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数控技术六进给伺服系统PPT课件

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机床数控技术：第6章 数控伺服系统

机床数控技术：第6章 数控伺服系统
30
6.2 伺服电动机
伺服电动机是数控伺服系统的重要组成部分， 是速度和轨迹控制的执行元件。
数控机床中常用的伺服电机： ● 直流伺服电机（调速性能良好） ● 交流伺服电机（主要使用的电机） ● 步进电机（适于轻载、负荷变动不大） ● 直线电机（高速、高精度）
31
6.2.1 直流伺服电机及工作特性
6.1 概述
伺服系统的性能直接关系到数控机床执行件的 静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢 和稳定程度等。所以，至今伺服系统还被看做是一 个独立部分，与数控装置和机床本体并列为数控机 床的三大组成部分。
按ISO标准，伺服系统是一种自动控制系统，其 中包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的值紧 密地响应输入量的值。
数控机床常用的直流电动机有： ●直流进给伺服系统：永磁式直流电机； ●直流主轴伺服系统：励磁式直流电机；
图6.5 直流伺服驱动系统的一般结构
32
6.2.1 直流伺服电机及工作特性
直流电动机原理
根据法拉第电磁感应定理 当载流导体位于磁场中，导
体上受到的电磁力F:
F = B ×L× i
B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。 F、B、i之间的方向关 系可用左手定则确定。
29
6.1 概述
6.1.4 伺服系统的发展 由于直流电动机存在换向火花和电刷磨损等问题
，美国通用电气(GE)公司于1983年研制成功采用 笼型异步交流伺服电动机的交流伺服系统。采用 矢量变换控制变频调速，使交流电动机具有和直 流电动机—样的控制性能，又具有机构简单、可 靠性高、成本低，以及电动机容量不受限制和机 械惯性小等优点。 日本于1986年又推出了全数字交流伺服系统。
28

数控伺服系统PPT课件( 27页)

数控伺服系统PPT课件( 27页)

•
14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。
•
15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。
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5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。
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15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。
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5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。
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6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。
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7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。
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8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。
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11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。
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12、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。
•
13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。
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6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。

数控机床技术(第六章数控机床的进给传动系统)

数控机床技术(第六章数控机床的进给传动系统)

第六章 数控机床的进给传动系统
（2）滚珠丝杠副的特点 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达92 ％-96％，是普通梯形丝杠的3-4倍，功率消耗减少 2/3-3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。 4）不能自锁、有可逆性。 5）制造成本高。
第六章 数控机床的进给传动系统
第六章 数控机床的进给传动系统
下图所示是静压丝杠副的结构图。
第六章 数控机床的进给传动系统
螺纹面上油腔的连 接形式与节流控制方 式有两种，如图所示。 图 a 中每扣螺纹每侧 中径上开 3-4 个油腔， 每个油腔用一个节流 器控制，称为分散阻 尼节流。图 b 是将分 布于同侧、同方位上 的 3-4 个油腔用一个 节流器控制，称为集 中 阻 尼 节 流 。
第六章 数控机床的进给传动系统
一、滚珠丝杠副
中小型数控机床中，滚珠丝杠副是减少运动部件摩擦 阻力和动静摩擦力之差最普遍采用的结构。
1．滚珠丝杠副工作原理及特点 （1）滚珠丝杠副的工 作原理
滚珠丝杠副是回转 运动与直线运动相互转 换的新型传动装置，是 在丝杠和螺母之间以滚 珠为滚动体的螺旋传动 元件。
在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影 响进给系统的定位精度，在闭环系统中，它是系统的主要 非线性环节，影响系统的稳定性。常用的消除传动部件间 隙的措施是对齿轮副、丝杠副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及 支承部件进行预紧或消除间隙。但是，值得注意的是，采 取这些措施后可能会增加摩擦阻力及降低机械部件的使用 寿命，因此必须综合考虑各种因统
四、双齿轮—齿条副 在大型数控机床（如大型数控龙门铣床）的直 线进给运动中，可采用的另一种传动方式是齿轮— 齿条结构，它的效率高，结构简单，从动件易于获 得高的移动速度和长行程，适合在工作台行程长的 大型机床上用作直线运动机构。但机构的位移精度 和运动平稳性较差。 当负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法， 分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间 隙。当负载大时，采用顶加负载双齿轮—齿条无间 隙传动机构能较好地解决这个问题。

伺服驱动ppt

伺服驱动ppt

① 调速范围宽，在大的速度范围内运转 稳定。
一般要求速比可达1:10000，最低稳
定运转速度nmin≤0.1r/min。
② 负载特性硬，抗扰动能力强。
能保证切削过程中受负载冲击时速度
不变，尤其在低速时，应有足够的负载能力。
第4章 伺服驱动系统
③ 反应速度快。
一般要求，伺服响应时间为几十毫秒，
箱、 滚珠丝杠驱动工作台运动， 其运动
的位移量与指令脉冲数成正比， 运动速
度与脉冲的频率成正比。
第4章 伺服驱动系统
4.2.1 步进电动机
步进电动机的特点
步进电动机是一种将电脉冲信号
转换成相应角位移的机电执行元件。给
一个电脉冲信号，步进电动机就回转一
个固定的角度，称为一步，所以称为步
进电动机。由于其转动角度由脉冲个数
第4章 伺服驱动系统
其主要缺点如下： （1）使用不当时，会引起 “失步”或
“过冲”。 （2）运转时有振动和噪音。 （3）额定转速较低，最高频率一般不超
过18kHz。
第4章 伺服驱动系统
2. 步进电动机的分类
（1） 反应式步进电动机
反应式步进电机的定子和转子由硅
钢片或其他软磁材料制成，定子上有励磁绕
荡现象。且其快速性好，动态精度高，传动机构的非线性
因素对系统的影响小。因此被广泛采用。但如果传动机构
的误差过大或其误差不稳定，则数控系统难以补偿。如由
传动机构的扭曲变形所引起的弹性间隙，因其与负载力矩
有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差
以及由于环境温度与丝杠温度变化所引起的丝杠螺距误差
指令脉冲 环形 分配器
步进电动机
步进电动机 功率放大器

伺服系统培训课件

伺服系统培训课件
常见故障： 伺服电动机不转—数控系统速度信号与否输
出；使能信号与否接通；冷却润滑条件与 否满足；电磁制动与否释放；驱动单元故 障；伺服电动机故障 位置误差—系统设置旳允差过小；伺服增益 设置不妥；位置检测装置有污染；进给传 动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平 衡装置不稳
第二节 进给伺服系统
• 漂移—当指令值为零时，坐标轴仍移动从 而导致位置误差。通过漂移赔偿和驱动单 元上旳零速调整来消除
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 FANUC企业直流进给驱动系统
小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机 采用PWM速度控制单元 大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸 管速度控制单元 均有过速、过流、过载等多种保护功能
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 SIEMENS企业直流进给驱动系统
• 回参照点故障—有找不到和找不准参照点 两种故障，前者重要是回参照点减速开关 产生旳信号或零标志脉冲信号失效所致， 可用示波器检测信号；后者是参照点开关 挡快位置设置不妥引起，只要重新调整即 可
第三节 位置检测装置
• 位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补 运算（包括对伺服系统位置和速度旳规定）
一、位置检测装置旳维护 4.旋转变压器 输出电压与转子旳角位移有固定旳函数关
• 位置环是伺服系统中重要旳一环，检测元 件旳精度直接影响机床旳位置精度（闭环 常用光栅，半闭环常用编码器）
• 故障形式是在CRT上显示报警号和信息 • 轮廓误差、静态误差监视报警和测量装
置监控报警
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置旳维护 1.光栅 透射光栅与反射光栅 光栅输出信号：二个相位和一种零标志 维护注意点

数控机床的伺服驱动系统

数控机床的伺服驱动系统
不同的含义。数组说明的方括号中给出的是某一维的长度;而 数组元素中的下标是该元素在数组中的位置标识。 数组是一种构造类型的数据。一维数组可以看作是由一维数 组嵌套而构成的。
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6.2 二维数组
6.2.3二维数组的初始化
一维数组初始化也是在类型说明时给各下标变量赋以初值。 一维数组可按行分段赋值，也可按行连续赋值。
6.2 步进电机及其驱动控制系统
4、根据结构分类 步进电机可制成轴向分相式和径向分相式，轴向分相式
又称多段式，径向分相式又称单段式。单段反应式步进电机， 是目前步进电机中使用最多的一种结构形式。还有一种反应 式步进电机是按轴向分相的，这种步进电机也称为多段反应 式步进电机。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
6.2.1步进电机的分类
1、根据相数分类 步进电机有二、四、五、六相等几种，相数越多，步距
角越小，而且采用多相通电，可以提高步进电机的输出转矩。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
2、根据力矩产生的原理分类 分为反应式和永磁反应式(也称混合式)两类。 反应式步进电机的定子有多相磁极，其上有励磁绕组， 而转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产生 反应力矩实现步进运行。永磁反应式步进电机的定子结构与 反应式相似，但转子用永磁材料制成或有励磁绕组、由电磁 力矩实现步进运行，这样可提高电机的输出转矩，减少定子 绕组的电流。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
1、三相三拍工作方式 在图6-2中，设A相通电，A相绕组的磁力线为保持磁阻
最小，给转子施加电磁力矩，使磁极A与相邻转子的1、3齿 对齐；接下来若B相通电，A相断电，磁极B又将距它最近的 2、4齿吸引过来与之对齐，使转子按逆时针方向旋转30°； 下一步C相通电，B相断电，

数控机床进给伺服系统的工作原理(共5张PPT)

数控机床进给伺服系统的工作原理(共5张PPT)
度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、 伺服机构或伺服单元。
进给伺服系统的工作原理
进给伺进服系给统伺的工服作系原理统是数控装置和机床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给
数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
机床完成进给运动。。 带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 进给伺服系统的工作原理 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进 进给伺服系统的工作原理
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
给 ，经位置控制和速度控制单元输出到速度环，直到机床完成进给运动。 比较控制环节 驱动控制单元 执行元件 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机 指 构或伺服单元。 令 机 进给伺服系统的工作原理 床 数控机床常见故障诊断与排除
，经位脉置控冲制或和速进度给控制位单移元量输出信到息速度，环经，直过到变机换床完和成放进给大运由动伺。 服电机带动传动机构，最后转化为机床的
伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进给伺直服系线统或是数转控动装置位和移机。床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机

进给伺服系统概述

进给伺服系统概述
上面已经把数控机床位置伺服系统简化为典型的二阶系统。 下面 将应用控制系统的分析方法来讨论数控机床位置伺服系统的性能指 标。 （一）动态性能 （１）．动态性能分析 动态过程是指控制系统在输入作用下从一个稳态向新的稳态转 变的过渡过程。位置伺服系统在跟踪加工的连续控制过程中，几乎始 终处于动态的过程中。 控制系统都是受到给定与扰动两种输入的作用。 理想的控制系统 应该对给定输入的变化能够准确地跟踪， 同时又完全不受扰动输入的 影响。即系统应该具有很好的跟随性和很强的抗干扰性。 对于位置随动系统，给定值的变化量是主要输入，动态过程将围 绕这个变化了的给定值变化。 阻尼比ζ是描述系统动态性能的重要参 数。 欠阻尼 0<ζ<1 时进给伺服系统的传递函数： 这种情况下系统对于斜坡输入信号的跟随响应是要经历振荡的， 如下 图所示 ：
大倍数。 调速单元输出的量是速度量，这一速度量经过积分环节 1/s 后成为角 位移量。
2-1、进给伺服系统的数学模型
对控制系统的数学描述， 实际上就是首先建立系统中各环节的传 递函数，然后求出整个系统的传递函数。有速度内环的闭环系统如 图 8-4 所示：
位置检测环节是指位置传感器（光电编码器，旋转变压器等）和后置 处理电路。作用是把位置信号转换为电信号。这个环节也可以看做是 一个比例环节，比例系数是 K f 。 将各环节的传递函数置换 8-4 的框图， 就得到了动态结构图， 如图 8-5 所示：
1．静态性能分析
控制系统中，最重要的是稳定性问题。如果一台数控机床的伺服 控制系统是不稳加工的。因此，任何控制系统首先必须是稳定的。 2、稳态性能指标 位置伺服系统的稳态性能指标主要是定位精度，指的是系 统过度过程终了时实际状态与期望状态之间的偏差程度。 一般数控机 床的定位精度应不低于 0.01mm，而高性能数控机床定位精度将达到 0.001mm 以上。 影响伺服系统稳态精度的原因主要有两类， 一类是位置测量装置

数控技术6ppt课件

数控技术6ppt课件

A、B两相的作用
A
✓ 根据脉冲的数目可得出被
测轴的角位移；
✓ 根据脉冲的频率可得被测
90O
轴的转速；
B
✓ 根据A、B两相的相位超前
滞后关系可判断被测轴旋
转方向。
Z相的作用
Z
✓ 被测轴的周向定位基准信号；
……
✓ 被测轴的旋转圈数计数信号。
码盘转一圈
增量式码盘的规格及分辨率
规格 ✓ 增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；
磁栅检测装置的组成及特点
制作简单、安装调整方便，对使用环境条件要求较低
1、磁性标尺
常采用不导磁材料做基体，在上面镀上一 层10~30μm厚的均匀磁膜。再用录磁磁头在磁 尺上记录节距相等的周期性变化的磁信号，节 距通常为0．05、0．1、0．2μm等。最后磁尺 表面涂上保护层。
莫尔条纹的特点：
(2)平均效应
莫尔条纹是由若干线纹组成，例如每毫米100线的光栅， 10mm长的莫尔条纹，等亮带由2000根刻线交叉形成。
因而对个别栅线的间距误差(或缺陷)就平均化了，在很 大程度上消除误差的影响。
莫尔条纹的节距误差就取决于光栅刻线的平均误差。
莫尔条纹的特点：
(3)莫尔条纹的移动规律 莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。
22
测得被测轴的周向绝对位置。
21
20
绝对编码盘的编码方式及特点
二进制编码： ✓ 特点：编码顺序与位置顺序相一 致，但相邻两个二进制数可能有 多个码不同，切换时容易产生非 单值性误差。
✓ 误差分析：
0111
23
1000
22
21
20
3.绝对式脉冲编码器
格雷码（循环码、葛莱码） ✓ 特点：任何两个编码之间只 有一位是变化的，因而可把 误差控制到最小。但编码与 位置顺序无直接规律。

数控机床进给伺服系统的基本结构(共7张PPT)

数控机床进给伺服系统的基本结构(共7张PPT)

。
速度控制模块
一进给伺服系统的结构
步进伺服系统原理图
伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块 数控机床常见故障诊断与排除 位置指令、位置检测装置、位置反馈比较环节、位置控制模块、速度控制环、机械传动装置 位置指令、位置检测装置、位置反馈比较环节、位置控制模块、速度控制环、机械传动装置 伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块 伺服系统的结构通常由位置控制环和速度控制环组成。 伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块 数控机床进给伺服系统的基本结构 驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统） 。 驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统） 。 伺服系统的结构通常由位置控制环和速度控制环组成。 位置指令、位置检测装置、位置反馈比较环节、位置控制模块、速度控制环、机械传动装置 驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统） 。
数控机床常见故障诊断与排除 数控机床进给伺服系统的基本结构
一进给伺服系统的结构
数控机床的伺服系统一般由驱动元件、机械传动部件、执行部件和检测反馈环 节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行部
件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系
统）。）。
一进给伺服系统的结构
制环 数控机床的伺服系统一般由驱动元件、机械传动部件、执行部件和检测反馈环节等组成。
伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块

数控机床伺服系统培训课件

数控机床伺服系统培训课件
•起动频率fq 电机正常起动时(不丢步)所能承受旳最高 控制频率,起动频率低于持续运动频率,由 于起动时电机既要克服负载力矩,又要克 服惯性力矩，且负载越大，fq越低。
•持续运行频率（最高工作频率） fm步ax进电机持续工作时能接受旳最高频率,因运行时
转动惯量旳影响比起动时大大减小，因此fmax 》 fq，它表明步进电机所能到达旳最高速度
•步进电机定子绕组的通电状态的改变速度越快，其 转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高， 转子的转速越高，即步进电机选型及工作方式定下后， 步令距脉角冲频率是f确的定大的小，：因n=此其×转60速f=n3(r6/0min×)只60取f 决于指
mzk
2. 步进电机旳重要特性
•步距角 输入一种脉冲信号,转子转过旳角度 步距角越小,加工精度越高
变化外加电压u 变化磁通量
他励式直流电动机 调速原理图
电枢等效电路图
变化磁通量旳措施不能满足数控机床旳规定，而变 化电压旳措施具有恒转矩旳调速特性，机械特性好，
即机械特性与调整特性都是直线，转速与控制量U之 间是线性关系，而后一种措施转速与控制量 是非
线性关系，控制及设计系统都不以便。因此永磁直
流电机大都采用该调速方案。
•脉冲分派器（环C)伺服电动机
直流伺服电动机是将直流电能转换成机械能旳旋转电动机 直流伺服电动机具有良好旳调速特性，对伺服电机旳调速 性能规定高旳设备中，大都采用DC伺服电动机驱动。
直流伺服电动机的工作原理主要基于
电磁力定律：载流导体在磁场中要受到电磁力作用
电磁感应定律：当导体在磁场中运动并切割磁力线时，导 体中要产生感应电动势
㈣ 交流(AC)伺服电动机
直流伺服电动机构造较复杂，电刷、换向器需常常维 护，电机转速受限，AC克服此缺陷，因此AC伺服电动 机有取代DC伺服电动机旳趋势

数控加工技术-第五章 数控机床的伺服系统

数控加工技术-第五章 数控机床的伺服系统

《数控加工技术》
2. 步进电动机的工作原理 反应式步进电动机又叫可变磁阻式 (Variable Reluctance) 步进电动机, 简称 VR 电动机。 (1) 反应式步进电动机的结构
图 5-5 径向式三相反应式电动机的结构原理 1—绕组 2—定子铁心 3—转子铁心 4—A 相
图 5-6 三相轴向分相式反应式步进电动机的结构原理 1—外壳 2—C 段绕组 3—C 段定子 4—转轴 5—C 段检转子 6—空气隙
《数控加工技术》
1. 步进电动机的分类 步进电动机的种类繁多, 步进电动机按运动方式可分为旋转运动、 直线运动、 平面运 动和滚切运动式步进电动机; 按工作原理可分为反应式 (磁阻式)、 电磁式、 永磁式、 永磁 感应子式步进电动机; 按使用场合可分为功率步进电动机和控制步进电动机; 按结构可分为单 段式 (径向式)、 多段式 (轴向式)、 印刷绕组式步进电动机; 按相数可分为三相、 四相、五 相步进电动机等; 按使用频率可分为高频步进电动机和低频步进电动机。 不同类型的步进电 动机, 其工作原理、 驱动装置也不完全一样。
普通高等教育3D版机械类规划教材
数 控 加 工 技 术（3D版）
2020.8
《数控加工技术》
第五章 数控机床的伺服系统
§5-1 数控机床的伺服系统概述 §5-2 伺服系统的驱动元件 §5-3 伺服系统的位置检测装置
《数控加工技术》 5.1 数控机床的伺服系统概述
5.1.1 伺服系统的组成及工作原理
《数控加工技术》
3) 三相六拍工作方式。 若定子绕组的通电顺序是A→AB→B→BC→C→CA→A→……, 这 种通电方式是单、 双相轮流通电。
《数控加工技术》
5.1.3 数控伺服系统的分类
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二、 对伺服系统的基本要求
1. 位移精度高
伺服系统的精度是指输出量跟随输入量的精确 程度。伺服系统的位移精度是指指令脉冲要求 机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经伺服 系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。 两者误差愈小，位移精度愈高。
2. 稳定性好
稳定性是指系统在给定外界干扰作用下，能在 短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来 平衡状态的能力。要求伺服系统具有较强的抗 干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳定性 直接影响数控加工精度和表面粗糙度。
3. 快速响应快
快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反 映了系统跟踪精度。机床进给伺服系统实际上就 是一种高精度的位置随动系统，为保证轮廓切削 形状精度和低的表面粗糙度，要求伺服系统跟踪 指令信号的响应要快，跟随误差小。
4. 调速范围宽
调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转 速和最低转速之比。在数控机床中，由于所用刀 具、加工材料及零件加工要求的不同，为保证在 各种情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服 系统具有足够宽的调速范围。
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第六章 数控机床的伺服系统
第一节 概述
一、 伺服系统的组成
数控机床的伺服系统按其功能可分为： 进给伺服系统和主轴伺服系统。主轴伺服 系统用于控制机床主轴的转动。进给伺服 系统是以机床移动部件（如工作台）的位 置和速度作为控制量的自动控制系统，通 常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动 机构及执行部件组成。
进给伺服系统的作用：接受数控装置 发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动 装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直 流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械 传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现 工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统与一般机床的进给系 统有着本质的区别：能根据指令信号精确地控 制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行 部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如果 把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布 “命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控 机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它 是一个不折不扣的跟随者。
位置反馈
图6-3 半闭环伺服系统简图
（ 二） 进给驱动与主轴驱动
进给伺服系统包括速度控制环和位置控制环，用 于数控机床工作台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 所需转矩。主轴伺服系统只是一个速度控制系统， 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，且保证任意转速的调节。
指令脉冲
工作台
步进电机
齿轮箱
驱动控制 线路
图6-1开环伺服系统简图
2、闭环伺服系统又可进一步分为全闭环和半
闭环伺服系统。全闭环伺服系统的位置检测装 置安装在机床的工作台上（图6-2），检测装置 测出实际位移量或者实际所处位置，并将测量 值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得差值， 依此构成闭环位置控制。闭环方式被大量用在 精度要求较高的大型数控机床上。
（三）直流、交流伺服系统与直线电动机伺服系统
直流伺服系统就是控制直流电机的系统。目前使 用比较多的是永磁式直流伺服电机。永磁直流伺 服电机（也称为大惯量宽调速直流伺服电机）， 调速范围宽，输出转矩大，过载能力强，而且电 机转动惯量较大，应用较方便 ，适合数控机床对 频繁启动、制动、以及速度定位、切削的要求。
小型数控机床上，使用半闭环系统较多。
指令
伺服驱动装置
位置控制模 块
速度控制单 元
速度环
工作台 位置检测
伺服电 机
速度检测
测量反
位置馈 环
图6-2 闭环进给伺服系统结 构
这种系统不反映反馈回路之外的误差，由于高分辨率的检 测元件也可以获得比较满意的精度
指令+
位置比
—-较
速度控 制
工作台
伺 机刷，限制了转速的提高，而 且结构复杂，价格也高。进入80年代后，由于 交流电机调速技术的突破，交流伺服驱动系统 进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服 电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。 而且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环 境中使用，易于向大容量、高速度方向发展， 其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 另外从减少伺服驱动系统外形尺寸和提高可靠 性角度来看，采用交流电机比采用直流电及更 合适。交流伺服电机已在数控机床中得到广泛 应用。
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖 开，然后拉直演变而成，利用电磁作用原理， 将电能直接转换成直线运动动能的一种推力装 置，是一种较为理想的驱动装置。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动 机的最大区别是取消了从电动机到工作台之间 的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩 短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电 动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由 于直线电动机在机床中的应用目前还处于初级 阶段，还有待进一步研究和改进。随着各相关 配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善， 相信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广 泛应用。
5. 低速大扭矩
要求伺服系统有足够的输出扭矩或驱动功率。 机床加工的特点是，在低速时进行重切削。因 此，伺服系统在低速时要求有大的转矩输出。
三、伺服系统的分类
数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位置 反馈装置分为开环和闭环伺服系统；按其用途 和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按 其驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动 系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系统 又分为直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系统 及直线电动机伺服系统。本章主要介绍进给伺 服驱动系统
3、半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在 电动机轴上，用以精确控制电机的角度，然后 通过滚珠丝杠等传动部件，将角度转换成工作 台的位移，为间接测量(图6-3)。即坐标运动的 传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差 没有得到系统的补偿，因而半闭环伺服系统的 精度低于闭环系统。目前在精度要求适中的中
（一）开环和闭环伺服系统 1、如图6-1为开环伺服系统简图，步进电机转过的角度与指
令脉冲个数成正比，其速度由进给脉冲的频率决定,反映到工作台上 是其移动速度和位移大小。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电 顺序，就可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。由于系统 中没有监测和反馈环节，工作中移动到不到位，取决于不进电机的步 距角精度，齿轮传动间隙，丝杠螺母副的精度等。