数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 二、讲稿 第三章数控机床的进给伺服系统 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位 置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。 这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动 要求。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系 统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作 台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动， 从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 作为数控机床的执行机构，进给同服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集 为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的 进步，经历了步进、直流、交流的发展历程。在一定意义上，进给伺服系统的静、动态 性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。因此，研究与开发高性能 的进给伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 第一节概述 一、对进给伺服系统的基本要求 数控系统所发出的控制指令，是通过进给伺服系统驱动机械执行部件，最终实现确 定的进给运动。进给伺服系统实际上是一种高精度的位置跟踪与定位系统，它的性能决 定了数控机床的许多性能。通常对进给伺服系统有如下要求： 1.精度高 为了保证加工出高精度零件，伺服系统必须具有足够高的精度。常用的精度指标是 定位精度和零件的综合加工精度：定位精度是指工作台或刀架由某点移到另一点时，指 令值与实际移动距离的最大差值：综合加工精度是指最后加工出来的工件尺寸与所要求 尺十的误差。同服系统要具有较好的静态特性和较高的同服刚度，才能达到较高的定位 精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差（目前进给伺服系统的分辨率可 达1m或0.lm,甚至0.01um)。同时伺服系统还要具有较好的动态性能，以保证机床 具有较高的轮廓跟随精度。影响伺服系统工作精度的参数很多，关系也很复杂，因数控 装置的精度完全能满足机床的精度要求，故机床本身精度，尤其是伺服传动机构和伺服 执行机构的精度是影响同服系统工作精度的主要因素。 2.快速响应特性好，无超调 为了提高生产率和保证加工质量，在启、制动时，要求加、减速加速度足够大，以 缩短伺服系统的过渡过程时间（一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降 至零的时间小于200ms),减小轮廓过渡误差。一般说来，系统增益大，时间常数小， 响应快，但是加大系统增益将增大超调量，延长调节时间，使过渡过程性能指数下降， 兰州交通大学机电工程学院 数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿 第三章 数控机床的进给伺服系统 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位 置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。 这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动 要求。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系 统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作 台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动， 从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 作为数控机床的执行机构，进给伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集 为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的 进步，经历了步进、直流、交流的发展历程。在一定意义上，进给伺服系统的静、动态 性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。因此，研究与开发高性能 的进给伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 第一节 概述 一、对进给伺服系统的基本要求 数控系统所发出的控制指令，是通过进给伺服系统驱动机械执行部件，最终实现确 定的进给运动。进给伺服系统实际上是一种高精度的位置跟踪与定位系统，它的性能决 定了数控机床的许多性能。通常对进给伺服系统有如下要求： 1．精度高 为了保证加工出高精度零件，伺服系统必须具有足够高的精度。常用的精度指标是 定位精度和零件的综合加工精度：定位精度是指工作台或刀架由某点移到另一点时，指 令值与实际移动距离的最大差值；综合加工精度是指最后加工出来的工件尺寸与所要求 尺寸的误差。伺服系统要具有较好的静态特性和较高的伺服刚度，才能达到较高的定位 精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差(目前进给伺服系统的分辨率可 达 1 μm 或 0.1 μm ，甚至 0.01 μm )。同时伺服系统还要具有较好的动态性能，以保证机床 具有较高的轮廓跟随精度。影响伺服系统工作精度的参数很多，关系也很复杂，因数控 装置的精度完全能满足机床的精度要求，故机床本身精度，尤其是伺服传动机构和伺服 执行机构的精度是影响伺服系统工作精度的主要因素。 2．快速响应特性好，无超调 为了提高生产率和保证加工质量，在启、制动时，要求加、减速加速度足够大，以 缩短伺服系统的过渡过程时间（一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降 至零的时间小于 200 ms），减小轮廓过渡误差。一般说来，系统增益大，时间常数小， 响应快，但是加大系统增益将增大超调量，延长调节时间，使过渡过程性能指数下降