数控机床对伺服系统的基本要求
伺服系统的基本要求及特征
伺服系统的基本要求及特征伺服系统的基本要求及特征1. 引言伺服系统作为现代控制系统中的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
本文将从以下几个方面介绍伺服系统的基本要求及特征。
2. 基本要求伺服系统需要满足以下基本要求：•高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置或速度控制，以满足精密加工、运动控制等应用需求。
•快速响应：伺服系统需要具备快速响应的特性，能够在短时间内对输入信号作出准确的反应。
•稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够保持输出信号稳定在给定值附近，不受外部干扰的影响。
•可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够长时间稳定运行并具备故障自动检测和纠正的功能。
3. 特征伺服系统具有以下几个特征：精确度伺服系统的精确度是指系统能够实现的位置或速度控制的准确性。
通常使用误差指标来评估系统的精确度，包括位置偏差、速度误差等。
精确度与系统的传感器、控制算法等因素密切相关。
响应速度伺服系统的响应速度是指系统对输入信号作出反应的快慢程度。
响应速度取决于系统的动态特性，包括惯性、摩擦力等因素。
响应速度越快，系统的动态性能越好。
控制稳定性伺服系统的控制稳定性是指系统输出信号能够稳定在给定值附近的能力。
稳定性与系统的控制算法、控制器参数等因素密切相关。
稳定性越好，系统越不容易产生震荡、偏离目标值等问题。
功率输出伺服系统的功率输出能力是指系统能够输出的最大功率。
功率输出受到电机及传动机构等因素的限制。
高功率输出能力对于承载大负载、高速运动等应用非常重要。
4. 总结伺服系统作为控制系统的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
高精度控制、快速响应、稳定性和可靠性是伺服系统的基本要求。
精确度、响应速度、控制稳定性和功率输出是伺服系统的主要特征。
只有满足这些要求和特征，伺服系统才能够在各种应用场景下发挥优秀的性能。
5. 应用领域伺服系统广泛应用于以下领域：•工业自动化：伺服系统用于控制工业机器人、数控机床等设备，实现高精度的加工、装配等工业自动化任务。
第六章进给伺服系统
二、步进电机的主要性能指标 1. 步距角和步距误差 每输入一个脉冲电信号，步进电机转子转过的角度成为步距 角。 步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的 360 关系如下： ＝ KmZ (6-1) 式中 —步进电机的步距角； m—电机相数； Z—转子齿数； K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1； 相邻两次通电相数不同，K＝2。 同 一 相 数 的 步 进 电 机 可 有 两 种 步 距 角 ， 通 常 为 1.2/0.6 、 1.5/0.75 、 1.8/0.9 、 3/1.5 度等。步距误差是指步进电机运行 时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。步 距误差直接影响执行部件的定位精度及步进电机的动态特 性。大小由制造精度、齿槽的分布及定子和转子间气隙不 均匀等因素造成。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或线位移 的一种机电式数模转换器。在结构上分为定子和 转子两部分，现以图6-5所示的反应式三相步进电 机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极 上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相， 分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁 心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工 作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三 对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对 齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步 步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极 中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制 线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流， 转子便按一定方向不停地转动。步进电机每次转 过的角度称为步距角。
进给伺服系统的作用：接受数控装置发出 的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置 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与一般机床的进给系 统有着本质的区别：能根据指令信号精确地控 制执行部件的运动速度与位置，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 把数控装置比作数控机床的“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。
机床数控技术课后答案(胡占齐版)
第1章1．数控〔NC〕和电脑数控〔CNC〕的联系和区别是什么？答：数字控制〔NC〕简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法也称数控技术。
我们把以电脑系统作为数控装置构成的数控系统称为电脑数控系统〔CNC〕。
CNC系统的数字处理功能主要由软件实现，因而十分灵活，并可以处理数字逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统的功能大大提高。
2．数控机床由哪几部分组成，各组成部分的功能是什么？答：〔1〕程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。
〔2〕数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。
〔3〕伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。
〔4〕机床主体〔主机〕：包括机床的主运动、进给运动部件。
执行部件和基础部件。
3．简述闭环数控系统的控制原理，它与开环数控系统有什么区别？答：控制原理：闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将检测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。
区别：闭环控制系统有反馈装置，而开环没有。
4．选择数控机床的时候应该考虑哪几方面的问题？答：(1)机床的类别(车、铣、加工中心等)、规格(行程范围)、性能(加工材料)。
(2)数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。
(3)数控机床的定位精度和重复定位精度。
(4)零件的定位基准和装夹方式。
(5)机床坐标系和坐标轴的联动情况。
(6)控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及A TC等相关的功能。
5．数控技术的发展趋势表现在哪几个方面？答：高速高精度、智能化、开放式数控系统、网络数控技术、提高数控系统的可靠性、实现数控装备的复合化、CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造。
伺服系统基本概述
第一节:伺服系统基本概述
如果说整个系统的可靠性主要取决于数控装置 的话，那么，驱动系统的性能，在较大程度上 决定了现代数控机床的性能，数控机床的最大 移动速度、定位精度等指标主要取决于驱动系 统及CNC位置控制部分的动态和静态性能。另 外，对某些加工中心而言，刀库驱动也可认为 是数控机床的某一伺服轴，用以控制刀库中刀 具的定位。
在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让哪 一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动机就 动，而且这台电动机的运动速度、运动的距离， 完全按着计算机的指令行事，非常准确无误地完 成指令要求的任务。
第一节:伺服系统基本概述
很显然，伺服系统所以能作到这一点，也是非 常不容易的。因为电动机拖着一个重量很重的 工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润 滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度， 精确定位，可以想象其难度之大。
高精度的机床为了保证尺寸精度和表面粗糙度的水 平，
第一节:伺服系统基本概述
数控机床的进给系统，实际上是一个位置 随动系统。同任何一个位置随动系统一样，
当指令位移以某一速度变化时，实际位移必 须比指令位移滞后，这就是所谓跟随误差、， 当数控机床的各坐标轴以不同的速度和不同 的方向同时位移时，跟随误差就会造成加工 尺寸和形状的误差。
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。
第一节:伺服系统基本概述
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。
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。
数控机床纵向进给伺服系统设计综述
陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。
(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。
(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。
导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。
要求的定位精度为±0.006mm。
设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。
设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
数控铣(加工中心)理论知识试题13558
数控铣（加工中心）理论知识竞赛试题注意事项1.请在试卷的标封处填写您的工作单位、姓名和准考证号2.请仔细阅读题目，按要求答题；保持卷面整洁，不要在标封区内填写无关内容3.考试时间为120分钟一、单项选择题（请将正确答案的字母代号填在题后的括号中，每题1分，共40分，多选错选不得分。
）1．光栅尺是（）。
(A).一种能准确的直接测量位移的元件(B).一种数控系统的功能模块(C).一种能够间接测量直线位移的伺服系统反馈元件(D).一种工具。
2．下列脉冲当量中，如果选用（）则数控机床的加工精度最高。
(A). 0.001mm/脉冲(B). 0.1mm/脉冲(C). 0.005mm/脉冲(D). 0.01mm/脉冲3．下列规定中（）是数控机床的开机安全规定。
(A)按机床启动顺序开机，查看机床是否显示报警信息(B). 机床通电后，检查各开关、按钮和键是否正常、灵活、机床有无异常现象(C) .手动回参考点时，要注意不要发生碰撞，并且机床要预热15分钟以上。
( D). ABC都是4．下面情况下，需要手动返回机床参考点（）。
(A). 机床电源接通开始工作之前( B ).机床停电后，再次接通数控系统的电源时(C).机床在急停信号或超程报警信号解除之后，恢复工作时(D). ABC都是5．插补运算采用的原理和方法很多，一般可归纳为（）两大类。
(A).基准脉冲插补和数据采样插补(B).逐点比较法和数字积分法(C).逐点比较法和直线函数法(D).基准脉冲法和逐点比较法6．数控机床上可使用脉冲编码器检测（）。
(A).位置(B).速度(C).角度( D).位置和速度7．伺服系统精度最差的是（）。
(A).闭环系统(B)开环系统(C).半闭环系统(D).变频调速系统8．步进电机的步矩角指的是（）。
(A).转子线圈的通电状态每改变一次，转子转过的角度(B).定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度(C).转子相对于锭子转过的角度(D).转子启动时，所处的角度位置。
《数控技术》课后答案
第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。
数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。
开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。
驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。
闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。
位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。
3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。
3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。
数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。
开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。
开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。
半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。
这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。
闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。
闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。
3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。
从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。
按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。
按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。
在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。
伺服运动控制--B--答案
（5 分）
2.利用以下台达伺服驱动器如何构建一个交流伺服控制系统？请画出系统框图，说明伺
服驱动器的各接口该连接何种信号？并写出调试的基本步骤。 参考答案：
RS232
计算机
PLC
交流驱动器
交流伺服电机
（1）
（5 分）
（2）各接口连接信号可参照右图。 （5 分）
（3）a.连接硬件；b.设置驱动器的控 制模式。调整参数，将控制模式设定 为所需模式，更改后须重新上电开 机。C.上位机编程和PLC编程；d.系 统调试。（5分）
（C）4. 使用测速电机作为检测装置，从而构成位置闭环的控制系统属于何种控制方式。
A 开环 B 闭环 C 半闭环 D 前馈
（D）5. PWM 调速方式称为（ ）。
A 变电流调速 B 变电压调速 C 变频调速 D 脉宽调速
四、简答题：（每题 5 分，共 30 分） 1. 对伺服系统的基本要求是什么？
参考答案：(1)稳定性好；（1 分）(2)快速相应并无超调；（1 分）(3)准度高；（1 分）(4)
南阳理工学院课程考试 参考答案与评分标准
考试课程：伺服运动控制
试卷类型：B
学年学期：2011-2012-2
考试时间：2012-05-28
一、填空题：（每空 1 分，共 20 分） 1. 在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为 随动系统，亦称伺服系统。 2. 数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 3. 伺服控制系统有多种反馈比较原理与方法，包括脉冲比较、相位比较和幅值比较。 4. 旋转变压器常用作于数控机床的检测装置，但其测量精度较低（高/低）。 5. 步进电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比。 6. 无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。 7. 在伺服系统中，常用于测角（位移）的检测元件有电位计、差动变压器、微同步器、 自整角机、旋转变压器等。 8. 一块通过恒定电流的半导体（或导体）薄块，在与电流垂直方向上加上磁场时，运动 的电子产生偏移，在薄块的两个侧面就产生一个电势差，这种现象称为霍尔效应。 9. 变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变同步（同步/异步）转速，从而实现 交流电动机调速的一种方法。 10. 矢量控制是把交流电动机解析成与直流电动机一样，根据磁场及其正交的电流的乘 积就是转矩这一最基本的原理，从理论上将电动机定子侧电流分解成建立磁场的励磁分量和 产生转矩的转矩分量的两个正交矢量来处理，然后分别进行控制。 11. 直流伺服电机的调速方式主要有：改变电枢电压、变磁通量和在电枢回路中串联调 节电阻 R。 12. 如果选择磁尺、光栅、光电编码器等元件作为机床移动部件移动量的检测装置，检 出的位置反馈信号是数字脉冲信号。由此构成的伺服系统称为脉冲比较伺服系统。 13. 幅值比较伺服系统的位置检测元件应工作在幅值工作方式。 14. 台达 ASDA-AB 系列伺服驱动器的操作模式主要有三种：位置模式、速度模式和扭矩 模式。 15. 旋转变压器的信号处理有鉴相型和鉴幅型两种方式。 二、判断题：（每题 2 分，共 10 分）（说明：认为陈述正确的在括号内打“√”；否则在括号内打
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
数控机床对数控进给伺服系统的要求
数控机床对数控进给伺服系统的要求
数控机床对数控进给伺服系统的要求
（1）输出位置精度要高静态上要求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(以保证尺寸精度)。
动态上要求跟随精度高，即跟随误差要小，这是动态性能指标(以保证轮廓精度)。
另外，要求灵敏度高，有足够高的分辩率。
（2）响应速度快且无超调这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间tp 应尽可能短。
通常要求从0→Fmax（Fmax→0 ) 其时间应小200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。
（3）调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)调速范围：一般要求：稳定性是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。
(4)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；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；另外应有足够的过载能力。
这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。
(5)能可逆运行和频繁灵活启停。
(6)系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。
综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。
伺服系统的基本要求及特征
伺服系统的基本要求及特征伺服系统是指由伺服电机、传感器、控制器和执行机构等组成的闭环控制系统。
它能够根据输入信号精确控制执行机构的位置、速度和力矩等参数。
伺服系统广泛应用于机械加工、自动化生产线、航空航天等领域，具有以下基本要求和特征。
一、基本要求1. 高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置、速度和力矩控制，以满足不同应用场景的需求。
2. 快速响应：伺服系统具备快速的响应能力，能够在瞬时改变的工况下迅速调整执行机构的运动状态。
3. 稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够在长时间运行的过程中保持稳定的控制性能。
4. 可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并具备自动故障检测和报警功能。
5. 灵活性：伺服系统应具备灵活的控制方式，能够适应不同的工作模式和工作要求。
6. 易维护性：伺服系统需要具备良好的可维护性，以便及时发现和排除故障，减少停机时间。
二、特征1. 闭环控制：伺服系统采用闭环控制方式，通过不断地测量执行机构的状态和与预设值进行比较，实现对输出信号的精确控制。
2. 反馈控制：伺服系统通过传感器实时采集执行机构的位置、速度和力矩等参数，并将其反馈给控制器，用于控制决策。
3. 高精度传感器：伺服系统中的传感器需要具备高精度的测量能力，以保证控制系统的准确性和稳定性。
4. 高性能控制器：伺服系统的控制器需要具备高性能的运算能力和快速的响应速度，以满足高精度控制的要求。
5. 电流反馈控制：伺服系统中的电机控制通常采用电流反馈控制方式，通过控制电机的电流来实现对执行机构的精确控制。
6. 可编程控制：伺服系统的控制器通常具备可编程功能，能够根据不同的应用需求进行参数设置和控制策略的调整。
7. 多轴同步控制：伺服系统能够实现多个执行机构的同步控制，以满足复杂运动控制的需求。
8. 通信接口：伺服系统通常具备各种通信接口，可以与上位机进行数据交互和远程监控。
9. 自动故障检测和报警：伺服系统能够自动检测执行机构和传感器的故障，并及时发出报警信号，以减少故障对生产过程的影响。
数控机床的进给传动系统
图5-30 直线电动机进给驱动系统 1-位置检测器 2-转子 3-定子 4-床身 5、8-辅助导轨 7、14-冷却板
流电，次级就在电磁 力的作用下沿初级作
6、13-次级 9、10-测量系统 11-拖链 12、17-导轨 15-工作台 16-防护 直线运动。
尽管直线电动机有很多优点，但在选用时应注意以下不足之处： 1）与同容量旋转电动机相比，直线电动机的效率和功率因数要低， 特别在低速时更明显。 2）直线电动机，特别是直线感应电动机的起动推力受电源电压的影 响较大，故对驱动器的要求较高，应采取措施保证或改变电动机的有 关特性来减少或消除这种影响。 3）在金属加工机床上，由于电动机直接和导轨、工作台做成一体， 必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的影响。
5) 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的材料，热处理 和加工要求相当于滚动轴承。螺旋滚道必须磨削，制造成本高。
2. 静压丝杠螺母副 静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母的接触面之间，产生一
层保持一定厚度，且具有一定刚度的压力油膜，使丝杠和螺母之间由 边界摩擦变为液体摩擦。当丝杠转动时通过油膜推动螺母直线移动， 反之，螺母转动也可使丝杠直线移动。静压丝杠螺母的特点是：
2. 减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的 影响更大。在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的 直径和质量，以减少运动部件的惯量。
3. 减少运动件的摩擦阻力
机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给系统中，为了减 小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和 滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。
数控机床简答综合题
数控机床简答综合题三、简答题（试卷）26.简述数控机床对进给传动系统的要求。
.答案:数控机床对进给系统的要求: (1 )运动件间的摩擦阻⼒⼩川2)消除传动系统中的间隙; ( 3)传动系统的精度和刚度⾼沃的减少运动惯性，具有适当的阻尼。
27.卧式加⼯中⼼常采⽤T形床⾝布局的优点是什么?答案:T形床⾝布局的优点z刚性好，提⾼了⼯作台的承载能⼒，易于保证加⼯精度;有较长的⼯作⾏程。
28.简述经济型数控车床的特点。
答案:经济型数控车床的特点:1)⼀般是在普通车床的基础上进⾏改进设计2)采⽤步进电动机驱动的开环伺服系统; 3)其控制部分采⽤单板机、单⽚机或档次⽐较低的数控系统来实现4）此类车床结构简单，价格低廉5）功能简单。
29.中⼩型数控车床多采⽤倾斜床⾝或⽔平床⾝斜滑板结构，其优点是什么?答案:(1)机床外形美观，占地⾯积⼩; ( 2)易于排屑和冷却液的排流; ( 3)便于操作者操作和观察沃的易于安装上下料机械⼿，实现全⾯⾃动化; ( 5)可采⽤封闭截⾯整体结构，以提⾼床⾝的刚度。
30.简述滚珠丝杠螺母副的⼯作原理。
答案：⼯作原理：在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在⼀起时便形成了滚珠的螺旋滚道。
螺母上有滚珠回路管道，将⼏圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。
当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既⾃转⼜沿滚道循环转动。
因⽽迫使螺母(或丝杠)轴向移动。
三、简答题1.球杆仪的作⽤是什么?简述其测量原理。
球杆仪的作⽤:机床精度综合检测分析的标准设备。
球杆仪的测试原理为:利⽤机床的两轴联动做圆弧插补，通过分析圆弧的半径变化和弧线的轨迹特征来判断机床的误差元素。
2.简述数控机床的基本使⽤条件。
数控机床的基本使⽤条件:(1)保证⼀定的环境温度和湿度;(2)地基牢靠，有隔震措施; (3)⼯作地点允许的海拔⾼度为1000m ; (4)稳定的供电电源，有抗⼲扰措施; (5 )保护接地。
三、简答题2.数控电⽕花线切割机床有邮⼏部分组成?简述电⽕花线切割加⼯的基本原理。
伺服系统的基本要求
伺服系统的基本要求
伺服系统是一种精确跟随输入信号并能快速响应的自动控制系统，其基本要求包括：
1. 精度高：伺服系统应具备高定位精度和跟踪精度，能在较短时间内快速响应指令信号，确保输出轴的实际位置、速度和加速度与期望值一致。
2. 快速响应：伺服系统需具备快速动态响应能力，能够在短时间内达到稳定状态，尤其是在负载变化时也能保持稳定的输出。
3. 稳定性好：伺服系统必须在各种工况下都能保持稳定工作，即使在扰动或不确定性条件下也能恢复平衡状态，避免振荡和超调。
4. 动态性能优良：具有宽广的调速范围和足够的过载能力，同时保证低速平稳性和高速时的快速性。
5. 可靠性强：伺服系统应具备较强的抗干扰能力和自我诊断修复功能，确保长期稳定可靠运行。
6. 易于控制与调节：伺服系统应支持灵活方便的控制方式，易于根据应用场景进行参数调整和优化。
伺服系统是什么_伺服系统的基本要求_伺服系统的基本组成
伺服系统是什么_伺服系统的基本要求_伺服系统的基本组成伺服系统是什么伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
伺服系统最初用于国防军工，如火炮的控制，船舰、飞机的自动驾驶，导弹发射等，后来逐渐推广到国民经济的许多部门，如自动机床、无线跟踪控制等。
伺服系统主要作用1、以小功率指令信号去控制大功率负载；2、在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；3、使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。
伺服系统的分类从系统组成元件的性质来看，有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等；从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等；从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；从系统的结构特点来看，有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
伺服系统按其驱动元件划分，有步进式伺服系统、直流电动机（简称直流电机）伺服系统、交流电动机（简称交流电机）伺服系统。
伺服系统的基本要求（1）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到达新的或者回复到原有平衡状态。
（2）精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。
作为精密加工的数。
第三章 CNC的伺服驱动系统
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n
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 2020/6/14
3.1.2 伺服系统的分类
开环数控系统 – 抗扰能力差！ – 无位置反馈，精度差，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。 – 结构简单、调试方便、维修简单、价格低廉，
AC~ 50Hz
中间直流环节
变压变频
整流
DC
逆变
AC
交-直-交（间接）变压变频器
2020/6/14
3.2.2 交流伺服电机驱动系统
◆ PWM交—直—交变压变频器 由二极管组成不控整流器和由全控型功率开关器件组 成的脉宽调制（PWM）逆变器。
交-直-交PWM变压变频器主回路结构图 （三相全桥式）
3.2.2 交流伺服电机驱动系统
直流环节滤波器参数的影响。 采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因数较
高，且不受逆变输出电压大小的影响。
3.2.2 交流伺服电机驱动系统
PWM交—直—交变压变频器的缺点
由于二极管整流装置的单向导电特性，当电动 机工作在回馈制动状态时能量不能回馈至电网 ，造成直流侧电压上升，称作泵升电压。
3.2.2 交流伺服电机驱动系统
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《数控机床》作业参考答案
《数控机床》作业参考答案（一）第一章数控机床简介一、填空题1、控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置2、数字控制3、并联4、自适应控制（AC）二、单选题1、C2、D3、A4、D5、B三、判断题1、×2、√3、×4、√5、√四、简答题1、简述数控机床的发展趋势。
答：（1）高速度与高精度化：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①数控系统采用位数、频率更高的微处理器；②采用全数字交流伺服系统，大大提高了系统的定位精度、进给速度；③机床静、动摩擦的非线性补偿技术；④应用高速大功率电主轴；⑤配置高速、功能强的内装式可编程控制器；⑥采用高性能和可靠的新型功能部件—电滚珠丝杠；（2）多功能化：数控机床采用一机多能；数控机床具有前台加工、后台编辑的前后台功能；数控机床除具有通讯口、DNC功能外，还具有网络功能；（3）智能化：数控机床引进自适应控制技术；采用故障自诊断、自修复功能；具有刀具寿命自动检测和自动换刀功能；数控机床引进模式识别技术；（4）高的可靠性：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①提高系统的硬件质量；②采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式；③增强故障自诊断、自恢复和保护功能。
2、简述数控机床各组成部分的作用。
答：数控机床一般由以下几个部分组成：（1）控制介质：控制介质是将零件加工信息传送到数控装置中去的信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。
常见的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁盘、磁带等。
（2）数控系统：数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在，主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各种输入/输出接口等组成。
主控制系统主要由CPU、存储器、控制器等组成，是数控系统的核心，一般称它为数控装置（CNC装置）。
（3）伺服系统：是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电机、伺服驱动控制器组成。
伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。
数控技术复习题一
第一章概论1．什么是计算机数控技术（CNC）计算机数控技术是利用计算机采用数字指令信号对机电产品或设备进行控制的一种自动控制技术2．与传统机床相比,数控机床具有哪些特点?自动化程度高，加工精度高，生产率高，对工件的适应性强，有利于生产管理信息化3．数控机床的发展趋势如何智能化、开放化、网络化、高速化、精密化、复合化4．什么叫工件坐标系在数控加工中，工件坐标系与机床坐标系有何关系5．工件坐标系是为编程人为设定的坐标系. 工件坐标系各轴要与机床坐标系平行,加工工件时,通过对刀实现工件坐标系与机床坐标系重合.6．数控机床按伺服系统控制方式可分成哪几类各有什么特点7．分类:开环控制数控机床特点：机床结构简单，成本低，但加工精度低；闭环控制数控机床机床加工精度高，但结构复杂，成本高；半闭环控制数控机床机床加工精度、结构复杂程度、成本适中。
8．数控机床按运动轨迹控制方式可分成哪几类各有什么特点9．分类:点位控制数控机床特点：CNC系统无插补器，可实现定位精度、定位时间、移动速度，对运动轨迹无精度要求；连续控制数控机床这类机床带有插补器，以精确实现各种曲线或曲面的加工。
10．如何确定立式数控铣床坐标系的各轴?Z轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；X轴：位于与主轴垂直的平面内，由刀具向立柱看，X轴的正向指向右边；Y轴：由确定的X轴、Z轴，按右手定则来确定。
11．如何确定立式数控车床坐标系的各轴?Z轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；X轴：垂直主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件的方向为X轴的正向；8 什么是数控机床它由哪些部分组成答：数控机床是一种利用数控技术，准确按照事先安排的工艺流程，自动实现规定动作的金属加工机床。
它由输入介质、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等部分组成。
题型变换：数控机床的输入介质是指（③）①光电阅读机②穿孔机③穿孔带、磁带和软磁盘④零件图纸和加工程序单9 用框图说明一般数控机床的工作原理。
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数控机床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，能在短暂的调整过程后，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。
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供应的最高转速和最低转速之比，对于一般的数控机床而言，要求在辨别率为1μm 的状况下，进给伺服系统在0～24m / min进给速度范围内都能工作。
5．低速大转矩进给坐标的伺服掌握属于恒转矩掌握，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服掌握在低速时为恒转矩掌握，能供应较大转矩。
在高速时为恒功率掌握，具有足够大的输出功率。
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、较长时间的过载力量，以满意低速大转矩的要求；
（3）反应速度快，电机必需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。