数控技术 6-进给伺服系统Add

机械传动部件的精度； 丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙；

传动件和支承件的变形。
提高步进电机开环系统传动精度的措施
适当提高系统组成环节的精度； 采取各种精度补偿措施。
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数 一. 开环进给伺服系统 控 技 传动间隙补偿 术 第 四 节 典 型 进 给 伺 服 系 统
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数 第三节 进给伺服驱动系统 控 技 术 一、概述
1. 进给伺服驱动系统：由进给伺服系统中的电机及其
控制和驱动单元 组成。
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
2. 电机：进给系统的动力部件，它提供执行部件运动
所需的动力，在数控机床上目前常用的电机有：
步进电机 直流伺服电机
交流伺服电机
双三拍方式：通电顺序为AB→BC→CA→AB→…（逆时针转动） 或AC→CB→BA→AC→…（顺时针转动）——由于每次有两相绕 组通电，在切换瞬间总保持一相绕组通电，所以工作稳定； 三相六拍工作方式：通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A→…
（ 逆 时 针 转 动 ） 或 A→AC→C→CB→B→BA→A→…（ 顺 时 针 转
动），此时转子每次转过15。。
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数 控 技 术
二、步进电机及其驱动装置
步进电机的工作原理：
定子绕组通电状态改变一次，转子便转过一定的角度，即步距角；
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
定子绕组通电状态改变速度(频率)越快，转子转速越高；
改变定子绕组的通电顺序，将导致其转子旋转方向的改变；
不带位置测量反馈装置的系统；
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
驱动电机只能用步进电机； 主要用于经济型数控或普通机床的数控化改造
脉冲频率f 脉冲个数n 换算 A’相、B’相 脉冲环 A相、B相 步进 f、n 功率 形分配 电机 放大 ’ 变换 C相、… C 相、…
CNC 插补指令
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与
位
移
量
。
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数 第一节 概述 控 技 术 一 、进给伺服系统的定义及组成
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
1 . 定义：
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。
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数 一、进给伺服系统的定义及组成 控 技 术 2 . 组成：进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位
直线电机。
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数 控 技 术 第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
一、概述
3. 伺服单元：电机的控制和驱动单元，通常驱动电机 与伺服单元是相互配套供应的，其性能参数进行了 相互匹配，这样才能获得高性能的系统指标。 4. 伺服单元主要作用：接受来自CNC单元的位置（速 度、电流）指令信号，对其进行适当的调节运算， 将其变换成电机转速的控制量(频率，电压等)，再
在行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值存 放在数控系统中的间隙补偿单元，当进给反向运动时，数 控系统自动将补偿值加到进给指令中，达到补偿目的。 螺矩误差补偿
滚珠丝杆在数控机床应用广泛，虽然其精度较高，但 不能绝对精确，即其螺距总存在一定的误差，利用计算机 的运算处理能力，可以补偿滚珠丝杠的螺距累积误差，以 提高进给精度。 方法：先测量出进给丝杆螺距误差曲线(规律)，然后采 用软件补偿方法实现误差补偿。
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数 控 技 术
第四章
Hale Waihona Puke 进给伺服系统内容提要
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
本章将详细讨论进给伺服系统的软件硬
件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实
现方法。
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数 第四章 进给伺服系统 控 技 术 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。 如果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发 第 四 章 进 给 伺 服 系 统 布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统 则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机 构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命 令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度
例： = 0.01
i
Z1 360 i Z2 t
t = 6 mm
α = 0.75°
Z 1 20 Z 2 25
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Z1 360 360 20 0.01 0.8 Z2 t 0.75 6 25
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数 一. 开环进给伺服系统 控 技 进给速度F： 术
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数 控 技 术
二、步进电机及其驱动装置
单三拍方式：若定子按A→B→C→A→…顺序通电，转子按逆时
针方向转动，每次转30 。 。若定子按A→C→B→A→…顺序通电， 转子按顺时针方向转动，每次同样转30 。 ——由于每次只一相
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
通电，在切换瞬间失去自锁转矩，容易失步；
二、步进电机及其驱动装置
步进电机驱动控制器主要由加减速控制器、环形分 配器和功率放大器组成
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
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数 控 技 术
二、步进电机及其驱动装置
环形分配器软件算法:
将“输出字” 以表格形式存放在 指定的RAM或EPROM；
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
静态：定位精度和重复定位精度要高，即定位误 第 一 节 差和重复定位误差要小。(尺寸精度) 动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟随误 差表示。 (轮廓精度) 概 述
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灵敏度要高，有足够高的分辩率。
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数 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 控 技 术 ⒊ 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； 第 一 节 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； 应有足够的过载能力。 这就要求伺服系统有良好的静态与动态刚度
当加减速控制器送来正向进给脉冲
指令时，环形分配器软件正序依次
取出表格中的数据输出，控制步进 电机逆时针方向转动；
当加减速控制器送来负向脉冲时，
环形分配器反序依次取出表格中的 数据输出，控制步进电机顺时针方 向转动。
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数 第四节 典型进给伺服系统(位置控制) 控 技 术 一. 开环进给伺服系统(Open-Loop System)
久磁钢)，由电磁力矩实现步进进给
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二、步进电机及其驱动装置
三相反应式步进电机的工作原理－电磁铁的作用原理：
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
定子上有6个磁极，分成A、B、C三相，每个磁极上绕有励磁绕组，转子无绕组，是由带齿的铁 芯做成的。当某相定子绕组通以直流电压激磁后产生磁场，对转子的某一对齿产生电磁转矩， 吸引转子，使转子上的齿与该相定子磁极上的齿对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕 组轮流激磁，会使转子按一定方向连续旋转。 15
不高的场合，如经济型数控；打印机、绘图机等
计算机的外部设备。
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数 控 技 术
二、步进电机及其驱动装置
按力矩产生的原理，步进电机可分为反应式和
励磁式等几种：
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
反应式转子无绕组，由被励磁的定子绕组 产生反应力矩实现步进进给；
励磁式转子、定子均有绕组(或转子用永
数 控 技 术
二、步进电机及其驱动装置
步进电机流行于70年代，其结构简单、控制
容易、维修方面，且控制为全数字化。随着计算
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统
机技术的发展，除功率驱动电路外，其它部分均 可由软件实现，从而进一步简化结构，降低价格， 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
F 60 f mm min
f max 8000 ~ 16000 H Z
第 四 节 典 型 进 给 伺 服 系 统
一般步进电机： 若：δ=0.01 mm 若：δ=0.001mm
则： Fmax 4800 ~ 9600 mm min 则：Fmax 480 ~ 960 mm min
因此，当 f max 一定时， Fmax 与δ成正比，故我们在谈
Z2

f，
步进电机 Z1
t
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数 一. 开环进给伺服系统 控 技 传动比选择： 术
为了凑脉冲当量mm，也为了增大传递的扭矩，在
第 四 节 典 型 进 给 伺 服 系 统
步进电机与丝杆之间，要增加一对齿轮传动副，那么， 传动比i=Z1/Z2与α、 、t之间有如下关系：
: 360 : i t
tp
概 述
t
不利，有害于加工质量。
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数 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 控 技 术 ⒌ 能可逆运行和频繁灵活启停。
⒍ 系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。
第 一 节
综上所述：

对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；
概 述
对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。
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经功率放大部件将其变换成电机的驱动电量，使驱
动电机按要求运行。简言之：调节、变换、功放。
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数 控 技 术
一、概述
5. 进给驱动系统的特点（与主运动系统比较）：
功率相对较小；
第 三 节 进 给 伺 服 驱 动 系 统