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(diàn)動機按數控裝置(zhì)發出🔞的指令脈沖(chong)工作，對運動誤差(cha)沒有檢測反饋和(he)處理修正過程，采(cai)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(bǐ)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(xing)高、成本低，且其控(kong)制電路也簡單。所(suǒ)以開環控制系統(tong)多用于精🌍度和速(su)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(zhǔ)要由比較環節、伺(sì)📱服驅動💛放大器，進(jìn)給伺服電動機、機(ji)械傳動裝置和直(zhi)線位移 測量 裝置(zhi)組成。對機床運動(dong)部件的 移動 量具(ju)有檢測與反饋修(xiū)正功能，采用直流(liu)伺服電動機或💜交(jiāo)流伺服電動機作(zuo)爲驅動部件。可以(yǐ)采用直接安裝在(zài)工作台的光栅或(huo)感應同步器作爲(wei)位置檢測器件，來(lái)構成高精度的全(quán)閉環位置控制系(xì)統。系統的直線位(wei)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(jing)度和靈敏度，其産(chan)生的加工精度比(bi)較高。但機械傳動(dòng)裝置的剛度、摩擦(cā)阻尼特性、反向間(jiān)隙等各種 非線性(xìng) 因素，對系統穩定(dìng)性有很大影響，使(shi)閉環進給伺服🆚系(xì)統安裝✏️調試比較(jiao)複雜。因此隻是用(yòng)在高精度和㊙️大型(xíng)數控🌍機床上。

　　（三）半(bàn)閉環伺服系統。半(ban)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(diàn)動機作爲驅動部(bù)件，可❗以采用内裝(zhuang)于電機内的脈沖(chòng)編碼器，無刷🔅旋轉(zhuan)變壓器或💃測速發(fā)電機作爲位置/ 速(su)度🔱檢測器件👈來構(gou)成半⛹🏻‍♀️閉環位置控(kong)制系統，其系統的(de)反饋信号取自電(diàn)機軸或絲杆上，進(jin)給系統中的機械(xie)傳動裝置處于反(fǎn)饋回路之外，其剛(gāng)度等非線性因素(su)對系統穩定性沒(méi)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(zhì)都有螺距誤差補(bu)償和間隙補償等(deng)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(gong)精度提高到滿意(yi)的程度。故半閉環(huan)伺服系統在數控(kòng)機床中應用很廣(guǎng)。

　　二、伺服電機控制(zhi)性能優越

　　（一）低頻(pín)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(chū)現此現象，運轉非(fei)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(you)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(jī)☎️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(dài)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(zhuǎn)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(dian)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(xíng)時需要選取額定(ding)轉矩比負載轉矩(ju)大很多的電機，造(zào)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(tong)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(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(xì)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(zhi)🚩加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。

          五(wǔ)）矩頻特性佳。步進(jin)電機的輸出力矩(jǔ)随轉速升高🙇🏻而下(xià)降，且💁在較高轉速(sù)時轉矩會急劇下(xia)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(qi)額定轉速（一般爲(wèi)2000RPM或🆚3000RPM）以内，都能輸出(chu)額定轉矩。

　　三、伺服(fú)電機控制展望

　　（一(yī)）伺服電機控制技(jì)術的發展推動加(jia)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(qu)動💋器件。交流伺服(fú)電機内是無刷結(jié)構，幾乎不需維修(xiū)，體積🐉相對較小，有(yǒu)利🌂于轉速和 功率(lǜ) 的提高。目前交流(liu)伺服系統已在很(hen)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(zhí)流伺服、軟件控💞制(zhì)取代硬件控制成(cheng)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(gei)和主軸裝🈲置上的(de)交流數字驅♌動系(xi)統。随㊙️着微處理器(qi)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(cǎi)樣時間大大減少(shao)🎯。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(néng)⭕。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(xing)能的伺✏️服控制網(wǎng)，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(lián)接，進一步發揮了(le)它對機床的控制(zhì)能力和 通信 速度(du)。這些技術的發展(zhan)，使伺服系統性能(neng)改善、可靠性提高(gāo)、調試方便、柔性增(zeng)強，大大推動了高(gāo)精高速加工技術(shu)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(dong)機調速📞系統的動(dòng)态響應性能和定(ding)位精度。交流伺服(fú)電機調速系統一(yī)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(qi)，其傳感器具👌有小(xiao)于1μs的響應時間。伺(si)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(bǎo)🏃‍♀️證高速時電動機(jī)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(jí)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(qū)動進給技術已趨(qu)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(chéng)熟加工精度較高(gao)，實現高速化的成(chéng)本相對較低，所以(yi)目前應⭐用廣泛。使(shǐ)用滾，珠絲杠驅動(dong)的高速加工機床(chuáng)🔴最大移動速🐕度90m/min，加(jia)速度1.5g。但❤️滾珠絲杠(gàng)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(chéng)運㊙️動滞後✊和非💃🏻線(xian)性誤差，所以再進(jin)一步提高滾珠絲(sī)杠副移動速度和(hé)加速度比較難了(le)。90年代以來，高速高(gāo)精的大型加工機(jī)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(xìng)更好、運動慣量更(geng)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(ji)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(gao)響應頻率達100Hz，還有(yǒu)較大的發展餘地(di)。當前㊙️，在高速高精(jīng)加工機床領域中(zhōng)，兩種驅動方式還(hái)會并存相當長一(yī)段時間，但從發展(zhan)趨勢來看，直線電(dian)機驅動所占的比(bǐ)重會愈來愈大。種(zhǒng)種迹象表明，直線(xiàn)電機驅動在高速(su)高精加工機床上(shàng)的應🌐用已進入加(jia)速增長期。