一、數控機床伺服(fú)系統

　　（一）開環伺服(fú)系統。開環伺服系(xì)統不設檢測反饋(kuì)裝置，不構成運動(dong)反饋控制回路，電(diàn)動機按數控裝置(zhì)發出👈的指令脈沖(chong)工作，對運動誤差(chà)沒有檢測反饋和(hé)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(dòng)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(dong)部件🔱的速度受到(dào)限制。但步進電機(jī)結構簡單、可靠性(xìng)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(su)度要求不高✉️的經(jīng)濟型數控機床。

　　（二(er)）全閉環伺服系統(tong)。閉環伺服系統主(zhǔ)要由比較環🏃🏻節🚩、伺(sì)服驅💘動放大器，進(jin)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(liú)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(zai)工作台的光栅或(huo)感應同步器作爲(wèi)位置檢測器件，來(lai)構成高精度的全(quan)閉環位置控制系(xì)統。系統的直☀️線位(wei)移檢測器安裝在(zài)移動部件上，其精(jing)🛀度主要取決于位(wèi)移檢測裝置的精(jīng)度和靈敏度，其☎️産(chǎn)生的加工精度比(bi)較高。但機☂️械傳動(dong)裝置的剛度、摩擦(cā)阻尼特性、反⭐向間(jiān)隙等各種 非線性(xìng) 因素，對系統穩定(ding)性有很大影響，使(shi)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(xing)數控機床🌈上。

　　（三）半(bàn)閉環伺服系統。半(bàn)閉環伺服系統的(de)工作原理與全閉(bì)環㊙️伺服系統相同(tóng)，同樣采用伺服電(diàn)動機作爲驅動部(bù)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(jin)給⛹🏻‍♀️系統中的機🔅械(xie)傳動裝置處于反(fǎn)饋回路之外，其剛(gang)度等非線性因素(su)對系統穩定性沒(mei)有影響，安裝調試(shi)比較方便。機床的(de)定位精度與機械(xie)傳動裝置的精度(dù)有關，而數控裝置(zhì)都有螺距誤👨‍❤️‍👨差補(bu)償和間隙補償等(děng)項功能，在傳動裝(zhuang)置精度不太高的(de)情況下，可以利用(yong)補償功能将加工(gōng)精度提高到滿意(yì)的程度。故半閉環(huán)伺服☎️系統在數控(kong)機床中應用很✨廣(guang)。

　　二、伺服電機控制(zhi)性能優越

　　（一）低頻(pín)特性好。步進電機(ji)易出現低速時低(dī)頻振動現象。交流(liu)🤟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(ji)械的剛性不足，并(bìng)且系統内部具有(you)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(sōng)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(jiē)收💋217=131072個脈沖電機轉(zhuan)♊一圈，即其脈沖當(dang)量爲360°/131072=9.89秒。是步距角(jiǎo)爲1.8°的步進電機的(de)脈沖當量的1/655。

　　（三）過(guò)載能力強。步進電(dian)機不具有過載能(neng)力，爲了克🐕服慣性(xing)負載♈在啓動瞬間(jian)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(si)）速度響應快。步進(jìn)電機從靜止加速(su)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(jiao)快，例如松下MSMA 400W交🈲流(liú)伺服電機，從靜止(zhǐ)♉加速到其額定轉(zhuan)速僅需幾毫秒。

          五(wu)）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(xià)降，所以其最高工(gōng)作轉速一般在300～600RPM。交(jiāo)流伺服電機爲恒(heng)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(chu)額定轉矩。

　　三、伺服(fu)電機控制展望

　　（一(yī)）伺服電機控制技(jì)術的發展推動加(jiā)工技術的高速高(gāo)精㊙️化。80年代以來，數(shù)控系統逐漸應用(yong)伺服電機作爲驅(qū)動🏒器件。交流伺服(fú)電機内是無刷結(jié)構，幾乎不需維修(xiu)，體積相對較小，有(yǒu)利于轉速和 功率(lü) 的提高。目前交流(liu)伺服系統已在很(hěn)大範圍内取代了(le)直流📧伺服系統。在(zài)當代數控系統中(zhong)，交流伺服取代直(zhi)🛀流伺服、軟件控制(zhì)取代硬件控制成(cheng)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(gei)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(zhǎn)，數控系統的計算(suàn)速度大大提高，采(cai)樣時間大大減少(shao)。硬件伺服控制變(bian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼爲軟件伺服控制(zhi)後，大大地提高了(le)伺服系統的性能(neng)🧡。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(xing)能的伺🍓服👄控制網(wang)，它對進行自律控(kòng)制的各個伺服裝(zhuāng)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(zhi)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(gao)精高速加工技術(shu)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(zhuǎn)變壓器、混合型的(de) 光電 編碼器和絕(jué)對值編碼器作爲(wèi)位置、速度傳感器(qì)，其傳感器具有小(xiǎo)于1μs的響應時間。伺(sì)服電動機本身也(yě)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(bǎo)證高速時電動機(ji)旋轉更加平滑，改(gai)進了電動機的磁(cí)☁️路設計，并😍配合高(gao)速數字伺服軟件(jian)，可保證電動機即(ji)使在小⛱️于1μm轉動時(shí)也顯得平滑而無(wu)爬行。

　　（二）交流直線(xian)伺服電機直接驅(qū)動進給技術已趨(qu)成熟。數控☁️機床🤞的(de)進給驅動有“旋轉(zhuan)伺服電機＋精密高(gāo)速滾⭐珠絲杠”和“直(zhí)線電機直接驅動(dong)” 兩種類型。傳統✊的(de)滾珠✊絲杠工藝成(cheng)熟加工精💞度較高(gāo)🤟，實現高速化的成(cheng)本相對較低，所以(yǐ)目前應用廣泛。使(shi)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(cheng)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(diàn)機直接驅動進給(gěi)驅動方式。它比滾(gun)珠絲杠驅動具有(yǒu)剛度更高🈲、速度範(fàn)圍更寬、加速特性(xìng)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(jī)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(wéi)護工作。直線電機(ji)直接驅動與滾珠(zhū)絲杠傳動相比，其(qi)速度提高✉️30倍，加速(su)度提高10倍，最大達(da) 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(di)👅。當前🚶，在🆚高速高精(jing)加工機床領域中(zhōng)，兩種驅動方式還(hái)會并存相當長一(yī)段時間，但從發展(zhǎn)趨勢來看，直線電(dian)機驅動🐇所占的✔️比(bǐ)重會愈來愈大。種(zhong)種迹象表明，直線(xian)電機驅動在高速(sù)高🏒精加工機床上(shàng)的應🆚用已進入加(jiā)⛷️速增長期。