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第三节　数控机床的伺服驱动系统

一、概述

伺服驱动系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。

对于数控机床，如果说CNC装置是数控机床的“大脑”，是发布“命令”的“指挥机构”，那么伺服系统便是数控机床的“四肢”，是一种“执行机构”，能够准确地执行由CNC装置发出的运动命令。

伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标，均取决于进给伺服系统的特性。

(一)伺服驱动系统的分类

1.按控制对象和使用目的的不同，数控机床伺服系统可分为进给伺服系统、主轴伺服系统和辅助伺服系统。

(1)进给伺服系统用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪、定位系统，它包括速度控制和位置控制。

(2)主轴伺服系统用于控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般只以速度控制为主。

(3)辅助伺服系统用在各类加工中心或多功能数控机床中，用来控制刀库、料库等辅助系统，一般多采用简易的位置控制。

2.按伺服系统调节理论，数控机床的进给伺服系统可分为开环、闭环和半闭环系统。

3.按驱动部件的动作原理又可将其分为电液控制系统和电气控制系统。其中，电气控制系统又有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机驱动系统之分。

4.按反馈比较控制方式，数控机床的进给伺服系统有脉冲比较、相位比较、幅值比较和全数字等伺服系统之分。

(二)数控机床对伺服驱动系统的要求

(Ⅰ)总体要求：

1.高精度。要求伺服系统准确定位，即定位误差特别是重复定位误差要小，并且伺服系统的跟随精度高，即跟随误差小。一般定位精度达到μm级，高的要求达到±0.01～±0.005μm。

2.快速响应，无超调。加工过程中，为了提高生产率和保证加工质量，要求加(减)速度足够大，以便缩短伺服系统过渡过程时间。一般电动机速度从零变到最高速，或从最高速降至零，时间在200毫秒以下，甚至小于几十毫秒。

3.调速范围宽。为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围(至少达到1：1000，有些高性能系统已能达到1：100000)，而且通常是无级调速。

4.低速大转矩，而且具有较强的过载能力。

5.可靠性高，对环境的适应性强，性能稳定，使有寿命长，平均无故障间隔时间(MBTF)长。

【例题14•单选题】数控机床的进给伺服驱动系统( )的说法是错误的。

A.包括速度控制和位置控制

B.在低速时应该输出大转矩

C.应该响应快、调速范围宽

D.具有恒线速切削功能

答案：D

【例题15•单选题】数控机床不要求进给伺服驱动系统具有( )的功能。

A.快速响应

B.调速范围宽

C.低速大转矩

D.在宽调速范围内保持恒功率输出

答案：D

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