数控机床进给伺服系统的组成和分类

1、数控机床进给伺服系统的组成和分类进给伺服系统是联系 CNC系统和机床进给运动执行机构的桥梁，加工工件轮廓形状精度很大程度上取决于进给伺服系统的工作精度。通过本章学习，了解完善进给伺服系统的 配置由位置环、速度环、电流环以及驱动装置组成；伺服系统常见的类型及特点，掌握伺 服系统常用驱动装置如步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机的结构及工作原理； 典型伺服系统如开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统的基本配置、控制原理及 控制特点。数控机床进给伺服系统的组成和分类可逆运行可逆运行要求能灵活地正反向运行。在加工过程中，机床工作台处于随动状态，根据加工轨迹的要求，随时实现正向或反向运动。同时

2、要求在方向变化时，不应有反向间隙和 运动损失。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 收能量改变为机械能；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。高精度数控机床是按预定的程序自动进行加工的，不同于普通机床用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响，故要求数控机床的实际位移与指令位移之差要小。现代数控机床的位移精度一般为 0.010.001 mm,甚至可高达0.1卩m以保证加工质量的一致性，保 证复杂曲线、曲面零件的加工精度。调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材质以及零件加工要求的变化范

3、围很广，为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削 条件和加工质量，要求进给速度能在很大的范围内变化，即有很大的调速范围。目前最先 进水平是在脉冲当量或最小设定单位为1卩m的情况下，进给速度能在0240m/min的范围内连续可调。一般数控机床的进给速度能在024m/ min的范围之内连续可调并能满足加工要求。在这一调速范围内，要求速度均匀、稳定，低速时无爬行。还要求在零速时伺服电动机处于电磁锁住状态，以保证定位精度不变。快速响应并无超调为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，对进给伺服系统除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。这就对伺服系统

4、的动态性能提出了两方面的要求：一方面在伺服系统处于频繁地起动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产率和保证加工质量，则要求加、减速度足够大，以缩短过渡过程时间。低速大转矩机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。二、进给伺服系统 的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。从图中可以看出，它是一个双闭环系统, 内环是速度环，外环是位置环。位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装 置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。指令信号是向位 置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。位置检测装置通常有光电编码器、旋转变 压器、光栅尺、感

5、应同步器或磁栅尺等。它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。如图所示, 这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。由数 控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副 与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。工作n闭环伺服系统原理图如图所示。系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动 机以及电液伺服阀一液压马达。与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位 置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指 令信号进行比较，求得误差，依此

6、构成闭环位置控制。由于采用了位置检测反馈装置，所 以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。闭环伺服系统的定位精度一般可达土 0.01m叶土 0.005 mm。半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置 的系统称为半闭环系统。闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能 补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些， 但是它的结构与凋试都比较简单。全数字伺服系统PID程随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始 采用高速度、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模

7、拟方式、混合方式走向全数 字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化，应用数字PID算法，用序来代替PID调节器的硬件，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术 和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。位置、速度和电流构成的三环结构 如图所示。数控机床进给伺服系统的组成和分类发布时间：2010-12-14 11:10:20来源：优客机床网进给伺服系统是联系 CNC系统和机床进给运动执行机构的桥梁，加工工件轮廓形状精度很 大程度上取决于进给伺服系统的工作精度。通过本章学习，了解完善进给伺服系统的配置由位置环、速度环、电流环以及驱动装置组成；伺服系统常见的类型及特点，掌

8、握伺服系统常用驱动装置如步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机的结构及工作原理；典型伺服系统如开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统的基本配置、控制原理及控制特点。数控机床进给伺服系统的组成和分类可逆运行可逆运行要求能灵活地正反向运行。在加工过程中，机床工作台处于随动状态，根据加工轨迹的要求，随时实现正向或反向运动。 同时要求在方向变化时，不应有反向间隙和运动损失。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改变为 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。高精度数控机床是按预定的程序自动进行加工的，不同于普通机床用手动操

9、作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响，故要求数控机床的实际位移与指令位移之差要小。现代数控机床的位移精度一般为0.010.001 mm,甚至可高达 0.1卩m,以保证加工质量的一致性，保证复杂曲 线、曲面零件的加工精度。调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广，为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工 质量，要求进给速度能在很大的范围内变化，即有很大的调速范围。目前最先进水平是在脉冲当量或最小设定单位为 1卩m的情况下，进给速度能在0240m/min的范围内连续可调。 一般数控机床的进给速度能在024m/

10、 min的范围之内连续可调并能满足加工要求。在这一调速范围内，要求速度均匀、 稳定，低速时无爬行。还要求在零速时伺服电动机处于电磁 锁住状态，以保证定位精度不变。快速响应并无超调为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，对进给伺服系统除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。这就对伺服系统 的动态性能提出了两方面的要求：一方面在伺服系统处于频繁地起动、 制动、加速、减速等 动态过程中，为了提高生产率和保证加工质量，则要求加、减速度足够大， 以缩短过渡过程 时间。低速大转矩 机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。 二、

11、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。 从图中可以看出， 它是一个双闭环系统， 内环是 速度环， 外环是位置环。 位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的 位置信号， 这个反馈是一个负反馈， 即与指令信号的相位相反。 指令信号是向位置环送去加 数，而反馈信号向位置环送去减数。 位置检测装置通常有光电编码器、 旋转变压器、 光栅尺、 感应同步器或磁栅尺等。它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统， 无位置反馈环节。 如图所示， 这种系 统的伺服驱动装置主要是步进电动机、 功率步进电动机、 电液脉冲电动机

12、等。 由数控系统发 出的指令脉冲， 经驱动电路控制和功率放大后， 使步进电动机转动， 通过齿轮副与滚珠丝杠 螺母副驱动执行部件。闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。 系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及 电液伺服阀液压马达。 与开环进给系统最主要的区别是： 安装在执行部件上的位置检测装 置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲， 反馈到输入端并与输人位置指令信号进行 比较， 求得误差，依此构成闭环位置控制。由于采用了位置检测反馈装置， 所以闭环伺服系 统的位移精度主要取决于检测装置的精度。闭环伺服系统的定位精度一般可达土0.01mm -± 0.005 mm 。半

13、闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。 将检测元件安装在中间传动件上， 间接测量执行部件位置的系统 称为半闭环系统。 闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差， 而半闭环系统只能补偿系统 环路内部分元件的误差， 因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些， 但是它的结 构与凋试都比较简单。全数字伺服系统随着微电子技术、 计算机技术和伺服控制技术的发展， 数控机床的伺服系统已经开始采用高 速度、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化，应用数字PID算法，用PID程序来代替PID调节器的硬件， 使用灵活， 柔性好。 数字

14、伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能 的措施，使控制精度和品质大大提高。位置、速度和电流构成的三环结构如图所示。 数控机床进给伺服系统的组成和分类发布时间： 2010-12-14 11:10:20 来源：优客机床网进给伺服系统是联系 CNC 系统和机床进给运动执行机构的桥梁，加工工件轮廓形状精度很 大程度上取决于进给伺服系统的工作精度。 通过本章学习， 了解完善进给伺服系统的配置由 位置环、速度环、电流环以及驱动装置组成； 伺服系统常见的类型及特点， 掌握伺服系统常 用驱动装置如步进电动机、 直流伺服电动机、 交流伺服电动机的结构及工作原理； 典型伺服 系统如开环伺服系统、半闭环伺服系

15、统、闭环伺服系统的基本配置、控制原理及控制特点。数控机床进给伺服系统的组成和分类 可逆运行可逆运行要求能灵活地正反向运行。 在加工过程中， 机床工作台处于随动状态， 根据加工轨 迹的要求，随时实现正向或反向运动。 同时要求在方向变化时， 不应有反向间隙和运动损失。 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改变为 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。高精度 数控机床是按预定的程序自动进行加工的， 不同于普通机床用手动操作来调整和补偿各种因 素对加工精度的影响， 故要求数控机床的实际位移与指令位移之差要小。 现代数控机

16、床的位 移精度一般为0.010.001 mm,甚至可高达 0.1卩m,以保证加工质量的一致性，保证复杂曲 线、曲面零件的加工精度。调速范围宽 调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。 由于加工所用刀具、 被加工零件材质以及 零件加工要求的变化范围很广, 为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工 质量, 要求进给速度能在很大的范围内变化, 即有很大的调速范围。 目前最先进水平是在脉 冲当量或最小设定单位为 1卩m的情况下，进给速度能在0240m/min的范围内连续可调。 一般数控机床的进给速度能在024m/ min的范围之内连续可调并能满足加工要求。在这一调速范围内, 要求速度均

17、匀、 稳定,低速时无爬行。还要求在零速时伺服电动机处于电磁 锁住状态,以保证定位精度不变。快速响应并无超调 为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度, 对进给伺服系统除了要求有较高的定位 精度外, 还要求有良好的快速响应特性, 即要求跟踪指令信号的响应要快。 这就对伺服系统 的动态性能提出了两方面的要求：一方面在伺服系统处于频繁地起动、制动、加速、减速等动态过程中,为了提高生产率和保证加工质量,则要求加、减速度足够大,以缩短过渡过程时间。低速大转矩 机床加工,大多是低速时进行切削,即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。 二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。 从图中可以

18、看出, 它是一个双闭环系统, 内环是 速度环, 外环是位置环。 位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的 位置信号, 这个反馈是一个负反馈, 即与指令信号的相位相反。 指令信号是向位置环送去加 数,而反馈信号向位置环送去减数。 位置检测装置通常有光电编码器、 旋转变压器、 光栅尺、 感应同步器或磁栅尺等。它们或者直接对位移进行检测,或者间接对位移进行检测。开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统, 无位置反馈环节。 如图所示, 这种系 统的伺服驱动装置主要是步进电动机、 功率步进电动机、 电液脉冲电动机等。 由数控系统发 出的指令脉冲, 经驱动电路控制和功率放大后, 使步进电动机转动, 通过齿轮副与滚珠丝杠 螺母副