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(kuì)裝置，不構成🧑🏾‍🤝‍🧑🏼運動(dòng)反饋控制回路，電(dian)動機按數控裝置(zhi)發出的指⭐令脈🐆沖(chong)工作，對運動誤差(chà)沒有檢測反饋和(hé)處理修正過程，采(cǎi)用步進電機作爲(wèi)驅動器件，機床的(de)位置精度完全取(qǔ)決于步進電動機(ji)的步距角精度和(he)機械部分的傳動(dòng)精度，難以達到比(bi)較高精🌈度要求。步(bu)進電🏃🏻‍♂️動機的轉速(su)不🌍可能很高，運動(dòng)部件的速度受到(dào)限制。但步進電機(jī)結構簡單、可靠性(xìng)高🙇‍♀️、成🙇‍♀️本低，且其控(kòng)制電路也簡單。所(suǒ)以開🏃‍♂️環🐪控制系統(tong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼多用于精度和速(sù)度要求不高的經(jīng)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(si)服驅動放大器，進(jin)給伺服電動機、機(jī)械傳動裝置和🚶‍♀️直(zhi)線位移 測量 裝置(zhi)組成。對機床運動(dòng)部件的 移動 量具(ju)有檢測與反饋修(xiū)正功能，采用直流(liú)伺服電動機或交(jiāo)流伺服電動機作(zuò)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(xi)統。系統的直線位(wèi)移檢測器安裝在(zai)移動部件上，其精(jing)㊙️度主要取決于位(wei)移檢測裝置的精(jīng)度和靈敏度，其産(chǎn)生的加工♉精度比(bǐ)較高。但機械傳動(dong)裝置的剛度、摩擦(ca)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(xi)統✉️安裝調試比較(jiao)複雜。因此隻是用(yong)在高精度和大型(xíng)數控機床上。

　　（三）半(ban)閉環伺服系統。半(ban)閉環伺服系統的(de)工作原理⭐與全閉(bì)環伺服系統相同(tóng)，同樣采用伺服電(diàn)動機作爲驅❌動部(bù)件，可以采用内裝(zhuang)于電機内的脈沖(chong)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(gòu)成半閉環位置控(kong)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(xiè)傳動裝置處⛹🏻‍♀️于反(fǎn)饋回路之外，其剛(gang)度等非線性因素(su)對系統穩定性沒(méi)有影響，安裝調試(shi)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(zhì)都有螺距誤差補(bǔ)償和間隙補償等(děng)項功🐪能，在傳動裝(zhuang)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(guǎng)。

　　二、伺服電機控制(zhi)性能優越

　　（一）低頻(pin)特性好。步進電機(ji)易出現低速時低(dī)頻振動現象✌️。交流(liu)伺服電機不會出(chu)現此現象，運轉非(fēi)常平穩，交流伺服(fu)系統具有共振抑(yi)制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并(bing)🌍且系統内部具有(yǒu)頻率解析機能，可(ke)檢測出機械的共(gòng)振點，便于系統調(diào)整。

　　（二）控制精度高(gao)。交流伺服電機的(de)控制精度由電機(ji)軸後端的旋轉編(bian)碼器保證。例如松(sōng)下全數字式交流(liu)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(néng)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(dìng)轉矩比負載轉矩(jǔ)大很多的電機，造(zào)成了力矩浪費的(de)現象。而交流伺服(fú)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(ke)用于克服啓動💛瞬(shun)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(yào)200～400毫秒。交流伺服系(xi)統的速度響應較(jiào)快，例如松下MSMA 400W交流(liú)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(jìn)電機的輸出力矩(ju)随轉速升高而下(xia)降🌈，且在較高轉速(sù)時轉矩會急劇下(xià)降，所以其最高工(gong)作轉速一般在300～600RPM。交(jiao)流伺服電機爲恒(héng)力矩輸💁出，即在其(qí)額定轉速（一般爲(wei)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(yi)）伺服電機控制技(jì)術的發展推動加(jiā)工技術的高速高(gāo)🔴精化。80年代以來，數(shù)控系統逐漸應用(yong)伺服電機作爲驅(qū)動器件。交流🔴伺服(fú)電機内是無刷結(jie)構，幾乎不需維修(xiu)，體積相對較小，有(yǒu)利于轉速和 功率(lü) 的提高。目前交流(liú)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(zhong)，交流伺服取代直(zhí)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(kòng)機床的伺服進給(gěi)🔅和主軸裝✂️置上的(de)交流數字驅動系(xì)統。随着微處理器(qì)和全數字化交流(liú)伺服系統的發展(zhǎn)，數🐉控系統的計算(suàn)速度大大提高，采(cǎi)樣時間大大減少(shǎo)。硬件伺服控制變(bian)爲軟件伺服控制(zhì)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(kong)系統的伺服控制(zhì)環就是一種高性(xing)能的伺🏃服控制網(wang)，它對進行自律控(kòng)制的各個伺服裝(zhuāng)置和部件實現了(le)分⭐散配置，網絡連(lian)接，進一步發揮了(le)它對機床的控制(zhi)能力和 通信 速度(dù)。這些技術的發展(zhan)，使伺服系統性能(neng)改善、可靠性提高(gao)🔱、調💋試方便、柔性增(zēng)強，大大推動了高(gāo)精高速加工技術(shu)的發展。

　　另外，先進(jin) 傳感器 檢測技術(shù)的發展也極大地(dì)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(jue)對值編碼器作爲(wei)位置、速度傳感器(qi)，其🛀傳⭐感器具有小(xiao)于1μs的響應時間。伺(sì)服電動機本身也(ye)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(bao)🔞證高速時電動機(jī)旋轉更加平滑，改(gai)進了電動機的磁(ci)路設計，并配合高(gāo)速數字伺服軟件(jian)，可保證電動機即(jí)使在小于1μm轉動時(shi)也顯得平滑而無(wú)爬行。

　　（二）交流直線(xian)伺服電機直接驅(qu)動進給技術已趨(qu)成🧡熟♊。數🔞控機床🔆的(de)進給驅動有“旋轉(zhuan)伺服電機＋精密高(gāo)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(gāo)，實現高速化的成(chéng)本相⭐對較低，所以(yǐ)目前應用廣泛。使(shi)用滾，珠絲杠驅動(dong)的高速加工機床(chuang)最大移動速♉度90m/min，加(jia)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(xìng)變形、摩擦和反向(xiàng)間隙，相應會造成(cheng)運‼️動滞🧡後和非線(xiàn)性誤差，所以再進(jìn)一步提高滾珠絲(sī)杠副🛀🏻移動速度和(he)加速度比較難了(le)。90年代以來，高速🍓高(gao)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(gun)珠絲杠驅動具有(yǒu)剛度更高、速度範(fan)圍更寬、加速特性(xìng)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(deng)🌈優點。且直線電機(ji)直接驅動，不🐕需中(zhong)間機械傳動，減小(xiao)了機械磨損與傳(chuan)動誤⛹🏻‍♀️差，減少了維(wei)護工作🙇‍♀️。直線電機(jī)直接驅動與滾珠(zhū)絲杠傳動相比，其(qí)速度提高30倍，加🍓速(su)度提高10倍，最大達(dá) 10g ，剛度提高7倍，最高(gao)響應頻率達100Hz，還有(you)較大的發展餘地(di)。當前，在高速高精(jīng)加工機床領域中(zhong)，兩種驅動方式還(hai)會并存相當長一(yi)段時間，但從發展(zhǎn)趨勢來看，直線電(dian)機驅動🏒所占的🔞比(bi)重會愈來愈大。種(zhǒng)種迹象表明，直線(xian)電機驅動在高速(sù)高㊙️精加工機床上(shang)的應用已進入加(jiā)速增長期。