精度，还要求有良好的快速响应特性。这就对伺服系统的
动态性能提出两方面的要求：一方面，在伺服系统处于频
繁地启动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生
产效率和保证加工质量，要求加速度、减速度足够大，以
缩短过渡过程时间，一般电动机速度由零到最大，或从最
大减少到零，过渡时间应控制在200ms以下，甚至少于几
十毫秒，而且速度变化时不应有超调（超过给定速度值）
另一方面，当负载突变时，过渡过程恢复时间要短且无振
荡，这样才能得到光滑的加工表面。 第二讲数控机床的伺服系统
5）高精度
要满足数控加工精度的要求，关键是保证数控机床 的定位精度和进给跟随精度。位置伺服系统的定位精度 一般要求能达到1μm甚至0.1μm，相应地，对伺服系统 的分辨力也提出了要求，什么是伺服系统的分辨力呢？ 就是当伺服系统接受数控装置送来的一个脉冲时，工作 台相应移动的单位距离叫分辨力，也称脉冲当量。系统 分辨力取决于伺服系统稳定工作性能和所使用的位置检 测元件。目前的闭环伺服系统都能达到1μm的分辨力。 高精度数控机床可达到0.1μm的分辨力甚至更小。
第二讲数控机床的伺服系统
n 在伺服系统位置控制中，来自数控装置插补运算得到的 位置指令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际 位置相比较，形成位置偏差，经变换为伺服装置提供控 制电压，驱动工作台向误差减小的方向移动。在速度控 制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和速度检测装置 反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床进 给传动部件。
要求，随时都可能实现正向或反向运动。从能量 角度看，应该实现能量的可逆转换，即在加工运 行时，电动机从电网吸收能量变为机械能；在制 动时应把电动机的机械惯性能量变为电能回馈给 电网，以实现快速制动。
2）速度范围宽 为适应不同的加工条件，数控机床要求进给
能在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电动 机有很宽的调速范围和优异的调速特性。对一般 数控机床而言，进给速度范围在0～24m／min时， 就可满足加工要求。
•交流伺服系 统
1.按执行机构的控制方式分类
1)开环伺服系统
开环伺服系统没有检测反馈装置，数控装置发出 的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元 件和伺服电机的性能，开环伺服系统所用的电动机主 要是步进电动机。移动部件的速度与位移是由输入脉 冲的频率和脉冲数决定的，位移精度主要决定于该系 统各有关零部件的精度。
第二讲数控机床的伺服 系统
2020/12/11
第二讲数控机床的伺服系统
第二讲 数控机床的伺服系统
第二讲数控机床的伺服系统
在这一讲，我们一起学习 n 数控机床对进给伺服系统的要求 n 数控伺服驱动系统的分类 n 步进电机驱动系统 n 交流伺服系统
第二讲数控机床的伺服系统
n 一、伺服驱动概述
n
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自
6）低速大转矩
数控机床的切削加工一般在工作台低速时进行，所 以低速时进给驱动要有大的转矩输出，以满足低速进给 切削的要求。
第二讲数控机床的伺服系统
二、伺服系统的分类
•按控制原理和 有无检测反馈 环分类：
•开环伺服系统 •闭环伺服系统 •半闭环伺服系统
•按使用的 伺服电动
•直流伺服系统
机类型分 类：
降(静态速降指的是伺服系统带负载运行时的转速和理
想空载转速之差)应小于5％，动态速降(动态速降指伺
服系统在承受突加负载时因电机轴力矩与承受的突加负
载不相适应而造成的短时速度陡降超调现象)应小于10
％。
第二讲数控机床的伺服系统
n 4）快速响应无超调
n
数控机床在加工时，为了保证轮廓切削形状精度和提
高零件表面光洁度，对位置伺服系统既要求有较高的定位
刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件
产生各种复杂的机械运动，从而加工出所要求的零件形
状。
n 1、伺服系统的组成
n
数控机床伺服系统一般由位置检测装置、位置控制
模块、伺服驱动装置、伺服电动机及机床进给传动链组
成，（如图4.1所示。）
第二讲数控机床的伺服系统
图4.1闭环伺服系统组成
闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速 度环组成。速度环速度控制单元是一个独立的单 元部件，它由伺服电动机、伺服驱动装置、测速 装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位 置控制模块、位置检测装置及位置反馈组成。
动控制系统。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。伺服系统接收来自数控
装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动数控机床各加
工坐标轴运动。这些轴有的带动工作台，有的直接带动
n 2、数控机床对进给伺服系统的要求
n
数控机床进给伺服系统的性能在很大程度上决定了
数控机床的效率及精度的高低。为此数控机床对进给伺
服系统的位置控制、速度控制、以及伺服电动机、机械
传动等方面都有很高的要求。具体来说有这样一些要求：
第二讲数控机床的伺服系统
1）可逆运行 在加工过程中，机床工作台根据加工轨迹的
第二讲数控机床的伺服系统
n 3）具有足够的传动刚性和高的速度稳定性
n
伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化
时，也就是工件重量发生变化或加工时吃刀深度发生变
化时，伺服系统应使刀具进给速度保持恒定。刚性良好
的伺服系统系统，速度受负载力矩变化的影响很小。通
常情况，数控机床系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测
量装置，例如光栅、感应同步器和磁栅等位置测量装置， （如图1.9所示。）在加工中，位置测量装置将测量到 的工作台实际位置反馈到数控装置中，与输入的指令位 移相比较，用比较的差值控制移动部件，直到差值为零， 即实现移动部件的最终精确定位。从理论上讲，闭环控 制系统的控制精度主要取决于检测装置的精度，它完全 可以消除由于传动部件制造中存在的误差给工件加工带 来的影响，所以这种控制系统可以得到很高的加工精度。 但是闭环控制系统的设计和调整都有较大的难度，它主 要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精车床和加工中 心上。
第二讲数控机床的伺服系统
n 开环控制的优点是：结构简单、系统稳定、容易 调试、成本低廉等。但是系统对移动部件的误差 没有补偿和校正，所以精度低，位置精度通常为 ±0.01～±0.02mm。一般适用于经济型数控机床。 （图1.8所示为开环数控系统的示意图。)
图1.8开环数控系统
第二讲数控机床的伺服系统