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(jian)測反饋裝置，不(bú)構🥰成🌈運✏️動反饋(kui)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(xiu)正過程，采用步(bu)進電機作爲驅(qū)動器件，機床的(de)位置精度完全(quán)取決于步進電(dian)動機的步距角(jiao)精度和機械部(bu)分的傳動精度(du)，難以達到比較(jiào)高精❤️度要求。步(bu)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(gao)、成💁本低，且其控(kong)制電🤞路也簡單(dān)。所以開環❤️控制(zhì)系統多用于精(jing)度和速度要求(qiú)不高的經濟型(xíng)數控機床。

　　（二）全(quán)閉環伺服系統(tǒng)。閉環伺服系統(tong)主要由比較環(huán)節✏️、伺服驅動放(fàng)大器，進給伺服(fu)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(yun)動部件的 移動(dòng) 量具有檢測與(yu)反饋修正功能(néng)，采用直流伺服(fú)電動機或交流(liu)伺服電動機作(zuò)爲驅動部件。可(ke)以采用直接安(ān)裝在工作台的(de)光栅或感應同(tong)步器作爲位置(zhi)檢測器件，來構(gòu)成高精度的全(quan)閉環位置控制(zhi)系統👅。系統的直(zhi)✂️線位移檢測器(qi)安裝在移動部(bù)件上，其精♻️度主(zhu)要取決☁️于位移(yí)檢測裝置的精(jing)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(ni)特性、反向間隙(xì)等各種 非線性(xìng) 因素，對系統穩(wen)定性有很大影(ying)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(zài)高精度和⭐大型(xíng)數控機床上。

　　（三(sān)）半閉環伺服系(xi)統。半閉環伺服(fu)系統的工作原(yuan)理與🍉全閉環伺(si)服系統相同，同(tong)樣采用伺服電(diàn)動機作爲驅動(dong)部件，可以采用(yòng)内裝于電機内(nei)的脈沖編碼器(qi)，無刷旋轉變壓(ya)器或測速發電(diàn)機作💘爲位置/ 速(sù)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(zhóu)或絲杆上，進給(gěi)系統中的機械(xie)傳動裝置處于(yú)反饋回路之外(wai)，其剛度等非🛀🏻線(xiàn)性因素對系統(tong)穩定性沒有影(ying)響，安裝調試比(bi)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(luo)距誤差補償和(he)間隙補償等項(xiàng)功能，在傳動裝(zhuāng)置精🛀🏻度不太高(gāo)的情況下，可以(yi)利用補💃🏻償功能(néng)将加✨工精度提(ti)高🌈到滿意的程(cheng)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(liu)伺服電機不會(huì)出現此現象，運(yun)轉非常平穩，交(jiao)流伺服系統具(jù)有共振抑制功(gōng)能，可涵蓋機械(xie)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(ji)械的共振點，便(bian)于系統調整。

　　（二(er)）控制精度高。交(jiāo)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(zheng)。例如松下全數(shu)字式交✉️流伺服(fú)電💁機，對于帶17位(wei)編碼器的電機(ji)而言，驅動器每(měi)接收217=131072個脈沖電(diàn)機轉一圈，即🔱其(qi)脈沖當量爲360°/131072=9.89秒(miǎo)。是步距角爲1.8°的(de)步進電機的脈(mo)沖👈當量的1/655。

　　（三）過(guò)載能力強。步進(jìn)電機不具有過(guò)載能力，爲了克(ke)🈲服慣性負☂️載在(zài)啓動瞬間的慣(guan)性力矩，選型時(shi)需要選取額定(ding)🔞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(guò)載能力，例如松(song)下交💯流伺服系(xì)統中的伺服電(dian)機的最大轉矩(ju)達到額定轉矩(jǔ)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(zhuan)速需要200～400毫秒。交(jiāo)流伺服系統的(de)速度響應較快(kuài)，例如松下MSMA 400W交流(liu)伺⛱️服電💰機，從靜(jìng)止加速到其額(é)定轉速僅需幾(ji)毫秒。

          五）矩頻特(tè)性佳。步進電機(ji)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(sù)一般♈在300～600RPM。交流伺(sì)服電機爲恒力(lì)矩輸出，即在其(qí)額定轉速（一🌐般(bān)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(fú)電機控制技術(shù)的發展推動加(jiā)工技術的高速(su)高精化。80年代以(yi)來，數控系統逐(zhu)漸應用伺服電(diàn)機作爲⛱️驅動🙇🏻器(qì)件。交流伺服電(dian)機内是無刷結(jié)構，幾乎不需維(wéi)修，體積相對較(jiao)💋小，有利于轉速(sù)和 功率 的提高(gao)。目前交流伺服(fú)系統已在很大(dà)範圍内取代了(le)直流伺服系統(tǒng)。在當代數控系(xi)統中，交流伺服(fu)取🧑🏽‍🤝‍🧑🏻代直流伺服(fu)、軟🔴件控制取代(dai)硬件控制成爲(wèi)了伺服技術的(de)發展趨勢。由此(ci)産生了應用在(zai)數控機床的🛀伺(sì)服進給和主軸(zhou)裝置上的交流(liu)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(tong)的計🔅算速度大(da)大提高，采樣時(shí)間大大減少。硬(yìng)件伺服控制變(bian)爲軟件伺服控(kòng)制後，大大地提(ti)高了伺服系統(tong)的性能🔅。例如OSP-U10/U100 網(wang)絡 式數控系統(tong)的伺服控制環(huán)就是一種高性(xìng)能的伺🔞服控制(zhì)網，它對進行自(zì)律控制的各個(gè)伺服裝置和部(bù)件實現了分散(sàn)配置，網絡連接(jie)，進一步發揮了(le)它對機床🐕的控(kòng)制能力和 通信(xìn) 速度。這些技術(shù)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(fa)展也極大地提(tí)高了交流電動(dòng)機調速系統的(de)⛹🏻‍♀️動态響應性能(néng)和定位精度。交(jiao)流伺服電機調(diào)速系㊙️統一般選(xuan)用無刷旋轉變(bian)壓器、混合型的(de) 光電 編碼器和(he)絕對值編碼器(qì)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(fu)電動機本身也(ye)🔞在向高速方向(xiàng)發展，與上述高(gao)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(ji)旋轉更加平滑(huá)，改進了電動機(ji)的磁路設計，并(bing)✊配合高速數字(zi)伺服軟件，可保(bao)證電動機即使(shi)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(ji)直接驅動進給(gěi)技術已趨成熟(shú)。數控🔴機床♈的進(jìn)給驅動有“旋轉(zhuan)伺服電機＋精密(mi)高速滾珠絲杠(gang)”和“直線電機直(zhí)接驅動” 兩種類(lèi)型。傳統🧡的滾珠(zhū)絲杠工👅藝成熟(shú)加工精度較高(gao)🌈，實現高速化的(de)成本相對較低(dī)，所以目前應用(yòng)廣泛。使用滾，珠(zhū)絲杠驅動的高(gao)速加工機床最(zuì)大移動速度90m/min，加(jiā)速度1.5g。但滾珠絲(sī)杠是機械傳動(dong)，機械 元件 間存(cun)在彈性變形、摩(mó)擦和反向間隙(xi)，相應會造成運(yùn)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(du)比較難了。90年代(dai)以來，高速高精(jing)的大型加工機(jī)床中，應用直線(xiàn)電機直接驅動(dòng)進給驅動💃方式(shì)。它比滾珠絲杠(gàng)驅動具有💃🏻剛度(du)更高、速度範圍(wéi)更寬、加速特性(xìng)⛷️更好、運動慣量(liang)更小、動态響應(ying)性能更🔆佳，運行(háng)更平穩、位置精(jing)度更高等優點(diǎn)。且直線電機直(zhí)接驅動，不需中(zhōng)間機械傳動，減(jiǎn)小了機械磨損(sǔn)與傳動誤♍差，減(jiǎn)少了維護工作(zuo)。直線電機直接(jie)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(gāo)7倍，最高響應頻(pín)率達100Hz，還有較大(dà)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(xiàng)當長一段時間(jiān)，但從發展趨勢(shì)來看，直線電機(jī)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(dong)在高速高精加(jiā)工機床上的應(yīng)用已進入加速(su)增長期。