数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 伺服系统的工作原理。 步进式伺服系统中指令信号是单向传递的，驱动控制线路接收数控装置发出的进给 脉冲信号，并将其转换为控制步进电动机各相定子绕组依次通、断电的信号，使步进电 动机运转。步进电动机的转子与机床丝杠连在一起（也可通过传动装置接到丝杠上），带 动丝杠转动，从而使工作台运动。也就是说，步进式伺服系统受驱动控制线路的控制， 将代表进给脉冲的电信号通过步进电动机转变为具有一定大小和方向的机械角位移，通 过机械传动带动工作台移动。 (1)工作台位移量的控制 数控装置发出N个进给脉冲，使步进电动机定子绕组的通电状态变化N次，则步进 电动机转过的角位移量o=Na(a为步距角)，该角位移经丝杠螺母副转化为工作台的位 移量L,其进给脉冲数决定了工作台的直线位移量。 (2)工作台进给速度的控制 若数控装置发出的进给脉冲的频率为「，经驱动控制线路后，转换为控制步进电动 机定子绕组的通、断电的电平信号变化频率，由于转速。=60（δ为脉冲当量），所以定 子绕组通电状态的变化频率决定步进电动机转子的转速。该转速经过丝杠螺母副传递之 后，转化为工作台的进给速度，即进给脉冲的频率决定了工作台的进给速度。同时，在 相同脉冲频率∫的条件下，脉冲当量ò越小，则进给速度越小，进给运动的分辨率和精 度越高。 (3)工作台运动方向的控制 当数控装置发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路之后，步进电动机的定子绕 组按一定顺序依次通、断电。当进给脉冲是反向时，定子各相绕组则按相反的顺序通、 断电。因此，改变进给脉冲的方向，可改变定子绕组的通电顺序，使步进电动机正转或 反转，从而改变工作台的进给方向。 2.提高步进式伺服系统精度的措施 步进式伺服系统是一个开环伺服系统，在此系统中，步进电动机的质量、机械传动 部分的结构和质量以及控制电路的完善与否，均影响系统的工作精度。要提高系统的工 作精度，应该考虑如何改善步进电动机的性能，减小步距角：采用精密传动副，减少传 动链中传动间隙等措施。但这些措施往往由于结构和工艺的关系而受到一定的限制。为 此，需要从控制方法上采取一些措施，以弥补其不足。 (1)传动间隙补偿 在进给传动结构中，提高传动元件的制造精度并采用消除传动间隙的措施，可以减 小传动间隙，但不能完全消除。由于间隙的存在，接收反向进给指令时，最初的若干个 指令脉冲只能起到消除间隙的作用，因此产生了传动误差。传动间隙补偿的基本方法是： 当接收反向位移指令时，首先不向步进电动机输送反向位移脉冲，而是由间隙补偿电路 或补偿软件产生一定数量的补偿脉冲，使步进电动机转动越过传动间隙，然后再按指令 脉冲使执行部件作准确的位移。间隙补偿的数目由实测决定，并作为参数存储起来。接 收反向指令信号后，每向步进电动机输送一个补偿脉冲的同时，将所存的补偿脉冲数减 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 7 伺服系统的工作原理。 步进式伺服系统中指令信号是单向传递的，驱动控制线路接收数控装置发出的进给 脉冲信号，并将其转换为控制步进电动机各相定子绕组依次通、断电的信号，使步进电 动机运转。步进电动机的转子与机床丝杠连在一起(也可通过传动装置接到丝杠上)，带 动丝杠转动，从而使工作台运动。也就是说，步进式伺服系统受驱动控制线路的控制， 将代表进给脉冲的电信号通过步进电动机转变为具有一定大小和方向的机械角位移，通 过机械传动带动工作台移动。 (1) 工作台位移量的控制 数控装置发出 N 个进给脉冲，使步进电动机定子绕组的通电状态变化 N 次，则步进 电动机转过的角位移量  = N (  为步距角)，该角位移经丝杠螺母副转化为工作台的位 移量 L ，其进给脉冲数决定了工作台的直线位移量。 (2) 工作台进给速度的控制 若数控装置发出的进给脉冲的频率为 f ，经驱动控制线路后，转换为控制步进电动 机定子绕组的通、断电的电平信号变化频率，由于转速  = 60 f (  为脉冲当量)，所以定 子绕组通电状态的变化频率决定步进电动机转子的转速。该转速经过丝杠螺母副传递之 后，转化为工作台的进给速度，即进给脉冲的频率决定了工作台的进给速度。同时，在 相同脉冲频率 f 的条件下，脉冲当量  越小，则进给速度越小，进给运动的分辨率和精 度越高。 (3) 工作台运动方向的控制 当数控装置发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路之后，步进电动机的定子绕 组按一定顺序依次通、断电。当进给脉冲是反向时，定子各相绕组则按相反的顺序通、 断电。因此，改变进给脉冲的方向，可改变定子绕组的通电顺序，使步进电动机正转或 反转，从而改变工作台的进给方向。 2．提高步进式伺服系统精度的措施 步进式伺服系统是一个开环伺服系统，在此系统中，步进电动机的质量、机械传动 部分的结构和质量以及控制电路的完善与否，均影响系统的工作精度。要提高系统的工 作精度，应该考虑如何改善步进电动机的性能，减小步距角；采用精密传动副，减少传 动链中传动间隙等措施。但这些措施往往由于结构和工艺的关系而受到一定的限制。为 此，需要从控制方法上采取一些措施，以弥补其不足。 (1) 传动间隙补偿 在进给传动结构中，提高传动元件的制造精度并采用消除传动间隙的措施，可以减 小传动间隙，但不能完全消除。由于间隙的存在，接收反向进给指令时，最初的若干个 指令脉冲只能起到消除间隙的作用，因此产生了传动误差。传动间隙补偿的基本方法是： 当接收反向位移指令时，首先不向步进电动机输送反向位移脉冲，而是由间隙补偿电路 或补偿软件产生一定数量的补偿脉冲，使步进电动机转动越过传动间隙，然后再按指令 脉冲使执行部件作准确的位移。间隙补偿的数目由实测决定，并作为参数存储起来。接 收反向指令信号后，每向步进电动机输送一个补偿脉冲的同时，将所存的补偿脉冲数减