《数控伺服系统》PPT课件
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数控技术第七章数控机床的伺服系统精选文档PPT课件
15.08.2020
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步进电机及其控制系统
步进电机的分类 步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的一种机
电式数模转换器。其转子的转角与输入的电脉冲数成正比，它 的速度与脉冲频率成正比，而运动方向是由步进电机通电的顺 序所决定的。
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7.2.1．步进电动机的结构类型
15.08.2020
20 15.08.2020
21
3．步进电动机的结构
图7－5 三相反应式步进电动机结构原理图
图7－6 步进电动机的齿距
15.08.2020
22
定子
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转子
ML t
M
M
初始ห้องสมุดไป่ตู้
M m ax
平衡点
－ － 0
＋ t
静态稳定区
步进电动机的矩角特性
23
步进电动机的工作原理 步进电机由转子和定子组成。定子上有A、B、C三
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A B
A B C
C
U
(a)
A C 1 B
2 4
B 逆时针回转30°
3C
A
逆时针回转30°
B相通电
A C 1 B
A C 2 B
1 3
42 B 3 C
B 4
C
A
A
A相通电 逆时针回转30C °相通电 (b)
反应式步进电动机工作原理
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5) 低速大转矩 根据数控机床的加工特点，大都是在低速进行重切削，即 在低速时进给驱动要有大的转矩输出。这要求使动力源尽量靠 近机床的执行机构，使传动装置机械部分的结构简化，系统刚 性增加，传动精度提高。
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步进电机及其控制系统
步进电机的分类 步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的一种机
电式数模转换器。其转子的转角与输入的电脉冲数成正比，它 的速度与脉冲频率成正比，而运动方向是由步进电机通电的顺 序所决定的。
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7.2.1．步进电动机的结构类型
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20 15.08.2020
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3．步进电动机的结构
图7－5 三相反应式步进电动机结构原理图
图7－6 步进电动机的齿距
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定子
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转子
ML t
M
M
初始ห้องสมุดไป่ตู้
M m ax
平衡点
－ － 0
＋ t
静态稳定区
步进电动机的矩角特性
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步进电动机的工作原理 步进电机由转子和定子组成。定子上有A、B、C三
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A B
A B C
C
U
(a)
A C 1 B
2 4
B 逆时针回转30°
3C
A
逆时针回转30°
B相通电
A C 1 B
A C 2 B
1 3
42 B 3 C
B 4
C
A
A
A相通电 逆时针回转30C °相通电 (b)
反应式步进电动机工作原理
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5) 低速大转矩 根据数控机床的加工特点，大都是在低速进行重切削，即 在低速时进给驱动要有大的转矩输出。这要求使动力源尽量靠 近机床的执行机构，使传动装置机械部分的结构简化，系统刚 性增加，传动精度提高。
数控机床的伺服系统和常用驱动元件PPT课件( 60页)
（1）首先应确定步进电动机的类型。 （2）根据机床的加工精度要求，选择进给轴的脉冲当量，如0.01mm或 0.005mm。 （3）根据所选步进电动机的步距角、丝杠的螺距以及所要求的脉冲当量， 计算减速齿轮的降速比。 (4) 电动机的输出转矩应大于负载转矩. (5) 带载启动频率应为空载启动频率的一半.
数控机床所采用步进电动机的步距角一般都很小，通常为3°、1．5° 或0．75°等。步距角越小，控制精度越高。
步进电动机一转内各实际步距角与理论步距角之间存在误差，误差的最
大值定为步距误差。它的大小受制造精度、齿槽分布的不均匀和气隙不均
匀等因素影响，通常在10′左右。
(2)静态矩角特性和最大静转矩
当步进电动机单相通直流电时，转子处于静态。如果在电机
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
2. 全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接对 运动部件的实际位置进行检测。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
第4章 数控机床的伺服系统和常用驱动元件
4.1 数控机床的伺服系统 4.2 数控机床的驱动电动机 4.3 数控机床的驱动装置
4.1 数控机床的伺服系统
一. 伺服系统的定义、组成 1 . 定义：
伺服系统(Servo System)——以机床运动部件的 位置和速度作为控制量的自动控制系统。
进给伺服系统——以机械位移为直接控制目标,保证加工轮廓. 主轴伺服系统——以速度控制为主，提供切削转矩和功率.
数控机床所采用步进电动机的步距角一般都很小，通常为3°、1．5° 或0．75°等。步距角越小，控制精度越高。
步进电动机一转内各实际步距角与理论步距角之间存在误差，误差的最
大值定为步距误差。它的大小受制造精度、齿槽分布的不均匀和气隙不均
匀等因素影响，通常在10′左右。
(2)静态矩角特性和最大静转矩
当步进电动机单相通直流电时，转子处于静态。如果在电机
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
2. 全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接对 运动部件的实际位置进行检测。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
第4章 数控机床的伺服系统和常用驱动元件
4.1 数控机床的伺服系统 4.2 数控机床的驱动电动机 4.3 数控机床的驱动装置
4.1 数控机床的伺服系统
一. 伺服系统的定义、组成 1 . 定义：
伺服系统(Servo System)——以机床运动部件的 位置和速度作为控制量的自动控制系统。
进给伺服系统——以机械位移为直接控制目标,保证加工轮廓. 主轴伺服系统——以速度控制为主，提供切削转矩和功率.
数控机床的进给伺服系统ppt课件
稳定性：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。
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5
2. 输出位置精度要高 ▢ 静态：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。(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) ▢ 灵敏度要高，有足够高的分辩率。
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9
第二节 进给伺服驱动系统
一、概述
1. 进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的 驱动电 机及其控制和驱动装置组成。
2. 驱动电机是进给系统的动力部件，它提供执行 部分运动所需的动力，在数控机床上常用的电 机有：
步进电机
直流伺服电机
交流伺服电机
直线电机
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10
3. 速度单元是上述驱动电机及其控制和驱动装置，通 常驱动电机与速度控制单元是相互配套供应的， 其性能参数都是进行了相互匹配，这样才能获得 高性能的系统指标。
Z1
t
34
解： （1）由计算脉冲当量：
L0
360
4. 速度控制单元主要作用：接受来自位置控制单元的 速度指令信号，对其进行适当的调节运算(目的是 稳速)，将其变换成电机转速的控制量(频率，电压 等)，再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。
即，调节、变换、功放。
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11
5. 进给驱动系统的特点（与主运动（主 轴）系统比较）：
。
√“三拍”——每一拍转子转过一个步距角，这样“三
拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。 ➢三相六拍通电方式 ——即按A AB B BC C CA
相序通电。（见下图）
《数控机床伺服系统》PPT课件
动而相对移动。
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37
光栅尺是用真空镀膜的方法刻上均匀密集线纹的透 明玻璃片或长条形金属镜面。
对于长光栅，这些线纹相互平行，各线纹之间的距 离相等，称此距离为栅距。
对于圆光栅，这些线纹是等栅距角的向心条纹。栅 距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。
栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。
2。交流伺服系统
电机转速可采用以下两种方法: (1)改变磁极对数P，这是一种有效的调速方法,它是
通过对定子绕组接线的切换改变磁极对数调速的。 (2)变频调速。变频调速是平滑改变定子供电电压频
率f，而使转速平滑变化的调速方法，多数交流伺 服电动机都采用这种调速方法。
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4.5 位置检测装置
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22
永磁式宽调速直流电动机为永磁式电动机， 其磁场磁通是恒定的，只能通过改变电枢 的电压进行调速。
常用的电压调速有两种方法:晶闸管调速 (SCR)和晶体管脉宽调制调速(PWM)。
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晶体管脉宽调速(PWM)的主要特点
PWM调速具有如下特点: (1)晶体管的频率远比转子能跟随的频率高得多,避
开了机械共振。
(2)电枢电流的脉动小,电动机在低速时工作也十分 平滑、稳定。
(3)调速比可以很大。 (4)电流波形系数较小,热变形小。 (5>功率损耗小。 (6)频带宽动态硬度好,响应很快。
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缺点: 如不能承受高的峰值电流。一般都是将峰值 电流限制到二倍有效电流。另外，还有大功率晶体 管性能不够稳定，价格较贵等缺点。
材料有玻璃光栅和金属光栅之分。
光栅主要由光栅尺(包括标尺光栅和指示光栅)和光 栅读数头两部分组成,
《数控技术伺服》课件
网络化
总结词
随着工业互联网的发展，数控技术伺服系统的网络化成为必然趋势。
详细描述
网络化是指将数控技术伺服系统与互联网进行连接，实现远程监控、远程维护和数据共享等功能。网 络化可以提高生产效率、降低维护成本，同时促进制造业的数字化转型。实现网络化需要借助通信协 议、网络安全等技术，确保数据传输的可靠性和安全性。
05 数控技术伺服系统的维护与保养
CHAPTER
日常维护
定期检查
对伺服系统进行定期检查，确保各部件正常工作。
清洁保养
保持伺服系统的清洁，避免灰尘、杂物等影响正常运行。
润滑保养
对需要润滑的部位进行定期润滑，保证机械部件的顺畅运转。
故障诊断与排除
故障识别
通过观察、听诊、触诊等方式，识别伺服系统是否存 在异常。
智能化
总结词
随着人工智能技术的发展，数控技术伺服系统的智能化成为新的发展趋势。
详细描述
智能化是指将人工智能技术应用于数控技术伺服系统中，实现自适应控制、自主学习和自决策等功能。智能化可 以提高伺服系统的响应速度、稳定性和可靠性，同时降低对操作人员技能的要求。实现智能化需要借助机器学习 、深度学习等人工智能技术，对数据进行处理和分析，以优化伺服系统的性能。
伺服驱动器
01
伺服驱动器是数控技术伺服系统中的能源转换装置，负责将输 入的电能转换为适合伺服电机的能源形式。
02
伺服驱动器通常采用先进的电力电子技术，如PWM控制、矢量
控制等，实现高精度的电流和电压调节。
伺服驱动器还具有过载保护、短路保护等功能，能够确保系统
03
的安全可靠运行。
伺服控制器
伺服控制器是数控技术伺服系统的核心控制单 元，负责接收来自数控系统的指令，并输出控 制信号给伺服驱动器和伺服电机。
数控机床进给伺服驱动系统.ppt
• 脉冲、数汾字比较伺服系统
• 经相位比较伺服系统
• 碎 幅值比较伺服系统
•增 全数字伺服系统
第二节 步进伺服驱动厂控制
•
在数机控机床中使用的伺服电脆动机有
步进电动机、直黍流伺服电动机、交流伺遁
电动机和直线电动机等卧。步进伺服驱动系
统的甥执行元件是步进电机。
步进电蔼动机一般用于开环伺服殊系统中， 没有位置反馈训环节，位置控制精度由舰步进电 动机和进给链来决定。
嚏
曲线2—实际的借移
正补偿脉冲 B 动（有螺距的误差）
误差
锰
曲线3—补偿前的误
沛差曲线
艘
O
补偿脉冲
曲线4—补偿后的误
图5-16 螺距误差补偿原理
差曲线
曲线 1 - 理想的移动（没有螺距的误差）曲线 2 - 实际的移动（有螺距的误差）
第三节 闭环伺服控制先原理与系统
闭环控制的特点：坏工作可靠，抗干扰性强砍，精度高，但增加 了位翁置检测、反馈、比较等盼环节，结构复杂，调试嗜困难。
– 实现方法：
• 安俩置两个补偿杆 • 按照螺範距误差在补偿杆上设置疡挡块 • 工作台移动时行力程开关与挡块接触
时进行补偿。
第二节 步进伺服驱动明控制
机床运动
1 2
0.01 mm l
O
误差
3
O
脉冲数
1
2
0
脉冲数
-1
-2
微动开关 A
补偿杆 A
补偿杆 B
B
曲线1—理想的移动
（叼没有螺距误差）
负补偿脉冲 A
第五章 数控机床的进俺给伺服系统
第一节 概述讹
一、定义：
伴 进给伺服系统(吏Feed Servo硅 System)——毙以移
数控机床伺服系统培训课件
•起动频率fq 电机正常起动时(不丢步)所能承受旳最高 控制频率,起动频率低于持续运动频率,由 于起动时电机既要克服负载力矩,又要克 服惯性力矩，且负载越大，fq越低。
•持续运行频率（最高工作频率） fm步ax进电机持续工作时能接受旳最高频率,因运行时
转动惯量旳影响比起动时大大减小，因此fmax 》 fq，它表明步进电机所能到达旳最高速度
•步进电机定子绕组的通电状态的改变速度越快，其 转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高， 转子的转速越高，即步进电机选型及工作方式定下后， 步令距脉角冲频率是f确的定大的小，：因n=此其×转60速f=n3(r6/0min×)只60取f 决于指
mzk
2. 步进电机旳重要特性
•步距角 输入一种脉冲信号,转子转过旳角度 步距角越小,加工精度越高
变化外加电压u 变化磁通量
他励式直流电动机 调速原理图
电枢等效电路图
变化磁通量旳措施不能满足数控机床旳规定，而变 化电压旳措施具有恒转矩旳调速特性，机械特性好，
即机械特性与调整特性都是直线，转速与控制量U之 间是线性关系，而后一种措施转速与控制量 是非
线性关系，控制及设计系统都不以便。因此永磁直
流电机大都采用该调速方案。
•脉冲分派器（环C)伺服电动机
直流伺服电动机是将直流电能转换成机械能旳旋转电动机 直流伺服电动机具有良好旳调速特性，对伺服电机旳调速 性能规定高旳设备中，大都采用DC伺服电动机驱动。
直流伺服电动机的工作原理主要基于
电磁力定律：载流导体在磁场中要受到电磁力作用
电磁感应定律：当导体在磁场中运动并切割磁力线时，导 体中要产生感应电动势
㈣ 交流(AC)伺服电动机
直流伺服电动机构造较复杂，电刷、换向器需常常维 护，电机转速受限，AC克服此缺陷，因此AC伺服电动 机有取代DC伺服电动机旳趋势
•持续运行频率（最高工作频率） fm步ax进电机持续工作时能接受旳最高频率,因运行时
转动惯量旳影响比起动时大大减小，因此fmax 》 fq，它表明步进电机所能到达旳最高速度
•步进电机定子绕组的通电状态的改变速度越快，其 转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高， 转子的转速越高，即步进电机选型及工作方式定下后， 步令距脉角冲频率是f确的定大的小，：因n=此其×转60速f=n3(r6/0min×)只60取f 决于指
mzk
2. 步进电机旳重要特性
•步距角 输入一种脉冲信号,转子转过旳角度 步距角越小,加工精度越高
变化外加电压u 变化磁通量
他励式直流电动机 调速原理图
电枢等效电路图
变化磁通量旳措施不能满足数控机床旳规定，而变 化电压旳措施具有恒转矩旳调速特性，机械特性好，
即机械特性与调整特性都是直线，转速与控制量U之 间是线性关系，而后一种措施转速与控制量 是非
线性关系，控制及设计系统都不以便。因此永磁直
流电机大都采用该调速方案。
•脉冲分派器（环C)伺服电动机
直流伺服电动机是将直流电能转换成机械能旳旋转电动机 直流伺服电动机具有良好旳调速特性，对伺服电机旳调速 性能规定高旳设备中，大都采用DC伺服电动机驱动。
直流伺服电动机的工作原理主要基于
电磁力定律：载流导体在磁场中要受到电磁力作用
电磁感应定律：当导体在磁场中运动并切割磁力线时，导 体中要产生感应电动势
㈣ 交流(AC)伺服电动机
直流伺服电动机构造较复杂，电刷、换向器需常常维 护，电机转速受限，AC克服此缺陷，因此AC伺服电动 机有取代DC伺服电动机旳趋势
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第 3 章 数控伺服系统
14.01.2021
精选课件ppt
1
3.1 概 述
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自 动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经 变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运 动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节， 是数控机床的重要组成部分。
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2．按使用的执行元件分类
（1）电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。
优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间 常数小、反应快和速度平稳。
缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。
（2）电气伺服系统 伺服电机（步进电机、直流电机和交流电 机）
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4
3.1.2 伺服系统的组成
位置调解
速度调解
电流调解
转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
位置、速度和电流环均由：调节控制模块、检测和反馈 部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率 放大器组成。
严格来说：位置控制包括位置、速度和电流控制；速度 控制包括速度和电流控制。
3．快速响应:
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。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。
优点：结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。 动态响 应好、转速高和容量大。
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14
3．按被控对象分类 （1）进给伺服系统 指一般概念的位置伺服系统，包 括速度控制环和位置控制环。 （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
数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、 伺服机构或伺服单元。
该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综 合性强。
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2
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说 C装置是数控系统的“大脑”，是发布“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，进给速度与位移量。
。
位置控制单元 +
-
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
电机
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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。
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。
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– 半闭环数控系统
半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱
动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角
度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置
CNC 插补 指令
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3
3.1.1对伺服系统的基本要求
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。
步进电机
工作台
（2）闭环伺服系统 指令 位置控制
Hale Waihona Puke 速度控制伺服电机 速度检测
位置检测
（3）半闭环伺服系统 指令 位置控制
速度控制
伺服电机 脉冲编码器
工作台
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– 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。
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n
优点：操作维护方便，可靠性高。
1）直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流 伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直 流伺服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高 。
2）交流伺服系统 交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺 服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。
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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– 全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示， 直接对运动部件的实际位置进行检测。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈 单元
机械执行部件 电机
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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。具有很高的位置控制精度。 由于位置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。
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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
位置调节单元 速度调节单元 电流调节单元 检测装置 一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环。
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3.1.3 伺服系统的分类
1．按调节理论分类
（1）开环伺服系统
脉冲 驱动电路
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B相 功率 放大
C相、…
机械执行部件
电机
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– 无位置反馈，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
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3.1 概 述
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自 动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经 变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运 动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节， 是数控机床的重要组成部分。
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2．按使用的执行元件分类
（1）电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。
优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间 常数小、反应快和速度平稳。
缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。
（2）电气伺服系统 伺服电机（步进电机、直流电机和交流电 机）
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3.1.2 伺服系统的组成
位置调解
速度调解
电流调解
转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
位置、速度和电流环均由：调节控制模块、检测和反馈 部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率 放大器组成。
严格来说：位置控制包括位置、速度和电流控制；速度 控制包括速度和电流控制。
3．快速响应:
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。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。
优点：结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。 动态响 应好、转速高和容量大。
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3．按被控对象分类 （1）进给伺服系统 指一般概念的位置伺服系统，包 括速度控制环和位置控制环。 （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
数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、 伺服机构或伺服单元。
该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综 合性强。
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进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说 C装置是数控系统的“大脑”，是发布“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，进给速度与位移量。
。
位置控制单元 +
-
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
电机
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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。
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。
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– 半闭环数控系统
半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱
动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角
度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置
CNC 插补 指令
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3.1.1对伺服系统的基本要求
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。
步进电机
工作台
（2）闭环伺服系统 指令 位置控制
Hale Waihona Puke 速度控制伺服电机 速度检测
位置检测
（3）半闭环伺服系统 指令 位置控制
速度控制
伺服电机 脉冲编码器
工作台
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– 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。
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n
优点：操作维护方便，可靠性高。
1）直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流 伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直 流伺服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高 。
2）交流伺服系统 交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺 服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。
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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– 全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示， 直接对运动部件的实际位置进行检测。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈 单元
机械执行部件 电机
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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。具有很高的位置控制精度。 由于位置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。
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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
位置调节单元 速度调节单元 电流调节单元 检测装置 一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环。
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3.1.3 伺服系统的分类
1．按调节理论分类
（1）开环伺服系统
脉冲 驱动电路
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B相 功率 放大
C相、…
机械执行部件
电机
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– 无位置反馈，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