數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng) 
        伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備—電機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)的電氣傳動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機械能控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標(biāo)軸、主軸帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，從而加工出用戶所需的工件。
        作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本文通過分析其結(jié)構(gòu)及簡單歸分，對其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。
        伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分類
        從基本結(jié)構(gòu)來看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成:控制器、功率驅(qū)動裝置、反饋裝置和電機?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調(diào)節(jié)控制量;功率驅(qū)動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電機之上，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電機的要求把恒壓、恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電機所需的交流電或直流電;電機則按供
        如根據(jù)驅(qū)動電機的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服;根據(jù)控制器實現(xiàn)方法的不同，可將其分為模擬伺服和數(shù)字伺服;根據(jù)控制器中閉環(huán)的多少，可將其分為開環(huán)控制系統(tǒng)，單環(huán)控制系統(tǒng)，雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng)。考慮伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用，本文首先按機床中傳動機械的不同將其分為進(jìn)給伺服與主軸伺服，然后再根據(jù)其他成要素來探討不同伺服系統(tǒng)的技術(shù)特性。
        進(jìn)給伺服系統(tǒng)
        進(jìn)給伺服以數(shù)控機床的各坐標(biāo)為控制對象，產(chǎn)生機床的切削進(jìn)給運動。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運動速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬，位移精度高，穩(wěn)定性好，動態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電機，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。
        步進(jìn)伺服系統(tǒng)
        步進(jìn)伺服是一種用脈沖信號進(jìn)行控制，并將脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的控制系統(tǒng)。其角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。如果停機后某些繞組仍保持通電狀態(tài)，則系統(tǒng)還具有自鎖能力。步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，如500步、1000步、50000步等等，從理論上講其步距誤差不會累計。
        步進(jìn)伺服結(jié)構(gòu)簡單，符合系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展需要，但精度差，能耗高，速度低，且其功率越大移動速度越低。特別是步進(jìn)伺服易于產(chǎn)生“失步”，使其主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控機床及舊設(shè)備改造。但近年發(fā)展起來的恒斬波驅(qū)動、PWM驅(qū)動、微步驅(qū)動、超微步驅(qū)動和混合伺服技術(shù)，使得步進(jìn)電機的高、低頻特性得到了很大的提高，特別是隨著智能超微步驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，將步進(jìn)伺服的性能提高到一個新的水平。
        直流伺服系統(tǒng)
        直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的是互相獨立的兩個變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵磁電流與電樞電流，可方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制。另一方面從控制角度看，直流伺服的控制是一個單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，直流伺服系統(tǒng)控制簡單，調(diào)速性能優(yōu)異，在數(shù)控機床的進(jìn)給驅(qū)動中曾占據(jù)著主導(dǎo)地位。
        然而，從實際運行考慮，直流伺服電機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力，限制了電機的容量和速度。電機的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電機效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞繞組的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。