数控机床对伺服系统的基本要求

伺服系统的基本要求及特征伺服系统的基本要求及特征1. 引言伺服系统作为现代控制系统中的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。

本文将从以下几个方面介绍伺服系统的基本要求及特征。

2. 基本要求伺服系统需要满足以下基本要求：•高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置或速度控制，以满足精密加工、运动控制等应用需求。

•快速响应：伺服系统需要具备快速响应的特性，能够在短时间内对输入信号作出准确的反应。

•稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够保持输出信号稳定在给定值附近，不受外部干扰的影响。

•可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够长时间稳定运行并具备故障自动检测和纠正的功能。

3. 特征伺服系统具有以下几个特征：精确度伺服系统的精确度是指系统能够实现的位置或速度控制的准确性。

通常使用误差指标来评估系统的精确度，包括位置偏差、速度误差等。

精确度与系统的传感器、控制算法等因素密切相关。

响应速度伺服系统的响应速度是指系统对输入信号作出反应的快慢程度。

响应速度取决于系统的动态特性，包括惯性、摩擦力等因素。

响应速度越快，系统的动态性能越好。

控制稳定性伺服系统的控制稳定性是指系统输出信号能够稳定在给定值附近的能力。

稳定性与系统的控制算法、控制器参数等因素密切相关。

稳定性越好，系统越不容易产生震荡、偏离目标值等问题。

功率输出伺服系统的功率输出能力是指系统能够输出的最大功率。

功率输出受到电机及传动机构等因素的限制。

高功率输出能力对于承载大负载、高速运动等应用非常重要。

4. 总结伺服系统作为控制系统的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。

高精度控制、快速响应、稳定性和可靠性是伺服系统的基本要求。

精确度、响应速度、控制稳定性和功率输出是伺服系统的主要特征。

只有满足这些要求和特征，伺服系统才能够在各种应用场景下发挥优秀的性能。

5. 应用领域伺服系统广泛应用于以下领域：•工业自动化：伺服系统用于控制工业机器人、数控机床等设备，实现高精度的加工、装配等工业自动化任务。

第1章1．数控〔NC〕和电脑数控〔CNC〕的联系和区别是什么？答：数字控制〔NC〕简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法也称数控技术。

我们把以电脑系统作为数控装置构成的数控系统称为电脑数控系统〔CNC〕。

CNC系统的数字处理功能主要由软件实现，因而十分灵活，并可以处理数字逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统的功能大大提高。

2．数控机床由哪几部分组成，各组成部分的功能是什么？答：〔1〕程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。

〔2〕数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。

〔3〕伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。

〔4〕机床主体〔主机〕：包括机床的主运动、进给运动部件。

执行部件和基础部件。

3．简述闭环数控系统的控制原理，它与开环数控系统有什么区别？答：控制原理：闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将检测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。

区别：闭环控制系统有反馈装置，而开环没有。

4．选择数控机床的时候应该考虑哪几方面的问题？答：(1)机床的类别(车、铣、加工中心等)、规格(行程范围)、性能(加工材料)。

(2)数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。

(3)数控机床的定位精度和重复定位精度。

(4)零件的定位基准和装夹方式。

(5)机床坐标系和坐标轴的联动情况。

(6)控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及A TC等相关的功能。

5．数控技术的发展趋势表现在哪几个方面？答：高速高精度、智能化、开放式数控系统、网络数控技术、提高数控系统的可靠性、实现数控装备的复合化、CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造。

陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。

(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。

(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。

导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。

要求的定位精度为±0.006mm。

设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。

设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。

1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。

数控铣（加工中心）理论知识竞赛试题注意事项1.请在试卷的标封处填写您的工作单位、姓名和准考证号2.请仔细阅读题目，按要求答题；保持卷面整洁，不要在标封区内填写无关内容3.考试时间为120分钟一、单项选择题（请将正确答案的字母代号填在题后的括号中，每题1分，共40分，多选错选不得分。

）1．光栅尺是（）。

(A).一种能准确的直接测量位移的元件(B).一种数控系统的功能模块(C).一种能够间接测量直线位移的伺服系统反馈元件(D).一种工具。

2．下列脉冲当量中，如果选用（）则数控机床的加工精度最高。

(A). 0.001mm/脉冲(B). 0.1mm/脉冲(C). 0.005mm/脉冲(D). 0.01mm/脉冲3．下列规定中（）是数控机床的开机安全规定。

(A)按机床启动顺序开机，查看机床是否显示报警信息(B). 机床通电后，检查各开关、按钮和键是否正常、灵活、机床有无异常现象(C) .手动回参考点时，要注意不要发生碰撞，并且机床要预热15分钟以上。

( D). ABC都是4．下面情况下，需要手动返回机床参考点（）。

(A). 机床电源接通开始工作之前( B ).机床停电后，再次接通数控系统的电源时(C).机床在急停信号或超程报警信号解除之后，恢复工作时(D). ABC都是5．插补运算采用的原理和方法很多，一般可归纳为（）两大类。

(A).基准脉冲插补和数据采样插补(B).逐点比较法和数字积分法(C).逐点比较法和直线函数法(D).基准脉冲法和逐点比较法6．数控机床上可使用脉冲编码器检测（）。

(A).位置(B).速度(C).角度( D).位置和速度7．伺服系统精度最差的是（）。

(A).闭环系统(B)开环系统(C).半闭环系统(D).变频调速系统8．步进电机的步矩角指的是（）。

(A).转子线圈的通电状态每改变一次，转子转过的角度(B).定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度(C).转子相对于锭子转过的角度(D).转子启动时，所处的角度位置。

第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。

数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。

开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。

驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。

闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。

位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。

3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。

3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。

数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。

开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。

开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。

半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。

这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。

闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。

闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。

3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。

从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。

按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。

按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。

在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。

数控机床对数控进给伺服系统的要求
数控机床对数控进给伺服系统的要求
（1）输出位置精度要高静态上要求定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小(以保证尺寸精度)。

动态上要求跟随精度高，即跟随误差要小，这是动态性能指标(以保证轮廓精度)。

另外，要求灵敏度高，有足够高的分辩率。

（2）响应速度快且无超调这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间tp 应尽可能短。

通常要求从0→Fmax（Fmax→0 ) 其时间应小200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。

（3）调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)调速范围：一般要求：稳定性是指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。

(4)负载特性要硬在系统负载范围内，当负载变化时，输出速度应基本不变。

即△F尽可能小；当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。

即△t尽可能短；另外应有足够的过载能力。

这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。

(5)能可逆运行和频繁灵活启停。

(6)系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。

综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。

伺服系统的基本要求及特征伺服系统是指由伺服电机、传感器、控制器和执行机构等组成的闭环控制系统。

它能够根据输入信号精确控制执行机构的位置、速度和力矩等参数。

伺服系统广泛应用于机械加工、自动化生产线、航空航天等领域，具有以下基本要求和特征。

一、基本要求1. 高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置、速度和力矩控制，以满足不同应用场景的需求。

2. 快速响应：伺服系统具备快速的响应能力，能够在瞬时改变的工况下迅速调整执行机构的运动状态。

3. 稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够在长时间运行的过程中保持稳定的控制性能。

4. 可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并具备自动故障检测和报警功能。

5. 灵活性：伺服系统应具备灵活的控制方式，能够适应不同的工作模式和工作要求。

6. 易维护性：伺服系统需要具备良好的可维护性，以便及时发现和排除故障，减少停机时间。

二、特征1. 闭环控制：伺服系统采用闭环控制方式，通过不断地测量执行机构的状态和与预设值进行比较，实现对输出信号的精确控制。

2. 反馈控制：伺服系统通过传感器实时采集执行机构的位置、速度和力矩等参数，并将其反馈给控制器，用于控制决策。

3. 高精度传感器：伺服系统中的传感器需要具备高精度的测量能力，以保证控制系统的准确性和稳定性。

4. 高性能控制器：伺服系统的控制器需要具备高性能的运算能力和快速的响应速度，以满足高精度控制的要求。

5. 电流反馈控制：伺服系统中的电机控制通常采用电流反馈控制方式，通过控制电机的电流来实现对执行机构的精确控制。

6. 可编程控制：伺服系统的控制器通常具备可编程功能，能够根据不同的应用需求进行参数设置和控制策略的调整。

7. 多轴同步控制：伺服系统能够实现多个执行机构的同步控制，以满足复杂运动控制的需求。

8. 通信接口：伺服系统通常具备各种通信接口，可以与上位机进行数据交互和远程监控。

9. 自动故障检测和报警：伺服系统能够自动检测执行机构和传感器的故障，并及时发出报警信号，以减少故障对生产过程的影响。

数控机床简答综合题三、简答题（试卷）26.简述数控机床对进给传动系统的要求。

.答案:数控机床对进给系统的要求: (1 )运动件间的摩擦阻⼒⼩川2)消除传动系统中的间隙; ( 3)传动系统的精度和刚度⾼沃的减少运动惯性，具有适当的阻尼。

27.卧式加⼯中⼼常采⽤T形床⾝布局的优点是什么?答案:T形床⾝布局的优点z刚性好，提⾼了⼯作台的承载能⼒，易于保证加⼯精度;有较长的⼯作⾏程。

28.简述经济型数控车床的特点。

答案:经济型数控车床的特点:1)⼀般是在普通车床的基础上进⾏改进设计2)采⽤步进电动机驱动的开环伺服系统; 3)其控制部分采⽤单板机、单⽚机或档次⽐较低的数控系统来实现4）此类车床结构简单，价格低廉5）功能简单。

29.中⼩型数控车床多采⽤倾斜床⾝或⽔平床⾝斜滑板结构，其优点是什么?答案:(1)机床外形美观，占地⾯积⼩; ( 2)易于排屑和冷却液的排流; ( 3)便于操作者操作和观察沃的易于安装上下料机械⼿，实现全⾯⾃动化; ( 5)可采⽤封闭截⾯整体结构，以提⾼床⾝的刚度。

30.简述滚珠丝杠螺母副的⼯作原理。

答案：⼯作原理：在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在⼀起时便形成了滚珠的螺旋滚道。

螺母上有滚珠回路管道，将⼏圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。

当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既⾃转⼜沿滚道循环转动。

因⽽迫使螺母(或丝杠)轴向移动。

三、简答题1.球杆仪的作⽤是什么?简述其测量原理。

球杆仪的作⽤:机床精度综合检测分析的标准设备。

球杆仪的测试原理为:利⽤机床的两轴联动做圆弧插补，通过分析圆弧的半径变化和弧线的轨迹特征来判断机床的误差元素。

2.简述数控机床的基本使⽤条件。

数控机床的基本使⽤条件:(1)保证⼀定的环境温度和湿度;(2)地基牢靠，有隔震措施; (3)⼯作地点允许的海拔⾼度为1000m ; (4)稳定的供电电源，有抗⼲扰措施; (5 )保护接地。

三、简答题2.数控电⽕花线切割机床有邮⼏部分组成?简述电⽕花线切割加⼯的基本原理。

伺服系统的基本要求
伺服系统是一种精确跟随输入信号并能快速响应的自动控制系统，其基本要求包括：
1. 精度高：伺服系统应具备高定位精度和跟踪精度，能在较短时间内快速响应指令信号，确保输出轴的实际位置、速度和加速度与期望值一致。

2. 快速响应：伺服系统需具备快速动态响应能力，能够在短时间内达到稳定状态，尤其是在负载变化时也能保持稳定的输出。

3. 稳定性好：伺服系统必须在各种工况下都能保持稳定工作，即使在扰动或不确定性条件下也能恢复平衡状态，避免振荡和超调。

4. 动态性能优良：具有宽广的调速范围和足够的过载能力，同时保证低速平稳性和高速时的快速性。

5. 可靠性强：伺服系统应具备较强的抗干扰能力和自我诊断修复功能，确保长期稳定可靠运行。

6. 易于控制与调节：伺服系统应支持灵活方便的控制方式，易于根据应用场景进行参数调整和优化。

伺服系统是什么_伺服系统的基本要求_伺服系统的基本组成伺服系统是什么伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。

伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。

它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。

在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。

伺服系统最初用于国防军工，如火炮的控制，船舰、飞机的自动驾驶，导弹发射等，后来逐渐推广到国民经济的许多部门，如自动机床、无线跟踪控制等。

伺服系统主要作用1、以小功率指令信号去控制大功率负载；2、在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；3、使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。

伺服系统的分类从系统组成元件的性质来看，有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等；从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等；从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；从系统的结构特点来看，有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。

伺服系统按其驱动元件划分，有步进式伺服系统、直流电动机（简称直流电机）伺服系统、交流电动机（简称交流电机）伺服系统。

伺服系统的基本要求（1）稳定性好：稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。

（2）精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。

作为精密加工的数。

《数控机床》作业参考答案（一）第一章数控机床简介一、填空题1、控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置2、数字控制3、并联4、自适应控制（AC）二、单选题1、C2、D3、A4、D5、B三、判断题1、×2、√3、×4、√5、√四、简答题1、简述数控机床的发展趋势。

答：（1）高速度与高精度化：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①数控系统采用位数、频率更高的微处理器；②采用全数字交流伺服系统，大大提高了系统的定位精度、进给速度；③机床静、动摩擦的非线性补偿技术；④应用高速大功率电主轴；⑤配置高速、功能强的内装式可编程控制器；⑥采用高性能和可靠的新型功能部件—电滚珠丝杠；（2）多功能化：数控机床采用一机多能；数控机床具有前台加工、后台编辑的前后台功能；数控机床除具有通讯口、DNC功能外，还具有网络功能；（3）智能化：数控机床引进自适应控制技术；采用故障自诊断、自修复功能；具有刀具寿命自动检测和自动换刀功能；数控机床引进模式识别技术；（4）高的可靠性：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①提高系统的硬件质量；②采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式；③增强故障自诊断、自恢复和保护功能。

2、简述数控机床各组成部分的作用。

答：数控机床一般由以下几个部分组成：（1）控制介质：控制介质是将零件加工信息传送到数控装置中去的信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。

常见的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁盘、磁带等。

（2）数控系统：数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在，主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各种输入/输出接口等组成。

主控制系统主要由CPU、存储器、控制器等组成，是数控系统的核心，一般称它为数控装置（CNC装置）。

（3）伺服系统：是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电机、伺服驱动控制器组成。

伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。

第一章概论1．什么是计算机数控技术（CNC）计算机数控技术是利用计算机采用数字指令信号对机电产品或设备进行控制的一种自动控制技术2．与传统机床相比,数控机床具有哪些特点?自动化程度高，加工精度高，生产率高，对工件的适应性强，有利于生产管理信息化3．数控机床的发展趋势如何智能化、开放化、网络化、高速化、精密化、复合化4．什么叫工件坐标系在数控加工中，工件坐标系与机床坐标系有何关系5．工件坐标系是为编程人为设定的坐标系. 工件坐标系各轴要与机床坐标系平行,加工工件时,通过对刀实现工件坐标系与机床坐标系重合.6．数控机床按伺服系统控制方式可分成哪几类各有什么特点7．分类:开环控制数控机床特点：机床结构简单，成本低，但加工精度低；闭环控制数控机床机床加工精度高，但结构复杂，成本高；半闭环控制数控机床机床加工精度、结构复杂程度、成本适中。

8．数控机床按运动轨迹控制方式可分成哪几类各有什么特点9．分类:点位控制数控机床特点：CNC系统无插补器，可实现定位精度、定位时间、移动速度，对运动轨迹无精度要求；连续控制数控机床这类机床带有插补器，以精确实现各种曲线或曲面的加工。

10．如何确定立式数控铣床坐标系的各轴?Z轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；X轴：位于与主轴垂直的平面内，由刀具向立柱看，X轴的正向指向右边；Y轴：由确定的X轴、Z轴，按右手定则来确定。

11．如何确定立式数控车床坐标系的各轴?Z轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；X轴：垂直主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件的方向为X轴的正向；8 什么是数控机床它由哪些部分组成答：数控机床是一种利用数控技术，准确按照事先安排的工艺流程，自动实现规定动作的金属加工机床。

它由输入介质、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等部分组成。

题型变换：数控机床的输入介质是指（③）①光电阅读机②穿孔机③穿孔带、磁带和软磁盘④零件图纸和加工程序单9 用框图说明一般数控机床的工作原理。