：数控机床的进给伺服系统总结

二、数控机床伺服驱动系统的基本组成
进给 指令 比较控制环节 驱动控制单元 执行元件 机
反馈检测单元
床
• 数控机床的进给伺服系统是由：伺服电 路、伺服驱动装置、机械传动机构及执 行部件组成。
三、数控机床伺服驱动系统的分类
• 按其用途和功能分为：
进给驱动系统和主轴驱动系统
• 按其控制原理和有无反馈环节分：
精度等重要指标均取决于伺服系统的动态与静态
性Fra Baidu bibliotek。
• 数控进给伺服系统是一种位置控制系统，分为开
环、半闭环和闭环三种。
一、数控机床对伺服系统的要求
1、精度高 脉冲当量越小，机床的精度越高。0.01-0.001mm; 2、快速响应特性好 快速响应是伺服系统动态品质的标志之一。达到最 大稳态速度的时间要求在200ms以内。 3、调速范围大 调速范围：电机的最高转速Nmax和最低转速Nmin之比。 要求应大于：1:10000 4、负载特性要硬 当负载变化时，输出速度应基本不变。 5、系统可靠性要好
最常见的一种小步距角三相反应式步进电机如图所示。
设定子有A、B、C三相绕组，转子上均匀分布40个齿， 定子上每个极有5个齿，与转子上的齿宽和齿距相同
360 采用单三拍运行方式： 3 3 40
360 1.5 三相六拍运行方式： 3 40 2
若输入一个脉冲，转子转过
• 交流电机的一个最大优点是交流容易维修， 制造简单，易于向大容量、高速度方向发展。 • 缺点:电刷和换向
四、数控系统常用伺服电机
1、步进电机 开环进给驱动装置，在经济型数控机床上用； 2、改进型直流电机 在静态和动态特性较普通直流电机所改变，早期 使用； 3、小惯量直流电机 减小电枢的转动惯量，获得好的快速性，早期使 用； 4、永磁直流伺服电机 能在较大过载转矩下长期工作；可在低速下 (1r/mm甚至0.1r/mm)平稳运转。70年代—80年代 中期广泛应用，目前还在使用；
CNC
驱动器
步进电机
指令脉冲
开环控制系统结构图
（2）半闭环与闭环进给系统
特点：
①结构比较复杂，安装调试比较麻烦；
②加工精度高，速度快。
+
指令
-
位置 调节器
速度控 制单元
工作台 位置 检测 伺服电机
测量与 反馈
半闭环控制
（3）闭环进给系统
2、进给驱动与主轴驱动
• 进给驱动用于数控机床工作台或刀架坐标的
按各组绕 1）径向分相式：电机各相按圆周依次排列 组分布 2）轴向分向式：电机各相按轴向依次排列
定子 转子 激磁绕组
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
2、反应式步进电机工作原理
1）电机的转速取决于绕组与电源接通或断开的变化
频率； 2）电机的转动方向取决于绕组通电的顺序； 3）电机转过的角度取决于通电的次数。
第六章 数控机床的进给伺服系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 开环步进电机 数控机床的 检测装置 闭环伺服系统 闭环伺服系统分析
第一节
自动控制系统。
概述
• 伺服驱动系统是指以位置和速度作为控制对象的
• 伺服系统的性能，在很大程度上决定了现代数控 机床的性能。 如：数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位
开环系统、闭环系统和半闭环系统
• 按驱动执行元件的动作原理分为：
电液伺服系统和电气伺服系统。其中电气
伺服系统又可分为直流伺服驱动系统和交流
伺服驱动系统。
1、 开环控制和闭环控制进给系统特点 （1）开环控制系统
①结构较简单，调试、维修、使用方便、成本低 ②无位置反馈环节，系统稳定； ③速度及精度较低。 工作台

f 如果每秒输入f个脉冲，电动机的转子 每秒 钟转 mzk
故电动机的转速n为：
1 mzk
转，
f 60 f n (r/s) (r/min) f ——控制脉冲的频率 mzk mzk
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运
动，并提供切削过程的转矩。 • 主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床 主轴提供驱动率和所需的切削力。
3 、直流伺服驱动与交流伺服驱动
• 直流大惯量伺服电机有良好的宽调速性能。 输出转矩大，过载能力强， 由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当， 构成闭环后易于调整。 • 直流中小惯量伺服电机适于数控机床对于频 繁启动、制动，快速定位、切削的要求。
设步进电机的定子绕组有m相；转子齿数为Z齿；通 电方式系数为k 则每输入一个脉冲电信号，转子的步距角αº有：
360 mzk
m:相数, z:齿数;
k: m相m拍时k取1,m相2m 拍时 k取2;
通电拍数相同时k=1；不同时k=2。 步进电机的步距角越小，位置精度越高。 由上式知道：磁极数越多，转子齿数越多，步距角就 越小。
5、无刷直流电机：
实质是交流调速电机的一种。性能达到直流电机的 水平，又取消换向器及电刷部件，电机寿命提高一 个数量级；
6、交流调速电机：
自80年代中期开始，以异步电机和永磁同步电机为 基础的交流进给驱动得到迅速的发展，是进给驱动 的一个发展方向。
第二节 开环步进式伺服系统
一、步进电机 • 步进电机是将电脉冲信号转换成角位移；
• 角位移量与电脉冲数成正比；
• 转速与电脉冲频率成正比。
1、步进电机的种类和结构
（1）分类
分类方式
具体类型
1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生 按力矩产 反应力矩实现步进运行。 生的原理 2）激磁式：定、转子均有激磁绕组，由电磁力矩实 现步进运行 1）伺服式：力矩小，只能驱动较小的负载 按输出力 矩大小 2）功率式：输出力矩大，可直接驱动工作态等较大 的负载。 1）单定子式 按定子数 3）三定子式 2）双定子式 4）多定子式
4）电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍 5）每输入一个脉冲信号，转子转过的角度——步距角αº • 上述通电方式称为：三相单三拍。（三相三拍） • 单——每次通电时，只有一相绕组通电； • 双——每次通电时，有两相绕组通电； • 三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环； • 除此之外的通电方式还有： • 三相双三拍： AB—BC—CA—AB • 三相单双六拍： A—AB—B—BC—C—CA—A