第三章进给伺服系统
进给伺服系统
变换前后由同样的旋转磁势（即产生同样的旋转磁 场）
方法
A、B、C三相坐标系的交流量→D、Q两相固定坐 标系的交流量→转子磁场定向的M’－T’直角坐标系 的直流量
电动机控制对比
直流电动机
与电机电磁转矩相关的主磁通Φ和电枢电流Ia是相 互独立的两个变量
分别控制励磁电流和电枢电流，即可方便地进行转 矩电压U
改变Ke
即改变磁通量Φ（改 变激磁回路电阻Rj以 改变激磁电流Ij）
在电枢回路中串联调 节电阻Rt，此时，转 速公式变为
n (U IaRa) ke
n U Ia (Ra Rt ) ke
大惯量直流伺服电机
又称：
宽调速直流伺服电机、直流力矩电机
激磁方式：
PWM调速的特点
开关频率高 纹波系数低 频带较宽 可在高峰值电流下工作
4.4 交流伺服系统
含义：
使用AC电机的伺服系统
分类：
交流感应电机（异步）：结构简单，容量大， 价格低，一般用作主运动的驱动电路
交流同步电机（永磁）：进给运动的驱动电 机
永磁同步式交流伺服电机
组成：
交流伺服电机调速
永磁式
特点：
输出力矩大：
高性能的磁性材料，产生强磁场φ，具有大的矫顽力和足 够的厚度，能承受高的峰值电流以满足快的加减速要求
增加转子的槽数和槽的截面积，增大磁极对数，使得转矩惯量比增大，电枢电感减小，电机的机械时间常数和电气 时间常数都减小，改善响应的快速性。
大惯量直流伺服电机
特点：
大惯量的结构使在长期过载工作时具有大的 热容量，过载能力强，允许持续过载的时间 长。
之内成为不稳定因素，设计和调试较困难
4.2 步进电机及其调速
《进给伺服系统》课件
简介
了解进给伺服系统的概念、应用领域，以及其在工业领域中的重要性。快速 掌握进给伺服系统的基本定义和特点。
构成
伺服电机
了解伺服电机在进给伺服系统中的作用以及 不同类型的伺服电机。
编码器
介绍编码器的作用和重要性，探讨不同编码 器类型和应用。
电力放大器
深入了解电力放大器的原理和功能，它在进 给伺服系统中扮演的角色。
《进给伺服系统》PPT课件
# 进给伺服系统PPT课件大纲 ## 简介 - 什么是进给伺服系统？ - 进给伺服系统的应用领域 - 进给伺服系统的特点和重要性 ## 进给伺服系统的构成 - 伺服电机 - 电力放大器 - 编码器 - 控制器 ## 进给伺服系统的工作原理 - 指令输入和控制信号生成 - 反馈信号获取与处理 - 控制信号输出和执行 ## 进给伺服系统的性能参数 - 定位精度调Fra bibliotek和优化1
伺服参数设置
详细讨论伺服参数设置的重要性，以
模拟调试和实际调试
2
及如何根据需求进行调整。
介绍模拟调试和实际调试的流程，以
及优化过程中可能遇到的挑战。
3
优化方法和注意事项
提供一些优化方法和注意事项，帮助 读者更好地调试和优化进给伺服系统。
进一步发展
数字化技术
探讨数字化技术对进给伺服系统的发展和应用的影响。
性能参数
定位精度
介绍进给伺服系统 的定位精度参数及 其对系统性能的影 响。
重复定位精度
探讨系统的重复定 位精度参数，以及 如何优化系统以实 现更高的精度。
响应速度
详细说明进给伺服 系统的响应速度参 数，以及如何提高 系统的响应速度。
负载惯性比
介绍负载惯性比在 进给伺服系统中的 重要性，以及如何 平衡负载和惯性。
伺服系统
加减速时间设定
加减速用加减速时间的长短来设定，加减速时间越短，速度变化大， 系统易引起振荡；反之，系统的响应性变慢。加减速有线性加减速和指 数加减速。在线性加减速中，加速度有突变，应根据负载惯量核算最大 可达到的加速度，从而确定加速到最大速度所需要的时间；在指数加减 速中，加速度变化无突变，速度变化平稳，必须设定加减速总时间和加 减速升降速时间。
以移动部件的位置和速度作为控制量的 自动控制系统。
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
伺服系统组成
位置控制 + 位置控制 调节器 — 速度控制
+
—
--
位置 指令
速度控制 调节器
功率 驱动
机械传动机构
实际速度反馈 速度检测 电机 实际位置反馈 位置检测
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
基本工作原理
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
v、a v a
v、a
v
a
O t O
ta
t1
ta
t2
t
线性加减速
指数加减速
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
阻尼
运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率， 系统的阻尼越大，振幅越小，且衰减越快。运动副（特别是导轨）的摩擦阻 尼占主导地位，实际应用中一般将摩擦阻尼简化为粘性摩擦阻尼。系统的粘 性摩擦阻尼越大，系统的稳态误差越大，精度越低。对于质量大、刚度低的 机械系统，为了减小振幅，加速衰减。可增大粘性摩擦阻尼。
位置检测装置将检测到的移动部件的实 际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进 行比较，将两者的差值进行位置调节，变换 成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电 动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，
FANUC进给伺服系统故障诊断与案例分析(2)
第三章FANUC进给伺服系统故障诊断与案例分析在日常的数控机床故障维修中，除了外围的系统报警外，我们还会遇到伺服类报警、编码器报警和通信类报警。
FANUC系统为故障的检查和分析提供了许多报警号码和LED报警代码显示。
通过这些报警号码和LED显示的代码，我们就可以从中分析故障的原因，从而采取合理的手段排除故障。
3.1 伺服模块LED报警代码内容分析当伺服单元出现故障时，系统会出现“4# #”报警。
一般伺服模块都有状态显示窗口（LED），则在显示窗口中显示相应的报警代码。
FANUC系统常用的伺服模块有α、αi、β、βi系列。
见图3-1(常用的FANUC伺服驱动装置)α系列伺服单元β系列伺服单元βi系列伺服单元α系列伺服模块αi系列伺服模块图3-1常用的FANUC伺服驱动装置FANUC系统伺服模块输入为交流三相200V，伺服模块电源是电源模块的直流电源300V，电动机的再生能量通过电源模块反馈到电网中，一般主轴驱动装置是串行数字控制装置时，进给轴驱动装置采用伺服模块。
下图3-2是一个标准数控车床驱动装置连接图片。
左边是电源模块，中间是双轴伺服模块，右边是串行数字主轴模块。
图3-3是一个标准数控加工中心驱动装置连接图片。
左边是电源模块，其次是串行数字主轴模块，其他是两块伺服模块。
图3-4是αi系列伺服模块连接原理图。
图3-2数控车床α系列伺服模块连接图3-3 数控加工中心αi系列伺服模块连接图3-4 αi系列伺服模块连接原理图稍微早期的α系列伺服模块和目前广泛使用的αi系列伺服模块的输入都是交流三相200V，伺服模块电源是电源模块的直流电源300V。
α系列伺服模块CNC与模块、模块之间的连接是电缆，而αi系列伺服模块与CNC、模块之间的连接是光缆，采用是FANUC伺服串行总线FSSB。
通过光缆连接取代了电缆连接，不仅保证了信号传输的速度，而且保证了传输的可靠性，并降低了故障率。
3.1.1交流α/αi系列SVM伺服单元故障与解决方法交流α系列SVM伺服单元连接见图3-5，交流αi系列伺服模块连接见图3-6。
数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理模版（3篇）
数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理模版数控机床进给伺服系统是数控机床的核心部件之一，负责实现机床的进给运动，保证加工的精度和稳定性。
然而，在使用过程中，由于各种原因，进给伺服系统可能会出现故障。
本文将针对数控机床进给伺服系统的常见故障进行诊断与处理，为解决相关问题提供参考。
一、通电检查1. 确保进给伺服系统的电源插座正常供电，并检查主控箱内的电源是否正常接通。
2. 检查电源线路是否破损或接触不良，特别是接地线是否良好连接。
3. 检查伺服驱动器面板上的电源指示灯是否亮起，以判断驱动器是否接通电源。
二、机械传动部分检查1. 检查进给轴的联轴器是否松动或破损，如有问题及时更换或固定。
2. 检查进给轴的传动皮带或齿轮是否损坏或脱落，如有问题及时更换或修复。
3. 检查进给轴的导轨和导轨滑块是否磨损或变形，如有问题及时更换或调整。
三、编码器检查1. 确保编码器的连接线路是否完好，没有破损或接触不良。
2. 检查编码器的供电电压是否正常，一般应在规定范围内。
3. 检查编码器的信号线是否良好连接，如有问题及时更换或重新连接。
四、伺服驱动器检查1. 确保伺服驱动器的连接线路是否完好，没有破损或接触不良。
2. 检查伺服驱动器的报警指示灯，判断是否存在故障报警，如有报警应根据具体情况查阅驱动器的故障代码进行处理。
3. 检查伺服驱动器的参数设置是否正确，特别是伺服增益、速度环参数等，如有问题应及时调整。
五、伺服电机检查1. 检查伺服电机的连接线路是否完好，没有破损或接触不良。
2. 检查伺服电机的绝缘性能，特别是对地绝缘是否合格，如有问题应及时更换或修复。
3. 检查伺服电机的温度是否过高，一般应在规定范围内，如过高应检查散热风扇是否正常工作。
六、参数设置检查1. 确保数控系统的参数设置与实际使用需求一致，特别是进给轴的相关参数，如脉冲当量、快速倍率等。
2. 检查数控系统是否存在进给轴停止禁止、机床保护等相关设置，如有问题应及时调整。
伺服进给系统的课程设计
伺服进给系统的课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握伺服进给系统的基本原理、组成及其在机械加工中的应用。
通过本课程的学习，学生能说出伺服进给系统的各个组成部分，理解其工作原理，掌握伺服进给系统的调整和使用方法，提高实际操作能力。
1.了解伺服进给系统的组成及工作原理。
2.掌握伺服进给系统的调整和使用方法。
3.知道伺服进给系统在机械加工中的应用。
4.能正确识别伺服进给系统的各个组成部分。
5.能熟练操作伺服进给系统，进行机械加工。
6.能根据加工需求，调整伺服进给系统的参数。
情感态度价值观目标：1.培养学生对新技术的兴趣和好奇心，提高学生学习新技术的积极性。
2.培养学生团队合作精神，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括伺服进给系统的原理、组成、应用以及调整和使用方法。
1.伺服进给系统的原理：介绍伺服进给系统的工作原理，包括电气部分和机械部分。
2.伺服进给系统的组成：讲解伺服进给系统的各个组成部分，如伺服电机、传动机构、控制器等。
3.伺服进给系统的应用：介绍伺服进给系统在机械加工中的应用案例，如数控机床、机器人等。
4.伺服进给系统的调整和使用方法：讲解如何调整伺服进给系统的参数，以及如何正确使用伺服进给系统进行机械加工。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法。
1.讲授法：用于讲解伺服进给系统的原理、组成和应用。
2.讨论法：用于引导学生讨论伺服进给系统的调整和使用方法。
3.案例分析法：通过分析实际应用案例，让学生更好地理解伺服进给系统的工作原理和应用。
4.实验法：让学生亲自动手操作伺服进给系统，提高实际操作能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
1.教材：选用国内权威出版社出版的教材，内容全面，理论与实践相结合。
2.参考书：推荐学生阅读相关领域的参考书，丰富知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT，生动展示伺服进给系统的工作原理和应用。
伺服系统
伺服系统2.1 什么是控制系统通过执行规定的功能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合，称为控制系统。
如室内温度、湿度控制，电机的转速控制，工业上的液位控制、压力控制等手动控制（Manual Control）自动控制（Automatic Control)2.2 什么是自动控制系统自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量按照预定的规律变化的过程。
通过控制装置执行规定的功能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合，称为自动控制系统。
2.3 自动控制系统的常用术语在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象（或对象）；被控制的物理量称为被控量（或输出量）；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。
给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。
扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
2.4 自动控制系统的两种外作用1、有效输入信号（简称输入信号）输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。
2、有害干扰信号（简称干扰信号）干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。
由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。
3.1 开环控制和闭环控制以恒温箱为例以书上晶闸管调速系统为例3.1 开环控制和闭环控制开环控制系统（Open-loop Control System)是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。
这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。
闭环控制系统（Close-loop Control System)系统的控制装置和被控对象不仅有顺向作用，而且输出端和输入端之间存在反馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控制系统就是反馈控制系统。
数控技术习题附答案
一、选择题第一章1.数控机床按运动控制方式分类，可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
2.数控系统中的CNC的中文含义是_计算机数字控制_。
3.数控机床大体由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置测量反馈装置和机床本体组成。
4.数控机床是用数字化代码来控制_刀具和工件_的相对运动，从而完成零件的加工。
5.列举两个数控特种加工机床，如_数控电火花成形机床_、_火焰切割机_。
数控激光切割机床，数控线切割机床6.按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于_轮廓控制_的数控机床。
第三章7.数控机床实现插补运算广泛应用的是直线插补和圆弧插补。
8.所谓插补就是在已知特征点之间插入一些中间点的过程，换言之，就是“数据点的密化”过程。
9.平面轮廓加工属于两轴加工方式。
10.沿刀具前进方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边是G41 指令，刀具偏在工件轮廓的右边是G42 指令，刀具中心轨迹和编程轨迹生重合是G40指令。
11．刀具半径补偿的建立与取消都须在G00或G01指令下进行。
12.数控车床的刀具补偿分为两种情况，即刀具的位置补偿和刀尖_半径_补偿。
13.数控车床中的G41／G42是对刀具的__半径_进行补偿。
14.逐点比较法的四个节拍分别是偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别。
15.偏差函数F(x，y)反映了刀具偏离工件廓形曲线的情况。
若刀具在曲线上方，则F(x，y) >0，若刀具在曲线上，则F(x，y)=0；若刀具在曲线下方，则F(x，y) <0。
第四章16.程序编制的方法有手动编程和自动编程两种方法。
17.在坐标平面设定中，一般用G17 来设定XY平面，用G19来设定YZ平面。
18.各几何元素间的联结点称为基点。
19.常见的刀库的类型可分为盘式刀库和链式刀库两种。
20.G91 G01 X3.0 Y4.0 F100执行后，刀具移动了5.0mm 。
21. 走刀路线是指加工过程中，刀位点相对于工件的运动轨迹和方向。
第三节 伺服进给系统
第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。
所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。
在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。
所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。
一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。
这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。
2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。
例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。
进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。
3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。
当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。
所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。
因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。
这就是进给传动恒转矩工作的特点。
4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。
因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。
因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。
这就是“传动比递降原则”。
应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。
二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。
（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。
数控技术6-进给伺服系统
重要性及应用领域
01
数控技术6-进给伺服系统是数控 机床的核心组成部分，对于提高 加工精度、稳定性和加工效率具 有重要意义。
02
该系统广泛应用于机械制造、航 空航天、汽车、模具等领域，是 现代制造业中不可或缺的重要技 术之一。
数控技术6-进给伺服系统
目录
• 引言 • 进给伺服系统概述 • 数控技术中的进给伺服系统 • 进给伺服系统的性能指标 • 进给伺服系统的控制策略 • 进给伺服系统的应用与发展趋势
01 引言
主题简介
数控技术6-进给伺服系统是一种用于 控制机床运动和加工过程的系统，通 过精确控制机床的进给运动，实现高 精度、高效率的加工。
05 进给伺服系统的控制策略
开环控制
总结词
简单、可靠、成本低
详细描述
开环控制策略不包含位置反馈环节，控制器根据输入的位移指令和系统参数计 算出控制量，直接驱动执行机构。开环控制简单可靠，成本较低，但精度和稳 定性受限于系统参数的准确性。
闭环控制
总结词
高精度、高稳定性
详细描述
闭环控制策略包含位置反馈环节，通过实时检测执行机构的实际位置或位移，与指令位置进行比较，形成误差信 号，控制器根据误差信号调整控制量，以减小误差。闭环控制具有高精度和高稳定性，适用于对位置精度要求高 的场合。
进给伺服系统的应用案例
数控机床
进给伺服系统广泛应用于数控机床，实现高 精度、高效率的加工。
机器人
伺服系统用于机器人的关节驱动，实现精确 的位置控制和速度控制。
自动化生产线
伺服系统用于自动化生产线的传送、定位和 装配，提高生产效率。
3.1进给伺服系统机械结构
2、滚珠丝杆的支承（图）
一端固定(F)一端自由(o)的支承形式，简 称F-O式（适用于短丝杠及垂直丝扛） 一端固定(F)一端浮动(s)的支承形式，简 称F—S式 （适用于较长丝杠或卧式丝枉） 两端固定的支承形式，简称F—F式 （适
用于长丝杠，以及对刚度相位移精度要求高的 场合 ）
3、滚珠丝杠螺母副的预紧
图－滚珠导轨
图－滚柱导轨
图－支撑标准件
常见故障
现象：预警力掌握不当或调整时未达到
要求所造成的滚动导轨在工作中出现的 噪声过大、振动过大；导轨长度不均匀 而预紧力过大所造成的对导轨面的损伤。
措施：将导轨块紧固在可调的楔块或镶
条上。
导轨副的维护
1.间隙调整—保证导轨面之间合理的间隙， 小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平 稳性、失去导向精度） 2.滚动导轨的预紧—提高刚度、消除间隙 3.导轨的润滑—降低摩擦系数、减少磨损、 防止导轨面锈蚀。 润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑 润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度
双螺母垫片调隙结构（结构简单，但调整较
费时，调整精度不高 ）
双螺母螺纹调隙结构（结构简单） 双螺母齿差调隙结构（结构较为复杂，尺寸
较大，但是调整方便，可获得精确的调整量，预 紧可靠不会松动，适用于高精度传动。）
4、滚珠丝杠螺母副的制动
滚珠丝杠副的传动效率高，但不能 自锁，用在垂直传动或水平放置的高速 大惯量传动中，必须装有制动装置。常 用的制动方法有超越离合器、电磁摩擦 离合器或者使用具有制动装置的伺服驱 动电机。
轴向垫片调整法（图）
特点：调整较复杂，一般要经过几次修 磨才能调整好，且不能自动补偿消除间 隙。工作时只有一个齿轮承载。
进给伺服系统概述
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
数控习题
《数控技术》复习题作业题目必须独立完成！第一章数控技术概论一、填空题1. 将程序载体上的数控代码变成相应电脉冲信号的装置称为_CNC装置_。
2. 开环数控系统的驱动电动机常采用____步进电机____。
3. 数控机床按工艺用途的不同，可分为_金属切削类_、_金属成型类_、__特种加工类_和__其他类型__。
4. 数控机床按有无位置检测装置，可分为_开环_和_闭环_数控机床。
位置检测元件安装在最终移动部件上的数控机床是_闭环_控制。
位置检测元件安装在电动机轴上的数控机床是_半闭环_控制。
5. CNC是计算机数控的简称，FMS是柔性制造系统的简称。
MDI是手动输入方式的简称。
CIMS是计算机集成制造系统简称。
6. 闭环(或半闭环)系统与开环系统的最主要的区别是前者带有_位置_检测装置。
闭环和半闭环系统的主要区别是位置检测元件_安装部位_不同。
7. 数控机床由_输入/输出设备_、_计算机数控装置_、_伺服系统_和_机床本体_等部分组成。
8. 每个脉冲信号使机床移动部件的位移量叫_脉冲当量_。
9. 数控机床常用的伺服电动机有_步进电机_、_直流伺服电机_和_交流伺服电机_。
10.数控机床按控制方式分类可分为_点位控制数控机床_、_直线控制数控机床_和_轮廓控制数控机床_。
二、判断题1. 数控机床的联动轴数与控制轴数是不同的概念，联动轴数一般多于控制轴数。
(×)2. 数控机床特别适用于精度要求高、形状复杂零件的大批量生产。
(×)3. 数控技术一般只能应用于机床的轨迹控制，不能应用于其他机械设备的运动轨迹控制和逻辑控制。
(×)4. 开环数控机床数控装置发出的指令流是单向的，所以系统稳定性不好、精度不高。
(×)三、单选题1. 零件程序是数控机床自动加工零件的___C___。
A.输入介质B.存储载体C.加工指令2.在数控机床中，____B____等功能一般是由PLC完成的。
伺服系统
图9-7 单环位置伺服系统 APR—位置调节器 UPE—驱动装置 SM—直流伺服电动机 BQ—位置传感器
9.3.2单环位置伺服系统
忽略负载转矩，直流伺服系统控制对象 传递函数为
K s /( jCe ) Wobj ( s) 2 s(Ts s 1)(TmTl s Tm s 1)
机电时间常数
常用的调节器有比例－微分（PD）调节 器、比例－积分（ PI ）调节器以及比例 －积分－微分（ PID ）调节器，设计中 可根据实际伺服系统的特征进行选择。
PD调节器校正
在系统的前向通道上串联 PD 调节器校 正装置，可以使相位超前，以抵消惯性 环节和积分环节使相位滞后而产生的不 良后果。 PD调节器的传递函数为
R J Tm CT Ce
9.3.2单环位置伺服系统
图9-8 直流伺服系统控制对象结构图
采用PD调节器，其传递函数为
WAPR (s) WPD (s) K p (1 d s)
9.3.2单环位置伺服系统
伺服系统开环传递函数
K ( d s 1) W op ( s) s(Ts s 1)(TmTl s 2 Tm s 1)
直流伺服电动机的状态方程
d 1 1 Te TL dt J J R dId 1 1 Id E Ud0 dt L L L
机械传动机构的状态方程
d m dt j
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
驱动装置的近似等效传递函数
Ks Ts s 1
状态方程
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
图9-5直流伺服系统控制对象结构图
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
进给伺服系统
转子
图7-6 三相反应式步进电机结构
淮海工学院
图7-7 步进电机工作原理
淮海工学院
7.2 步进电机及其驱动装置
二、步进电机的主要性能指标
1. 步距角和步距误差
2. 静态转矩与矩角特性 3．起动矩频特性 4. 空载起动频率fq(步／s) 5. 运行矩频特性 6. 矩频特性与动态转矩
淮海工学院
7.3
交流伺服系统
交流伺服电动机与步进电动机的性能比较 1、交流伺服电动机不会失步；
2、具有稳定的转矩特性，可达更高的生产
速度。
1.
2.
工作台位移量的控制
工作台进给速度的控制
3. 工作台运动方向的控制
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7.3
交流伺服系统
一、数控机床用交流电机
交流伺服系统按电机种类： 同步型 异步型（感应电机） 数控机床进给伺服系统中多采用永磁式同步 电机。
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7.3
交流伺服系统
二、交流电机的速度控制
交流电机的调速 交流异步电机的转速表达式为：淮海工学院Fra bibliotek7.1
概述
图7-1开环伺服系统
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7.1
概述
（二）闭环伺服系统
☆闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工
作台上；
☆检测装置构成闭环位置控制。
☆闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数
控机床上。
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7.1
概述
图7-2闭环伺服系统
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7.1
概述
（三）半闭环伺服系统
☆ 位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，用
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7.1
概述
1. 位移精度高
课后答案
第一章：1 试说明机电一体化的涵义。
2 什么是工业三大要素？3 机电一体化系统的主要组成、作用是什么？4 机电一体化系统的构成要素是什么？它们各有什么作用？其主体和核心技术是什么？5 传统机电产品与机电一体化产品的主要区别是什么？6 机电一体化各要素及其与外界是通过什么连接的？有什么重要性？7 为什么说精密机械技术是机电一体化的基础？8 发展机电一体化的共性关键技术有那些？它们的作用如何？9 试举出几个机电一体化的家电产品。
10 试论述机电一体化的发展趋势。
第二章：1 简述机电一体化系统设计流程。
2 简述开发性设计、适应性设计、变型设计的异同？3 何谓概念设计？简述概念设计的具体设计步骤。
4 简述功能—行为—结构三者的关系。
5如何进行设计任务的抽象化，其作用是什么？6总功能为什么要分解，应如何进行分解？7什么是功能结构，三种基本结构形式是什么？7 何谓功能元，常用的基本功能元有哪些？8 举例说明什么是物理效应和功能载体？9 什么是艺术造型三要素？10 人机接口和机电接口各有哪些分类？并举例说明。
11 为什么要进行系统的评价？简述其步骤。
12 为什么要进行系统的决策？简述其步骤。
13 如何确定系统的评价指标体系？14 常用的系统评价方法是什么？15 系统调试的一般规律是什么？16 简述各种现代设计方法的内涵。
17 如何进行机电一体化系统的可靠性设计？18 传统产品设计与绿色产品设计有何区别与联系？第三章：1 试对数控机床的主轴功能进行分解，列出其形态学矩阵。
2 试以一种你熟悉的机电一体化产品为例，对其总功能进行分解。
第四章：1机电一体化的机械系统主要内容有哪些？2对机械传动机构的性能要求是什么？3常用无侧隙齿轮传动机构有哪几种？4滚珠丝杠副有哪些特点？5滚珠丝杠副常用的支承方式有哪几种？各有什么特点？6滚珠丝杠副为何要预紧？预紧力常为多少？7常用的直线运动导轨有哪些？8对机座机架的基本要求是什么？9简述花岗岩的特点及应用？10 当工作台重量为400kg，夹具和工件重量为400kg，最大工作行程为1000mm，其它条件和4.5.2节相同时，试选择设计滚珠丝杠副。
机床数控技术第三章
第二节 CNC系统的硬件结构
三、开放式数控系统结构 1．美国的NGC和OMAC计划及其结构 2．欧共体的OSACA计划及其结构 3．日本的OSEC计划及其结构
第三节 CNC系统的软件结构
一、 CNC系统的软件结构 CNC系统的软件是为完成CNC系统的各项功能而专门设计和编制的，是数控加工系 统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。 在CNC系统中，软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可 以由软件来完成。但是它们各有特点：硬件处理速度快，造价相对较高，适应性 差；软件设计灵活、适应性强，但是处理速度慢。因此，CNC系统中软、硬件的 分配比例是由性能价格比决定的。
图3-2 CNC系统的系统平台
第一节 概述
一、CNC系统的工作过程
1．输入 2．译码处理 3．数据处理(刀具长度补偿、半 径补偿、反向间隙补偿、丝杠 螺距补偿、过象限及进给方向 的判断、进给速度换算、加减 速控制及机床辅助功能处理等) 4．插补运算与位置控制 5．输入/输出（I/O）处理 6．显示 7．诊断
零件 程序
第一种: 硬件 第二种：硬件 第三种：硬件
输入
软件
插补 准备
插补
硬件
位置 控制
速度 控制 位置 检测
硬件
执行 电机
机床
软件 软件
硬件
CNC中三种典型的软硬件功能界面
第三节 CNC系统的软件结构
二、 CNC软件结构特点
1．CNC系统的多任务性
CNC系统的任务
管理
控制
输 入
I/O 处 理
显 示
第二节 CNC系统的硬件结构
二、大板式结构和功能模块式结构
从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结构 和模块化结构
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建议 第三章
进给伺服系统
本章内容既有理论分析，又有实验
建 议
研究，同时还涉及设计计算方法。学
习中，应特别注意各种伺服驱动元件
的调速方法和调速原理，了解各种驱
动元件之间的性能比较及其应用场合。
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第三章 进给伺服系统
第一节 概述
一、作用
•以位臵和速度作为控制量的自动控制系统，它接受来自数控装
直线电机（高速、高精度）
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第三章 进给伺服系统
第一节 概述
习 题
1.数控机床对伺服驱动系统有哪些要求？ (1) 调速范围宽并有良好的稳定性，尤其是低速时的平稳性； (2) 负载特性硬，即使在低速时也应有足够的负载能力； (3) 动态响应速度快； (4) 高的位移精度； (5) 能够频繁地启动；
B相
6o
C相
转子
转子
转子
4.工作原理
步进驱动的原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位 移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱 动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (1) 组成：步进驱动控制装置、步进电机、减速机构。 实例如下图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
实际 速度 反馈 检测与反馈单 元
电机
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四.分类
半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环 节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳 定性虽不如开环系统，但比闭环要好。
由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误
差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环 好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得 满意的精度。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也 较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。
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第三章 进给伺服系统
第二节
开环伺服系统
一、组成
伺服驱动单元、执行元件、传动机构
工作台
CNC
驱动放大
步进电机
二、步进电机
将电脉冲转变成机械角位移的装置
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第三章 进给伺服系统
1.分类
按输出转矩分： 快速步进电机、功率 步进电机。 按励磁相数分： 三相、四相、五相、六相、八相 等 按工作原理分： 反应式、激磁式、混合式（永磁反应式）
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第一节 概述
习 题
开环进给伺服系统 2. 伺服系统按有无反馈可分为 ————————————————、
————————————————、——————————————————三类。
闭环进给伺服系统
半闭环进给伺服系统
数字伺服系统
3. 伺服系统按控制信号可分为 ————————————————、
动作 机床 位移、速度
工作台
步进伺服系统
CNC
驱动放大
步进电机
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二.构成
组成：伺服电机
驱动信号控制转换电路
电子电力驱动放大模块
位臵调节单元 速度调节单元 电流调节单元 检测装臵
一般闭环系统为三环结构：位臵环、速度环、电流环。
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二.构成
位置调解 速度调解 电流调解 转换驱动 M 工作台
脉冲 驱动电路 步进电机 工作台
（2）闭环伺服系统
指令
位置控制
速度控制
伺服电机
速度检测
位置检测
（3）半闭环伺服系统
工作台 指令 位置控制 速度控制 伺服电机 脉冲编码器
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四.分类
– 开环数控系统
没有位置测量装置，信号流是单向的（数 控装置→进给系统），故系统稳定性好。
脉冲频率f f、n 脉冲环 形分配 脉冲个数n 变换 换算
闭环进给伺服系统 驱动 CNC
电路
伺服
指令脉冲
Z1
D.C或 机械传动及执行部件 A.C
位置检测装置
位置检测装置
伺服驱动电路
伺服驱动装置 伺服驱动装置 伺服驱动装置
开环进给伺服系统 半闭环伺服驱动装置 闭环伺服驱动装置 半闭环进给伺服系统
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四.分类
1．按调节理论分类
（1）开环伺服系统
3．快速响应 快速跟随指令脉冲，可频繁起、停、反向；尽快消 除负载扰动。快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映 了系统的跟踪精度。
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。 10000：1以上，且稳定性好 。0～24m / min。 5．低速大转矩 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度 范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在低速时为恒 转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制，具有足够 大的输出功率。负载特性硬；足够大的加（减）速力矩 6. 误差无累积
掌握伺服系统的功能、分类及其特点：数控机床 对伺服系统的要求 掌握开环伺服系统的组成及工作原理
目 标
步进电机的工作原理、脉冲分配方式、驱动电源 的类型及工作原理 了解提高步进开环伺服系统精度的措施
掌握感应同步器、光栅等检测元件的工作原理
掌握直流伺服电机位置控制原理 了解交流伺服电机位置控制原理
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四.分类
从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的
误差、间隙和失动量。具有很高的位臵控制精
度。
由于位臵环内的许多机械传动环节的摩擦特性、 刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统 的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都
相当困难。
该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精 车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
第三章 进给伺服系统
2.步进电机的结构
2) 转子
左图为一转子示意图：
转子上有均匀分布的
齿，没有绕组。
以四十齿为例来说明 步进电机的原理
转子齿间夹角为9o
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第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
第三章 进给伺服系统
3. 步进电机的实物图
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四.分类
3．按被控对象分类 （1）进给伺服系统 指一般概念的位臵伺服系统， 包括速度控制环和位臵控制环。 （2）主轴伺服系统 只是一个速度控制系统。 C 轴控制功能。 4．按反馈比较控制方式分类 （1）脉冲、数字比较伺服系统 （2）相位比较伺服系统 （3）幅值比较伺服系统 （4）全数字伺服系统
4.工作原理
第三章 进给伺服系统
如果A相通电则转子齿与A相极齿对齐，这时在B相两极下 定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定 子齿中心线反时针方向落后1/3齿距，即3o。 C相下，转子齿超前6o。 因此，当通电状态由A相变为B相时，转子顺时针方向 转过3o，C相通电再转3o。
9o
A相
3o
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第三章 进给伺服系统
四.分类
数字伺服系统
5. 按控制信号分
模拟伺服系统
数字模拟混合伺服系统
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四.分类
伺服电动机为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）
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三.要求
对伺服电机的要求： （1）调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性 （2）电机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速 大转矩的要求。 （3）反应速度快，电机必须具有较小的转动惯量、较大的 转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速 度 (400rad / s2以上)。 （4）能承受频繁的起动、制动和正反转。
第三章 进给伺服系统
第一节 概述
第二节 开环伺服系统
第三节 闭环伺服系统
第三章提要 进给伺服系统
本章介绍进给伺服系统的构成及工作原理，
提 要
叙述步进电机、直流伺服电机、交流伺服电
机等伺服驱动元件的结构及调速方法，阐述
开环伺服系统、闭环伺服系统的构成及控制 原理。
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目标 第三章 进给伺服系统
CNC
插补指令
A相、B 相 功率 放大 C相、…
机械执行部件
电机
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四.分类
–
无位臵反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度 主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和 精度。
–
–
一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维 修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、 驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济 型数控机床。
电流反馈
G
速度反馈 位置反馈
位臵、速度和电流环均由：调节控制模块、检测和反馈
部分组成。电力电子驱动装臵由驱动信号产生电路和功率
放大器组成。 严格来说：位臵控制包括位臵、速度和电流控制；速度
控制包括速度和电流控制。
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三.要求
1．精度高 伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程 度。包括定位精度和轮廓加工精度。 2．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，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直 接影响数控加工的精度和表面粗糙度。准确、可靠地执行指令。