HITE 第6章数控伺服系统 2021/2/23
2021/2/23 第 6 章 数控伺服系统
HITE 61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。 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 2021/2/23
2021/2/23 6.1 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。 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
HITE 61概述 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。 2021/2/23
2021/2/23 6.1 概 述 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
HITE 6.1.1何服系统的组成 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 般闭环系统为三环结构:位置环、速度环、电流环。 2021/223
2021/2/23 6.1.1 伺服系统的组成 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
HITE 6.1.1何服系统的组成 位置调解速度调解 电流调解转换驱动 工作台 电流反馈 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。 2021/2/23
2021/2/23 6.1.1 伺服系统的组成 位置调解 速度调解 电流调解 转换驱动 工作台 电流反馈 速度反馈 位置反馈 M G 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
HITE 6.1.2对伺服系统的基本要求 1.精度髙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 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。 2021/2/23
2021/2/23 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。 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。 6.1.2 对伺服系统的基本要求
HITE 6.1.2对伺服系统的基本要求 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、较长时间的过载能力,以满足低速 大转矩的要求。 (3)反应速度快,电机必须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。 2021/2/23
2021/2/23 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、较长时间的过载能力，以满足低速 大转矩的要求。 （3）反应速度快，电机必须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 / s 2以上)。 （4）能承受频繁的起动、制动和正反转。 6.1.2 对伺服系统的基本要求
HITE 6.1.2伺服系统的分类 1.按调节理论分类 脉冲 (1)开环伺服系统 驱动电路 步进电机 工作台 (2)闭环伺服系统指令「位置控制]一「速度控制]「何服电机 位置检测 速度检测 (3)半闭环伺服系统 作台 指令 位置控制 速度控制 伺服电机 脉冲编码器 2021/2/23
2021/2/23 1．按调节理论分类 （1）开环伺服系统 （2）闭环伺服系统 （3）半闭环伺服系统 6.1.2 伺服系统的分类 指令 驱动电路 步进电机 工作台 脉冲 伺服电机 速度检测 位置控制 速度控制 位置检测 位置控制 速度控制 伺服电机 工作台 脉冲编码器 指令
HITE 6.1.2伺服系统的分类 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。 A相 CNC 脉冲频n脉冲动/数、B 脉冲个数n 形分配 功率 插补指令”换算 变换 放大 C相 机械执行部件 电机 2021/2/23
2021/2/23 6.1.2 伺服系统的分类 ◼ 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。 电机 机械执行部件 A相、B 相 C相、… CNC f、n 插补指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环 形分配 变换 功率 放大
HITE 6.1.2伺服系统的分类 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 2021/223
2021/2/23 6.1.2 伺服系统的分类 ◼ 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