第3章数控伺服系统 021/2/20
2021/2/20 第 3 章 数控伺服系统
3.1达 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 021/2/20
2021/2/20 3.1 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
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。 021/2/20
2021/2/20 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
3.1.1对伺版系统的基本要求 精度高: 伺服系统的精度是指输岀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 021/2/20
2021/2/20 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。 3.1.1对伺服系统的基本要求
3.1.2句服系统的组成 位置调解速度调解 电流调解转换驱动 工作台 电流反馈 G 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。 021/2/20
2021/2/20 3.1.2 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
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。 021/2/20
2021/2/20 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
3.1.3服系统的分类 1.按调节理论分类 (1)开环伺服系统 脉冲「驱动电略 步进电机 工作台 (2)闭环伺服系统 指令 位置检测 位置控制 速度控制 伺服电机 速度检测 工作台 (3)半闭环伺服系统位量拉制[速度数一[领服电机 脉冲编码器 021/2/20
2021/2/20 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 3.1.3 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
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、B CNC 脉冲频率ff、n脉冲环[相 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 021/2/20
2021/2/20 – 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
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 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 021/2/20
2021/2/20 – 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
半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱 动装置(常用伺服电机)或丝杠引出,采样旋转角 度进行检测,不是直接检测运动部件的实际位置 位置控制单元 速度控制单元 CNC 插补 位置控制调节 速度控制 器 调节与驱动 机械执行部件 指令 实际 实际 电机 位置 速度 反馈 反馈 检测与反馈单 元 021/2/20
2021/2/20 – 半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱 动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角 度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置 。 位置控制调节 器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单 元 位置控制单元 速度控制单元 + + - - 电机 机械执行部件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈