第6章数控机床伺服系统
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组成—般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置 和伺服电机四部分组成
第6章数控机床伺服系统
6.1.1 进给伺服系统的技术要求
1. 调速范围宽
为保证在各种情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服 系统具有足够宽的调速范围。一般0-24m/min.
2. 可逆运行
3. 足够的传动刚度和高的速度稳定性
4. 快速响应和无超调
伺服驱动系统.
第6章数控机床伺服系统
6.1.2 开环和闭环进给伺服系统
（一）开环进给伺服系统
第6章数控机床伺服系统
第6章数控机床伺服系统
（二）闭环进给伺服系统
第6章数控机床伺服系统
第6章数控机床伺服系统
（三）半闭环进给伺服系统
第6章数控机床伺服系统
第6章数控机床伺服系统
6.2 步进电动机及其驱动装置
数控机床的“大脑”
数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机 构，它是一个不折第不6章扣数的控机跟床伺随服系者统
第6章数控机床伺服系统
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
位置环
速度环
伺服电机
速度检测 测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
第6章数控机床伺服系统
进给伺服系统(Feed Servo System)
❖ 定子：硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，输 入电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁。
❖ 转子 ：用硅钢片叠成或软磁性材料做成的凸极结构。
转子本身没有励 磁绕组的称为 “反应式” 步进 电动机； 用永久磁铁做转 子的称为“永磁 式” 步进电动机。第6章数控机床伺服系统
6.2.2 反应式步进电动机的工作原理
去自锁转矩，容易产生失步； ④ 只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位
置易产生振荡 。
第6章数控机床伺服系统
2．三相双三拍通电方式
这种通电方式由两相同时通电，其通电 顺序：AB—BC—CA—AB或AC—CB—BA—AC 。如果A、B两相同时通电，转子轴线便转 到A、B两相之间的轴线上。
有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍
第6章数控机床伺服系统
1．三相单三拍通电方式
“三相”指三相步进电动机。每次只有 一相绕组通电，而每一个循环只有三次通 电。其通电顺序：A—B—C—A或A—C—B— A。
单三拍通电方式每次只有一相控制绕 组通电吸引转子，容易使转子在平衡位置 附近产生振荡，运行稳定性较差。另外， 在切换时一相控制绕组断电而另一相控制 绕组开始通电，容易造成失步。
5 高精度
6 低速大转矩
7 对伺服电机的要求
速度变化平滑；过载、低速能力；小惯量高响应。
8 对主轴驱动的要求
9
高切削效率；调第速6章宽数控；机床一伺服定系的统 恒转矩和恒功率
进给伺服驱动系统的分类
1. 按有无位置检测反馈装置分： 开环、半闭环和闭环控制系统.
2. 按驱动电机的类型分： 步进电机、直流电机、交流电机和直线电机进给
第6章数控机床伺服系统
A C' 1 B
42
B' 3 C
A'
A 相通电
C
AA
C'
B
B
C
' A'
A
C'
B
B相通电
B'
C
A'
第6章数控机床伺服系统 C相通电
➢三相单三拍的工作特点：
① 每来一个电脉冲，转子转过 30； ② 转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序； ③ 每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失
A
A C 1 2B
第六章 数控机床的伺服
系统
第6章数控机床伺服系统
目录
6.1 伺服系统的基本概念 6.2 步进电动机及其驱动装置 6.3 直流伺服电机及其调速系统 6.4 交流伺服系统 6.5 机床进给伺服系统设计 6.6 进给伺服系统的特性对加
工精度的影响
第6章数控机床伺服系统
6.1 伺服系统的基本概念
进给伺服系统是数控机床的重要组成部分，它 由伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检 测装置、机械传动机构以及执行部件等部分组成。 其作用是：接受数控系统发出的进给位移和速度指 令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后， 经伺服驱动装置（直流、交流伺服电机、直线电机 、功率步进电机、电液伺服阀-液压马达等）和机械 传动机构驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件 进行工作进给和快速进给。
第6章数控机床伺服系统
请看录像
第6章数控机床伺服系统
6.2.3 通电方式
❖ 步进电动机每步转过的角度称为步距角。 ❖ 通电循环：控制绕组各完成一次通电形成一个通电
循环。 ❖ 定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍。
有单相轮流通电、双相轮流通电和单双相轮流通 电等方式。
指每次切换前后只有一相绕组通电 每次有两相绕组通电
旋转30°。
➢双三拍工作特点：始终有一相定子绕组通电，工
作比较平稳。避免了单三拍通电方式的缺点。
第6章数控机床伺服系统
3．三相六拍通电方式
这种通电方式是单、双相轮流通电，通电 顺序：A—AB—B—BC—C—CA—A或A— AC—C—CB—B—BA—A。
A C1 2 B B 4 3C
A
A C1 2B百度文库B 4 3C
以三相反应式步进电动机为例，如图，定子有6 个磁极，定子的磁极数通常是相数的两倍，每极上 都绕有控制绕组，每两个相对磁极组成一相。转子 是4个均匀分布的齿，上面没有绕组。
第6章数控机床伺服系统
步进电动机的工作原理相似于电磁铁的工作原理。
当A相绕组通电时，B相和C相都不通电。磁通 总是要沿磁阻最小的路径通过的特点，将使转子齿1 、3的轴线向定子A极的轴线对齐，即在电磁吸力作 用下，将转子齿1、3吸引到A极下。此时，因转子只 受到径向力而无切向力，故转矩为0，转子被自锁在 这个位置。A相断电，B相控制绕组通电时，则转子 将在空间转过30°角，使转子齿2、4与B相（定子） 齿对齐。再使B相断电，C相通电，转子又将在空间 转过30°角，使转子齿1、3与C相（定子）齿对齐。 可见，通电顺序为A—B—C—A时，电动机的转子便 一步一步按逆时针方向转动，每步转过的角度均为 30°。
工作台
指令脉冲
步进电机
驱动控制
线路
齿轮箱
定义：是把电脉冲信号转变成机械角位移或直线位移的机电执 行元件。 步进电动机输出的角位移与输入的电脉冲数成正比，转 速与脉冲频率成正比。控制输入脉冲数量、频率及电动机各
相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性。 第6章数控机床伺服系统
6.2.1 步进电机的结构与分类
第6章数控机床伺服系统
6.1.1 进给伺服系统的技术要求
1. 调速范围宽
为保证在各种情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服 系统具有足够宽的调速范围。一般0-24m/min.
2. 可逆运行
3. 足够的传动刚度和高的速度稳定性
4. 快速响应和无超调
伺服驱动系统.
第6章数控机床伺服系统
6.1.2 开环和闭环进给伺服系统
（一）开环进给伺服系统
第6章数控机床伺服系统
第6章数控机床伺服系统
（二）闭环进给伺服系统
第6章数控机床伺服系统
第6章数控机床伺服系统
（三）半闭环进给伺服系统
第6章数控机床伺服系统
第6章数控机床伺服系统
6.2 步进电动机及其驱动装置
数控机床的“大脑”
数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机 构，它是一个不折第不6章扣数的控机跟床伺随服系者统
第6章数控机床伺服系统
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
位置环
速度环
伺服电机
速度检测 测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
第6章数控机床伺服系统
进给伺服系统(Feed Servo System)
❖ 定子：硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，输 入电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁。
❖ 转子 ：用硅钢片叠成或软磁性材料做成的凸极结构。
转子本身没有励 磁绕组的称为 “反应式” 步进 电动机； 用永久磁铁做转 子的称为“永磁 式” 步进电动机。第6章数控机床伺服系统
6.2.2 反应式步进电动机的工作原理
去自锁转矩，容易产生失步； ④ 只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位
置易产生振荡 。
第6章数控机床伺服系统
2．三相双三拍通电方式
这种通电方式由两相同时通电，其通电 顺序：AB—BC—CA—AB或AC—CB—BA—AC 。如果A、B两相同时通电，转子轴线便转 到A、B两相之间的轴线上。
有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍
第6章数控机床伺服系统
1．三相单三拍通电方式
“三相”指三相步进电动机。每次只有 一相绕组通电，而每一个循环只有三次通 电。其通电顺序：A—B—C—A或A—C—B— A。
单三拍通电方式每次只有一相控制绕 组通电吸引转子，容易使转子在平衡位置 附近产生振荡，运行稳定性较差。另外， 在切换时一相控制绕组断电而另一相控制 绕组开始通电，容易造成失步。
5 高精度
6 低速大转矩
7 对伺服电机的要求
速度变化平滑；过载、低速能力；小惯量高响应。
8 对主轴驱动的要求
9
高切削效率；调第速6章宽数控；机床一伺服定系的统 恒转矩和恒功率
进给伺服驱动系统的分类
1. 按有无位置检测反馈装置分： 开环、半闭环和闭环控制系统.
2. 按驱动电机的类型分： 步进电机、直流电机、交流电机和直线电机进给
第6章数控机床伺服系统
A C' 1 B
42
B' 3 C
A'
A 相通电
C
AA
C'
B
B
C
' A'
A
C'
B
B相通电
B'
C
A'
第6章数控机床伺服系统 C相通电
➢三相单三拍的工作特点：
① 每来一个电脉冲，转子转过 30； ② 转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序； ③ 每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失
A
A C 1 2B
第六章 数控机床的伺服
系统
第6章数控机床伺服系统
目录
6.1 伺服系统的基本概念 6.2 步进电动机及其驱动装置 6.3 直流伺服电机及其调速系统 6.4 交流伺服系统 6.5 机床进给伺服系统设计 6.6 进给伺服系统的特性对加
工精度的影响
第6章数控机床伺服系统
6.1 伺服系统的基本概念
进给伺服系统是数控机床的重要组成部分，它 由伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检 测装置、机械传动机构以及执行部件等部分组成。 其作用是：接受数控系统发出的进给位移和速度指 令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后， 经伺服驱动装置（直流、交流伺服电机、直线电机 、功率步进电机、电液伺服阀-液压马达等）和机械 传动机构驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件 进行工作进给和快速进给。
第6章数控机床伺服系统
请看录像
第6章数控机床伺服系统
6.2.3 通电方式
❖ 步进电动机每步转过的角度称为步距角。 ❖ 通电循环：控制绕组各完成一次通电形成一个通电
循环。 ❖ 定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍。
有单相轮流通电、双相轮流通电和单双相轮流通 电等方式。
指每次切换前后只有一相绕组通电 每次有两相绕组通电
旋转30°。
➢双三拍工作特点：始终有一相定子绕组通电，工
作比较平稳。避免了单三拍通电方式的缺点。
第6章数控机床伺服系统
3．三相六拍通电方式
这种通电方式是单、双相轮流通电，通电 顺序：A—AB—B—BC—C—CA—A或A— AC—C—CB—B—BA—A。
A C1 2 B B 4 3C
A
A C1 2B百度文库B 4 3C
以三相反应式步进电动机为例，如图，定子有6 个磁极，定子的磁极数通常是相数的两倍，每极上 都绕有控制绕组，每两个相对磁极组成一相。转子 是4个均匀分布的齿，上面没有绕组。
第6章数控机床伺服系统
步进电动机的工作原理相似于电磁铁的工作原理。
当A相绕组通电时，B相和C相都不通电。磁通 总是要沿磁阻最小的路径通过的特点，将使转子齿1 、3的轴线向定子A极的轴线对齐，即在电磁吸力作 用下，将转子齿1、3吸引到A极下。此时，因转子只 受到径向力而无切向力，故转矩为0，转子被自锁在 这个位置。A相断电，B相控制绕组通电时，则转子 将在空间转过30°角，使转子齿2、4与B相（定子） 齿对齐。再使B相断电，C相通电，转子又将在空间 转过30°角，使转子齿1、3与C相（定子）齿对齐。 可见，通电顺序为A—B—C—A时，电动机的转子便 一步一步按逆时针方向转动，每步转过的角度均为 30°。
工作台
指令脉冲
步进电机
驱动控制
线路
齿轮箱
定义：是把电脉冲信号转变成机械角位移或直线位移的机电执 行元件。 步进电动机输出的角位移与输入的电脉冲数成正比，转 速与脉冲频率成正比。控制输入脉冲数量、频率及电动机各
相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性。 第6章数控机床伺服系统
6.2.1 步进电机的结构与分类