伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類

數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按其用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按其控制原理和有無位置檢測(cè)反

饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)；按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電

氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)是用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過程

所需的轉(zhuǎn)矩。主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力。一般地，對(duì)于進(jìn)

給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心它的轉(zhuǎn)矩大小、調(diào)節(jié)范圍的大小和調(diào)節(jié)精度的高低，以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的快慢。對(duì)于主

軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍。

2 開環(huán)控制和閉環(huán)控制

數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成如圖所示。數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按有無反饋檢測(cè)單元分為開環(huán)和閉環(huán)兩

種類型(見數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類)這兩種類型的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成不完全相同。但不管是哪種類

型，執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)控制單元都必不可少。驅(qū)動(dòng)控制單元的作用是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需要的

信號(hào)形式，執(zhí)行元件則將該信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械位移。

開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)控制單元、執(zhí)行元件和機(jī)床組成。通常，執(zhí)行元件選用步進(jìn)電機(jī)。執(zhí)行元件對(duì)系統(tǒng)的

特性具有重要影響。

閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)控制單元、機(jī)床，以及反饋檢測(cè)單元、比較控制環(huán)節(jié)組成。反饋檢測(cè)單元

將工作臺(tái)的實(shí)際位置檢測(cè)后反饋給比較控制環(huán)節(jié)，比較控制環(huán)節(jié)將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以兩者的差

值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差經(jīng)驅(qū)動(dòng)控制單元，驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

在CNC系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)的引入，比較控制環(huán)節(jié)的功能由軟件完成，從而導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些改變，但基本上

還是由執(zhí)行元件、反饋檢測(cè)單元、比較控制環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)控制單元和機(jī)床組成。

3 直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)

70年代和80年代初，數(shù)控機(jī)床多采用直流伺服驅(qū)動(dòng)。直流大慣量伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大

過載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。而直流中小慣量伺服

電機(jī)及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)裝置，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，以及快速定位、切削的要求

但直流電機(jī)一個(gè)zui大的特點(diǎn)是具有電刷和機(jī)械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展，

使其應(yīng)用受到限制。

進(jìn)入80年代，在電機(jī)控制領(lǐng)域交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大舉進(jìn)入電氣傳動(dòng)調(diào)速

控制的各個(gè)領(lǐng)域。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的zui大優(yōu)點(diǎn)是交流電機(jī)容易維修，制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向

發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時(shí)，從減少伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外形尺寸和提高可靠性角度來看，采用交流

電機(jī)比直流電機(jī)將更合理。

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