一(yī)、數控機床伺(si)服系統

　　（一）開(kāi)環伺服系統(tǒng)。開環伺服系(xì)統不設檢測(cè)反饋裝置，不(bú)構成運動反(fan)饋控制回路(lù)，電動機按數(shù)控裝置❗發出(chu)的指令脈沖(chòng)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(dian)🧡機作爲驅動(dong)器件，機✊床的(de)位置精度完(wán)全取決于步(bu)進電動機的(de)步距角精度(dù)和機械部分(fèn)的傳動精度(du)，難以達到比(bi)較高精度要(yào)求。步進電動(dòng)機的轉速不(bú)可能很高，運(yun)動🏃‍♀️部件的速(sù)度受到限制(zhi)。但步進電機(jī)結構簡單、可(kě)靠性高、成本(běn)低，且其控制(zhi)電路也簡單(dān)。所以開環控(kòng)制系統多用(yong)于精度和速(sù)度要求不高(gao)的經濟型數(shu)控機床。

　　（二）全(quán)閉環伺服系(xì)統。閉環伺服(fú)系統主要由(you)比較環節、伺(sì)服驅💔動放大(da)器，進給伺服(fú)電動機、機械(xiè)傳動裝置和(he)直線位移 測(cè)量 裝置組成(chéng)。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(sì)服電動機作(zuo)爲驅動部件(jian)。可以采用直(zhí)🙇‍♀️接安裝在工(gōng)作🔞台的光栅(shan)或感應同步(bu)器作爲位置(zhi)檢測器件，來(lai)構成高精🔞度(du)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(dòng)部件上，其精(jīng)度主要取決(jué)于位移檢測(ce)裝置的精度(du)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(dù)、摩擦阻尼特(tè)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(shi)閉環進給伺(si)服系🛀統⛷️安裝(zhuang)調試比較複(fú)雜。因此隻是(shì)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(xì)統相同，同樣(yàng)采用伺服電(dian)動機作爲驅(qu)動部件，可以(yǐ)采用内裝于(yu)電機内的脈(mò)沖編碼器，無(wú)刷👉旋轉變壓(yā)器或✍️測速發(fā)電機作爲位(wei)置/ 速度檢測(ce)器件🌈來構成(cheng)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(gan)上，進給系統(tǒng)中的機械傳(chuan)動裝置🌍處于(yú)反饋回路之(zhī)外，其剛度等(děng)非線性因素(sù)對系統穩定(dìng)性沒有影響(xiǎng)，安裝調試比(bi)較方便☁️。機床(chuang)的定位精度(du)與💃🏻機械傳動(dong)裝置的精度(dù)有關，而數控(kòng)裝置🏃都有螺(luo)距誤差補償(chang)和間隙補償(cháng)等項功🔞能，在(zai)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(jīng)度提高到滿(man)意的程度。故(gù)半閉環伺服(fú)系統在數控(kòng)機床中應用(yòng)很廣。

　　二、伺服(fu)電機控制性(xing)能優越

　　（一）低(dī)頻特性好。步(bu)進電機易出(chū)現低速時低(dī)頻振動現象(xiang)。交流伺🔅服電(dian)機不會出現(xiàn)此現象，運轉(zhuǎn)非常平穩，交(jiāo)💋流伺🐆服系統(tǒng)具🈲有共振抑(yi)制功能，可涵(han)蓋機械的剛(gāng)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(gòng)振🔴點，便于系(xi)👄統調整。

　　（二）控(kong)制精度高。交(jiāo)流伺服電機(ji)的控制精度(du)由電機軸後(hòu)端的旋轉編(bian)碼器保證。例(li)如松下全數(shu)字式交💔流伺(si)✌️服電機，對于(yu)帶🏃🏻‍♂️17位編碼器(qì)的電機而言(yán)，驅動器每接(jiē)收217=131072個脈沖電(diàn)機轉一圈，即(jí)‼️其脈沖當量(liang)爲360°/131072=9.89秒。是步距(jù)角爲☂️1.8°的步進(jìn)電機的脈沖(chòng)當量的1/655。

　　（三）過(guò)載能力強。步(bù)進電機不具(jù)有過載能力(li)，爲了克服慣(guan)🈲性✉️負載在啓(qǐ)動瞬間的慣(guàn)性力矩，選型(xíng)時需要選取(qu)額定💋轉矩🔞比(bi)負載轉矩大(da)很多的電機(ji)，造成了力矩(ju)浪🌈費的現象(xiang)。而交流伺服(fú)電機具有較(jiào)強的過❗載能(neng)力，例如松下(xia)交流伺服系(xì)統中的伺服(fú)電機的最大(dà)轉矩達到額(é)定轉矩的三(sān)倍，可用😄于克(kè)服啓動瞬間(jiān)的慣性力矩(jǔ)。

　　（四）速度響應(ying)快。步進電機(ji)從靜止加速(su)到額定轉速(sù)需要200～400毫秒。交(jiāo)流伺服系統(tong)的速度響應(yīng)較快，例如松(song)下MSMA 400W交流伺服(fú)電機，從✂️靜止(zhǐ)加速到其額(é)定轉速僅需(xū)㊙️幾毫秒。

          五）矩(ju)頻特性佳。步(bù)進電機的輸(shu)出力矩随轉(zhuan)速升高而下(xià)降，且在🐅較高(gāo)轉速時轉矩(jǔ)會急劇下降(jiàng)，所以其最高(gao)工作💯轉速✏️一(yi)般在300～600RPM。交流伺(sì)服電機爲恒(heng)力矩輸出，即(jí)在♍其額定轉(zhuǎn)速（一般爲2000RPM或(huò)3000RPM）以内，都能輸(shū)出額定轉矩(ju)。

　　三、伺服電機(jī)控制展望

　　（一(yi)）伺服電機控(kong)制技術的發(fā)展推動加工(gong)技術的高速(sù)高精🙇‍♀️化。80年代(dài)以來，數控系(xi)統逐漸應用(yong)伺服電機作(zuò)爲🔴驅動器件(jiàn)。交流伺服🔞電(diàn)機内是無刷(shuā)結構，幾乎不(bú)需維修，體積(ji)相對較小，有(yǒu)利于轉速和(hé) 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(liu)伺服系統。在(zai)當代數控系(xi)統中，交流伺(si)服取代直流(liu)伺服、軟件控(kong)制取代硬件(jian)控制成爲了(le)伺服技術的(de)📱發展趨♊勢。由(you)此産生了應(yīng)用在數控機(jī)床的🌐伺服進(jin)給和主軸裝(zhuāng)♊置上的交流(liú)數字驅動系(xi)統。随‼️着微處(chu)理器和全數(shu)字化交流伺(si)服系統的發(fā)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(si)服控制變爲(wèi)軟件伺服控(kòng)制😄後，大大地(di)提高了伺服(fú)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(huán)就是一種高(gāo)性能的伺服(fu)控制網㊙️，它對(dui)進行自律控(kong)制的各個伺(sì)服裝置和部(bu)件實現了分(fèn)🌈散配🛀置，網絡(luo)連接，進一步(bu)發揮了它♻️對(duì)機床的控制(zhi)能力和 通信(xìn) 速度。這些技(ji)術的發展，使(shi)伺服系統性(xing)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(sù)加工技術的(de)發展。

　　另外，先(xiān)進 傳感器 檢(jian)測技術的發(fā)展也極大地(di)提高了交流(liú)電動機調速(sù)✉️系🏃統的❗動态(tài)響應性能和(he)定位精度。交(jiao)流伺服電機(jī)調速系統一(yī)🔆般選✔️用無刷(shua)旋轉變壓器(qi)、混合型的 光(guang)電 編碼器和(he)絕對值編碼(mǎ)器作爲位置(zhi)、速度傳感器(qi)，其傳感器🔴具(jù)有💯小于1μs的響(xiang)應時間。伺服(fu)電動機本身(shen)也在向高速(su)方向發展，與(yu)上述高速編(biān)碼器配合實(shí)現🧡了60m/min甚至100m/min的(de)快速🛀進給和(hé)👅1g的加速度。爲(wèi)保證高速時(shí)電🏃🏻動機旋轉(zhuan)更加平滑🌐，改(gǎi)進了電動機(jī)的磁路設計(ji)，并🤩配合高速(su)數字伺服軟(ruan)件，可保證電(diàn)動機即使在(zai)小于1μm轉動時(shi)也顯得平滑(hua)而無爬行。

　　（二(er)）交流直線伺(si)服電機直接(jiē)驅動進給技(jì)術已趨成🏃熟(shu)。數控機床的(de)進給驅動有(you)“旋轉伺服電(diàn)機＋精密高速(sù)滾珠絲杠”和(hé)“直線❤️電機直(zhí)接驅動” 兩種(zhong)類型。傳統的(de)滾珠絲杠工(gong)藝成熟加工(gōng)精度較高🈲，實(shi)現高速化的(de)成本相對較(jiào)低，所以目前(qian)應用廣泛。使(shi)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(ji)械傳動，機械(xiè) 元件 間存在(zai)彈性變形、摩(mó)擦和反向間(jiān)隙，相應會造(zào)成運動滞後(hou)和非線性誤(wu)差，所以再進(jìn)一步提高滾(gun)珠絲杠副移(yí)動速度和加(jiā)速度‼️比較難(nán)了。90年代以來(lái)，高速高精的(de)大型加工機(ji)床中，應用直(zhi)線電機直接(jiē)驅動進給驅(qu)動方式。它比(bi)💜滾珠絲杠♋驅(qū)動具有剛度(du)更高、速度範(fan)圍更☎️寬、加速(sù)特性更好、運(yùn)動慣量更小(xiǎo)、動态響應性(xìng)能更佳，運行(hang)更平穩、位👅置(zhi)精度更高等(deng)優點。且直線(xian)電機直接驅(qu)動，不需中間(jian)機👈械傳動，減(jiǎn)小了㊙️機‼️械磨(mo)損與傳動誤(wù)差，減少了維(wei)護工作🐕。直線(xiàn)電機直接驅(qū)動與滾珠絲(sī)杠🏃🏻‍♂️傳動相比(bǐ)，其速度提高(gao)30倍，加速度提(ti)高10倍，最大達(dá) 10g ，剛度提高7倍(bèi)，最高響應頻(pín)率達100Hz，還有較(jiao)大的發展餘(yu)地。當🈲前，在高(gao)速高精加工(gōng)機床領域中(zhōng)，兩種驅動方(fāng)♊式還會并存(cún)相🐉當長🐉一段(duan)時間，但從發(fā)展趨勢來看(kan)，直線電💯機驅(qu)動所占的比(bǐ)重會愈來愈(yu)大。種種迹象(xiàng)表明，直線電(dian)機驅動在高(gao)速高精加工(gōng)機床上的應(yīng)用已進入加(jia)速增長期。