数控机床进给伺服系统的组成和分类

机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。

二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。

从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。

位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。

指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。

位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。

它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。

开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。

如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。

由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。

闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。

系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。

与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。

由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。

闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm～±0.005 mm。

半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。

将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。

闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与凋试都比较简单。

全数字伺服系统随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。

使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。

伺服系统的分类主轴驱动系统→主轴的旋转运动进给驱动系统→进给轴直线运动直流驱动系统交流驱动系统伺服系统（组成）伺服电机（M）驱动信号控制转换电路电力电子驱动放大模块电流调解单元，速度调解单元检测装置数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度作为控制系统，它是执行CNC装置所发出命令的执行机构。

因为电动机拖着一个重量很重的工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度，精确定位，可以想象其难度之大位置环也称为外环，其输入信号是计算机给出的指令和位置检测器反馈的位置信号。

这个反馈是负反馈，也就是说与指令信号相位相反。

指令信号是相位置环送去加数，而反馈信号是送去减数。

位置环的输出就是速度环的输入位置检测器可以是光电编码器、旋转变压器，也可能是光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。

但是，它的作用就是检测位置的，有时可能是直接检测位置的，有时可能是直接检测位置，但也有时是间接检测位置机床进给伺服系统高精度快响应宽调速范围低速大转矩对主轴传动提出下述要求：1、主传动电动机应有（2.2~250）KW的功率范围；2、要有大的无级调速范围，如能在1：100~1000范围内进行恒转矩速度和1：10的恒功率调速3、要求主传动有四项限的驱动能力4、为了满足螺纹车削，要求主轴能与进给实行同步控制5、在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高精度定向停位控制，甚至要求主轴具有角度控制功能等。

主轴驱动变速目前主要有两种形式：一是主轴电动机带齿轮换挡，目的在于降低主轴转速，增大传动比，放大主轴功率以适应切削的需要；二是主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电动机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点FANUC公司主轴驱动系统主要采用交流主轴驱动系统S H P 三个系列（1.5~37、1.5~22、3.7~37KW）SIEMENS 公司主轴驱动系统直流主轴电机1GG5、1GF5交流主轴电机1PH5、1PH6主轴伺服系统的故障形式及诊断方法故障形式诊断方法速度调节器的输入作为电流调节器的给定信号来控制电动机的电流和转矩。

伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)
伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。

下图给出了伺服系统组成原理框图。

图伺服系统组成原理框图
1.比较环节
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信
2.控制器
控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。

3.执行环节
执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。

机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。

4.被控对象
5.检测环节
检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。

伺服系统工作原理伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化而变化的自动控制系统，即伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。

它由计算机数字控制系统、伺服驱动器、伺服电动机、速度和位置传感器等组成。

计算机数字控制系统用来存储零件加工程序，根据编码器反馈回来的信息进行各种插补运算和软件实时控制，向各坐标轴的伺服驱动系统发出各种控制命令。

伺服驱动器和伺服电动机接收到计算机数字控制系统的控制命令后，对功率进行放大、变换与调控等处理，能够快速平滑调。

数控机床的伺服系统的组成和各伺服电机技术的特点
数控机床伺服系统是以机械位移为直接控制目标的自动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系统。

伺服系统的组成是由：比较环节——驱动电路——执行元件——传动装置——移动部件；速度反馈，位置反馈环节。

进给伺服电机技术特点有六点：
1 调速范围宽。

2 位移精度高；一般数控机床的脉冲当量为0.01mm~0.005mm脉冲，高精度的数控机床其脉冲当量可达0.001mm脉冲。

3 定位精度高；定位精度一般为0.01mm~0.001mm，甚至0.1um。

4 稳定性好；对伺服系统要求有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀，平稳，稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。

5 动态响应要求过渡时间要短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒。

步进电机的特点：步进电机的角位移或直线位移与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率成正比，能快速
的起动，制动和反转；在一定频率范围内各种运动方式都能任意的改变且不会失步，当停止输入控制脉冲后，只要维持控制绕组电流不变，电动机就会保持在某一固定位置上，所以步进电机具有自整步的能力，并且没有周累积误差，所以定位精度较高。

机床数控系统的组成机床数控系统是现代机床的核心技术之一，它由多个组成部分构成，共同实现对机床的自动化控制和加工操作。

本文将从硬件和软件两个方面介绍机床数控系统的组成。

一、硬件组成1.主轴驱动系统：主轴驱动系统是机床数控系统的核心部分，它负责控制主轴的转速和运动方向。

主轴驱动系统通常由伺服电机、减速器、编码器等组成，通过对电机的控制，实现对主轴的精确控制。

2.进给驱动系统：进给驱动系统用于控制工件在加工过程中的运动轴向，包括直线进给轴和旋转进给轴。

直线进给轴通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，用于控制工件的直线运动；旋转进给轴通常由伺服电机、齿轮传动等组成，用于控制工件的旋转运动。

3.运动控制卡：运动控制卡是机床数控系统的核心控制器，它负责接收数控指令，并将其转换为电信号，通过与主轴驱动系统和进给驱动系统的配合，实现对机床的精确控制。

运动控制卡通常具备高速数据处理能力和多个输入输出接口，以满足机床复杂加工过程的控制需求。

4.传感器：传感器是机床数控系统的重要组成部分，用于实时监测机床的运行状态和工件加工过程中的各种参数。

常见的传感器包括位置传感器、力传感器、温度传感器等，它们通过与运动控制卡的连接，将采集到的数据反馈给数控系统，以实现对机床的自动化调节和控制。

5.人机界面：人机界面是机床数控系统与操作人员之间的交互界面，用于输入加工参数、监视加工过程和显示加工结果等。

人机界面通常由触摸屏、键盘、显示器等组成，操作人员可以通过它们与数控系统进行交互，并实时了解机床的工作状态。

二、软件组成1.数控系统软件：数控系统软件是机床数控系统的核心程序，它负责解释和执行数控指令，控制机床的运动和加工过程。

数控系统软件通常由操作系统、驱动程序、插补算法等组成，它们共同实现对机床的高精度控制和加工操作。

2.加工程序：加工程序是机床数控系统的另一重要组成部分，它是由一系列数控指令组成的程序，用于描述工件的加工路径和加工过程。

数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。

1.按用途和功能分：(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。

主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。

进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。

(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。

主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。

2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。

其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。

（2）电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。

其优点是操作维护方便，可靠性高。

其中，1）直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。

其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。

2）交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。

优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作；动态响应好、转速高和容量大。

3.按控制原理分（1）开环伺服系统系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。

开环伺服系统的特点：1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。

2. 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。

步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。