石河子大学：《数控技术》课程教学资源（PPT课件）第七章 数控机床的伺服系统

第七章 数控机床的伺服系统 7.1伺服系统概述 7.2步进电机及驱动电路 7.3 直流伺服电机 7.4交流伺服电机 75本章小结 7.6思考题与习题

第七章 数控机床的伺服系统 7.1 伺服系统概述 7.2 步进电机及驱动电路 7.3 直流伺服电机 7.4 交流伺服电机 7.5 本章小结 7.6 思考题与习题

教学要求： 本章着重介绍伺服系统的组成分类 步进电机及驱动电路、交流电动机伺服系 统的工作原理及其方法、直流电动机伺服 系统的工作原理及调速特性。 通过本章学习应重点掌握伺服驱动系 统的组成、工作原理及其特点，步进电动 机的工作原理、主要特性及其驱动控制 以及直流电动机伺服系统的工作原理及调 速特性

教学要求: 本章着重介绍伺服系统的组成分类、 步进电机及驱动电路、交流电动机伺服系 统的工作原理及其方法、直流电动机伺服 系统的工作原理及调速特性。 通过本章学习应重点掌握伺服驱动系 统的组成、工作原理及其特点，步进电动 机的工作原理、主要特性及其驱动控制， 以及直流电动机伺服系统的工作原理及调 速特性

本章的重点知识： ■伺服系统的组成、分类 ■步进电机及其驱动电路 ■交流伺服电机的工作原理 ■直流伺服电机的工作原理

本章的重点知识： ◼伺服系统的组成、分类 ◼步进电机及其驱动电路 ◼交流伺服电机的工作原理 ◼直流伺服电机的工作原理

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7.1 伺服系统概述 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如 果说CNC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

进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如 果说CNC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。 7.1 伺服系统概述

◆定义：数控机床的伺服系统是指以数控机床移 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，也就是位置随动系统。 ◆作用：是接受来自数控装置中插补器或计算机插 补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为 数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准 确。 ◆组成：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动部 件、末端执行件

◆定义：数控机床的伺服系统是指以数控机床移 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，也就是位置随动系统。 ◆作用：是接受来自数控装置中插补器或计算机插 补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为 数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准 确。 ◆组成：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动部 件、末端执行件

伺服系统的分类 1、按伺服系统调节理论分类 ①开环伺服系统 脉冲频率f f、n 脉神环 A相、B相 GNC 脉冲数量n 功率 插补指令 换算 形分配 C相. 放大 机械部件 电动机 开环伺服系统不需要位置检测与反馈。 特点：结构简单、运行平稳、易于控制、价格低 廉，使用和维修简单。但精度不高，低速不稳 定，高速扭矩小

一、伺服系统的分类 1、按伺服系统调节理论分类 ①开环伺服系统 开环伺服系统不需要位置检测与反馈。 特点：结构简单、运行平稳、易于控制、价格低 廉，使用和维修简单。但精度不高，低速不稳 定，高速扭矩小

②闭环伺服系统 闭环伺服系统的位置检测装置直接安装在机床移 动部件上，如工作台上装直线位置检测装置，将 检测到的实际位置反馈到数控系统中。 特点：控制精度高、调试和稳定困难，导致调整 闭环环路时必须要降低位置增益，这又会对跟随 误差与轮廓加工误差产生不利影响。所以采用闭 环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩 擦特性，减少传动间隙，这样才有可能提高位置 增益。 位置控制单元 速度控制单元 CNC 位置控制 速度控制 调节器 与驱动 机械部件 电动机 速度反馈 位置反馈

②闭环伺服系统 闭环伺服系统的位置检测装置直接安装在机床移 动部件上，如工作台上装直线位置检测装置，将 检测到的实际位置反馈到数控系统中。 特点：控制精度高、调试和稳定困难，导致调整 闭环环路时必须要降低位置增益，这又会对跟随 误差与轮廓加工误差产生不利影响。所以采用闭 环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩 擦特性，减少传动间隙，这样才有可能提高位置 增益

③半闭环伺服系统 位置控制单元 速度控制单元 CNC 插补 位置控制 速度控制 调节器 与驱动 机械部件 L 位置反馈 速度反馈 电动机 半闭环伺服系统的位置检测装置一般安装在电动 机的轴上，或滚珠丝杠轴端，通过测量角位移间 接地测量出移动部件的直线位移，然后反馈到数 控系统中，与系统中的位置指令值进行比较，用 比较后的差值控制移动部件移动，直到差值消除 时才停止移动

③半闭环伺服系统 半闭环伺服系统的位置检测装置一般安装在电动 机的轴上，或滚珠丝杠轴端，通过测量角位移间 接地测量出移动部件的直线位移，然后反馈到数 控系统中，与系统中的位置指令值进行比较，用 比较后的差值控制移动部件移动，直到差值消除 时才停止移动

特点：系统容易达到较高的位置增益，不发生振 荡现象，它的快速性好，动态精度高，传动机构 的误差会影响到移动部件的位置精度。 至于传动链误差，如反向间隙、丝杠螺距累积误 差可通过数控系统的参数设置来进行补偿，以提 高机床的定位精度。 位置控制单元 速度控制单元 CNC 速度控制 位置控制 调节器 与驱动 机械部件 位置反馈 速度反馈 电动机

特点：系统容易达到较高的位置增益，不发生振 荡现象，它的快速性好，动态精度高，传动机构 的误差会影响到移动部件的位置精度。 至于传动链误差，如反向间隙、丝杠螺距累积误 差可通过数控系统的参数设置来进行补偿，以提 高机床的定位精度