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数控机床的伺服驱动第7章 数控机床的伺服驱动系统 主要内容概述立式铣床 带制动器伺服电机加工中心主轴电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机伺服电机伺服驱动系统（Servo System)伺服系统是数控机床的重要组成部分。伺服系统位于数控机床数控系统与机床主体之间，伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节。 伺服系统的作用示意图见下图。CNC系统控制信号驱动电机光栅尺反馈信号检测装置伺服驱动系统数控加工与传统加工的比较本质区别由人操作，机床进给系统能保证切削过程继续进行，不能控制执行件的位移和轨迹.由CNC装置按照零件程序完成零件的加工。能精确地控制执行件的速度、方向、和位置，且可使几个执行件按一定的运动规律合成轨迹。数控机床的伺服驱动系统 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，而在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统，它由执行组件（如步进电机、交直流电动机等）和相应的控制电路组成，包括主驱动和进给驱动。伺服系统接收来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，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，加工出所要求的复杂形状工件。数控机床的伺服驱动系统 数控机床的伺服驱动系统作为一种实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，它在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标取决于伺服驱动系统性能的优劣。因此，随着数控机床的发展，研究和开发高性能的伺服驱动系统，一直是现代数控机床研究的关键技术之一。 数控机床伺服系统的定义 伺服系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 CNC装置是数控机床的“大脑” ， “指挥机构” 伺服系统是数控机床的“四肢” ， “执行机构”。 伺服系统的组成伺服驱动装置数控机床对进给伺服系统的要求由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面。1.可逆运行 随时可实现正向或反向运动，同时在方向变化时，不应有反向间隙和运动的损失。在加工运行时电动机从电网能量变为机械能；在制动时把机械惯性变为电能回馈给电网，实现快速制动。数控机床对进给伺服系统的要求2.调速范围宽 要求伺服电动机有很宽的调速范围和优良的调速特性，并在很宽的范围内无级变化进给速度范围在0－24m/min时，都可满足加工要求。保证在任何情况下都能得到最佳切削条件和加工质量，一般要求调速范围 ：最低转速/最高转速=1/1000~1/100003.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时，就使速度保持恒定4.快速响应并无超调　位置伺服系统要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两方面的要求。一般要求电机速度由零到最大，或从最大减少到零，时间应控制在200ms以下，甚至少于几十ms，且速度变化时不应有超调。另一方面当负载突变时，过渡过程前沿要陡，恢复时间要短，且无震荡，这样才能得到光滑的加工表面。5.高精度　为了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踪精度。位置伺服系统的定位精度一般要求能达到0.01～0.001mm，高的可达到0.1μm。相应地，对伺服系统的分辨率也提出了要求。当伺服系统接受CNC送来的一个脉冲时，工作台相应移动的单位距离叫分辨率。目前的闭环伺服系统都能达到1μm的分辨率。高精度数控机床也可达到0.1μm的分辨率，甚至更小。 6.低速大转矩　机床在低速切削时，切深和进给都较大。现代数控机床通常是伺服电动机与丝杠直连，没有降速齿轮，这就要求主轴电动机输出较大转矩，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。数控机床伺服系统的分类1、按伺服系统控制方式分开环系统 步进电机，无位置反馈，投资低，精度低闭环系统 直接测量实际位移进行反馈，精度高半闭环系统 间接测量位移进行反馈，精度低于闭环脉冲驱动电路步进电机工作台位置检测指令速度控制伺服电机位置控制速度检测工作台指令位置控制速度控制伺服电机脉冲编码器 白城师范学院机电系机自教研室f、n功率放大脉冲环形分配变换A相、B相C相、…脉冲频率f脉冲个数n换算CNC插补指令机械执行部件电机开环数控系统无位置反馈（测量），信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。但精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。开环系统通常使用步进电动机。在开