第四章
伺服控制系统
北京航空航天大学机械工程及自动化学院
王美清
第四章 伺服控制系统
第一节 第二节 第三节 第四节 概述 伺服系统的驱动元件 位置控制系统 伺服系统的特性对数控机床加工 精度的影响
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第一节
概述
1. 伺服系统的概念
CNC装置
放大
转换
速度控制
伺服电机
工作台
检测单元
伺服系统是一种反馈控制系统,以指令脉冲为输入给 定值,与输出量进行比较,利用偏差值对系统进行自 动调节,以消除误差,使输出量紧密跟踪给定值.
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1. 伺服系统的概念(续)
伺服系统一般由驱动控制单元,驱动元件,机械传动 部件,执行件和检测反馈环节等组成. 伺服控制系统与一般机床进给系统有着本质的区别: 进给系统的作用在于保证切削过程能够继续进行,不 能控制执行件的位移和轨迹;伺服系统将指令信息加 以转换和放大,不仅能控制执行件的速度,方向,而 且能精确控制其位置,以及几个执行件按一定的运动 规律合成的轨迹. 伺服系统的性能直接关系到数控机床执行部件的静态 和动态特性,工作精度,负载能力,响应快慢和稳定 程度等.
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2. 数控机床对伺服系统的要求
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 于加工所用的刀具,被加工零件材质以及零件加工要 求的变化范围很广,为了保证在所有的加工情况下都 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.同时要 求在调速范围内,速度均匀,稳定,低速时无爬行, 在零速时伺服电机处于电磁锁住状态,以保证定位精 度不变.
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2. 数控机床对伺服系统的要求(续)
精度高
数控机床是按预定的程序自动进行加工的,不可能像 普通机床那样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和指令位 移之差要小. 现代数控机床的位移精度一般为0.01-0.001mm,甚至 可高达0.1m.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.
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2. 数控机床对伺服系统的要求(续)
响应快
要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快,即灵敏度要 高,达到最大稳定速度的时间要短,这种过渡过程一 般都在200ms以内,甚至几十毫秒,即过渡过程的前 沿要陡,斜率要大.响应的快慢反映了系统跟踪精度 的高低,且直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面 质量的好坏.
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2. 数控机床对伺服系统的要求(续)
低速大扭矩
数控机床的进给系统常在相对较低的速度下进行切削, 故要求伺服系统能够输出大的转矩.普通加工直径 400mm的车床,纵向和横向的驱动力矩都在10N.m以 上.为此数控机床的进给传动链应尽量短,传动的摩 擦系数尽量小,并减少间隙,提高刚度,减少惯量, 提高效率.
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第二节
伺服系统的驱动元件
1. 对伺服驱动元件的要求

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