伺服系统技术特性在数控机床中的应用案例

 

摘 要：作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的

重要指标。笔者介绍了数控机床的进给伺服系统、主轴伺服系统的特性，并对其应用前景
进行展望。

关键词：数控机床；伺服系统特性；应用

1 概述

作为数控机床的执行机构，伺服系统集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体，并

随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了
从步进到直流，进而到交流的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多。

伺服系统是以机械运动的驱动设备一电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力

电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现机械的运动要求。
数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由
电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀
具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户要求的复杂形状工件。

2 伺服系统的结构

从基本结构看，伺服系统主要由控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机组成。控制

器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱
动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机上，调
节电动机转矩的大小；另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所
需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。

考虑伺服系统在数控机床中的应用，本文按机床中传动机械的不同将其分为进给伺

服与主轴伺服。

3 进给伺服系统的特性

进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。为此，要求进

给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、
位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机，进给伺服可细分为步进伺服、
直流伺服、交流伺服和直线伺服[2]。

（1）步进伺服系统

步进伺服是一种用脉冲信号控制，并将脉冲信号转换成相应角位移的控制系统。其角

位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。