数控机床伺服系统的分类

数控机床伺服系统的分类

数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。

1.按用途和功能分：

(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。 进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。

(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。

2.按使用的执行元件分：

(1)电液伺服系统 其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。

（2）电气伺服系统 其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。其优点是操作维护方便，可靠性高。其中，

1）直流伺服系统 其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。

2）交流伺服系统 其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作；动态响应好、转速高和容量大。

3.按控制原理分

（1）开环伺服系统

系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。

开环伺服系统的特点：

1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。

2. 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，

影响零件的精度。

3. 结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉；因此在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。

（2）闭环伺服系统

系统中有反馈控制系统,位置采样点从工作台引出，可直接对最终运动部件的实际位置进行检测；能得到更高的速度、精度和驱动功率。

闭环伺服系统的特点：

1. 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和

失动量。具有很高的位置控制精度。从理论上讲，机床运动精度只取决于检测装置的精度，与传动链误差无关。但实际对传动链和机床结构仍有严格要求。

2. 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。

（3）半闭环伺服系统

系统的位置采样点是从伺服电机或丝杠的端部引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测最终运动部件的实际位置。

半闭环伺服系统的特点：

1. 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。

2. 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除, 因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。

3. 由于半闭环伺服系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。