一(yī)、數控機床伺服(fu)系統

　　（一）開環伺(si)服系統。開環伺(si)服系統不設檢(jiǎn)測反饋裝⭕置，不(bu)構成運動反饋(kuì)控制回路，電動(dong)機按數控裝置(zhi)發出🏒的指‼️令脈(mò)🏃沖工⚽作，對🏃‍♀️運動(dòng)誤差沒有檢測(cè)反饋和處理修(xiū)正過程，采用步(bù)進電機作爲驅(qū)動器件，機床的(de)位置精度完全(quan)取決于步進電(dian)動機的步距角(jiao)👣精度和機械部(bù)分的傳動精度(du)，難以達到比較(jiao)高精度要求。步(bù)進電動機的轉(zhuan)速不♌可能很高(gāo)，運動部件的速(sù)度受到限制。但(dàn)步進電機結構(gòu)簡單、可靠性高(gāo)💔、成本低，且其控(kong)制電🆚路也簡單(dan)。所以開環控制(zhi)系統多用于精(jīng)♻️度和速度要求(qiú)不高的經濟型(xing)數控機床。

　　（二）全(quan)閉環伺服系統(tǒng)。閉環伺服系統(tǒng)主要由比較環(huan)節、伺服♌驅動放(fàng)大器，進給伺服(fú)電動機、機械傳(chuan)動裝📧置和直線(xian)位移 測量 裝置(zhi)組成。對機床運(yùn)動部件的 移動(dong) 量具有檢測與(yǔ)反饋修正功能(néng)，采用直流伺服(fu)電動機或‼️交📞流(liu)伺服電動機作(zuò)爲驅動部件。可(kě)以采用直接安(ān)裝在工作⛹🏻‍♀️台的(de)光栅或感應同(tóng)步器作爲位置(zhì)檢測器件，來構(gou)成高精度的全(quan)閉環位⛱️置控制(zhì)系統。系統的直(zhí)線位移檢測器(qi)安裝在移動部(bu)件上，其精度主(zhǔ)要取決于位移(yi)檢測裝置的精(jīng)度和靈敏度，其(qí)❓産生的加工精(jing)度比較高。但機(jī)械傳動裝置的(de)剛度、摩擦阻尼(ní)♻️特性、反💜向間隙(xì)等各種 非線性(xing) 因素，對系統穩(wen)定性有很大影(yǐng)響，使閉環進給(gei)伺服系統安裝(zhuang)調試比較複雜(za)。因此隻是用在(zai)高精度和大型(xing)數控機床上。

　　（三(sān)）半閉環伺服系(xì)統。半閉環伺服(fu)系統的工作原(yuán)理與全閉環伺(sì)服系統相同，同(tong)樣采用伺服電(diàn)動機作爲驅動(dòng)部件，可以采用(yong)内裝于電機内(nèi)的脈沖編碼器(qi)，無刷旋轉變壓(yā)器或測速發🙇🏻電(diàn)機作🔞爲位置/ 速(su)度🏃‍♀️檢測器件來(lai)構成半🏃‍♂️閉環位(wèi)置控制系統✉️，其(qí)系統的反饋信(xin)号取自電機軸(zhou)或絲杆上，進給(gěi)系統中的機械(xiè)傳動裝置處于(yú)反饋回路之外(wài)，其剛度等非線(xian)性因素對系統(tǒng)穩定性沒有影(ying)響，安裝調試比(bǐ)較方便。機🔞床的(de)定位精度與機(jī)械傳動裝置的(de)💛精度有關，而數(shù)控裝置都有螺(luó)距誤差補償和(hé)間隙補償等項(xiàng)功🔴能，在傳動裝(zhuāng)置精度不太❤️高(gao)的情況下，可以(yi)利用補償功能(néng)将加工精度提(tí)高到🔅滿意的程(chéng)度。故半閉環🚶‍♀️伺(si)服系統在數控(kòng)機床中💚應用很(hen)廣。

　　二、伺服電機(jī)控制性能優越(yue)

　　（一）低頻特性好(hao)。步進電機易出(chū)現低速時低頻(pín)振動現象。交流(liú)🐪伺服電機不會(hui)出現此現象，運(yun)轉非常平穩，交(jiāo)流伺服系統具(jù)有共振抑制功(gōng)能，可涵蓋機械(xiè)的剛性🔴不足，并(bing)且系統内部具(jù)有頻率解析機(ji)能，可檢測出機(jī)械的共振點，便(biàn)于系統調整。

　　（二(er)）控制精度高。交(jiao)流伺服電機的(de)控制精度由電(diàn)機軸後端的旋(xuán)轉編碼器保證(zhèng)。例如松下全數(shù)字式交流伺服(fu)電❌機，對于帶17位(wèi)編碼器的電機(jī)而言，驅動器每(mei)接收217=131072個脈沖電(dian)機轉一圈，即其(qí)脈沖當量爲360°/131072=9.89秒(miao)。是㊙️步距角爲1.8°的(de)步進電機的脈(mo)沖當量的1/655。

　　（三）過(guo)載能力強。步進(jin)電機不具有過(guo)載能力，爲了克(ke)服慣性負載在(zài)啓動瞬間的慣(guàn)性力矩，選型時(shi)需要選取✨額定(dìng)轉矩🌂比負載轉(zhuǎn)矩大很多的電(dian)機，造成了⭕力矩(jǔ)浪費的現象。而(er)交♍流伺服電機(jī)具有較強的過(guo)載能力，例如松(sōng)下交📞流伺服系(xi)統中的伺😘服電(diàn)機的最大轉矩(jǔ)達到額定轉矩(ju)的三倍，可用于(yú)克服啓動瞬間(jian)的慣性力矩。

　　（四(sì)）速度響應快。步(bù)進電機從靜止(zhi)加速到額定轉(zhuǎn)速需要200～400毫秒。交(jiao)流伺服系統的(de)速度響應較快(kuài)，例如松下MSMA 400W交流(liú)伺🔆服電機，從靜(jing)止🈚加速到其額(e)定轉速僅需幾(ji)毫秒。

          五）矩頻特(te)性佳。步進電機(jī)的輸出力矩随(sui)轉速升高而下(xià)降，且在較高轉(zhuǎn)速時轉矩會急(jí)劇下降，所以其(qi)🐅最高工作🔆轉速(su)一般在300～600RPM。交流伺(sì)服電機爲恒力(lì)矩輸🧑🏽‍🤝‍🧑🏻出，即在其(qi)額定✌️轉速（一般(ban)爲2000RPM或3000RPM）以内，都能(neng)輸出額定轉矩(jǔ)。

　　三、伺服電機控(kong)制展望

　　（一）伺服(fu)電機控制技術(shu)的發展推動加(jiā)工技術的高🔅速(sù)🔞高精化。80年🐪代以(yǐ)來，數控系統逐(zhu)漸應用伺服電(dian)機作爲驅動器(qi)件。交流伺服電(diàn)機内是無刷結(jié)構，幾乎不需維(wei)修，體積相對較(jiao)小，有利🔞于轉速(sù)和 功率 的提高(gāo)。目前交流伺服(fú)系統已在很大(da)範圍内取代了(le)直流㊙️伺❌服系統(tong)。在當代數控系(xi)統中，交流伺服(fú)取☀️代直流伺服(fu)、軟件控制取代(dai)硬件控制成爲(wei)了伺服技術的(de)發展趨勢。由此(cǐ)産生了應用在(zài)數控機床的伺(sì)服進給🏃‍♂️和主軸(zhou)裝置上的交🔞流(liú)數字驅動系統(tǒng)。随♈着微處理器(qi)和全數字化交(jiāo)流伺服系統的(de)發展，數控系統(tǒng)的計算速度大(dà)大提高，采樣時(shi)間大大減少。硬(yìng)件伺服控制變(bian)爲軟件伺服控(kong)制後，大大地提(tí)高了伺服系統(tǒng)的性能🍉。例如OSP-U10/U100 網(wǎng)絡 式數控系統(tong)的伺服控制環(huán)就是一種高性(xing)能的伺服控制(zhi)網，它♌對進行自(zì)律控制的各個(ge)伺服裝置和部(bu)件實現了分散(sàn)配置，網絡連接(jiē)，進一步發揮了(le)它🌈對機床的控(kong)制能力和 通信(xìn) 速度。這些技術(shu)的發展，使伺服(fu)系統性能改善(shàn)、可靠性提高、調(diào)試❄️方便、柔性增(zeng)強，大大推動了(le)高精高速加工(gōng)技術的發展。

　　另(ling)外，先進 傳感器(qi) 檢測技術的發(fā)展也極大地提(ti)高了交流電動(dong)機調🔴速🔞系統💋的(de)動态響應性能(neng)和定位精度。交(jiao)流伺服電機調(diao)🐇速系統一般選(xuǎn)⭕用無刷旋轉變(bian)壓器、混合型的(de) 光電 編碼器和(hé)絕對值編碼器(qi)作爲位置、速度(du)傳感器，其傳感(gǎn)器具有小于1μs的(de)響應時間。伺服(fú)電動機本身也(ye)在向高速方向(xiang)發展，與上述高(gāo)速編碼器配合(he)實現了60m/min甚至100m/min的(de)快速👣進給和1g的(de)加速度。爲保證(zhèng)高速時電動機(jī)旋轉更加平滑(hua)，改進了電動機(jī)的磁路設計，并(bìng)🏃‍♂️配合高速數字(zì)伺服軟件🈲，可保(bao)證電動機即使(shǐ)在小♌于1μm轉動時(shí)也顯得平滑而(er)無爬行。

　　（二）交流(liú)直線伺服電機(jī)直接驅動進給(gěi)技術已趨成熟(shú)。數控機床的進(jin)給驅動有“旋轉(zhuǎn)伺服電機＋精密(mì)高🐉速滾珠絲杠(gàng)”和“直線電機直(zhí)接驅動” 兩種類(lei)型。傳統的滾珠(zhū)絲杠工藝成熟(shu)加工精度較高(gāo)，實現高速化㊙️的(de)成本相對較低(dī)，所以目前應用(yong)廣泛。使用滾，珠(zhū)絲杠驅動的高(gāo)速加工機床最(zuì)大移動速度90m/min，加(jia)速度1.5g。但滾珠絲(sī)杠是機🌈械傳動(dòng)，機械 元件 間存(cún)在彈性變形、摩(mo)擦和反向間隙(xì)，相應會造成運(yun)動滞後和非線(xian)性誤差，所以再(zai)進一步提高滾(gun)珠絲🙇‍♀️杠副移動(dòng)🈲速度💰和加速度(dù)比較難了。90年代(dài)以來，高速高精(jīng)的☎️大型加工機(jī)床中，應用直線(xian)電✍️機直接驅動(dong)進給驅動方式(shì)。它比滾珠絲杠(gang)驅動具有剛度(du)更高⁉️、速度範圍(wéi)更🌂寬、加速特性(xing)更好、運動慣量(liàng)更小、動态響應(yīng)性能更佳㊙️，運行(háng)更平穩、位💜置精(jīng)度更高等🎯優點(dian)。且直線電機直(zhi)接驅動，不需中(zhōng)間機😍械傳動，減(jian)小了🌈機🚶‍♀️械磨損(sun)與傳動誤差，減(jiǎn)少了維護工作(zuò)。直線電機直接(jiē)驅動與滾珠絲(sī)杠傳動相♻️比，其(qí)速度提高30倍，加(jiā)速度提高10倍，最(zui)大達 10g ，剛度提高(gao)7倍，最高響應頻(pín)率達100Hz，還有較大(da)的發展餘地。當(dāng)🚩前，在高速高精(jīng)加工機床領域(yu)中，兩種驅動方(fāng)式還會并存相(xiang)當長一段時間(jiān)，但從發展趨勢(shì)來看，直線電🏃機(ji)驅動🌈所占的比(bǐ)重會愈來愈🐅大(da)。種種迹象表明(ming)，直線電機驅動(dòng)在高速高精加(jiā)工機床上的應(ying)✂️用已進入加速(su)增長期。