数控伺服系统.ppt

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1、数控技术NumericalControlTechnology哈尔滨理工大学机械电子工程系董玉红教授第3章数控伺服系统3.1概述3.2伺服系统的驱动元件3.3步进式伺服系统3.4鉴相式伺服系统3.5鉴幅式伺服系统3.6脉冲比较式伺服系统3.7CNC数字伺服系统2哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.1概述(Introduction)数控伺服系统是指以机床移动部件（如工作台、主轴和刀具等）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称为随动系统。数控伺服系统的作用在于接受来自数控装置的进给脉冲信号，经过一定的信号变换及电压、功率放大，驱动机床移动部件实现运动，并保证动

2、作的快速性和准确性。3哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.1.1对数控伺服系统的要求⒈精度高⒉快速响应特性好⒊调速范围宽⒋系统可靠性好4哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.1.2数控伺服系统的基本组成数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。5哈尔滨理工大学数控技术精品课程开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。通常，执行元件选用步进电机，因系统不对输出进行检测，所以执行元件对系统的特性具有重要影响。闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。反馈检测元件分为速度反馈和位置反馈两类，

3、闭环伺服系统采用位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。伺服系统局部闭环回路采用速度反馈单元检测执行元件的速度输出，间接保证工作台的移动精度。6哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.1.3数控伺服系统的分类⒈按控制方式和有无检测反馈环节分类按这种方法可以将伺服系统分为开环、半闭环和闭环伺服系统。按反馈比较控制方式的不同，闭环、半闭环伺服系统又可分为以下几种：⑴数字脉冲比较伺服系统⑵鉴相式伺服系统⑶鉴幅式伺服系统⑷全数字伺服系统7

4、哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.1.3数控伺服系统的分类⒉按伺服系统的用途和功能分类按这种方法可以将伺服系统分为进给驱动系统和主轴驱动系统。进给驱动系统用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，来控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩。主轴驱动系统控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。8哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.1.3数控伺服系统的分类⒊按执行元件的类别分类按这种方法可以将伺服系统分为直流伺服系统和交流伺服系统。此外，还可按驱动方式分类，将伺服系统分为液压伺服驱动系统、电气伺服驱动系统和气压伺服驱动系统；按

5、控制信号分类，将伺服系统分为数字伺服系统、模拟伺服系统和数字模拟混合伺服系统等。9哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.2伺服系统的驱动元件(DriveComponentsofServoSystem)伺服驱动元件又称为执行电机，它具有根据控制信号的要求而动作的功能。在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。10哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.2.1步进电机步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应角位移的机电元件。每输入一个

6、脉冲，步进电机转轴就转过一定角度。步进电机角位移量与电脉冲数成正比，电机的转速与脉冲频率成正比。改变脉冲频率的高低就可以在很大范围内调速，并能迅速起动、制动、反转。若用同一频率的脉冲源控制几台步进电机，它们可以同步运行。11哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.2.1步进电机⒈步进电机的种类和工作原理步进电机的种类繁多，有旋转运动的，直线运动的和平面运动的。从结构上看，它分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。目前反应式步进电机使用较为广泛，下面主要以反应

7、式步进电机为例，介绍步进电机的工作原理。12哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.2.1步进电机图3.2所示为三相反应式步进电机的工作原理图。13哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.2.1步进电机它的定子有6个极，每极都绕有控制绕组，每两个相对的极组成一相。转子是4个均匀分布的齿，上面没有绕组。步进电机的工作原理与电磁铁相似。定子绕组依次通电，转子被吸引一步一步前进，每步转过的角度称为步距角。它的工作过程为：当A相通电时，B相和C相都不通电。由于磁通总是沿着磁阻最小的路径通过，使转子的l、3齿与定子A相的两个磁极齿对齐。14哈尔滨理工大学数控技术精品课程3.2.

8、1步进电机此时，因转子只受到径向力而无切向力故转矩为零，转子被锁定