分类伺服控制方式

按伺服控制方式，数控机床分为以下几类。

1.开环控制数控机床

这类机床的进给伺服系统是开环的，即没有位置检测装置。这类机床的驱动电动机只能采用步进电动机，这类电动机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转动一个步距角。图1-15所示为由功率步进电动机驱动的开环进给伺服系统。数控装置根据所要求的进给速度和进给位移，输出一定频率和数量的进给指令脉冲，经驱动电路放大后，每一个进给脉冲驱动功率步进电动机旋转一个步距角，再经减速齿轮、丝杠螺母副，转换成工作台的一个当量直线位移。对于圆周进给，一般都是通过减速齿轮、蜗杆蜗轮副带动转台进给一个当量角位移。开环控制多用于经济型数控机床或对旧机床进行改造。

图1-15　由功率步进电动机驱动的开环进给伺服系统

2.闭环控制数控机床

闭环控制数控机床的进给伺服系统是按闭环反馈控制方式工作的，它的驱动电动机可采用直流和交流两种伺服电动机，并配有速度检测装置和位置检测装置。图1-16所示为典型的闭环进给伺服系统，位置检测装置安装在进给伺服系统末端的执行部件上，实测执行部件的位置或位移量。数控装置将位移指令与位置检测装置测得的实际位置反馈信号随时进行比较，根据差值与指令进给速度的要求，按一定的规律进行转换后，得到进给伺服系统的速度指令。另外，闭环进给伺服系统利用与伺服驱动电动机同轴刚性连接的测速部件，随时实测驱动电动机的转速，得到速度反馈信号，将它与速度指令信号相比较，根据比较的结果即速度误差信号，对驱动电动机的转速随时进行校正。利用上述的位置控制和速度控制两个回路，可以获得比开环进给伺服系统精度更高、速度更快、驱动功率更大的特性指标。但是，在整个控制环内，许多机械传动环节的摩擦、刚度和间隙均呈非线性特性，并且整个机械传动链的动态响应非常慢（与电气响应相比），给整个闭环进给伺服系统的稳定性校正带来很大的困难，使得系统的设计和调整也都相当复杂。因此，闭环控制方式主要用于精度要求很高的数控坐标镗床、数控精密磨床等。(www.xing528.com)

图1-16　典型的闭环进给伺服系统

3.半闭环控制数控机床

将位置检测装置安装在伺服电动机或丝杠的端部，如图1-17所示，间接测量执行部件的实际位置或位移的进给伺服系统就是半闭环进给伺服系统。它可以获得比开环进给伺服系统更高的精度，但它的位移精度比闭环进给伺服系统的要低。与闭环进给伺服系统相比，因大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，故半闭环进给伺服系统易于实现系统的稳定性。现在大多数数控机床都采用半闭环控制方式。

图1-17　半闭环进给伺服系统