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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 （0.01~0.0001mm) （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 进给驱动伺服系统用于控制切削的进给运动 主轴驱动伺服系统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 步进电动机相数 m=3,4,5,6,8 等 z 步进电动机转子齿数 z=40,80等 k 通电方式，相邻两次通电的相数一样 k=1 反之k=2 特点：a. 步距角小 b.励磁电流大 c. 内部阻尼小 d. 断电后无定位转矩 通电方式： 三相三拍 ABCA 三相六拍 AABBBCCCAA 步距角小 三相双三拍 ABBCCAAB 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 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