文档介绍：数 控 技 术
第 五 讲
数控编程培训专用教程
培训主办单位：数控培训中心 （内部专用教程）
主 讲 人：高级数控讲师 莫家数
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第六章 数控机床的伺服系统
第一节 概述
第二节 进给驱动
第三节 主轴驱动
第四节 检测元件
第五节 位置控制系统
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第六章第一节概述
一、 伺服的基本概念
二、 常用伺服执行元件
三、 伺服控制系统分类
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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置或角度作为控制量的自动控制系统。
在数控机床中，CNC控制器经过插补运算生成的进给脉冲或进给位移量指令输入到伺服系统，
由伺服系统经变换和功率放大转化为机床机械部件的高精度运动。
伺服系统既是数控机床控制器与***、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节，它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。
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2、伺服系统的基本技术要求
（1）精度高
伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。
在速度控制中，要求高的调速精度，比较强的抗负载扰动能力。即对静、动态精度要求都比较高。
（2）稳定性好
稳定性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。
随伺服系统要求有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。
稳定性直接影响数控价格的精度和表面粗糙度。
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（3）快速响应
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低的加工表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。
这一方面要求过渡过程时间要短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；
另一方面要求超调要小。
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（4）调速范围宽
调速范围RN指生产机械要求电机能提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比：RN=nmax/nmin。
通常，nmax和nmin一般对指额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，也可以是实际负载的转速。
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1）进给伺服系统的调速要求
数控机床中，进给伺服系统的调速范围与伺服系统的分辨率有关。
一般的调速范围要求在脉冲当量为0001mm时达到0-24m/min。
进给伺服系统的调速可分为以下几种：
①在1-24000mm/min范围，要求速度均匀、稳定、无爬行、速降小。
②在1mm/min以下时，具有一定的瞬时速度，而平均速度很低。
③在零速时，要求电机有电磁转矩，以维持定位精度，使定位精度满足系统的要求，即处于伺服锁定状态。
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2）主轴调速范围要求
主轴主要考虑速度控制，其调速系统一般要求1:100-1000范围内的恒转矩调速和1:10以上的恒功率调速，且有足够大的输出功率。
（5）低速大转矩
机床加工的特点是，在低速时进行重切削，因此要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。
进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制；
而主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，在高速时为恒功率控制。
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二、常用伺服执行元件
伺服电动机是电气伺服驱动系统的执行元件，具有以下要求：
①电动机从最低进给速度到最高进给速度范围内都能平滑地运转；
转矩波动要小，尤其在最低速度转速时，如 01r/min或更低时，仍有平稳的速度而无爬行。
②电动机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。
比如，电动机能在数分钟内过载4-6倍而不损坏。
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