数控机床伺服系统概述.pptx

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1、第六章数控机床伺服系统6.1概述6.2开环控制系统与步进电机驱动电路6.3闭环伺服系统与反馈比较形式6.4直流伺服电机与调速系统6.5交流伺服电机与主轴驱动系统16.1概述6.1.1伺服系统的分类数控伺服系统由伺服电机（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、位置调解单元和相应的检测装置（如光电脉冲编码器G）等组成。一般闭环伺服系统的结构如图6.1所示。它是一个三环结构系统，其中，外环是位置环，中环是速度环，内环为电流环。2开环伺服系统闭环伺服系统半闭环系统（1）按调节理论分类3电液伺服控制系统电气伺

2、服控制系统（2）按使用的执行元件分类进给伺服系统主轴伺服系统（3）按被控对象分类4（1）高精度由于数控机床的动作是由伺服电动机直接驱动的，为了保证移动部件的定位精度，对进给伺服系统要求定位准确。一般要求定位精度达到0.01～0.001mm；高档设备的定位精度要求达到0.1µm以上。速度控制要求在负载变化时有较强的抗扰动能力，以保证速度恒定。这样才能在轮廓加工中保证有较好的加工精度。6.1.2伺服系统的基本要求5（2）稳定性好稳定性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，达到新的或者恢复到原来的平衡状态，对伺服系统要求有较

3、强的抗干扰能力。稳定性是保证数控机床正常工作的条件，直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。6（3）响应快速为了提高生产率，保证加工精度要求伺服系统有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。这就对伺服系统的动态性能提出了两方面的要求：一方面，在伺服系统处于频繁地起动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产效率和保证加工质量，要求加、减速度足够大，以缩短过渡过程时间，一般电动机速度由零到最大，或从最大减少到零，时间应控制在200毫秒以下，甚至少于几十毫秒，且速度变化不应有超调；另一方面，当负载突变时，过渡过程恢复时间要短且无振荡，

4、这样才能达到光滑的加工表面。7（4）调速范围宽目前数控机床一般要求进给伺服系统的调速范围是0～30m/min，有的已达到240m/min。除去滚珠丝杠和降速齿轮的降速作用。伺服电动机要有更宽的调速范围。对于主轴电动机，因使用无级调速，要求有（1:100）～（1:1000）范围内的恒转矩调速以及1:10以上的恒功率调速。（5）低速大转矩机床在低速切削时，切深和进给都较大，要求主轴电动机输出转矩较大。现代的数控机床，通常是伺服电动机与丝杠直联，没有降速齿轮，这就要求进给电动机能输出较大的转矩。对于数控机床进给伺服系统主要是速度和位置控制。8（

5、6）较强的过载能力由于电动机加减速时要求有很快的响应速度，而使电动机可能在过载的条件下工作，这就要求电动机有较强的抗过载能力。通常要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。（7）惯性匹配移动部件加速和降速时都有较大的惯量，由于要求系统的快速响应性能好，因而电动机的惯量要与移动部件的惯量匹配。通常要求电动机的惯量不小于移动部件惯量。96.2开环控制系统与步进电机6.2.1开环控制系统的组成开环控制系统不存在反馈环节，系统输出只受输入的控制。开环控制系统具有结构简单，比较经济的优点，其缺点是控制精度和抑制干扰的能力较差，且对系统参数的变动敏感。10

6、6.2.2步进电机步进电机流行于上世纪70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方便，且控制为全数字化。随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其它部分均可由软件实现，从而进一步简化结构。因此，这类系统目前仍有相当的市场。目前步进电机仅用于小容量、低速、精度要不高的场合，如经济型数控设备、打印机、绘图机等计算机的外部设备。11步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械角位移的电磁机械装置。由于所用电源是脉冲电源，所以也称为脉冲马达。步进电机和一般电机不同，一般电机通电后连续转动，而步进电机则随输入的脉冲按节拍一步一步地转动。对步进电机施加一个电

7、脉冲信号时，步进电机就旋转一个固定的角度，称为一步。每一步所转过的角度叫做步距角。12步进电机的角位移量和输入的脉冲数成正比。在时间上与输入的脉冲同步。因此，只需要控制输入脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可以获得所需要的转角、转速及转动方向。在无脉冲输入时，步进电机在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有的位置而处于定位状态。13步进电机的分类按运动方式分：旋转运动、直线运动式步进电机；按工作原理分：反应式（磁阻式）、电磁式、永磁式；按结构分：单段式（径向式）、多段式（轴向式）；按使用场合分：功率步进电机和控制步进电机；按相数分：

8、三相、四相、五相、六相、八相等；按使用频率分：高频率和低频步进电机；不同的步进电机，其工作原理、驱动装置也不完全一样。141.三相单三拍CA'BB'C'A3412A相绕组通电，B、C相不通电。