数控机床的伺服驱动系统

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1、数控机床的伺服驱动系统电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC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参赛选手：***白城师范学院机电系机自教研室2目录第一节概述第三节数控机床的位置检测装置第四节直流电动机伺服系统复习题第二节步进电动机伺服系统第五节交流电动机伺服系统白城师范学院机电系机自教研室3第一节概述一、数控机床伺服系统的概念及组成数控机床伺服系统是指以数控机床移动部件的位置和速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。数控机床伺服系统又称为位置随动系统

2、、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。白城师范学院机电系机自教研室4伺服系统是数控机床的重要组成部分。伺服系统位于数控机床数控系统与机床主体之间，伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节。伺服系统的作用示意图见下图。伺服系统机床CNC系统指令动作脉冲频率脉冲数量速度位置伺服系统的作用示意图白城师范学院机电系机自教研室5伺服系统结构图白城师范学院机电系机自教研室6伺服系统的主要功能就是从数控系统接收微小的电控信号（5V左右，mA级），放大成强电的驱动信号（几十、上百伏、安培级），用以驱动伺服系统的执行元件——

3、伺服电动机，将电控信号的变化，转换成电动机输出轴的角位移或角速度的变化，从而带动机床主体部件（如工作台、主轴或刀具进给等）运动，实现对机床主体运动的速度控制和位置控制，达到加工出所需工件的外形和尺寸的最终目标。白城师范学院机电系机自教研室7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。白城师范学院机电系机自教研室8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MG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

4、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。伺服系统的组成白城师范学院机电系机自教研室9⑴精度高⑵稳定性好⑶快速响应好⑷调速范围宽⑸低速大转矩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。为适应不同的加工条件，例如加工零件的材料、尺寸、部位以及刀具的种类和冷却方式等不同，数控机床的进给速度需要在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电机要有很宽的调速范围和优异的调速特性。一般数控机床进给伺服系统的调速范围都在0～30m/min，高的可达240m/min。伺

5、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。为了保证数控机床的加工精度，除了要求数控系统精度和机床机械精度有足够高以外，还要求具有足够高的伺服系统定位精度和进给跟踪精度，并且还起着主要作用。一般要求定位精度为0.01～0.001mm；而高档设备的定位精度还应在0.1μm以内。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。为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度，要求伺服系统除了要有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，也就是要求伺服电动机起、停的升降速过程要短，要有较高的加速度。电动机转速从0升至1500

6、r/min的时间控制在0.2s以内。由于机床在低速切削时，切深和进给都比较大，也就是说吃刀抗力较大，这就要求主轴电动机输出的转矩也应该较大。现代数控机床的伺服电动机通常都是与丝杠直接相连，中间没有减速齿轮，这就要求进给电动机能输出较大的转矩。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。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。要求伺服系统有较高的

7、可靠性、稳定性，并且受电源、环境、负载等的影响要小。还要具有足够的传动刚性和速度稳定性。也就是说伺服系统在负载或切削条件发生变化时，应使进给速度保持恒定。刚性良好的系统，负载力矩的变化对进给速度的影响很小。二、伺服系统应具有的基本性能白城师范学院机电系机自教研室10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,无爬行现象。（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

8、动和正反转。三、位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标位置控制系