一、數控機床伺服系統

　　（一）開環伺服系統。開環伺服系統不設檢(jiǎn)測(cè)反饋裝置，不構成(chéng)運動(dòng)反饋控制回路，電動機按數(shù)控裝置發出(chū)的指令(lìng)脈沖工作，對運動(dòng)誤差沒有(yǒu)檢測反饋和處理修正(zhèng)過程，采用步進電機作爲驅動器(qì)件，機(jī)床的位置精度完全取決于步進電(diàn)動機的步距角(jiǎo)精度和機械部分的傳動精度，難以達(dá)到比較高精度要(yào)求。步進電動機的轉(zhuǎn)速不可能很高，運動部件的速度(dù)受到(dào)限制。但步進(jìn)電機結構簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低，且其控(kòng)制電路也簡單。所以開環控制系統多(duō)用于精度和速度要求不高的經濟(jì)型數控機床。

　　（二）全閉環伺服(fú)系統。閉環伺服系統主要由(yóu)比較環節、伺服驅動放(fàng)大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移 測量 裝置組成。對(duì)機床運動部件的 移動(dòng) 量具有檢測與反饋修正功能(néng)，采用(yòng)直流伺服電動機(jī)或交流(liú)伺(sì)服電動機作爲驅動部(bù)件。可以采用直接安裝在工作台的光栅或感應同步器作爲位置(zhì)檢測器(qì)件，來構成高精度(dù)的全(quán)閉環位置控制系統。系統的直(zhí)線位移檢測器安裝在移動部件上(shàng)，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈(líng)敏度，其産生的加工精(jīng)度比較高。但機械傳動裝置的剛度(dù)、摩(mó)擦阻尼特性、反向(xiàng)間隙等各種 非線性(xìng) 因素，對系統穩定性有很大影響，使閉環進給伺(sì)服系統安裝(zhuāng)調試(shì)比較複雜。因此隻是用在高精度和(hé)大型數控機(jī)床上。

　　（三）半閉環伺服系統。半閉環伺服系統的工作原理與(yǔ)全閉環伺服系統相同，同樣采用伺服電動機作爲驅(qū)動部件，可以采用(yòng)内裝于電機内的脈沖(chòng)編碼器，無刷旋轉變壓器或測速發電機作爲位置/ 速度檢測器件來構成半閉環位置控制系統，其系統的反饋信号取自電機軸或絲杆上，進給系統中的(de)機械傳動裝置處(chù)于反饋回路之外(wài)，其剛度等非線性因素對系統穩定性沒有影響，安裝調試比較方便。機(jī)床的定位精度與機械傳動裝置的(de)精度(dù)有關，而數控裝置都(dōu)有螺距誤差補(bǔ)償和間隙補償等項功能(néng)，在傳(chuán)動裝置精度不太高的情況下，可以(yǐ)利用補償功能将加工精度提高到(dào)滿意(yì)的程度。故半(bàn)閉環伺服系統在數控(kòng)機床中應用很廣。

　　二、伺服電機(jī)控制性能優越(yuè)

　　（一）低頻特性好。步進電機易出現低速時(shí)低頻振動現象。交流伺服(fú)電(diàn)機不會出現此現象，運轉非常平穩，交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性(xìng)不足，并且系統内部具有頻率解(jiě)析機能，可檢測出機械的(de)共振點，便于系統調整。

　　（二(èr)）控制精(jīng)度高。交流伺服電機的控制精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。例如松下全數字式交(jiāo)流伺服電機，對于帶17位編碼器的電機而(ér)言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量爲360°/131072=9.89秒。是步(bù)距角爲1.8°的步進電機的脈(mò)沖當量的1/655。

　　（三）過載能力強。步(bù)進電機不具有過載能力，爲了克服慣性負載在啓動瞬間的慣性力(lì)矩，選型時(shí)需要選取(qǔ)額定轉矩比負載轉矩大很多的電(diàn)機，造成了(le)力矩(jǔ)浪費的現象。而交流(liú)伺(sì)服電機具有較強的過載能(néng)力，例如松(sōng)下交流伺服系統中(zhōng)的伺服電(diàn)機的最大轉矩達到額定轉矩的三倍，可(kě)用于(yú)克服啓動瞬間(jiān)的慣性力矩。

　　（四）速度響應快。步(bù)進電(diàn)機從靜止加速到額定轉速需要200～400毫秒。交流伺服系(xì)統的速度響應較快，例如松下(xià)MSMA 400W交流伺服電機，從靜止加速到其額(é)定轉速僅需幾毫秒。

          五）矩頻特性佳(jiā)。步進電機的輸出力矩随轉速升高而(ér)下降，且在較高轉(zhuǎn)速時轉矩會急劇下降，所以其最高工作(zuò)轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機爲恒力矩輸出，即在其(qí)額定轉速(sù)（一般爲2000RPM或3000RPM）以内，都能輸出額(é)定轉矩。

　　三、伺服電機控制展(zhǎn)望

　　（一）伺服電機控制技術的發展推動加工技術的高速高精化。80年代以來，數控系統逐漸應用伺服電機作爲驅動器件。交流伺服電機内是(shì)無(wú)刷結構，幾乎不需維修，體(tǐ)積相對較小，有利于轉速(sù)和 功率 的提高。目前交流伺服系統已在很大(dà)範圍内(nèi)取(qǔ)代了直流伺服系統(tǒng)。在當代數控系統中，交流伺服(fú)取代直流伺服、軟件(jiàn)控制取代硬件控(kòng)制成爲了伺服技術的發展趨勢。由此産生了應(yīng)用在(zài)數控機床的伺服進給和主(zhǔ)軸裝置上的交流數字驅動(dòng)系統。随着微處理器和全(quán)數(shù)字化交流伺服系統的(de)發展，數控系統的(de)計算速(sù)度大大提(tí)高，采樣時(shí)間大大減少。硬(yìng)件伺服控制變爲軟件伺服控制後(hòu)，大大地提高了伺服系統的(de)性(xìng)能。例如OSP-U10/U100 網絡 式數控系統的伺服控制環就是一種(zhǒng)高性能的伺服控制網(wǎng)，它對進行自律控制的各個(gè)伺服裝置和部件實現了分散(sàn)配置，網絡連接，進一(yī)步發(fā)揮了(le)它對機床的控制能力和 通信 速度。這些技術的發(fā)展(zhǎn)，使伺服(fú)系統(tǒng)性能(néng)改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強，大大推動了高精高速加工技術的發展。

　　另外(wài)，先進 傳感器 檢測技術的發展也極(jí)大(dà)地提高了交流電動(dòng)機調速系統的動态響(xiǎng)應性能和定位精度。交(jiāo)流伺服電機調(diào)速系統一般選用無刷旋轉變壓器、混合型的 光電 編碼器和絕對值編碼器作爲位置、速度傳感器，其(qí)傳感器具有小(xiǎo)于1μs的響應時(shí)間。伺服電動機本身(shēn)也在向高速(sù)方向(xiàng)發展(zhǎn)，與上述高速編碼器配合實現了60m/min甚至100m/min的快速(sù)進給和1g的加速度。爲保證高速時電(diàn)動機(jī)旋轉更加平滑，改進了電(diàn)動機的磁路設計，并配合高速數字伺服(fú)軟件，可保證電動機即使在小于1μm轉動時也顯得平滑而無爬行。

　　（二）交流直線伺服電機直接驅(qū)動進給技術(shù)已趨成熟。數控機床的進給驅動有(yǒu)“旋轉伺服電機＋精密(mì)高速滾珠絲杠(gàng)”和“直線電機直接驅動” 兩種類型。傳統的滾(gǔn)珠絲杠工藝成熟加工精度較高，實現高速化(huà)的成本相對較低(dī)，所以目前應用廣泛。使用滾，珠絲杠驅動的高(gāo)速加工機床最(zuì)大移動(dòng)速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠(zhū)絲杠是機械傳動(dòng)，機械 元件 間存在彈性變形、摩擦和反向(xiàng)間隙，相應會(huì)造成運動滞後和(hé)非線(xiàn)性誤差，所以(yǐ)再進一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年(nián)代以來，高速高精的大型加工機床中，應用直線(xiàn)電機直(zhí)接驅動進給驅動方式。它比滾珠絲杠(gàng)驅動具有剛度更高、速度範圍更寬、加速特性更好、運動慣量更小、動态響應(yīng)性能更佳，運行更平穩、位置精度更高等優點。且直線(xiàn)電機直接驅動(dòng)，不需中間機(jī)械傳動，減(jiǎn)小了機械磨損與傳動誤差，減少(shǎo)了維護工作(zuò)。直線電機直接驅動與(yǔ)滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度(dù)提高10倍，最大達 10g ，剛度提高7倍，最高響應頻率達100Hz，還(hái)有較大的發展餘地。當前(qián)，在高速高精加工機床領域(yù)中，兩種驅動方式還會并(bìng)存相當長一段(duàn)時間，但從發展趨勢來看，直線電機驅動所占的比重會愈來愈(yù)大。種種迹象表明，直線電機驅動在高速高精加工機(jī)床上的應用已進入加速增長期。