數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類

  數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按控制原理和有無檢測反饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按使用的執(zhí)行元件分為電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。

 

1.按用途和功能分：

(1)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：是用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)坐標(biāo)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力矩。主要關(guān)心其力矩大小、調(diào)速范圍大小、調(diào)節(jié)精度高低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。

(2)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：用于控制機(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。主要關(guān)心其是否有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍；它只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。

 

2.按使用的執(zhí)行元件分：

(1)電液伺服系統(tǒng)   其伺服驅(qū)動(dòng)裝置是電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。其優(yōu)點(diǎn)是在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)；其缺點(diǎn)是液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大、噪聲、漏油等。

（2）電氣伺服系統(tǒng)  其伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)等）。其優(yōu)點(diǎn)是操作維護(hù)方便，可靠性高。其中，

1）直流伺服系統(tǒng)  其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺服電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好；其缺點(diǎn)是有電刷，速度不高。

2）交流伺服系統(tǒng)  其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。

 

3.按控制原理分

（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)

 系統(tǒng)中沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

開環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1. 一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。

2. 無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。步進(jìn)電機(jī)步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動(dòng)誤差都會(huì)反映在零件上，影響零件的精度。

3. 結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價(jià)格低廉；因此在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。

 

（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)

系統(tǒng)中有反饋控制系統(tǒng),位置采樣點(diǎn)從工作臺(tái)引出，可直接對最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測；能得到更高的速度、精度和驅(qū)動(dòng)功率。

閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1. 從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和

失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。從理論上講，機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度只取決于檢測裝置的精度，與傳動(dòng)鏈誤差無關(guān)。但實(shí)際對傳動(dòng)鏈和機(jī)床結(jié)構(gòu)仍有嚴(yán)格要求。

2. 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)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(shù)控機(jī)床等。

 

（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)是從伺服電機(jī)或絲杠的端部引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1. 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。

2. 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除, 因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。

3. 由于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。