一(yī)、數控(kòng)機(jī)床(chuáng)伺服(fú)系統

　　（一）開(kāi)環伺服系(xì)統。開環伺(sì)服系(xì)統(tǒng)不(bú)設檢(jiǎn)測反(fǎn)饋裝置(zhì)，不構成(chéng)運動反饋(kuì)控制(zhì)回路(lù)，電動(dòng)機按(àn)數控(kòng)裝置(zhì)發出(chū)的指令脈(mò)沖工作，對運(yùn)動誤差沒有檢測(cè)反饋和(hé)處(chù)理修(xiū)正過(guò)程，采用步進電(diàn)機作(zuò)爲驅(qū)動器件，機床的(de)位置(zhì)精度完全(quán)取決(jué)于步(bù)進電(diàn)動機的(de)步(bù)距角(jiǎo)精度(dù)和機(jī)械部(bù)分的傳動精(jīng)度，難以(yǐ)達到比較(jiào)高精(jīng)度要(yào)求。步進電(diàn)動機的轉(zhuǎn)速不(bú)可能(néng)很高(gāo)，運動(dòng)部件的速(sù)度受到限(xiàn)制。但(dàn)步進(jìn)電機結構簡單、可(kě)靠(kào)性高(gāo)、成本低，且其控(kòng)制電路(lù)也簡單。所以開(kāi)環(huán)控制(zhì)系統多用于精度和速度要求(qiú)不高的經濟型(xíng)數控機床。

　　（二）全(quán)閉環伺(sì)服(fú)系統。閉環(huán)伺(sì)服(fú)系統(tǒng)主要(yào)由比(bǐ)較環(huán)節、伺服驅(qū)動放(fàng)大器，進(jìn)給伺服電動機、機械傳(chuán)動裝置和直線(xiàn)位移(yí) 測量 裝置(zhì)組成(chéng)。對機床運(yùn)動部件的 移動(dòng) 量具有檢(jiǎn)測與(yǔ)反饋修(xiū)正功能，采用(yòng)直流(liú)伺服(fú)電動機或(huò)交流(liú)伺服電動機作爲驅(qū)動部件。可(kě)以采用直(zhí)接安(ān)裝在工作(zuò)台的(de)光栅或(huò)感應同(tóng)步器作爲(wèi)位置(zhì)檢測器件，來構(gòu)成高(gāo)精度(dù)的全(quán)閉環(huán)位置控制(zhì)系統。系統的直(zhí)線位移檢測器(qì)安裝(zhuāng)在移(yí)動部(bù)件上(shàng)，其(qí)精(jīng)度主(zhǔ)要取(qǔ)決(jué)于位移檢測裝(zhuāng)置(zhì)的精(jīng)度和(hé)靈敏度(dù)，其(qí)産生的加工精度比(bǐ)較(jiào)高(gāo)。但機(jī)械傳動裝置的(de)剛度、摩擦阻尼(ní)特性、反向(xiàng)間(jiān)隙等各(gè)種 非線性(xìng) 因素，對系統穩(wěn)定性(xìng)有很大影(yǐng)響(xiǎng)，使閉環進給伺服系統(tǒng)安裝調試比較(jiào)複雜。因此隻是用在(zài)高精度(dù)和大型(xíng)數控機床上。

　　（三(sān)）半閉環(huán)伺(sì)服(fú)系統。半閉環(huán)伺服(fú)系統的(de)工(gōng)作原(yuán)理與全(quán)閉(bì)環伺(sì)服系統(tǒng)相同，同(tóng)樣采用伺服電(diàn)動機作爲驅動部件，可以(yǐ)采用(yòng)内裝(zhuāng)于電機内(nèi)的(de)脈沖編(biān)碼器(qì)，無刷旋(xuán)轉變壓(yā)器或測速(sù)發電(diàn)機作(zuò)爲位置/ 速(sù)度檢(jiǎn)測(cè)器件來(lái)構成(chéng)半閉環位(wèi)置控(kòng)制系統，其系統的反(fǎn)饋信(xìn)号取自(zì)電機軸(zhóu)或絲(sī)杆上(shàng)，進給系(xì)統(tǒng)中的機械(xiè)傳動(dòng)裝置(zhì)處(chù)于(yú)反饋回路之外(wài)，其剛度等(děng)非線性因素(sù)對系統(tǒng)穩定性(xìng)沒有影(yǐng)響，安(ān)裝(zhuāng)調試比(bǐ)較方(fāng)便(biàn)。機(jī)床的(de)定位精(jīng)度與機(jī)械傳動(dòng)裝置的(de)精度(dù)有關(guān)，而數(shù)控裝置都(dōu)有螺距誤(wù)差補(bǔ)償和(hé)間隙補償等項(xiàng)功能(néng)，在傳動裝(zhuāng)置精度不太高(gāo)的情(qíng)況下(xià)，可以(yǐ)利用補(bǔ)償功能(néng)将加(jiā)工精度提(tí)高到(dào)滿意的程(chéng)度。故半閉(bì)環伺(sì)服系(xì)統在數控(kòng)機床(chuáng)中(zhōng)應(yīng)用很(hěn)廣。

　　二、伺服(fú)電機(jī)控制性能優越(yuè)

　　（一(yī)）低頻特性好(hǎo)。步進電機易出(chū)現低速時(shí)低頻(pín)振動現象。交流(liú)伺服(fú)電機不會(huì)出現(xiàn)此現象，運(yùn)轉非常平(píng)穩，交(jiāo)流伺(sì)服系(xì)統具有共(gòng)振抑(yì)制功能，可涵蓋(gài)機械的剛性不(bú)足，并(bìng)且系(xì)統内部具有頻率解析機(jī)能，可檢(jiǎn)測出機(jī)械的共振點，便(biàn)于系統調整。

　　（二(èr)）控制精度高。交(jiāo)流伺(sì)服電機的(de)控制精(jīng)度由電(diàn)機軸(zhóu)後端的旋轉(zhuǎn)編碼器(qì)保證。例如松下全數(shù)字式交流伺服(fú)電機，對于帶17位(wèi)編碼器的(de)電機而(ér)言，驅動器每(měi)接收217=131072個(gè)脈沖(chòng)電機轉一圈，即其(qí)脈沖(chòng)當(dāng)量爲360°/131072=9.89秒(miǎo)。是步(bù)距角爲1.8°的步進電機的脈(mò)沖當量(liàng)的(de)1/655。

　　（三(sān)）過(guò)載能力強(qiáng)。步進(jìn)電機(jī)不(bú)具有過(guò)載能(néng)力，爲了克服慣性負載在(zài)啓動瞬間的(de)慣(guàn)性力矩，選(xuǎn)型時(shí)需要(yào)選取額定轉矩比負載轉(zhuǎn)矩大很多(duō)的電(diàn)機，造成了力矩(jǔ)浪費的現(xiàn)象。而交流伺(sì)服電機(jī)具有較強的過載能(néng)力，例如松(sōng)下交流(liú)伺(sì)服系統中的伺服電(diàn)機的最(zuì)大轉矩(jǔ)達到(dào)額(é)定轉矩(jǔ)的三倍(bèi)，可用于克服(fú)啓動(dòng)瞬(shùn)間的慣性力(lì)矩。

　　（四）速度(dù)響應快。步(bù)進電(diàn)機(jī)從靜止加速(sù)到額定轉(zhuǎn)速需要(yào)200～400毫秒。交(jiāo)流伺(sì)服系(xì)統的(de)速度響(xiǎng)應較快，例如(rú)松(sōng)下(xià)msma 400w交流(liú)伺服(fú)電機，從靜(jìng)止加速到(dào)其額(é)定轉速僅(jǐn)需幾(jǐ)毫秒。

          五(wǔ)）矩頻特(tè)性佳。步(bù)進電機的(de)輸出力矩随(suí)轉速升高(gāo)而下(xià)降，且在較高轉(zhuǎn)速時轉矩會急劇下(xià)降，所以其最(zuì)高(gāo)工作(zuò)轉速(sù)一般在300～600rpm。交流伺(sì)服電機爲恒力(lì)矩輸出(chū)，即在其(qí)額定(dìng)轉速(sù)（一般(bān)爲2000rpm或3000rpm）以(yǐ)内，都能(néng)輸出額(é)定轉矩。

　　三、伺(sì)服電機控制展望

　　（一(yī)）伺服(fú)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展推動加(jiā)工技(jì)術的(de)高速(sù)高精(jīng)化。80年(nián)代以(yǐ)來，數(shù)控(kòng)系統逐(zhú)漸應用伺(sì)服電機作(zuò)爲驅動器(qì)件。交流(liú)伺(sì)服電機内是無刷結(jié)構，幾乎不(bú)需維(wéi)修，體(tǐ)積(jī)相對較(jiào)小(xiǎo)，有(yǒu)利于(yú)轉速(sù)和 功率(lǜ) 的提高(gāo)。目前交(jiāo)流(liú)伺服(fú)系統(tǒng)已在很大範圍(wéi)内(nèi)取(qǔ)代了(le)直流伺服(fú)系統(tǒng)。在當代數控系(xì)統中(zhōng)，交流伺服(fú)取代直(zhí)流(liú)伺服(fú)、軟件(jiàn)控制(zhì)取代(dài)硬件控制(zhì)成爲了伺(sì)服技術的(de)發展趨勢。由此産生(shēng)了應(yīng)用在(zài)數控(kòng)機床的伺(sì)服進給(gěi)和主軸(zhóu)裝置上的交(jiāo)流(liú)數字驅動系統(tǒng)。随着微(wēi)處理器和全(quán)數字化交(jiāo)流伺服系(xì)統的(de)發展，數控系(xì)統(tǒng)的計算速度大大提(tí)高，采樣時(shí)間大(dà)大減少。硬(yìng)件伺(sì)服控制變(biàn)爲軟件伺服控制後，大大地提(tí)高了(le)伺服(fú)系統的性能(néng)。例(lì)如osp-u10/u100 網絡 式數(shù)控系統(tǒng)的伺(sì)服控制環(huán)就是一種(zhǒng)高性(xìng)能的(de)伺服控制網，它對進行自(zì)律控制的各個(gè)伺服裝置和部件實現(xiàn)了分散(sàn)配置，網絡(luò)連接，進一(yī)步發揮了(le)它對(duì)機床的控(kòng)制能力和 通信 速度。這些(xiē)技術的發展，使伺服(fú)系統性能改善(shàn)、可靠性提高、調(diào)試方便、柔(róu)性增強，大大推動了高精高速加工(gōng)技術的發展。

　　另(lìng)外，先(xiān)進 傳感器(qì) 檢測技術的發(fā)展也極大(dà)地提(tí)高了交(jiāo)流電動(dòng)機調速系(xì)統的動(dòng)态響應(yīng)性能(néng)和定位精(jīng)度(dù)。交(jiāo)流伺服電機調(diào)速系統一(yī)般選用無(wú)刷旋(xuán)轉變(biàn)壓器、混合(hé)型的 光電 編碼器和(hé)絕對值編(biān)碼器(qì)作爲位(wèi)置、速度(dù)傳感器，其傳感(gǎn)器具有小(xiǎo)于1μs的(de)響應時間(jiān)。伺(sì)服電動機(jī)本身也(yě)在向高(gāo)速(sù)方向發展(zhǎn)，與上述高(gāo)速編碼器(qì)配合(hé)實現了60m/min甚至100m/min的(de)快速進(jìn)給(gěi)和1g的(de)加速度。爲保證(zhèng)高速(sù)時(shí)電動機旋轉更加(jiā)平滑(huá)，改進了(le)電動(dòng)機的磁路設計，并(bìng)配合高(gāo)速(sù)數字伺服(fú)軟件，可保(bǎo)證電(diàn)動機即使(shǐ)在小于1μm轉動時(shí)也顯(xiǎn)得平(píng)滑而(ér)無爬行(háng)。

　　（二(èr)）交流(liú)直線伺(sì)服(fú)電機(jī)直接(jiē)驅(qū)動進給(gěi)技術(shù)已趨(qū)成(chéng)熟。數控機床的進(jìn)給驅動有“旋轉(zhuǎn)伺服(fú)電機(jī)＋精密(mì)高速滾珠絲杠(gàng)”和“直(zhí)線電機直(zhí)接驅動” 兩種類(lèi)型。傳統(tǒng)的(de)滾珠絲杠(gàng)工(gōng)藝(yì)成熟加工精度較高(gāo)，實現高(gāo)速化的(de)成本相對(duì)較低(dī)，所以(yǐ)目前應用(yòng)廣泛(fàn)。使(shǐ)用滾，珠(zhū)絲杠驅動(dòng)的高(gāo)速加工機床最(zuì)大移動速(sù)度90m/min，加(jiā)速度1.5g。但(dàn)滾珠絲杠是(shì)機械傳動，機械(xiè) 元件 間存(cún)在彈性變形、摩(mó)擦和反向間隙(xì)，相應會造(zào)成運動滞(zhì)後和非線(xiàn)性誤(wù)差，所(suǒ)以再(zài)進一步(bù)提高滾(gǔn)珠絲杠副(fù)移動(dòng)速度(dù)和(hé)加速度比較(jiào)難了。90年代(dài)以來(lái)，高(gāo)速(sù)高精(jīng)的大型加(jiā)工機(jī)床中，應(yīng)用(yòng)直線(xiàn)電機直(zhí)接驅動(dòng)進給(gěi)驅(qū)動方式。它比滾珠(zhū)絲杠(gàng)驅動(dòng)具有(yǒu)剛度(dù)更高、速度範圍更寬、加速特性(xìng)更好、運動慣量(liàng)更(gèng)小、動态響應(yīng)性能更佳，運行更平穩、位(wèi)置精(jīng)度更(gèng)高等優點(diǎn)。且直(zhí)線電(diàn)機直(zhí)接驅動，不(bú)需中(zhōng)間機(jī)械傳動，減(jiǎn)小了機械磨損(sǔn)與傳動(dòng)誤差，減(jiǎn)少了(le)維護工作(zuò)。直線電機直接(jiē)驅動與滾珠(zhū)絲(sī)杠傳動相(xiàng)比，其(qí)速度提(tí)高(gāo)30倍，加速度提高(gāo)10倍，最(zuì)大達 10g ，剛度提高(gāo)7倍，最高響(xiǎng)應頻(pín)率達100hz，還有(yǒu)較大(dà)的發展餘地。當(dāng)前，在高(gāo)速(sù)高精(jīng)加工機床領域(yù)中，兩種驅(qū)動方式還(hái)會并存相(xiàng)當長一(yī)段(duàn)時間，但從(cóng)發(fā)展(zhǎn)趨勢(shì)來看，直線電機驅動所占(zhàn)的比(bǐ)重會愈來(lái)愈大(dà)。種種迹象表明(míng)，直線電機驅動(dòng)在高速高精加(jiā)工機(jī)床上的應用已進入(rù)加速(sù)增長(zhǎng)期。