數控機床伺服系統的分類

  數控機床伺服系統按用途和功能分為進給驅動系統和主軸驅動系統；按控制原理和有無檢測反饋環節分為開環伺服系統、閉環伺服系統和半閉環伺服系統；按使用的執行元件分為電液伺服系統和電氣伺服系統。

 

1.按用途和功能分：

(1)進給驅動系統：是用于數控機床工作臺坐標或刀架坐標的控制系統，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需的力矩。主要關心其力矩大小、調速范圍大小、調節精度高低、動態響應的快速性。 進給驅動系統一般包括速度控制環和位置控制環。

(2)主軸驅動系統：用于控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動功率和所需的切削力。主要關心其是否有足夠的功率、寬的恒功率調節范圍及速度調節范圍；它只是一個速度控制系統。

 

2.按使用的執行元件分：

(1)電液伺服系統   其伺服驅動裝置是電液脈沖馬達和電液伺服馬達。其優點是在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小、反應快和速度平穩；其缺點是液壓系統需要供油系統，體積大、噪聲、漏油等。

（2）電氣伺服系統  其伺服驅動裝置伺服電機（如步進電機、直流電機和交流電機等）。其優點是操作維護方便，可靠性高。其中，

1）直流伺服系統  其進給運動系統采用大慣量寬調速永磁直流伺服電機和中小慣量直流伺服電機；主運動系統采用他激直流伺服電機。其優點是調速性能好；其缺點是有電刷，速度不高。

2）交流伺服系統  其進給運動系統采用交流感應異步伺服電機（一般用于主軸伺服系統）和永磁同步伺服電機（一般用于進給伺服系統）。優點是結構簡單、不需維護、適合于在惡劣環境下工作；動態響應好、轉速高和容量大。

 

3.按控制原理分

（1）開環伺服系統

 系統中沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數控裝置→進給系統），故系統穩定性好。

開環伺服系統的特點：

1. 一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。

2. 無位置反饋，精度相對閉環系統來講不高，機床運動精度主要取決于伺服驅動電機和機械傳動機構的性能和精度。步進電機步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動誤差都會反映在零件上，影響零件的精度。

3. 結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉；因此在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經濟型數控機床。

 

（2）閉環伺服系統

系統中有反饋控制系統,位置采樣點從工作臺引出，可直接對最終運動部件的實際位置進行檢測；能得到更高的速度、精度和驅動功率。

閉環伺服系統的特點：

1. 從理論上講，可以消除整個驅動和傳動環節的誤差、間隙和

失動量。具有很高的位置控制精度。從理論上講，機床運動精度只取決于檢測裝置的精度，與傳動鏈誤差無關。但實際對傳動鏈和機床結構仍有嚴格要求。

2. 由于位置環內的許多機械傳動環節的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統的不穩定，使閉環系統的設計、安裝和調試都相當困難。該系統主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。

 

（3）半閉環伺服系統

系統的位置采樣點是從伺服電機或絲杠的端部引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測最終運動部件的實際位置。

半閉環伺服系統的特點：

1. 半閉環環路內不包括或只包括少量機械傳動環節，因此可獲得穩定的控制性能，其系統的穩定性雖不如開環系統，但比閉環要好。

2. 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除, 因此，其精度較閉環差，較開環好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。

3. 由于半閉環伺服系統結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現代CNC機床中得到了廣泛應用。