步进电机主要应用在电动手术床、电动柜子等设备上,可实现平移、抬升等操作。
步进电机具有以下优点:
1、运行平稳,不会产生振动;
2、控制简单,只需要输入不同的控制脉冲,就可以控制电机转动的角度和速度;
3、定位精度高,可以精确控制运动的距离和方向;
4、在启动和停止时能够产生很大的扭矩,对高负载情况下的运动控制具有独特的优势。
步进电机的缺点包括:
1、控制信号需要精确的矩形波形,否则电机可能会漏步或震动;
2、高速运转时易产生共振现象,对控制系统的设计和调试要求较高;
3、由于电机中需要引入电机控制芯片,整体体积较大,不适用于一些空间较小的应用场景。