伺服系统在数控机床上的应用
阿尔法AS600M主轴伺服在数控车床上的应用
阿尔法AS600M主轴伺服在数控车床上的应用摘 要：AS600M主轴伺服驱动器和ASMA主轴伺服电机是阿尔法变频技术有限公司推出的应用于高端数控机床的主轴伺服系统，该系统调速精准、低频力矩大、负载响应能力强，快速的加减速能力、宽调速范围，精确位置控制，能实现主轴定位，刚性攻丝，螺纹切削，低速绞孔等各种功能。
本文主要AS600M主轴伺服系统组成以及在数控车床上的应用，调试方法，参数设置等。
关键词：AS600M 主轴伺服 数控车床一、引言目前中国经济飞速发展，制造业的发展起着重要作用，制造的效率及产品的质量很大程度上取决于制造装备。
而数控机床在制造装备中扮演着重要角色，产品的精度直接决定于数控机床，产品的国际化直接决定数控机床的国际化。
数控机床的性能尤其是主轴的性能直接与驱动器挂钩，普通的变频主轴只有单纯的速度控制，且无论是低速力矩还是响应速度都有欠缺，有些变频器虽带有主轴定位功能，但只能做有限点定位，无法做出位置插补，调速范围也不够宽（最高转速在四五千转左右），有些同步伺服主轴虽然低速性能好，响应快，但高速弱磁依然是一大挑战，并且成本高居不下，尤其是在大功率机器上面。
因此，基于异步机的伺服主轴是一大趋势，将成为市场的主流。
二、系统介绍AS600M主轴伺服驱动器和ASMA主轴伺服电机是阿尔法变频技术有限公司推出的基于异步机的主轴伺服系统。
该系统调速精准、低频力矩大、负载响应能力强，快速的加减速能力、宽调速范围，精确位置控制，弥补了变频主轴和同步主轴的缺点，能轻松实现主轴定位，刚性攻丝，螺纹切削，低速绞孔等各种功能。
AS600M主轴伺服驱动器采用先进的闭环矢量控制，通过伺服电机内置编码器检测速度和位置，同时又将编码器信号反馈至系统，节省主轴编码器。
AS600M提供丰富的接口，具有脉冲串调速和模拟量调速功能，多通道输入输出口（接口图如图一）可编程开路集电极输出（光耦隔离）电机编码器输入至系统图一：AS600M 主轴伺服驱动器接口图三、系统组成系统由哪些部分组成，使用哪些机器，线路图等。
伺服电机在数控机床上的应用
伺服电机在数控机床上的应用目前，在生产中，我们通常所使用的是交流伺服电机，以交流伺服电机为例，来分析其结构的组成。
交流伺服电机大致上可分为两大部分，即转子和定子部分。
其中，我们一般常用的鼠笼形转子和非磁性杯行转子就是这里所说的转子部分。
那么定子部分呢？常用的定子结构与旋转变压器的定子有异曲同工之处，他们都是在定子铁心中安放着空间互成90度的两相绕组组成，故此，伺服电机也可被称为是两相的交流电动机。
在两种常用的转子结构中，鼠笼形转子交流伺服电机由转子铁心，转轴以及转子绕组组成，而非磁性杯形转子交流伺服电机的外定子与鼠笼形的定子结构完全一样，而内定子确有着差别，它是由环形的钢片叠成，作为电机磁路的一部分，内定子通常不放绕组，只是代替鼠笼转子的铁心而已。
但是依据目前市场的情况来看，一般被广泛应用的是鼠笼形转子伺服电机，因为非磁性杯形转子的惯量小，轴承摩擦阻转矩小。
还因为它的转子之间没有齿槽，导致定、转子之间没有齿槽粘合的现象，在恒速转动时，抖动的现象不会发生，但是在相同的体积和重量下，以一定的功率范围内来看，杯形转子伺服电机比鼠笼形转子伺服电机所产生的启动转矩和输出功率都小，与此同时，杯形转子伺服电机的构造和制造工艺相对来说更复杂。
故此，杯形转子伺服电机只有在要求运转非常平稳的某些场合下才被使用（如：积分电路）。
1、伺服电机在数控系统中的应用特点交流伺服电机是无刷电机的一种，但是它分为同步和异步电机，在运动控制中较常见的是同步电机，就因为它可以做到很大的功率，在最高转动的情形下，速度低，并且随着功率增大而快速降低，因此适合做低速平稳运行的应用。
故此精度高，调速范围宽、能在低速时输出大的转矩，还有快速响应且无超调就是其最大的特点。
2、伺服电机较之其它电动机有那些优势交流伺服电机在很多方面的性能都优于步进电机，虽然在一些特殊的场合或者在一些要求不高的场合经常用步进电机来做执行电动机，但是交流伺服电机依然是呼声最高应用最广的电机，那么比之步进电机有那些方面的不同呢？其一在控制精度上的不同。
数控机床的伺服系统
第七章 数控机床的伺服系统
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂， 价格也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交 流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服 电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修， 制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速 度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
第七章 数控机床的伺服系统
进给伺服系统的作用：接受数控装臵发出的进给速度和位 移指令信号，由伺服驱动装臵作一定的转换和放大后，经伺服 电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机 构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行 部件的运动速度与位臵，以及几个执行部件按一定规律运动所 合成的运动轨迹。如果把数控装臵比作数控机床的“大脑”， 是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控机床的 “四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不折不扣的跟随 者。
第七章 数控机床的伺服系统
二、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中， 步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一 定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数 量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序 来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由 于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定， 速度也受到步进电机性能的限制。
第七章 数控机床的伺服系统
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直 演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动 能的一种推力装臵，是一种较为理想的驱动装臵。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是 取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传 动链的长度缩短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动 机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机 床中的应用目前还处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。 随着各相关配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善，相 信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广泛应用。
数控机床的伺服系统
第6章 数控机床的伺服系统
伺服驱动装置
位置控制模块 速度控制单元
工作台 位置检测
速度环 速度检测 位置环
伺服电机
测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内 环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。 速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控 制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由 CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组 成。
第6章 数控机床的伺服系统
A C1 B4 2 B 3C A
逆时针转30º
C 4 B
A 1 2 3 A
B
C 1 B
A 2
B 3 C
C
逆时针转30º
4 A
第6章 数控机床的伺服系统
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按AB→BC→CA→AB（逆时针 方向）或AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍为30。由于 双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以 工作比较稳定。
第6章 数控机床的伺服系统
设 A 相首先通电，转子齿与定子 A 、 A′ 对齐（图 3a ）。然后在 A 相继续通电的情 况下接通 B 相。这时定子 B 、 B′ 极对转子 齿 2 、 4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转 动，但是 A 、 A′ 极继续拉住齿 1 、 3 ，因 此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转 子的位置如图 3b 所示，即转子从图 (a) 位 置顺时针转过了 15° 。接着 A 相断电， B 相继续通电。这时转子齿 2 、 4 和定子 B 、 B′ 极对齐（图 c ），转子从图 (b) 的位置又 转过了 15° 。其位置如图 3d 所示。这样， 如果按 A→A 、 B→B→B 、 C→C→C 、 A→A… 的顺序轮流通电，则转子便顺时针 方向一步一步地转动，步距角 15° 。电流 换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个 齿距角。如果按 A→A 、 C→C→C 、 B→B→B 、 A→A… 的顺序通电，则电机 转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六 拍方式。
数控机床中伺服系统技术特性的应用
气传 动 自动控 制 系统 。这类 系统控 制 电动 机 的转 矩 、 转速 和转 角 ， 电能转 换 为 机 械 能 ， 现机 械 的运 动 将 实 要求 。数 控机 床 中 ， 伺服 系统接 收数 控系统 发 出的位 移 、 度指 令 ， 速 经变 换 、 调 与整 大 后 ， 电动 机 和 机 放 由 械传 动机 构驱 动机 床 坐标 轴 、 主轴 等 ， 动工 作 台及 带
薛旺录 ，刘立 美
（ 兰州工业 高等专科学校 工程训练中心 。 甘肃 兰州 ７ ０５ ） ３０ ０
摘
要： 作为数控机床 的重要功能部件 ， 服系统 的特 性一直是影 响系统加 工性能 的重要指标 。笔 者介绍 了数控 机 伺
床的进给伺服系统 、 主轴伺服 系统 的特性 ， 并对其应用前景进行展望。
计。
２ 伺 服 系统 的 结 构
从 基本 结 构 看 ， 服 系统 主要 由控 制器 、 率驱 伺 功 动 装置 、 反馈 装置 和 电动机组 成 。控制器 按照数 控 系 统 的给定 值 和通过 反馈 装置检 测 的实际运 行值 的差 ， 调节 控 制量 ； 功率 驱 动装 置 作 为 系统 的主 回路 ， 一方
１ 概
述
中பைடு நூலகம் 动机械 的不 同将其 分为进 给伺 服与 主轴伺 服 。
作 为数控机 床 的执行 机构 ， 服 系统集 电力 电子 伺
３ 进 给 伺 服 系统 的特 性
进 给伺 服 以数 控机床 的各 坐标 为控 制对象 ， 生 产 机 床 的切削进 给运 动 。为此 ， 求进 给伺 服能快 速调 要 节 坐标 轴 的运 动速 度 ， 能精确 地进行 位 置控 制 。具 并 体 要求其 调 速范 围宽 、 位移 精 度高 、 定性好 、 稳 动态 响 应 快 。根 据 系统使用 的 电动机 ， 给 伺服可 细分 为步 进 进 伺服 、 直流伺 服 、 流伺服 和直 线伺 服 【 。 交 ２ 】 （ ）步进伺 服 系统 １ 步进 伺 服 是 一 种 用 脉 冲信 号 控制 ， 将 脉 冲信 号 转 换 成 相 应 角 位 移 的 控 制 系 并 统 。其角 位移 与脉 冲数 成正 比 ， 速与 脉 冲频 率成 正 转 比 ， 过改 变脉 冲频率 可调节 电动机 的转 速 。如果 停 通
浅析伺服系统在数控机床中的应用及发展
智能化
伺 服 器 控 制 模 式 的 智 能 化 ， 在 内 部 预 先 编 程 如
实 现 某 种 运 动 轨 迹 ， 制 本 站 点 周 边 的 １ 口， 带 主 从 跟 随 控 ０ 内 模式调整 ， 电子 凸轮 等 。
问题 ， 如电刷和换 向器 易磨 损 ， 护工作 量 大 ， 维 成本 高等 。② 交流伺服 系统。其进 给运动系统采用 交流感应 异步伺 服 电机 和永磁 同步伺 服电机 。交流伺服系 统的优点 除 了具 有稳定性 好 、 速性 好 、 度高 的特点 外 ， 快 精 与直 流伺 服 电机系 统相 比有
如下 ：
１３ １ 按用途和功能分类 ．．
１进 给驱动系 统 ： ） 用于数 控机 床工 作 台坐标 或 刀架坐 标 的控制系统 ， 控制机床各坐标轴 的切削进给运 动 ， 并提供 切削
过 程 所 需 的力 矩 。
１２ １ 可 逆 运 行 ．．
可逆运行要求 能灵 活地 正反 向运行 。在加工 过程 中， 机
控制编码或其他符 号指令规 定的程序 ， 并将其译码 ， 再进行 必要 的信 息处理和运算后控 制机床 动作 并加 工零件。伺服 系统 的 系统直接 关 系到数控机床执行件 的静 态和动 态特性 、 工作精度、 负荷 能力和稳 定程度等 。因此， 究与开发 高性 研
能 的伺 服 系统 一 直 是现 代 数 控 机 床 的 关键 技 术之 一 。 关键 词 ： 服 系统 ； 控 机 床 ； 用 ； 展 伺 数 应 发 ｄｉ１ ．９９ｊｉｎ １０ —８５ ． １ ．８ ０２ ｏ：０ ３６／． ｓ．０ ６ ５４２ ２０ ．０ ｓ ０
１３２ 按控制原理分类 ．． １开环伺 服系统 ： ） 系统 中没有 位置测 量装置 ， 号流是 单 信 向的（ 数控装置一 进给系统） 故系统稳定性好。 ， ２ 半开环伺服 系统 ： ） 系统 的位 置采样 点是 从伺 服 电机 或 丝杠 的端部 引出 ， 采样旋转角度进行检 测 ， 不是直接 检测最 终
数控技术 第七章 数控机床的进给伺服系统
三 步进电动机的基本控制方法
（2） 双电压功率放大电路 优点：功耗低，改善了脉冲 优点：功耗低， 前沿。 前沿。 缺点：高低压衔接处电流波 缺点： 形呈凹形， 形呈凹形，使步进电机 输出转矩降低， 输出转矩降低，适用于 大功率和高频工作的步 进电机。 进电机。
三 步进电动机的基本控制方法
（3） 斩波恒流功放电路 优点： 优点：1）R3较小（小 R3较小（ 较小 于兆欧） 于兆欧）使整个 系统功耗下降， 系统功耗下降， 效率提高。 效率提高。 2）主回路不串 电阻， 电阻，电流上升 快，即反应快。 即反应快。 3）由于取样绕 组的反馈作用， 组的反馈作用， 绕组电流可以恒定在确定的数值上， 绕组电流可以恒定在确定的数值上，从而保证在很大频率范 围内，步进电机能输出恒定的转矩。 围内，步进电机能输出恒定的转矩。
二 数控机床对伺服系统的基本要求
1 高精度 一般要求定位精度为0.01~0.001mm； ； 一般要求定位精度为 高档设备的定位精度要求达到0.1um以上。 以上。 高档设备的定位精度要求达到 以上 2 快速响应 3 调速范围宽 调速范围指的是 max/nmin 。 调速范围宽:调速范围指的是 调速范围指的是:n 进给伺服系统:一般要求 进给伺服系统 一般要求0~30m/min，有的已达到 一般要求 ，有的已达到240m/min 主轴伺服系统:要求 主轴伺服系统 要求1:100~1:1000恒转矩调速 要求 恒转矩调速 1:10以上的恒功率调速 以上的恒功率调速
一 直流伺服电动机调速原理
7-30 直流电动机的机械特性
二 直流电动机的PWM调速原理 直流电动机的 调速原理
7-24 脉宽调制示意图 脉宽调制示意图
Ud =
τ
T
U = δ T U δ T 称为导通率
浅析伺服系统与数控机床两者的关系
数控英才网转载：在数控机床上，伺服调控系统是其不可缺少的一部门。
其任务是把数控信息转化为机床进给运动，从而实现精准控制。
卧式数控机床由CNC控制器，伺服驱动及电机、电器柜和数控机床的机架四部门组成。
模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。
配有数字接口，改变工作方式、更换电念头规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。
具有较丰硕的自诊断、报警功能。
在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并跟着新技术的发展而不断完善，详细体现在三个方面。
直接影响数控加工的精度和表面粗拙度；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；调速范围宽，其调速范围可达0—30m/min；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。
其工作原理是：通过CNC内配置的专用编程软件，将加工零件的的轨迹用坐标的方式表达出来，把这些信息转化成能使驱动伺服电机的带有功率的信号(脉冲串)，控制伺服电机带动相应轴来实现运动轨迹。
一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进提高前辈控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。
因为数控机床对产品加工时要求高，所以采用的伺服控制系统十分枢纽。
其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。
作为数控机床的重要功能部件，伺服系统是影响系统加工机能的重要指标。
目前在机床行业，海内外众多厂商都有该行业的伺服产品，其中国外的西门子、博世力士乐，海内的东能、汇川、台达等产品在2011年的市场表现较好。
伺服控制的定义及应用
伺服控制的定义及应用
伺服控制是指通过反馈机制对电机或执行器等运动控制的系统进行精确的位置、速度或力控制的一种自动控制技术。
伺服控制系统由伺服电机、编码器、控制器、驱动器和负载等组成。
伺服控制被广泛应用于机器人、自动化生产线、印刷、造纸、纺织、包装、数控机床、卫星导航和航空航天等领域。
伺服控制的应用:
1. 机器人领域: 机器人需要精确控制其运动，伺服控制器能够使机器人各个关节的位置、角度、速度、加速度、力和扭矩满足精确控制的要求。
2. 自动化生产线: 在自动化生产线上，伺服控制器被广泛应用于搬运、加工和装配等环节，能够保证生产线的精度和效率。
3. 数控机床: 伺服系统的使用使数控机床中的轴向定位，切削力和调速更加精确，从而提高了加工件的精度和表面质量，降低了产品的误差和废品率。
4. 包装机械: 伺服系统被广泛应用于包装机械的送纸、定位、贴标等工作中，能够提高包装产品的精度和速度，降低误差率和糟损率。
5. 航空航天: 在飞行器的控制系统中，伺服系统的应用可以保证飞行器各个部件的运动控制精确，提高了飞行的平稳性和安全性。
6. 医疗器械: 伺服系统被应用于医疗器械的控制中，例如人工心脏、人工肾脏、到动脉方式心脏起搏器等，确保其稳定和可靠性。
伺服控制技术被广泛应用于各种自动化生产线和智能制造设备中，其高精度，高速度和高可靠性的控制特性使其成为现代工业自动化必备的技术之一。
近年来，伺服控制技术也在无人车、物联网、智能家居、工业4.0等新兴领域得到了应用，并取得了良好的效果。
电液伺服系统在数控机床中的应用
电液伺服系统在数控机床中的应用伺服系统是一种通过感应和响应外部信号来调整输出的自动控制系统。
电液伺服系统是一种使用电力和液压传动技术的伺服系统，被广泛应用于数控机床中。
本文将探讨电液伺服系统在数控机床中的应用，并介绍其优势和发展趋势。
一、电液伺服系统的工作原理电液伺服系统主要由电液伺服阀、液压伺服缸、传感器、执行器和控制器等组成。
其工作原理是：控制器通过传感器获得外部输入信号，然后将信号传递给电液伺服阀。
电液伺服阀根据接收到的信号来控制油路的开闭，调节液压伺服缸的运动。
液压伺服缸将运动转化为力或位移输出，从而实现对机械装置的精确控制。
二、1. 位置控制：电液伺服系统通过精确的位置控制能够实现数控机床的高精度加工。
通过传感器获得工作台或刀具的位置信号，控制器根据设定值对电液伺服阀进行控制，使得机械装置按照预定的路径和速度进行准确定位。
2. 速度控制：电液伺服系统能够实现数控机床的平稳加速和减速操作。
控制器根据设定值对电液伺服阀进行控制，调节液压伺服缸的运动速度，从而实现对机械加工的平滑速度控制。
3. 力控制：电液伺服系统能够实现数控机床的精确力控制。
通过传感器获取工作台或刀具的力信号，控制器根据设定值对电液伺服阀进行控制，调节液压伺服缸的输出力，确保机械装置对工件施加恰当的力。
4. 自动化操作：电液伺服系统能够实现数控机床的自动化操作。
通过控制器中预设的程序，可以实现自动切换刀具、自动换夹具、自动调整加工参数等功能，提高了数控机床的生产效率和加工质量。
三、电液伺服系统的优势1. 高精度：电液伺服系统具有响应速度快、位置控制精度高的特点，可以满足数控机床对于精密加工的要求。
2. 高可靠性：电液伺服系统由于采用了液压传动技术，具有承受高负载和冲击的能力，能够适应数控机床长时间、高负荷运行的需求。
3. 高适应性：电液伺服系统能够适应不同的加工需求，通过调整控制器中的参数实现不同的运动模式和控制策略。
4. 易于维护：电液伺服系统的设计相对简单，维修和更换零部件相对容易，能够降低机床维护成本和停机时间。
伺服系统在智能制造中的应用
伺服系统在智能制造中的应用伺服系统是一种用于控制电机运动的闭环控制系统。
随着智能制造技术的发展，伺服系统作为控制电机运动的重要手段，已经广泛应用于各种自动化设备中，如机床、机器人等。
本文将介绍伺服系统在智能制造中的应用。
一、伺服系统的基本原理伺服系统是由伺服电机、伺服控制器和反馈装置组成，其中伺服电机负责转动，伺服控制器负责控制电机的运动，反馈装置负责检测电机的运动状态，并将状态信息反馈给伺服控制器，形成一个闭环控制系统。
伺服系统能够精确控制电机的转速、位置和加速度，使得电机能够按照预先设定的轨迹运动，并在运动过程中保持精度和稳定性。
二、伺服系统在机床中的应用在数控机床中，伺服系统被用来控制主轴马达的速度和位置，实现刀具的精确切削。
伺服系统控制电机的加速度和减速度，使得机床的切削效率和精度都得到了很大的提高。
同时，在自动化机床中，伺服系统能够根据工件的尺寸和形状自动调整切削参数，实现自动生产。
三、伺服系统在机器人中的应用机器人是另一个伺服系统应用的重要领域，由于机器人需要完成复杂的运动轨迹，伺服系统是必不可少的。
伺服系统将指令转化为电机控制信号，控制机械臂的运动。
同时，伺服系统能够对机器人进行精确定位和定向，使得机器人的运动轨迹更加精确和流畅。
伺服系统还能够根据不同的工艺需求进行自动化调整，例如在3D打印中，在打印过程中需要根据打印速度和打印质量进行调整，在这种情况下，伺服系统能够根据反馈装置的信号对打印头进行控制，使得打印效率和质量都得到了提高。
四、伺服系统在智能制造中的价值伺服系统作为智能制造中不可或缺的一部分，能够帮助实现自动化生产，提高生产效率和质量。
通过伺服系统的精准控制，可以实现自动化生产过程中的各种运动要求，同时也能够通过反馈控制保证生产的精度和稳定性，减少生产成本。
在工业4.0的背景下，伺服系统还能够通过连接互联网，实现数据采集和关键参数监测的功能，形成完整的智能制造闭环。
综上所述，伺服系统在智能制造中扮演着重要的角色，通过其精准控制和反馈控制的功能，能够帮助实现自动化生产，提高生产效率和质量。
低压伺服应用场景
低压伺服应用场景伺服系统是一种精密控制系统，可实现对运动控制精度和稳定性的高要求。
低压伺服系统是一种应用较低电压进行控制的伺服系统，广泛应用于各种工业领域和科研领域中。
低压伺服系统常见的应用场景有以下几个方面：1. 机械加工行业：低压伺服系统在机械加工行业中应用广泛。
例如在数控机床中，低压伺服系统可以控制工作台、刀架、进给轴等运动部件的位置和速度，实现高精度的加工工艺。
另外，在磨床、铣床、冲床等机械设备中，低压伺服系统也能够提供高精度的运动控制，提高工作效率和产品质量。
2. 自动化生产线：低压伺服系统在自动化生产线上的应用也非常广泛。
例如在汽车制造业中，低压伺服系统可以控制汽车装配线上的各种机械臂、传送带等设备的运动，实现零件的装配和生产流程的自动化。
在电子产品制造业中，低压伺服系统可以控制贴片机、焊接机等设备的运动，提高生产效率和产品质量。
3. 机器人领域：低压伺服系统是机器人领域中不可或缺的重要组成部分。
机器人需要实现复杂的运动和动作，低压伺服系统可以提供高精度的运动控制，使机器人能够完成各种工作任务。
例如在工业机器人中，低压伺服系统可以控制机械臂的运动轨迹和姿态，实现精准的抓取和放置操作。
在服务机器人中，低压伺服系统可以控制机器人的移动和动作，实现人机交互和各种服务功能。
4. 医疗器械：低压伺服系统在医疗器械领域的应用也非常重要。
例如在手术机器人中，低压伺服系统可以控制机器人的手臂和工具的运动，实现精确的手术操作。
在影像设备中，低压伺服系统可以控制机械臂的运动，实现精准的图像采集和定位功能。
在康复设备中，低压伺服系统可以控制床椅和辅助装置的运动，帮助患者进行康复训练。
低压伺服系统在机械加工、自动化生产线、机器人和医疗器械等领域都有广泛的应用。
随着科技的不断发展和创新，低压伺服系统的应用场景将会越来越广泛，为各个行业带来更高效、更精确的运动控制解决方案。
数控机床伺服系统的分类及其应用要求
数控机床伺服系统的分类及其应用要求数控机床伺服系统又称为位置随动系统,简称为伺服系统。
数控机床伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构，在许多自动化控制领域广泛应用。
数控机床伺服系统的种类繁多、技术原理各具特色，这对其应用带来很大的困扰，本文就数控机床伺服系统的分类及其应用要求做简单介绍。
一、数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统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位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩。
主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。
2.开环控制和闭环控制数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构，即开环控制和闭环控制，如图5--1所示。
由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。
闭环控制系统又可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同，进一步分为半闭环伺服驱动控制系统和全闭环伺服驱动控制系统。
若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱动控制系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动控制系统则为半闭环控制系统。
现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。
开环控制系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与交流伺服驱动70年代和80年代初，数控机床多采用直流伺服驱动。
直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能，输出转矩大，过载能力强，而且，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。
数控机床的伺服驱动系统
数控机床的伺服驱动系统
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，而在数控机床中，伺服系
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统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统，它由执行组件（如步进电机、交直流电动机
等）和相应的控制电路组成，包括主驱动和进给驱动。伺服系统接收来自CNC装置的进给
脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有
（4）步进电动机的主要特点
步进电动机受脉冲信号的 控制，每输入一个脉冲， 就变换一次绕组的通电状 态，电动机就相应转动一 步。因此角位移与输入脉 冲个数成严格的比例关系。
一旦停止送入控制脉冲， 只要维持控制绕组电流不 变，电动机可以保持在其 固定的位置上，不需要机 械制动装置。
输出转角精度高，虽有相 邻齿距误差；但无积累误 差。
4.3.2.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机是数控机床伺服系统中应用最早的，也是使用最广泛的 执行组件。直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种结构类型。随着磁性 材料的发展，用稀土材料制作的永磁式直流伺服电动机的性能超过了电 磁式直流伺服电动机，目前广泛应用于机床进给驱动。直流伺服电动机 的工作原理与普通直流电动机完全相同，但工作状态和性能差别很大。 机床进给伺服系统中使用的多为大功率直流伺服电动机，如低惯量电动 机和宽调速电动机等。
θb =
从上面的分析可以看 出，步进电动机转动 的角度取决于定子绕 组的相数、转子齿数 及供电的逻辑状态。 若以θb表示步距角， 则有
（4-12）
360
mzK 式中 m—步进电动机相数；z—转子齿数；K—由 步进电动机控制方式确定的拍数和相数的比例系 数，如三相三拍时，K＝１；而三相六拍制时，K ＝２。 为了提高加工精度，一般要求步距角很小，数控 机床中常用的步进电动机步距角为0.36ｏ～3ｏ
FANUC数控系统伺服驱动优化在数控机床上的应用
FANUC数控系统伺服驱动优化在数控机床上的应用FANUC数控系统是世界领先的数控系统供应商之一，其伺服驱动器在数控机床上的应用具有广泛的优化空间。
数控机床作为现代制造业的重要设备，对于提高生产效率、降低人工成本具有重要意义。
优化FANUC数控系统的伺服驱动器可以有效提高机床的精度、速度和稳定性，从而提升整体加工质量和效率。
首先，FANUC数控系统采用的伺服驱动器技术先进，具有高精度、高可靠性和高稳定性的特点。
通过优化伺服驱动器的参数设置和控制策略，可以更好地适应各种加工工艺和零件加工要求，提高机床的动态响应能力和控制精度。
在高速、高精度加工场景下，采用FANUC伺服驱动器可以更好地满足对零件尺寸、表面质量的要求，提高加工精度和一致性。
其次，FANUC数控系统伺服驱动器具有优秀的即时响应能力和反馈控制性能，在加工过程中可以更快地调节参数和优化控制策略，实现更加高效的加工过程。
通过优化伺服驱动器的反馈控制算法和响应速度，可以降低机床加工过程中的振动和误差，提高加工精度和表面质量。
同时，FANUC数控系统的伺服驱动器还支持多轴同步运动控制，可以实现多道工序的同步加工，提高加工效率和生产能力。
另外，FANUC数控系统伺服驱动器具有开放式的通信接口和灵活的编程功能，可以更方便地与其他设备或系统进行集成和通信。
通过优化伺服驱动器的通信接口和数据传输速度，可以实现数控机床与工作站、MES系统、ERP系统等的无缝对接，实现信息共享和智能化制造。
此外，FANUC 数控系统伺服驱动器还支持远程监控和故障诊断功能，可以及时发现和解决机床运行中的问题，减少生产中断和损失。
综上所述，FANUC数控系统伺服驱动器在数控机床上的优化应用具有重要意义和广泛应用前景。
通过优化伺服驱动器的参数设置、控制策略、反馈控制算法和通信接口，可以提高机床的加工精度、速度和稳定性，实现智能化、高效化生产，推动制造业的发展和升级。
同时，FANUC数控系统伺服驱动器还可以与其他先进制造技术和工业互联网技术结合，实现更加智能、柔性、绿色的制造模式，推动制造业向高质量、高效率的方向发展。
伺服电动机在数控系统中的应用分析
伺服电动机在数控系统中的应用分析摘要：伺服电机控制技术是数控系统的重要组成部分。
机床数控系统中的伺服电机和控制技术在现代电机控制理论、电力电子技术、微处理器技术等相关技术发展的促进下有了很大突破。
通过对伺服电动机在数控系统中的应用进行研究发现：交流伺服控制技术正朝着交流、数字化和智能化方向发展，交流伺服驱动代替传统的液压、直流和步进调速驱动正成为数控系统发展的新趋势。
关键词：伺服电机控制电主轴伺服系统直线伺服给进技术伺服系统发展一、伺服电机控制技术交流化、数字化、智能化1.开环控制系统采用步进电机作为驱动器件，无须位置和速度检测器件，也没有反馈电路，控制电路简单，价格低廉。
步进电机和普通电机的区别主要在于它的脉冲控制，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。
不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。
2.半闭环和闭环位置控制系统采用直流伺服电机或交流伺服电机作为驱动部件，可以采用装配在电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，也可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件来构成高精度的全闭环位置控制系统。
开环系统逐渐由闭环系统取代。
以直流伺服电机作为驱动器件的直流伺服系统，控制电路比较简单，价格较低。
其主要缺点是直流伺服电机内部有机械换向装置，碳刷易磨损，维修工作量大，运行时易起火花，给电机的转速和功率的提高带来较大的困难。
从70年代末，数控机床逐渐采用异步电机为主轴驱动电机。
目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。
在当代数控系统中，伺服技术取得的突破可以归结为：交流伺服取代直流伺服、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。
这两种突破的结果产生了交流数字驱动系统，应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上。
由于电力电子技术及控制理论、微处理器等微电子技术的快速发展，软件运算及处理能力的提高，采用高速微处理器和专用数字信号处理的计算速度大大提高，采样的时间大大减少。
FANUC数控系统伺服驱动优化在数控机床上的运用
FANUC数控系统伺服驱动优化在数控机床上的运用作者：谭伟来源：《活力》2019年第05期[摘要]FANUC数控系统，是日本FANUC公司提出的数控系统，是集科研、设计、制造于一体的综合性系统。
在FANUC数控系统应用当中，做好伺服驱动优化工作对加强机床加工效能有着重要意义。
基于此，本文首先介绍FANUC系统的特点，分析伺服驱动优化的原理，进而提出了在数控机床中伺服驱动优化的应用。
[关键词]FANUC数控系统;伺服驱动;数控机床;运用;优化引言数控系统主要的功能是将所编制的数控技术程序转变成为对应轴的机械位移，在轴位移当中，良好的动态特性、运行稳定性是伺服驱动高效运行的关键。
伺服驱动优化的根本目标就是在现有基础上提高系统运作的动态性。
而FANUC公司所提出的数控系统具有高性能、高质量、全功能的优势，广泛适用于各类机床以及生产机械的特性，在市场中的占有率远超过其他数控系统的市场占有率。
在数控机床生产当中，以FANUC数控系统为基础，加强该系统的伺服驱动优化工作，可以进一步发挥数控机床的效能，保障生产精度、效率、质量、成本。
加强FANUC数控系统伺服驱动优化的研究有着重要意义。
一、FANUC数控系统的特点（一）剛性攻丝主轴控制回路作为位置闭环控制，主轴电机旋转、攻丝轴同步运行，从而保障攻丝的精度、速度。
（二）复合加工循环复合加工循环能够根据简单的指令自动生成刀具切削路径。
系统会自动定义工件的轮廓，生成多次粗车的刀具路径，让车床编程复杂性大大降低。
（三）圆柱插补圆柱插补功能可以实现圆柱槽的切削，按照圆柱表面展开图进行编程处理。
（四）直接尺寸编程直接尺寸编程可以直接指定相关尺寸，包括倾角、倒角、转角半径等，可以在零件设计图上指定这些尺寸，从而简化机床加工程序编程环节。
二、伺服驱动优化原理与步骤（一）优化原理优化原理如图1：位置环作为一个内部结构相对简单的比例调节器，所以在调节中比较简单、方便。
速度环和电流环主要是由比例积分调节器构成，是驱动核心部位，所以速度环也是驱动优化的重点内容。
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[摘要]伺服电机比步进电机性能更优越，随着现代电机控制理论的发展，伺服电机控制技术成为了机床数控系统的重要组成部分，并正朝着交流化、数字化、智能化方向发展。
[关键词] 数控系统伺服电机直接驱动
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。
作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。
本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。
开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。
步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。
但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。
所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。
闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。
对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。
可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。
系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。
但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。
因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。
半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/ 速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。
机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。
故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。
步进电机易出现低速时低频振动现象。
交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。
例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。
是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。
步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。
而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用
于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。
步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。
交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA 400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。
交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。
80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。
交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。
目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。
在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。
由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。
随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。
硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。
例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。
这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。
交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。
伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。
为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。
数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。
传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。
使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。
但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。
90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。
它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。
且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。
直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。
当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。
种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献[中华论文网()欢迎您！][中华论文网()欢迎您！][中华论文网()欢迎您！][中华论文网()欢迎您！]：
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.
[2]《数控机床及其使用维修》，机械工业出版社，卢斌，2005.2.
[3]《伺服电机控制技术》，机电技术，张初生，2006.5.28.。