数控机床对伺服系统的基本要求
伺服系统的基本要求及特征
伺服系统的基本要求及特征伺服系统的基本要求及特征1. 引言伺服系统作为现代控制系统中的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
本文将从以下几个方面介绍伺服系统的基本要求及特征。
2. 基本要求伺服系统需要满足以下基本要求：•高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置或速度控制，以满足精密加工、运动控制等应用需求。
•快速响应：伺服系统需要具备快速响应的特性，能够在短时间内对输入信号作出准确的反应。
•稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够保持输出信号稳定在给定值附近，不受外部干扰的影响。
•可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够长时间稳定运行并具备故障自动检测和纠正的功能。
3. 特征伺服系统具有以下几个特征：精确度伺服系统的精确度是指系统能够实现的位置或速度控制的准确性。
通常使用误差指标来评估系统的精确度，包括位置偏差、速度误差等。
精确度与系统的传感器、控制算法等因素密切相关。
响应速度伺服系统的响应速度是指系统对输入信号作出反应的快慢程度。
响应速度取决于系统的动态特性，包括惯性、摩擦力等因素。
响应速度越快，系统的动态性能越好。
控制稳定性伺服系统的控制稳定性是指系统输出信号能够稳定在给定值附近的能力。
稳定性与系统的控制算法、控制器参数等因素密切相关。
稳定性越好，系统越不容易产生震荡、偏离目标值等问题。
功率输出伺服系统的功率输出能力是指系统能够输出的最大功率。
功率输出受到电机及传动机构等因素的限制。
高功率输出能力对于承载大负载、高速运动等应用非常重要。
4. 总结伺服系统作为控制系统的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
高精度控制、快速响应、稳定性和可靠性是伺服系统的基本要求。
精确度、响应速度、控制稳定性和功率输出是伺服系统的主要特征。
只有满足这些要求和特征，伺服系统才能够在各种应用场景下发挥优秀的性能。
5. 应用领域伺服系统广泛应用于以下领域：•工业自动化：伺服系统用于控制工业机器人、数控机床等设备，实现高精度的加工、装配等工业自动化任务。
第六章进给伺服系统
二、步进电机的主要性能指标 1. 步距角和步距误差 每输入一个脉冲电信号，步进电机转子转过的角度成为步距 角。 步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的 360 关系如下： ＝ KmZ (6-1) 式中 —步进电机的步距角； m—电机相数； Z—转子齿数； K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1； 相邻两次通电相数不同，K＝2。 同 一 相 数 的 步 进 电 机 可 有 两 种 步 距 角 ， 通 常 为 1.2/0.6 、 1.5/0.75 、 1.8/0.9 、 3/1.5 度等。步距误差是指步进电机运行 时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。步 距误差直接影响执行部件的定位精度及步进电机的动态特 性。大小由制造精度、齿槽的分布及定子和转子间气隙不 均匀等因素造成。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或线位移 的一种机电式数模转换器。在结构上分为定子和 转子两部分，现以图6-5所示的反应式三相步进电 机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极 上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相， 分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁 心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工 作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三 对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对 齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步 步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极 中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制 线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流， 转子便按一定方向不停地转动。步进电机每次转 过的角度称为步距角。
进给伺服系统的作用：接受数控装置发出 的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置 作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、 交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动 机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作 进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统与一般机床的进给系 统有着本质的区别：能根据指令信号精确地控 制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行 部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如果 把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布 “命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控 机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它 是一个不折不扣的跟随者。
机床数控技术课后答案(胡占齐版)
第1章1．数控〔NC〕和电脑数控〔CNC〕的联系和区别是什么？答：数字控制〔NC〕简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法也称数控技术。
我们把以电脑系统作为数控装置构成的数控系统称为电脑数控系统〔CNC〕。
CNC系统的数字处理功能主要由软件实现，因而十分灵活，并可以处理数字逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统的功能大大提高。
2．数控机床由哪几部分组成，各组成部分的功能是什么？答：〔1〕程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。
〔2〕数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。
〔3〕伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。
〔4〕机床主体〔主机〕：包括机床的主运动、进给运动部件。
执行部件和基础部件。
3．简述闭环数控系统的控制原理，它与开环数控系统有什么区别？答：控制原理：闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将检测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。
区别：闭环控制系统有反馈装置，而开环没有。
4．选择数控机床的时候应该考虑哪几方面的问题？答：(1)机床的类别(车、铣、加工中心等)、规格(行程范围)、性能(加工材料)。
(2)数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。
(3)数控机床的定位精度和重复定位精度。
(4)零件的定位基准和装夹方式。
(5)机床坐标系和坐标轴的联动情况。
(6)控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及A TC等相关的功能。
5．数控技术的发展趋势表现在哪几个方面？答：高速高精度、智能化、开放式数控系统、网络数控技术、提高数控系统的可靠性、实现数控装备的复合化、CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造。
伺服系统基本概述
第一节:伺服系统基本概述
如果说整个系统的可靠性主要取决于数控装置 的话，那么，驱动系统的性能，在较大程度上 决定了现代数控机床的性能，数控机床的最大 移动速度、定位精度等指标主要取决于驱动系 统及CNC位置控制部分的动态和静态性能。另 外，对某些加工中心而言，刀库驱动也可认为 是数控机床的某一伺服轴，用以控制刀库中刀 具的定位。
在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让哪 一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动机就 动，而且这台电动机的运动速度、运动的距离， 完全按着计算机的指令行事，非常准确无误地完 成指令要求的任务。
第一节:伺服系统基本概述
很显然，伺服系统所以能作到这一点，也是非 常不容易的。因为电动机拖着一个重量很重的 工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润 滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度， 精确定位，可以想象其难度之大。
高精度的机床为了保证尺寸精度和表面粗糙度的水 平，
第一节:伺服系统基本概述
数控机床的进给系统，实际上是一个位置 随动系统。同任何一个位置随动系统一样，
当指令位移以某一速度变化时，实际位移必 须比指令位移滞后，这就是所谓跟随误差、， 当数控机床的各坐标轴以不同的速度和不同 的方向同时位移时，跟随误差就会造成加工 尺寸和形状的误差。
该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车 床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
第一节:伺服系统基本概述
2．按使用的执行元件分类
（1）电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。 优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常 数小、反应快和速度平稳。 缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。
没有位置测量装置，信号流是单向的（数
控装置→进给系统），故系统稳定性好。
数控机床纵向进给伺服系统设计综述
陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。
(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。
(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。
导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。
要求的定位精度为±0.006mm。
设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。
设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
数控铣(加工中心)理论知识试题13558
数控铣（加工中心）理论知识竞赛试题注意事项1.请在试卷的标封处填写您的工作单位、姓名和准考证号2.请仔细阅读题目，按要求答题；保持卷面整洁，不要在标封区内填写无关内容3.考试时间为120分钟一、单项选择题（请将正确答案的字母代号填在题后的括号中，每题1分，共40分，多选错选不得分。
）1．光栅尺是（）。
(A).一种能准确的直接测量位移的元件(B).一种数控系统的功能模块(C).一种能够间接测量直线位移的伺服系统反馈元件(D).一种工具。
2．下列脉冲当量中，如果选用（）则数控机床的加工精度最高。
(A). 0.001mm/脉冲(B). 0.1mm/脉冲(C). 0.005mm/脉冲(D). 0.01mm/脉冲3．下列规定中（）是数控机床的开机安全规定。
(A)按机床启动顺序开机，查看机床是否显示报警信息(B). 机床通电后，检查各开关、按钮和键是否正常、灵活、机床有无异常现象(C) .手动回参考点时，要注意不要发生碰撞，并且机床要预热15分钟以上。
( D). ABC都是4．下面情况下，需要手动返回机床参考点（）。
(A). 机床电源接通开始工作之前( B ).机床停电后，再次接通数控系统的电源时(C).机床在急停信号或超程报警信号解除之后，恢复工作时(D). ABC都是5．插补运算采用的原理和方法很多，一般可归纳为（）两大类。
(A).基准脉冲插补和数据采样插补(B).逐点比较法和数字积分法(C).逐点比较法和直线函数法(D).基准脉冲法和逐点比较法6．数控机床上可使用脉冲编码器检测（）。
(A).位置(B).速度(C).角度( D).位置和速度7．伺服系统精度最差的是（）。
(A).闭环系统(B)开环系统(C).半闭环系统(D).变频调速系统8．步进电机的步矩角指的是（）。
(A).转子线圈的通电状态每改变一次，转子转过的角度(B).定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度(C).转子相对于锭子转过的角度(D).转子启动时，所处的角度位置。
《数控技术》课后答案
第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。
数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。
开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。
驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。
闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。
位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。
3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。
3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。
数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。
开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。
开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。
半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。
这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。
闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。
闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。
3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。
从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。
按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。
按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。
在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。
伺服运动控制--B--答案
（5 分）
2.利用以下台达伺服驱动器如何构建一个交流伺服控制系统？请画出系统框图，说明伺
服驱动器的各接口该连接何种信号？并写出调试的基本步骤。 参考答案：
RS232
计算机
PLC
交流驱动器
交流伺服电机
（1）
（5 分）
（2）各接口连接信号可参照右图。 （5 分）
（3）a.连接硬件；b.设置驱动器的控 制模式。调整参数，将控制模式设定 为所需模式，更改后须重新上电开 机。C.上位机编程和PLC编程；d.系 统调试。（5分）
（C）4. 使用测速电机作为检测装置，从而构成位置闭环的控制系统属于何种控制方式。
A 开环 B 闭环 C 半闭环 D 前馈
（D）5. PWM 调速方式称为（ ）。
A 变电流调速 B 变电压调速 C 变频调速 D 脉宽调速
四、简答题：（每题 5 分，共 30 分） 1. 对伺服系统的基本要求是什么？
参考答案：(1)稳定性好；（1 分）(2)快速相应并无超调；（1 分）(3)准度高；（1 分）(4)
南阳理工学院课程考试 参考答案与评分标准
考试课程：伺服运动控制
试卷类型：B
学年学期：2011-2012-2
考试时间：2012-05-28
一、填空题：（每空 1 分，共 20 分） 1. 在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为 随动系统，亦称伺服系统。 2. 数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 3. 伺服控制系统有多种反馈比较原理与方法，包括脉冲比较、相位比较和幅值比较。 4. 旋转变压器常用作于数控机床的检测装置，但其测量精度较低（高/低）。 5. 步进电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比。 6. 无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。 7. 在伺服系统中，常用于测角（位移）的检测元件有电位计、差动变压器、微同步器、 自整角机、旋转变压器等。 8. 一块通过恒定电流的半导体（或导体）薄块，在与电流垂直方向上加上磁场时，运动 的电子产生偏移，在薄块的两个侧面就产生一个电势差，这种现象称为霍尔效应。 9. 变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变同步（同步/异步）转速，从而实现 交流电动机调速的一种方法。 10. 矢量控制是把交流电动机解析成与直流电动机一样，根据磁场及其正交的电流的乘 积就是转矩这一最基本的原理，从理论上将电动机定子侧电流分解成建立磁场的励磁分量和 产生转矩的转矩分量的两个正交矢量来处理，然后分别进行控制。 11. 直流伺服电机的调速方式主要有：改变电枢电压、变磁通量和在电枢回路中串联调 节电阻 R。 12. 如果选择磁尺、光栅、光电编码器等元件作为机床移动部件移动量的检测装置，检 出的位置反馈信号是数字脉冲信号。由此构成的伺服系统称为脉冲比较伺服系统。 13. 幅值比较伺服系统的位置检测元件应工作在幅值工作方式。 14. 台达 ASDA-AB 系列伺服驱动器的操作模式主要有三种：位置模式、速度模式和扭矩 模式。 15. 旋转变压器的信号处理有鉴相型和鉴幅型两种方式。 二、判断题：（每题 2 分，共 10 分）（说明：认为陈述正确的在括号内打“√”；否则在括号内打
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数控机床对伺服系统的基本要求
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。
包括定位精度和轮廓加工精度。
2．稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调整过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。
直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
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。
4．调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能供应的最高转速和最低转速之比，对于一般的数控机床而言，要求在辨别率为1μm 的状况下，进给伺服系统在0～24m / min进给速度范围内都能工作。
5．低速大转矩进给坐标的伺服掌握属于恒转矩掌握，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服掌握在低速时为恒转矩掌握，能供应较大转矩。
在高速时为恒功率掌握，具有足够大的输出功率。
对伺服电机的要求：
（1）调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性；（2）电机应具有大的、较长时间的过载力量，以满意低速大转矩的要求；
（3）反应速度快，电机必需具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(400rad / s2以上)；
（4）能承受频繁的起动、制动和正反转。