数控机床伺服进给系统

数控机床伺服进给系统的分析及MATLAB/simulink仿真

摘要：

现在数控机床进给速度和加工效率不断提高，这务必会使扰动作用加大使伺服进给精度降低，本文分析了扰动作用下数控进给系统的稳态误差，并提出了用前馈补偿控制的方法消除稳态误差的措施。通过simulink仿真验证此措施的正确性。

关键词：进给系统；稳态误差；simulink 引言

进给系统是数控机床最重要的组成部分，直接影响数控机床的性能。数控机床对进给系统的性能指标可以归纳为：定位精度要求高、跟踪指令信号的相应要快、系统的稳定性要好[1]

。可见定位精度是衡量进给系统性能的重要指标。进给系统在理想状态的定位精度也是系统的稳定性能指标—伺服精度，因此，研究进给系统的伺服精度十分重要。本文将用控制系统的分析方法来讨论数控进给系统的伺服精度。 1、数控机床的轨迹控制原理

数控机床的轨迹控制由插补器和进给伺服系统完成。如图1是二坐标机床结构图。数控加工程序定义了工件轮廓的形状F(X,Y) (直线、圆弧、样条等) 、起点 Pb 、终点Pe和进给速度F。插补器根据这些指令, 实时计算出轮廓控制点的位置Pi( Xi, Yi)。 Xi 和 Yi 是时间序列函数，i = 0 , 1 , 2…。Xi和

邵阳学院毕业设计（论文）

第一章 绪论

1-1选题背景与意义

数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Compute Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。数控技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。

数控机床的伺服驱动系统作为一种实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，它在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标取决于伺服驱动系统性能的优劣。因此，随着数控机床的发展，研究和开发高性能的伺服驱动系统，一直是现代数控机床研究的关键技术之一。

在数控机床中，伺服系统是数控机床里的一个非常重的部分，对于它的控制的好坏一定程度上反应一个机床的控制柔性的程度。步进电机

数控机床的伺服驱动系统主要有两种：进给驱动系统和主轴驱动系统，前者控制机床各坐标轴的切削进给运动，后者控制机床主轴的旋转运动。他们的职能是提供切削过程中所需要的转矩和功率，可以任意调节与转速度和准确的位置控制。

为了满足数控机床对伺服系统的要求，对电气伺服驱动系统的执行元件伺服电动机也必须较高的要求：1.电动机从最低进给速度到最高进给速度范围内都能平滑地运转；转矩波动要小，尤其在最低速度转速时，如0.1r/min或更低转速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。2.电动机应具有较大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。比如，电动机能在数分钟内过载4～6倍而不损坏。3.为了满足快速响应的要求，即随着控制信号的变化，电动机应能在较短时间内完成必须的动作。快的反应速度直接影响到系统的品质。因此，要求电动机必须具有较小的转动惯量和大的堵转转矩，尽可能小的电动机时间常数和启动电压。电动机必须具有4000rad/s2以上的加速度，才能保证电动机在0.2s以内从静止启动到1500rmin。电动机应能承受频繁的起动、制动和反转。文章来源：中国传动设备网

常用的伺服执行元件主要有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机和直接驱动电动机。1.步进电动机：进步

题目： 毕业论文设计

数控机床交流伺服控制系统设计

姓 名： 所在系部： 班级名称： 学 号： 指导老师：

2011年 12 月

南京化工职业技术学院毕业设计（论文）

毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 数控机床交流伺服控制系统设计 指导教师： 职称： 类别：毕业论文 学生： 学号： 设计（论文）类型：论文 专业：机电一体化 班级： 是否隶属科研项目：否 1、设计（论文）的主要任务及目标 毕业设计/论文是本专业教学计划中重要的、最后的一个综合性的教学环节，其主要目标是：培养和提高学生综合运用所学的专业基础知识、专业理论知识和专业基本技能来分析、解决实际问题以及动手操作的能力，使得学生对数控机床交流伺服控制系统的设计有相当的认识深度；并学会查阅专业资料，能正确阅读外文相关科技文献，对设计研究的课题进行深入分析；也使学生在思想作风、学习毅力和工作作风上受到一次良好的锻炼。通过本课题的研究，使同学们能够领会交流伺服系统的原理和伺服驱动器的应用，进一步掌握交流伺服电机的工程应用、系统设计方法和调试实现过程，为毕业后能尽快适应机电一体化专业的相关工作打

高中物理教学艺术

数控机床中伺服系统应用前景展望.txt
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。本文介绍了数控机床的进给伺服系统、主轴伺服系统各个分类，并对其应用前景进行了展望。 一、概述 伺服系统是以机械运动的驱动设备，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，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，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，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，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，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨。 二、伺服系统的结构及分类 从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功

题目： 毕业论文设计

数控机床交流伺服控制系统设计

姓 名： 所在系部： 班级名称： 学 号： 指导老师：

2011年 12 月

南京化工职业技术学院毕业设计（论文）

毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 数控机床交流伺服控制系统设计 指导教师： 职称： 类别：毕业论文 学生： 学号： 设计（论文）类型：论文 专业：机电一体化 班级： 是否隶属科研项目：否 1、设计（论文）的主要任务及目标 毕业设计/论文是本专业教学计划中重要的、最后的一个综合性的教学环节，其主要目标是：培养和提高学生综合运用所学的专业基础知识、专业理论知识和专业基本技能来分析、解决实际问题以及动手操作的能力，使得学生对数控机床交流伺服控制系统的设计有相当的认识深度；并学会查阅专业资料，能正确阅读外文相关科技文献，对设计研究的课题进行深入分析；也使学生在思想作风、学习毅力和工作作风上受到一次良好的锻炼。通过本课题的研究，使同学们能够领会交流伺服系统的原理和伺服驱动器的应用，进一步掌握交流伺服电机的工程应用、系统设计方法和调试实现过程，为毕业后能尽快适应机电一体化专业的相关工作打

高中物理教学艺术

数控机床中伺服系统应用前景展望.txt
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。本文介绍了数控机床的进给伺服系统、主轴伺服系统各个分类，并对其应用前景进行了展望。 一、概述 伺服系统是以机械运动的驱动设备，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，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，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，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，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，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨。 二、伺服系统的结构及分类 从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功

数控机床

数控机床设计讲座

第二讲

数控机床进给系统设计

之二大连理工大学

戴

曙

关扭词

数控机床

进给系统

伺服电动机

半闭环伺服系统根据牛顿第二定理进给系统所需的力矩,

三伺服电动机伺服电动机有直流和交流两类,。。

、

+

等于系统的转动惯量+ .

,

乘以角加速度

,

即

直流伺服、

,/

电动机开发较早应用广泛交流伺服电动机是!年代开发的由于它没有电刷因而寿命长,,

角加速度影响系统的动态特性角加速度夕小越,

故障少允许的转速较高这种伺服电动机发展,

。

则从计算机发出指令脉冲到进给系统,。

很快已广泛应用于机床

,

。

执行完毕之间的时间越长也就是通常所说的系统反应慢如果/变化则系统的反应将忽快,。

伺服电动机的特性见图

#

。

它可以分为。

两个区域连续工作区和断续工作区两区的交

忽慢影响加工精度,,

当进给伺服电动机已选。

定则+的最大值基本不变如果希望夕的变化小则应使转动惯量,

,

的变化尽量小些,0

。

%一#

刁

惯量惯量,1

,

由伺服电动机转子惯量

和负载

两部分组成, .1

卜 4气 3。

三 断区工的

%

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1、

哭矩线线”区!

负载惯量,、

由执行部件以及上面装的夹具工、

件或刀具滚珠丝杠联轴节等直线和旋转运动

神碧)

定

(&

、

件的质量或惯量折合到电动机轴上的惯量组 0成,是

3 3 3 3 学 院

毕 业 设 计（论 文）说 明 书

题

学

系

专 业

学

指 导 目 数控机床的进给传动装置设计

生 别 机 电 系 班 级 机械设计制造及其自动化

机 电 033 班

号 教 师

I

目 录

中文摘要...............................................................................................................................Ⅰ 英文摘要....................................................................................................................

3 3 3 3 学 院

毕 业 设 计（论 文）说 明 书

题

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系

专 业

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指 导 目 数控机床的进给传动装置设计

生 别 机 电 系 班 级 机械设计制造及其自动化

机 电 033 班

号 教 师

I

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中文摘要...............................................................................................................................Ⅰ 英文摘要....................................................................................................................