一、數控機床伺服(fú)系統

　　（一）開環伺服(fú)系統。開環伺服系(xì)統不設檢測反饋(kui)裝置👈，不構成運動(dòng)反饋控制回路，電(dian)動機按數控裝置(zhì)⁉️發出的指令脈沖(chong)工作，對運動誤差(chà)沒有檢測反饋✊和(he)處理修正過程，采(cǎi)用步進電機作爲(wei)驅動器件，機❗床的(de)位置精度完全取(qu)決于步進電動機(jī)的步距角精度和(he)機械部分的傳動(dong)精度，難以達到比(bi)較高精度要求。步(bù)進電動機的轉速(su)不可能很高，運動(dong)部件的速度受到(dao)限制👈。但步進電機(ji)結構簡單、可靠性(xìng)高、成本低，且其控(kong)制電路也簡單。所(suǒ)以開環控制系統(tǒng)多用于精度和速(su)度要求不高的經(jing)濟型數控機床。

　　（二(èr)）全閉環伺服系統(tǒng)。閉環伺服系統主(zhu)要由比較環🌈節、伺(sì)服✊驅動放大器，進(jìn)給伺服電動機、機(jī)械傳動裝置和直(zhí)線位移 測量 裝置(zhi)組成。對機床運動(dong)部件的 移動 量具(jù)有檢測與反饋修(xiu)正功能，采用直流(liú)伺服電動機或交(jiao)流🌈伺服電動機作(zuo)爲驅動部件。可以(yi)采用直接安🏃🏻‍♂️裝在(zai)工作台的光栅或(huò)感應同步器作爲(wei)位置檢測器件，來(lai)構成高精度的全(quán)閉環位置控制系(xì)統。系統的直線位(wèi)移檢測器安裝在(zai)移動部件上，其精(jīng)📧度主要取決于位(wèi)移檢測裝置的精(jīng)度和靈敏度，其産(chǎn)生的加工精度比(bi)較高。但機械傳動(dong)裝置的剛度、摩擦(cā)阻尼特性、反向間(jian)隙等各種 非線性(xing) 因素，對系統穩定(ding)性有很大影響，使(shǐ)閉環進給伺服系(xì)統安裝調試比較(jiào)複雜。因此隻是用(yong)在高精度和大型(xing)數控機床上。

　　（三）半(bàn)閉環伺服系統。半(bàn)閉環伺服系統的(de)工作原理與全閉(bi)🔞環伺服系統相同(tóng)，同樣采用伺服電(dian)動機作爲驅動部(bù)件，可❌以采用内裝(zhuāng)于電機内的脈沖(chòng)編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fa)電機作爲位置/ 速(su)度檢測器件㊙️來構(gou)成半😍閉環位置控(kòng)制系統，其系統的(de)反饋信号取自電(dian)機軸或絲杆上，進(jìn)給系統中的機械(xie)傳動裝置處于反(fan)饋回路之🧑🏽‍🤝‍🧑🏻外，其剛(gang)度等非線性💚因素(sù)對系統穩定性沒(mei)有影響，安裝調試(shì)比較方便。機床的(de)定位精度與機械(xie)傳動裝置的🍉精度(du)有關，而數控裝置(zhi)都有螺距誤🙇🏻差補(bu)償🈲和間隙補償等(děng)項功😄能，在傳動裝(zhuāng)置精度不太高的(de)情況下，可以利用(yòng)補償功能将加工(gōng)精度提高到滿意(yì)的程度。故半閉環(huan)⚽伺服系統在數控(kong)機床中應用很廣(guang)。

　　二、伺服電機控制(zhì)性能優越

　　（一）低頻(pin)特性好。步進電機(jī)易出現低速時低(di)頻振動現象。交流(liú)伺服電機不會出(chū)現此現象，運轉非(fei)常平穩，交流伺服(fú)系統具有共振抑(yì)制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并(bìng)且系統内部具有(you)頻率解析機能，可(ke)檢測出機械的共(gòng)振點，便于系統調(diao)整。

　　（二）控制精度高(gao)。交流伺服電機的(de)控制精度由電機(jī)軸後🌂端的旋轉編(biān)碼器保證。例如松(sōng)下全數字式交流(liú)伺服電機，對于帶(dai)17位編碼器的電機(ji)而言，驅動器每接(jie)收217=131072個脈沖電機轉(zhuan)一圈，即🛀🏻其脈沖當(dāng)量爲360°/131072=9.89秒。是步距角(jiǎo)爲1.8°的步進電機的(de)脈沖當量的1/655。

　　（三）過(guò)載能力強。步進電(diàn)機不具有過載能(neng)力，爲了克服慣🍉性(xìng)💋負📐載在啓動瞬間(jiān)的慣性力矩，選型(xing)時需要選取額定(ding)轉矩比負載轉矩(ju)大很多的電機，造(zao)成了力矩浪費的(de)現象。而交流伺服(fu)電機具有較強的(de)過👣載能力，例如松(song)下交流伺服系統(tǒng)中的伺服電機的(de)最大轉矩達到額(e)定轉矩的三倍，可(kě)用🌈于克服啓動瞬(shùn)間的慣性力矩。

　　（四(sì)）速度響應快。步進(jìn)電機從靜止加速(sù)到額定轉速需要(yao)200～400毫秒。交流伺服系(xi)統的速度響應較(jiao)快，例如松下MSMA 400W交流(liu)伺♻️服電機，從💃靜止(zhǐ)加速到其額定轉(zhuan)速僅需♋幾毫秒。

          五(wǔ)）矩頻特性佳。步進(jin)電機的輸出力矩(ju)随轉速升高而下(xia)降，且在較高轉速(su)時轉矩會急劇下(xià)降，所以其最高工(gōng)作轉速一般在300～600RPM。交(jiao)🚩流伺服電機爲恒(heng)力矩輸出，即在其(qí)額定轉速（一般爲(wèi)2000RPM或3000RPM）以内，都能輸出(chū)額定轉矩。

　　三、伺服(fú)電機控制展望

　　（一(yī)）伺服電機控制技(ji)術的發展推動加(jiā)工技術的高速高(gāo)精化💚。80年代以來，數(shu)控系統逐漸應用(yong)伺服電機作爲驅(qū)動器件。交流伺服(fu)電機内是無刷結(jie)構，幾乎不需維修(xiu)，體積相對較小，有(you)利🚶‍♀️于轉速和 功率(lü) 的提高。目前交流(liu)伺服系統已在很(hěn)大範圍内取代了(le)直🔞流伺✊服系統。在(zài)當代數控系統中(zhōng)，交流伺服取代直(zhi)流伺服、軟件控制(zhì)取代硬件控制成(chéng)爲了伺服技術的(de)發展趨勢。由此🛀産(chan)生了應用在數控(kong)機床的伺服進給(gěi)💯和主軸裝置上的(de)交🤩流數字驅動系(xi)統。随⁉️着微處理器(qì)和全數字化交流(liú)伺服系統的發展(zhan)，數控系統的計算(suàn)速度大大提高，采(cai)樣時間大大減少(shǎo)。硬件伺服控制變(biàn)爲軟件伺服控制(zhi)☀️後，大大地提高了(le)🈲伺服系統的性能(neng)✍️。例如OSP-U10/U100 網絡 式數控(kòng)系統的伺服控制(zhì)環就是一種高性(xìng)能的伺✉️服控制網(wǎng)，它對進行自律控(kòng)制的各個伺服裝(zhuang)置和部件🏃🏻‍♂️實現了(le)分散配置，網絡連(lián)接，進一步發揮了(le)它對機床的控制(zhi)能力和 通信 速度(du)。這些技術的發展(zhǎn)，使伺服系統性能(neng)改善、可靠🈚性提高(gāo)、調🛀試方便、柔性增(zēng)強，大大推動了高(gāo)精高速加工技術(shù)的發㊙️展。

　　另外，先進(jìn) 傳感器 檢測技術(shù)的發展也極大地(di)提高了交流電動(dòng)機調速系統的💰動(dong)态響應性能和定(ding)位精度。交流伺服(fu)電機調速系統一(yi)💃般選用無刷旋轉(zhuan)變壓器、混合型的(de) 光電 編碼器和絕(jué)對值編碼器作爲(wei)位置、速度傳感器(qì)，其傳感器具有💋小(xiǎo)于1μs的響應時間。伺(sì)服電動機本身也(yě)🍉在向高速方向🐕發(fa)展，與上述高速編(biān)碼器配合實現了(le)60m/min甚至100m/min的快速進給(gěi)和1g的加速度。爲保(bǎo)證高速時電🌈動機(ji)旋轉更加平滑，改(gǎi)進了電動機的磁(cí)路設計，并♌配合高(gao)速數🐪字伺服軟件(jiàn)👣，可保證電動機即(ji)使在小👈于1μm轉動時(shi)也🤟顯得平滑而無(wu)爬行。

　　（二）交流直線(xian)伺服電機直接驅(qu)動進給技術已趨(qū)成🛀🏻熟。數控機床的(de)進給驅動有“旋轉(zhuǎn)伺服電機＋精密高(gao)😘速滾珠絲杠”和“直(zhi)線電機😄直接驅動(dong)” 兩種類型。傳統的(de)滾珠絲杠工藝成(cheng)熟加工精度較高(gao)，實現高速化的成(cheng)本相對較低，所以(yǐ)目前應用廣泛。使(shǐ)用滾，珠絲♌杠驅動(dòng)的高速加工機床(chuáng)最大移動速度90m/min，加(jiā)速度1.5g。但✨滾珠絲杠(gang)是機械傳動，機械(xiè) 元件 間存在彈性(xing)變形、摩擦和反向(xiang)間隙，相應會造成(chéng)運動🐕滞後和非線(xiàn)性誤差，所以再進(jin)一步提高滾珠絲(si)杠副移動速度和(he)加速度比較難了(le)。90年代以來，高速高(gāo)精的大型加工機(ji)床中，應用直線電(diàn)機直接驅動進給(gěi)驅動方式。它比滾(gǔn)珠絲杠驅動具有(yǒu)♻️剛度更高、速度範(fàn)圍更寬、加速特性(xing)更好、運動慣量更(gèng)小、動态響應性能(néng)更佳，運行更平穩(wěn)、位✊置精度更高等(děng)🍓優點。且直線電機(jī)直接驅動，不需中(zhong)間機械傳動，減小(xiǎo)了機🎯械磨損與傳(chuan)動誤♌差，減少了維(wéi)護工作。直線電機(jī)🏃直接驅動與滾珠(zhu)絲杠傳動相比，其(qi)速度提高30倍，加速(sù)度提高10倍，最大達(da) 10g ，剛度提高7倍，最高(gāo)響應頻率達100Hz，還有(yǒu)較大的發展餘地(dì)🙇🏻。當前，在高♈速高精(jing)加工機床領域中(zhōng)，兩種驅動方式還(hái)會并存相當長一(yi)段🏃🏻‍♂️時間，但從發展(zhan)趨勢來看，直線電(diàn)機驅動🏃‍♀️所占的比(bǐ)重會愈來愈大。種(zhong)種迹象表明，直線(xian)電機驅動在高速(sù)高精加工機床上(shàng)的應用已進入加(jiā)🐇速增長期。