数控机床伺服系统的分类及其应用要求

数控机床伺服系统又称为位置随动系统, 简称为伺服系统。数控机床伺服系统是把数控
信息转化为机床进给运动的执行机构，在许多自动化控制领域广泛应用。数控机床伺服系
统的种类繁多、技术原理各具特色，这对其应用带来很大的困扰，本文就数控机床伺服系
统的分类及其应用要求做简单介绍。
　　一、数控机床伺服系统的分类
　　容济

提示数控机床伺服系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴

驱动系统;按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元
件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系统又分为直流
伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。
　　1.　进给驱动与主轴驱动
　　进给驱动是用于数控机床工作台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转矩。主轴驱动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。一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调
节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。对于主轴驱动系统，主要关
心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。
　　2.　开环控制和闭环控制
　　数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构，即开环控制和闭环
控制，如图 5--1 所示。由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。闭环控制系统又
可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同，进一步分为半闭环伺服驱动控制系统和
全闭环伺服驱动控制系统。若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱动控制
系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动控制系统则
为半闭环控制系统。现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。开环控制系统常用于
经济型数控或老设备的改造。
　　3.　直流伺服驱动与交流伺服驱动
　　70 年代和 80 年代初，数控机床多采用直流伺服驱动。直流大惯量伺服电机具有良好
的宽调速性能，输出转矩大，过载能力强，而且，由于电机惯性与机床传动部件的惯量
相当，构成闭环后易于调整。而直流中小惯量伺服电机及其大功率晶体管脉宽调制驱动装
置，比较适应数控机床对频繁启动、制动，以及快速定位、切削的要求。但直流电机一个最
大的特点是具有电刷和机械换向器，这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的发展，
使其应用受到限制。
　　进入 80 年代，在电机控制领域交流电机调速技术取得了突破性进展，交流伺服驱动
系统大举进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服驱动系统的最大优点是交流电机容
易维修，制造简单，易于向大容量、高速度方向发展，适合于在较恶劣的环境中使用。同
时，从减少伺服驱动系统外形尺寸和提高可靠性角度来看，采用交流电机比直流电机将
更合理。
　　二、数控机床伺服系统的应用要求
　　(1)

精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。包括定位精度和轮

廓加工精度。
　　(2)

稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，

达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
　　(3)

快速响应快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。

　　(4)

调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。