一(yi)、數控機床伺(si)服系統

　　（一）開(kai)環伺服系統(tǒng)。開環伺服系(xì)統不設檢測(ce)反饋裝置，不(bú)⁉️構成運動反(fan)饋控制回路(lu)，電動機按數(shu)控裝置發出(chu)的指令脈沖(chong)工作，對👉運動(dong)誤差沒有檢(jiǎn)測反饋和處(chù)理🌈修正過程(chéng)，采用🈲步進電(diàn)機作爲驅動(dong)器件，機床的(de)位置精度完(wan)全取決于步(bu)進電動機的(de)步距角🧑🏽‍🤝‍🧑🏻精度(du)和機械部分(fèn)的傳動🔞精度(dù)，難以達🔴到比(bǐ)較高精度要(yào)求。步進🈚電動(dong)機的轉速不(bu)可能很高，運(yùn)動部件的速(su)度受到限制(zhì)。但步進電機(ji)結構簡單、可(ke)靠性高、成🔱本(ben)低，且其控制(zhì)電⛷️路也簡單(dān)。所以開環控(kong)制系統多用(yong)于精度和速(su)度要求不高(gāo)的經濟型數(shu)控機床。

　　（二）全(quan)閉環伺服系(xi)統。閉環伺服(fú)系統主要由(you)比較環節、伺(si)服驅💜動放大(dà)器，進給伺服(fu)電動機、機械(xiè)傳動裝💁置和(he)🐕直線位移 測(cè)量 裝置組成(cheng)。對機床運動(dong)部件的 移動(dòng) 量具有檢測(cè)與反饋修正(zheng)功能，采用直(zhi)流伺服電動(dong)機或交♈流伺(si)服電動機作(zuò)爲驅動部件(jian)。可以采用直(zhí)接安⭐裝在工(gong)作⚽台的光栅(shan)或感應同步(bù)器作爲位置(zhì)檢測器件，來(lái)構成高精度(dù)的全閉環位(wei)置控制系統(tǒng)。系統的直🏃‍♀️線(xiàn)位移檢測器(qi)安裝在移動(dong)部件上，其精(jing)度主要取決(jué)于位移檢測(cè)裝置的精度(dù)和靈敏度，其(qí)産生的加工(gōng)精度比較高(gao)。但機械傳動(dòng)裝置的剛度(du)🌈、摩擦阻尼特(te)性、反向間隙(xi)🌍等各種 非線(xian)性 因素，對系(xi)統穩定性有(yǒu)很大影響，使(shǐ)閉環進給伺(sì)服系統安🤟裝(zhuang)調試比較複(fú)雜。因此隻是(shi)用在高精度(dù)和大型數控(kòng)機床📞上。

　　（三）半(bàn)閉環伺服系(xi)統。半閉環伺(sì)服系統的工(gong)作原理與全(quán)閉環伺💔服系(xi)統相同，同樣(yang)采用伺服電(diàn)動機作爲驅(qu)動部件，可以(yi)采🐉用内🌍裝于(yu)電機内的脈(mò)沖編碼器，無(wu)刷旋轉變壓(yā)器或測速發(fa)電機作☂️爲位(wèi)置/ 速度檢測(cè)器件來構成(chéng)半閉環位置(zhi)⁉️控制系統，其(qi)系統的反饋(kuì)信号取自電(dian)機軸或絲杆(gǎn)上，進給系統(tǒng)中的機械傳(chuán)動裝置處于(yú)反饋回路之(zhī)外，其剛度等(deng)非線性因素(su)對系統穩定(dìng)性沒有影響(xiǎng)，安裝調試比(bǐ)較方便。機♍床(chuang)的定位精度(dù)與機械傳動(dòng)裝置的精度(du)有關，而數控(kòng)裝置都有螺(luo)距誤差補償(cháng)和間隙補償(chang)等項功🍉能，在(zài)傳動裝置精(jīng)度不太⚽高的(de)情況下，可以(yǐ)利用補償功(gōng)能将加工精(jing)度提高🔆到滿(man)意的程度。故(gu)半閉環👣伺服(fu)系統在數控(kong)機床中應用(yòng)很廣。

　　二、伺服(fu)電機控制性(xìng)能優越

　　（一）低(di)頻特性好。步(bù)進電機易出(chu)現低速時低(dī)頻振動現象(xiàng)。交流伺服電(diàn)機不會出現(xian)此現象，運轉(zhuan)非常平穩，交(jiao)流伺服系統(tǒng)具有共振抑(yì)制功能，可涵(hán)蓋機械的剛(gang)性不足，并且(qie)系統内部具(jù)有頻率解析(xī)機能，可✌️檢測(cè)出機械的共(gong)振點，便于系(xi)統調整。

　　（二）控(kòng)制精度高。交(jiāo)流伺服電機(jī)的控制精度(dù)由電機軸🔱後(hòu)端的旋轉編(biān)碼器保證。例(li)如松下全數(shu)字式交流伺(sì)服電機，對💋于(yu)帶17位編碼器(qì)的電機而言(yán)，驅動器每接(jie)收217=131072個脈沖電(dian)機轉一圈，即(jí)🌈其脈沖✂️當量(liàng)爲360°/131072=9.89秒。是步距(jù)角爲1.8°的步進(jin)電📧機的脈沖(chong)當量的1/655。

　　（三）過(guò)載能力強。步(bù)進電機不具(ju)有過載能力(li)，爲了克服慣(guàn)性⁉️負🤞載在啓(qi)動瞬間的慣(guan)性力矩，選型(xíng)時需要選取(qǔ)額定轉矩比(bǐ)負載轉👌矩大(da)很多的電機(jī)，造成了力矩(jǔ)浪⁉️費的現🤟象(xiàng)。而交🔴流伺服(fu)電機具有較(jiào)強的過載能(néng)力，例如松下(xià)交流伺服系(xi)✍️統中的伺服(fu)電機的最大(dà)轉矩達🍓到額(e)定轉矩的三(sān)倍，可用于克(kè)服啓動瞬間(jian)的慣性力矩(jǔ)。

　　（四）速度響應(ying)快。步進電機(jī)從靜止加速(su)到額定轉速(su)🌈需要200～400毫秒。交(jiao)♋流伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)較快，例如松(sōng)下MSMA 400W交流伺服(fu)電機，從靜止(zhǐ)加速到其額(e)定轉速僅需(xu)幾毫秒。

          五）矩(jǔ)頻特性佳。步(bù)進電機的輸(shu)出力矩随轉(zhuan)速升高而下(xia)降，且在較高(gao)轉速時轉矩(ju)會急劇下降(jiang)，所以其最高(gāo)工作轉速🐇一(yī)般在300～600RPM。交流伺(si)服電機爲恒(heng)力矩輸出，即(jí)在其額定📐轉(zhuan)速（一般爲2000RPM或(huò)3000RPM）以内，都能輸(shu)出額定轉矩(ju)。

　　三、伺服電機(ji)控制展望

　　（一(yi)）伺服電機控(kòng)制技術的發(fā)展推動加工(gōng)技術的高速(su)高精💃🏻化。80年代(dài)以來，數控系(xì)統逐漸應用(yong)伺服電機⁉️作(zuo)爲驅動🎯器件(jiàn)。交流伺服電(dian)機内是無刷(shua)結構，幾乎不(bu)需維🧡修，體積(ji)相對較🔴小，有(yǒu)利🐕于轉速和(he) 功率 的提高(gāo)。目前交流伺(sì)服系統已在(zài)很大範圍内(nei)取代了直流(liú)伺服系統。在(zai)當代數控系(xì)統中，交流伺(si)服取代直流(liú)伺服、軟件控(kong)制取代硬件(jiàn)控制成爲了(le)伺服技術的(de)發展趨勢。由(you)此産生了應(ying)用在數控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝(zhuang)置上的交🚩流(liú)數字驅動系(xì)統。随着微處(chu)理器和全數(shu)字化交流伺(sì)服系統的發(fa)展，數♌控系統(tǒng)的計算♊速度(dù)大大提高，采(cǎi)樣時間大大(da)減少。硬件伺(sì)服控制變💛爲(wèi)軟件伺服控(kong)制後，大大地(di)提高了🆚伺服(fu)系統的性能(neng)。例如OSP-U10/U100 網絡 式(shì)數控系統的(de)伺服控制環(huan)就是一種高(gao)性能的伺🍓服(fu)控制🌈網，它🔴對(duì)進行自律控(kong)制的各個伺(si)服裝置和部(bù)件實現了分(fen)散配置，網絡(luo)連接，進一步(bu)發揮了它對(duì)機床的控制(zhì)能力和 通信(xìn) 速度。這些技(ji)術的發展，使(shǐ)伺服系統性(xìng)能改善、可靠(kao)🚩性提高、調試(shì)方便、柔性增(zēng)強，大大推動(dòng)了高精高速(su)加工技術的(de)發展。

　　另外，先(xian)進 傳感器 檢(jiǎn)測技術的發(fa)展也極大地(di)提高了交流(liu)電動機調速(sù)系統的動态(tài)響應性能和(hé)定位精度。交(jiāo)流伺服電機(ji)調速系統一(yi)般選用無🥵刷(shua)旋轉變壓器(qì)、混合型的 光(guang)電 編碼器和(hé)絕對值編碼(mǎ)器作爲位置(zhì)、速度傳感器(qi)，其🆚傳感器具(ju)有小于1μs的響(xiǎng)應時間。伺服(fu)電動機本身(shen)也在向高速(sù)方向發展，與(yu)上述高速編(bian)碼器配合實(shi)現了60m/min甚至100m/min的(de)快速進給和(he)1g的加速度。爲(wèi)保證高速時(shi)電動機旋轉(zhuan)更加平滑，改(gai)進了電動機(ji)的磁路設計(jì)，并配合高速(su)數‼️字伺服軟(ruǎn)件✉️，可保證電(diàn)動機即使在(zai)小于1μm轉動時(shí)也顯得平滑(huá)而無爬行。

　　（二(er)）交流直線伺(si)服電機直接(jie)驅動進給技(ji)術已趨成🐇熟(shú)。數🙇‍♀️控機床🥵的(de)進給驅動有(yǒu)“旋轉伺服電(diàn)機＋精密高速(su)滾珠絲杠”和(he)“直線電機直(zhí)接驅動” 兩種(zhong)類型。傳統的(de)滾珠絲杠工(gōng)藝成熟♋加工(gōng)精度較高，實(shí)現高速化的(de)成本相對較(jiào)低，所以目前(qián)應用廣泛。使(shǐ)❄️用滾，珠絲杠(gàng)驅動的高速(su)加工機床最(zui)大移動速度(du)90m/min，加速度1.5g。但滾(gun)珠絲杠是機(jī)械傳動，機械(xiè) 元件 間存在(zài)彈性變形、摩(mó)擦和反向間(jiān)隙，相應會造(zao)成運動🐇滞🔱後(hòu)和非線性誤(wù)差，所以再進(jin)一步提高滾(gun)珠絲杠副移(yí)動速度和加(jiā)速度比較難(nan)了。90年代以來(lai)，高速💘高精的(de)大型加工機(jī)床中，應用直(zhí)線電機直接(jiē)驅動進給驅(qū)動方式。它比(bǐ)滾珠絲杠驅(qu)動具有剛度(du)更高、速度範(fan)圍更👈寬、加速(su)特性更好、運(yùn)動慣量更小(xiǎo)、動态響應性(xing)能更佳✉️，運行(háng)更平穩、位置(zhì)精度更高等(děng)優點🌈。且直線(xiàn)電機直接驅(qū)動，不需中間(jiān)機械傳動，減(jiǎn)小了機⁉️械磨(mó)損與傳動誤(wu)差，減少了維(wéi)護工作。直線(xiàn)電機直接驅(qu)動與滾珠絲(sī)杠💘傳動相比(bi)，其速度提高(gāo)30倍，加速度提(ti)高10倍，最大達(da) 10g ，剛度提高7倍(bèi)，最高響應頻(pin)率達100Hz，還有較(jiao)大的發展餘(yu)地。當前🌏，在高(gāo)✍️速高精加工(gōng)機床領域中(zhong)，兩種驅動方(fāng)式還會并存(cún)相當長💰一段(duan)時間，但從發(fa)展趨勢來看(kan)🙇🏻，直線電機驅(qū)動所占的比(bi)重會愈來愈(yu)大。種種迹象(xiang)表明，直線電(diàn)機驅動在高(gao)速高精加工(gōng)機床上的應(ying)😄用已進入加(jia)速增長期。