数控机床的进给伺服系统.
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◆ 用于数控机床工作台或刀架坐标的控制
系统。
◆ 主轴伺服系统控制机床主轴的旋转运动。
淮海工学院
7.1
概述
五、交流伺服电机特点：
☆转子惯量比直流电机小，动态响应好。 ☆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 ☆ 性能优异，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。
60 f1 1 s n p
（r/min）
(7-7)
式中 f1—定子电源频率（Hz）； p—磁极对数； s—转差率。
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7.3
交流伺服系统
三、交流电机的变频调速 变频调速的主要环节 —— 是能为交流电机 提供变频电源的变频器。 变频器的功用 —— 将频率固定（电网频率 为 50Hz ））的交流电，变换成频率连续 可调（0～400Hz）的交流电。 变频器可分为 交-直-交变频器 交-交变频器
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7.1
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
一、 伺服系统的组成
数控机床的伺服系统按其功能可分为：
进给伺服系统
主轴伺服系统
主轴伺服系统——用于控制机床主轴的转动。
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7.1
概述
进给伺服系统——是以机床移动部件（如工作台）
的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 伺服驱动装置 组成 伺服电机 机械传动机构 执行部件
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7.1
概述
按驱动执行元件的动作原理分为
电液伺服驱动系统
直流伺服驱动系统
电气伺服驱动系统 交流伺服驱动系统 直线电动机伺服系统
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7.1
概述
（一）开环伺服系统
☆开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件； ☆没有位置反馈回路和速度反馈回路； ☆设备投资低，调试维修方便，但精度差，高 速扭矩小； ☆用于中、低档数控机床及普通机床改造。
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7.2 步进电机及其驱动装置
一、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Biblioteka Baidu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。
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图7－4 步进电机
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7.2 步进电机及其驱动装置
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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：
以精确控制电机的角度，为间接测量；
☆ 坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，
其传动误差没有得到系统的补偿；
☆半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。 ☆适用于精度要求适中的中小型数控机床。
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7.1
概述
图7-3 半闭环伺服系统
淮海工学院
7.1
概述
四、 进给驱动与主轴驱动
进给伺服系统包括 速度控制环 位置控制环
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7.2 步进电机及其驱动装置
三 步进电机功率驱动
步进电机驱动线路完成由弱电到强电的 转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电 机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。
脉冲发生器
驱动控制电路组成 环形分配器 功率放大器
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7.2 步进电机及其驱动装置
四、 开环控制步进式伺服系统的工作原理
步进电机结构： 定子
转子
图7-6 三相反应式步进电机结构
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图7-7 步进电机工作原理
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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
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7.1
概述
进给伺服系统的作用：
1、接受数控装置发出的进给速度和位移指令 信号。 2、由伺服驱动装置作一定的转换和放大。 3、经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的 工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。
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7.1
概述
进给伺服系统功能：
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。
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7.1
概述
1. 位移精度高
二、 对伺服系统的基本要求
2. 稳定性好
3. 快速响应 4. 调速范围宽 5. 低速大扭矩
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7.1
概述
三、伺服系统的分类
数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位 置反馈装置分为： 开环伺服系统 闭环伺服系统 按其用途和功能分为： 进给驱动系统
主轴驱动系统
系统。
◆ 主轴伺服系统控制机床主轴的旋转运动。
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7.1
概述
五、交流伺服电机特点：
☆转子惯量比直流电机小，动态响应好。 ☆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 ☆ 性能优异，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。
60 f1 1 s n p
（r/min）
(7-7)
式中 f1—定子电源频率（Hz）； p—磁极对数； s—转差率。
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交流伺服系统
三、交流电机的变频调速 变频调速的主要环节 —— 是能为交流电机 提供变频电源的变频器。 变频器的功用 —— 将频率固定（电网频率 为 50Hz ））的交流电，变换成频率连续 可调（0～400Hz）的交流电。 变频器可分为 交-直-交变频器 交-交变频器
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7.1
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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图7-2闭环伺服系统
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（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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概述
一、 伺服系统的组成
数控机床的伺服系统按其功能可分为：
进给伺服系统
主轴伺服系统
主轴伺服系统——用于控制机床主轴的转动。
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7.1
概述
进给伺服系统——是以机床移动部件（如工作台）
的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 伺服驱动装置 组成 伺服电机 机械传动机构 执行部件
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7.1
概述
按驱动执行元件的动作原理分为
电液伺服驱动系统
直流伺服驱动系统
电气伺服驱动系统 交流伺服驱动系统 直线电动机伺服系统
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7.1
概述
（一）开环伺服系统
☆开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件； ☆没有位置反馈回路和速度反馈回路； ☆设备投资低，调试维修方便，但精度差，高 速扭矩小； ☆用于中、低档数控机床及普通机床改造。
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7.2 步进电机及其驱动装置
一、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Biblioteka Baidu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。
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图7－4 步进电机
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7.2 步进电机及其驱动装置
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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：
以精确控制电机的角度，为间接测量；
☆ 坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，
其传动误差没有得到系统的补偿；
☆半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。 ☆适用于精度要求适中的中小型数控机床。
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概述
图7-3 半闭环伺服系统
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概述
四、 进给驱动与主轴驱动
进给伺服系统包括 速度控制环 位置控制环
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三 步进电机功率驱动
步进电机驱动线路完成由弱电到强电的 转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电 机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。
脉冲发生器
驱动控制电路组成 环形分配器 功率放大器
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7.2 步进电机及其驱动装置
四、 开环控制步进式伺服系统的工作原理
步进电机结构： 定子
转子
图7-6 三相反应式步进电机结构
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图7-7 步进电机工作原理
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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
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概述
进给伺服系统的作用：
1、接受数控装置发出的进给速度和位移指令 信号。 2、由伺服驱动装置作一定的转换和放大。 3、经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的 工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。
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7.1
概述
进给伺服系统功能：
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。
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7.1
概述
1. 位移精度高
二、 对伺服系统的基本要求
2. 稳定性好
3. 快速响应 4. 调速范围宽 5. 低速大扭矩
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7.1
概述
三、伺服系统的分类
数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位 置反馈装置分为： 开环伺服系统 闭环伺服系统 按其用途和功能分为： 进给驱动系统
主轴驱动系统