文档介绍：数控机床伺服系统
第一节概述
一、伺服的基本概念
1、伺服系统的概念
伺服系统是以机械位移量作为控制量的自动控制系统,用于控制机床机械部
件的高精度运动。
电气伺服系统是指以各种伺服电动机作为驱动元件的伺服系统
2、伺服系统的基本技术要求
(1)精度高(~)
(2)稳定性好(抗干扰能力强
(3)响应快(200ms以内)
(4)调速宽(进给1~24000mm/min,主轴:恒转矩1:100~1000 恒功率1:10)
(5)低速转矩大
3、电气伺服系统的控制结构
电气伺服系统的一般结构为三闭环控制(电流闭环、速度闭环、位置闭环)
电气伺服系统的一般结构
给定位置PID 速度PID 电流PID 伺服电动机
速度反馈
位置反馈
CNC处理
机床伺服系统可分为:进给驱动伺服系统和主轴驱动伺服系统
进给驱动伺服系统Î用于控制切削的进给运动
主轴驱动伺服系统Î用于控制主轴的旋转运动
二、常用伺服执行元件
对电气伺服驱动系统执行元件(伺服电机)的要求:
(1)电动机调速平稳
(2)电动机具有过载能力
(3)电动机具有小的转动惯量和大的堵转转矩
(4)电动机应能承受频繁的启动、制动和反转
常用伺服执行元件主要有:
步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机和直接驱动电动机
1、步进电动机
常用步进电动机有三种:
(1)反应式步进电动机{电动机转子用软磁材料制作}
步距角 a=360o/mzk (o )
转速 n=60af / 360o (r/min)
m Î步进电动机相数 m=3,4,5,6,8 等
z Î步进电动机转子齿数 z=40,80等
k Î通电方式,相邻两次通电的相数一样 k=1 反之k=2
特点:

d. 断电后无定位转矩
通电方式:
三相三拍 AÎBÎCÎA
三相六拍 AÎABÎBÎBCÎCÎCAÎA 步距角小
三相双三拍 ABÎBCÎCAÎAB 输出扭矩大
四、五、六、八相结构复杂
(2)永磁式步进电动机{ 转子或定子用永磁磁钢制作}
特点:步距角大、效率高、内部阻尼大、断电后有定位转矩
(3)永磁感应式步进电动机{ 又称混合式步进电动机,是两种结合产物}
2、直流伺服电动机Î 需要电刷!
(1)永磁式直流伺服电动机(又称:大惯量宽调速直流伺服电动机)
特点:体积小、转矩大、伺服性能好、反映迅速、稳定性好。
(2)小惯量直流伺服电动机
特点: 适合要求有快速响应的伺服驱动系统,过载能力低,电枢惯量与机械传输
系统匹配差。
具体有:
无槽电枢电动机、空心杯电枢电动机、印制绕组电动机
3、交流伺服电动机Î 不需要电刷!
特点:转子惯量比直流伺服电动机小,动态响应好
同体积条件下,输出功率提高10%~70%
电动机容量可以比直流伺服电动机大,转速高
没有电刷不需经常维护
(1)同步交流伺服电动机
特点:用转子位置传感器取代了直流电动机的整流子和电刷的机械换向,无需维
护。
(2)异步交流伺服电动机
优点:采用感应式电动机,笼型转子结构简单、坚固、价格便宜、过载能力强。
缺点:效率低、体积大、发热大、需有无功励磁电流(导致驱动功率大)、控制
系统复杂。
4、直接驱动电动机
特点:驱动与负载直接耦合在一起具体
三、伺服控制系统分类
1、按控制方式分类
(1)开环Î系统不具有任何反馈装置
结构简单,功率小,转速低(<1000r/min),精度低,运行平稳,成本低,维
护方便。
(2)闭环
(3)半闭环
闭环、半闭环系统
具有位置和速度检
测装置
2、按所驱动的伺服电动机分类
(1)步进电动机伺服控制
需有步进电动机驱动器(环形脉冲分配器)
(2)直流伺服系统
常用脉宽调制调速系统(PWM—Pulse with modulation)
(3)交流伺服系统
采用改变交流伺服电动机的供电频率的方法来进行调速。(变频)
3、按进给驱动和主轴驱动分类
(1)进给伺服系统
包括速度控制和位置控制。
(2)主轴伺服驱动
主要是速度控制。