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第七章数控机床的驱动与控制系统

数控机床伺服驱动系统概述伺服驱动系统接收数控单元的位移/速度控制指令,驱动工作台/主轴按照控制指令的要求进行运动。伺服驱动系统直接影响移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标，是数控机床的关键技术。

数控机床的伺服驱动组成：驱动电路--信号的转换（D/A）和放大；伺服电机--信号和能量的转化输出（电—机）；传动及执行机构--信号和能量的传递；特点：能够实现位置和运动的准确控制。

7.1数控机床的驱动系统分类1.按其控制对象和使用目的分类进给驱动：控制机床各轴的切削进给运动,含速度控制和位置控制，也是一般概念的伺服驱动系统；主轴驱动：控制主轴的旋转和切削过程的转矩和功率，要求有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；辅助驱动：采用简易的位置控制，如控制刀库的辅助系统。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.2按调节理论分类（1）开环伺服系统：无检测反馈控制通道，由步进电机、驱动电路、传动机构组成。用于经济型数控和老设备改造。工作原理：将指令数字脉冲信号转换为电机的角位移。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.2按调节理论分类（1）开环伺服系统?特点1）无位移检测装置，控制精度低；2）结构简单、易于调整、成本低。?主要技术指标1）定位精度可达±0.02mm；2）脉冲当量可达0.01mm；3）快速进给速度4-15m/min；?应用:经济型数控机床及机床数控化改造

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.2按调节理论分类（2）闭环伺服系统：有位置检测装置（直线位移检测元件），用位移指令与工作台实际位移的差值作为控制量；由位置环和速度环组成；具有很高的跟随精度和定位精度，安装调试困难。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.2按调节理论分类（2）闭环伺服系统脉冲当量0.001-0.0001mm，快进速度24-100m/min。主要用于精密、大型数控设备上。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.2按调节理论分类（3）半闭环伺服系统：采用角位移检测元件对电机轴或滚珠丝杠的角位移进行测量反馈，其精度处于开环与闭环之间，安装调试方便。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.2按调节理论分类（3）半闭环伺服系统脉冲当量0.005-0.001mm，快进速度15-24m/min。主要用于中档数控机床上。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.3数控机床对驱动系统的要求1、精度高，定位误差（重复定位误差）小，跟随误差小。一般要求定位精度为0.001~0.01mm，高档设备达到0.01μm以上。2、快速响应特性好、无超调、无振荡。快速响应是伺服系统动态品质的标志之一，反映系统的跟踪精度。要求加、减速度足够大，能频繁启、停和正、反向运动。定位精度：移动件到达指令位置的准确度。重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.3数控机床对驱动系统的要求3、调速范围宽（调速范围：最低转速到最高转速的范围-max）nn由于工件材料、刀具以及加工要求各不相同，要保证数控min/机床在任何情况下都能得到最佳切削条件，伺服系统就必须有足够的调速范围。这样既能满足高速加工要求，又能满足低速进给要求。4、低速切削时，要求系统能输出大转矩5、系统可靠性高系统的可靠性常用发生故障时间间隔长短的平均值作为依据，即平均无故障时间(MBTF)。这个时间越长，可靠性越好。

7.1数控机床的驱动系统分类7.1.4驱动系统中常用的检测装置

7.2步进电机及其驱动系统主要用于开环伺服控制，系统由“步进电机驱动线路”+“步进电机”组成，对工作台位移、速度和运动方向进行控制。指进令给机床步进电机步进电机驱动线路加减加减环形分配器功率放大脉冲混合电路进给至步进脉冲分配速电脉冲器电机绕阻路电路

7.2步进电机及其驱动系统7.2.1步进电机（亦称脉冲电机、电脉冲马达）作用：将电脉冲转换成相应的机械角位移或直线位移。电脉冲数决定位移量；电脉冲频率决定位移速度；电脉冲相序决定位移方向。

7.2步进电机及其驱动系统工作台丝杠编码器

（1）步进电机的结构与工作原理与步进电机有关的几个概念：“段”—指步进电机的定子数目，分“单段式”、“多段式”；“相”、“相数”—产生不同对N、S极磁场的励磁线圈对数；“拍”—指从一相通电切换成另一相通电的意思；“拍数”—完成一个磁场周期性变化所需脉冲数，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数；“步”-对步进电机输入一个脉冲，则输出一个位移（角位移或直线位移），称为“一步”；“步距角”—对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移，用θ表示；“失步”—电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。

（1）步进电机的结构与工作原理反应式步进