一、數控機床伺服(fu)系統

　　（一）開環伺服(fú)系統。開環伺服系(xi)統不設檢測反饋(kui)裝置，不構成🌈運動(dong)反饋控制回路，電(dian)動機按數控裝置(zhì)發出的指令脈沖(chòng)工作，對運動誤差(chà)沒有檢測反饋🧑🏽‍🤝‍🧑🏻和(he)處理修正過程，采(cǎi)用步進電機作爲(wei)♊驅動器件，機床的(de)位置💃🏻精度完全取(qǔ)決于步進電動機(ji)🌏的步距角🏃精度和(hé)機械☂️部分的傳動(dong)精度，難以達到比(bǐ)較高精👌度要求。步(bù)進電動機的轉速(su)不可能很高，運動(dòng)部件的速度受到(dào)限制。但步進電機(ji)結構🔞簡單、可靠性(xing)高、成💔本低，且其控(kòng)制電路也簡單。所(suo)以開環控制系統(tǒng)多用于精度和速(sù)度要求不高🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的經(jing)濟型數控機床。

　　（二(èr)）全閉環伺服系統(tǒng)。閉環伺服系統主(zhǔ)要由比較環節、伺(sì)服驅動放大器，進(jìn)給伺服電動機、機(ji)械傳動裝置和直(zhi)線位移 測量 裝置(zhi)組成。對機床運動(dong)部件的 移動 量具(ju)有檢測與反饋修(xiū)正功能，采用直流(liu)伺服電動機或交(jiao)流伺服電動機作(zuo)爲驅動部件。可以(yǐ)采用直接安裝在(zài)💛工作台的🌈光栅或(huò)感應同步器作爲(wei)位置👌檢測器☁️件，來(lái)構成高精度的全(quan)閉環位置控制系(xì)統。系統的直線位(wèi)移檢測器安裝在(zai)移動部件上，其精(jīng)🔴度主要取決于位(wèi)移檢測裝置的精(jing)度和靈敏度，其産(chan)生的加工⛱️精度比(bi)較高。但機械傳動(dong)裝置的剛度、摩擦(ca)阻尼特性、反向間(jian)隙等各種 非線性(xing) 因素，對系統穩定(ding)性有很大影響，使(shǐ)閉環進給伺服系(xì)統安裝調‼️試比較(jiào)複雜。因此隻是用(yòng)在高精度和大型(xíng)數控⭕機床上。

　　（三）半(ban)閉環伺服系統。半(bàn)閉環伺服系統的(de)工作原理與全㊙️閉(bi)環伺服系統相同(tóng)，同樣采用伺服電(dian)動機作爲驅動部(bu)件，可以采用内🈲裝(zhuang)于電機内的脈沖(chong)編碼器，無刷旋轉(zhuan)變❄️壓器或測速發(fa)電機作爲位置/ 速(su)度檢測器件來構(gou)成半閉環位置控(kòng)制系統，其系統的(de)反饋信号取自電(dian)機軸或絲杆上，進(jìn)給系統中的機🌈械(xiè)傳動裝置處于反(fǎn)饋回路之外，其剛(gāng)度等非線性因素(su)對系統穩定性沒(méi)有影響，安裝調試(shì)比較方便。機床的(de)定位精度與機械(xiè)傳動裝置的♈精度(dù)有關，而數控裝置(zhì)都有螺距誤差補(bǔ)償和間隙補償等(děng)㊙️項功能，在傳動裝(zhuāng)置精🚶度不太🔱高的(de)情況下，可以利用(yòng)補⭐償功能将加工(gong)精度提高到🌈滿意(yi)的程度。故半閉環(huán)伺服系統在數控(kòng)機床中應用💃很廣(guǎng)。

　　二、伺服電機控制(zhi)性能優越

　　（一）低頻(pin)特性好。步進電機(jī)易出現低速時低(dī)頻振動現象。交流(liú)伺服電機不會出(chū)現此現象，運轉非(fei)常平穩，交流伺服(fu)系統具有共振抑(yi)制功能，可涵蓋機(jī)械✍️的剛性不足，并(bing)且系統内部具有(yǒu)頻率解析機能，可(kě)🙇🏻檢測出機械的共(gòng)振點，便于系統調(diào)整。

　　（二）控制精度高(gao)。交流伺服電機的(de)控制精度由電機(ji)🍉軸後端的旋轉編(bian)碼器保證。例如松(song)下全數字式交流(liu)伺服電機，對于帶(dài)🈲17位編碼器的電機(jī)而言，驅動器每接(jie)收♌217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)㊙️一圈，即其脈沖當(dāng)量爲360°/131072=9.89秒。是步距角(jiao)爲1.8°的步進電✊機的(de)脈沖當量的1/655。

　　（三）過(guo)載能力強。步進電(dian)機不具有過載能(neng)力，爲了克✂️服慣性(xìng)負✌️載在啓動瞬間(jiān)的慣性力矩，選型(xing)時需要選取額定(ding)轉矩⭕比負載轉🆚矩(jǔ)大很多的電機，造(zào)成了力矩浪❄️費的(de)現象。而交流伺服(fú)電機具有較強的(de)過🛀🏻載能力，例如松(sōng)下交🌈流伺服系統(tǒng)中的伺服電機的(de)最大轉矩達⛱️到額(e)定轉矩🔞的三倍，可(ke)用于克服啓動瞬(shùn)間的慣性力矩。

　　（四(sì)）速度響應快。步進(jìn)電機從靜止加速(sù)到額定轉速需要(yào)⭐200～400毫秒。交流伺服系(xi)統的速度響應較(jiào)快，例如松下MSMA 400W交流(liu)伺服電🔴機，從靜止(zhi)🛀加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。

          五(wǔ)）矩頻特性佳。步進(jìn)電機的輸出力矩(jǔ)随轉速升高而下(xià)🐆降，且在🔱較高轉速(su)時轉矩會急劇下(xia)降，所以其最高工(gōng)作轉速一般在300～600RPM。交(jiao)✂️流伺服電機爲恒(héng)力矩輸👉出，即在其(qi)額定轉速（一般爲(wei)2000RPM或🈲3000RPM）以内，都能輸出(chū)額定轉矩。

　　三、伺服(fú)電機控制展望

　　（一(yi)）伺服電機控制技(ji)術的發展推動加(jia)工技術的高♍速高(gāo)精化。80年🔞代以來，數(shu)控系統逐漸應用(yòng)伺服電機🧑🏽‍🤝‍🧑🏻作爲驅(qū)動✨器件。交流🔴伺服(fú)電機内是無刷結(jie)構，幾乎不需維修(xiū)，體積相對較小，有(you)利于轉速和 功率(lü) 的提高。目前交流(liú)伺服系統已在很(hěn)大範圍内取代了(le)直流伺服系統。在(zai)當代數控系統中(zhōng)，交流伺服取✔️代直(zhi)流伺🌏服、軟件控❤️制(zhi)取代硬件控制成(chéng)爲了伺服技術的(de)發展趨勢。由此📐産(chǎn)生了應用在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼數控(kong)機床的🆚伺服進給(gěi)和主軸裝置上的(de)交流數字驅動系(xi)統。随着微處理器(qì)🔞和全數字化交流(liú)伺服系統的發展(zhan)，數控系統的計算(suàn)✔️速度大大提高，采(cǎi)樣時間大大減少(shǎo)。硬件伺服控制變(biàn)爲軟件伺服控制(zhi)後，大大地提高📐了(le)🚶伺服系統的性能(néng)。例如OSP-U10/U100 網絡 式數控(kong)系統的伺服控制(zhi)環就是一種高性(xìng)能的伺服㊙️控制網(wǎng)，它對進行自律控(kòng)制的各個伺服裝(zhuang)置和部件實現🔴了(le)分♋散配🚶置，網絡連(lian)接，進一步發揮了(le)它對機床的控制(zhì)能力和 通信 速度(dù)。這些技術的發展(zhǎn)，使伺服系統性能(néng)改善、可靠性提高(gāo)、調試方便、柔性增(zeng)強，大大推動了高(gāo)精高速加工技術(shù)的發展。

　　另外，先進(jìn) 傳感器 檢測技術(shù)的發展也極大地(di)提高了交流電動(dong)機調速系統的動(dong)态響應性能和定(dìng)位精度。交流伺服(fú)電機調速系統一(yi)☁️般選用無🏃🏻刷旋轉(zhuan)變壓器、混合型的(de) 光電 編碼器和絕(jue)對值編碼器作爲(wei)位置、速度傳感器(qi)，其傳感器具有小(xiǎo)于1μs的響應時間。伺(sì)服電動機本身也(ye)🍉在向高速方向發(fā)展，與上述高速編(biān)碼器配合實現😍了(le)60m/min甚至100m/min的快速進給(gěi)和🔞1g的加速度。爲保(bao)🐪證高速時電動機(jī)旋轉更加平滑，改(gai)進了電動機的磁(ci)路設計，并配合高(gāo)速數字伺服軟件(jian)，可保證電動機即(jí)使在小🧑🏽‍🤝‍🧑🏻于1μm轉動時(shi)也顯💛得平滑而無(wu)爬行。

　　（二）交流直線(xiàn)伺服電機直接驅(qu)動進給技術已趨(qū)成熟。數控機床的(de)進給驅動有“旋轉(zhuǎn)伺服電機＋精密高(gāo)速滾珠絲杠”和🤞“直(zhi)線電機直接驅動(dòng)” 兩種類型。傳統的(de)滾珠絲杠工藝成(chéng)熟加工精💚度較高(gāo)🔞，實現高速化💔的成(cheng)本相對較低，所以(yi)目前應用廣泛。使(shǐ)用滾，珠絲杠驅動(dòng)的高🧑🏽‍🤝‍🧑🏻速加工機床(chuáng)最大移動速度90m/min，加(jia)速度1.5g。但滾珠絲杠(gàng)是機械傳動，機械(xiè) 元件 間存在彈性(xing)變形、摩擦和反向(xiàng)間隙，相應會造成(chéng)運動滞✂️後和非線(xiàn)性誤差，所以再進(jìn)一步提高滾珠絲(sī)杠副移動速度和(hé)加速度比較難了(le)。90年代以來，高速🔴高(gao)精的🌂大型加工機(jī)床中，應用直線電(dian)機直接驅動進給(gěi)驅動方式。它比💜滾(gun)珠絲杠驅動具有(you)剛度更高、速度範(fàn)圍更寬、加速特性(xing)更好、運動慣量更(gèng)小、動态響應性能(néng)更佳，運行更平穩(wěn)、位置精度更高等(deng)優點。且直線電機(ji)直接驅動，不需中(zhōng)間機械傳動，減小(xiao)了機👈械磨損與傳(chuan)動誤差，減少了維(wei)護工作。直線電機(jī)直接驅動與滾珠(zhū)絲杠💜傳動相比，其(qí)速度提高30倍，加速(sù)度提高10倍，最大達(dá) 10g ，剛度提高7倍，最高(gao)響應頻率達100Hz，還有(yǒu)較大的發展餘地(dì)。當前，在高🤟速高精(jīng)加工機床領域中(zhong)，兩種驅動方式還(hái)會并存相🍓當長一(yī)段時間，但從發展(zhan)趨勢來看🔞，直線電(diàn)機驅動🧑🏾‍🤝‍🧑🏼所占的比(bi)重會愈來愈🌈大。種(zhǒng)種迹象😘表明，直線(xian)電機驅動在高速(su)高精加工機床上(shàng)的應用已進入加(jiā)速增長期。