數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。它足一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用做速度反饋的檢測裝置是測速發(fā)電動機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元足一個獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及功率驅(qū)動放火器等各部分組成。位置環(huán)是山CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等各部分組成。位置控制主要是對機(jī)床運(yùn)動半標(biāo)軸進(jìn)行控制，軸控制是要求的位置控制，不僅對單個軸的運(yùn)動速度和位置精度的控制有嚴(yán)格要求，而且在多軸聯(lián)動時，還要求各移動軸有很好的動態(tài)配合，才能保證加工效串、加工精度和表面粗糙度要求。
伺服系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動機(jī)床、精密機(jī)床和機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動機(jī)、機(jī)械傳動等方面都有很高的要求。
由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面。
1.數(shù)控機(jī)床可逆運(yùn)行
可逆運(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，機(jī)床工作臺處于隨機(jī)狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時都可能實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動。同時要求在方向變化時，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動的損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收能量變?yōu)闄C(jī)械能：在制動時應(yīng)把電動機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動。
2.數(shù)控機(jī)床速度范圍寬
為適應(yīng)不同的加工條件，例如，所加工零件的材料、類型、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等的不同，要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給能在很寬的范圍內(nèi)無級變化。這就要求伺服電動饑有很寬的調(diào)速范圍和優(yōu)異的調(diào)速特性。經(jīng)過機(jī)械傳動后，電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化范圍即可轉(zhuǎn)化為進(jìn)給速度的變化范圍。目前的水平，是在進(jìn)給脈沖當(dāng)量為1pm的情況下，進(jìn)給速度在0～240u/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
對一般數(shù)控機(jī)床而言，進(jìn)給速度范圍在o～24m/min時，都可滿足加工要求。通常在這樣且速度降低，在零速度時，即工作臺停止運(yùn)動時，要求電動機(jī)有電磁轉(zhuǎn)矩以維持定位精度，使定由于位置伺服系統(tǒng)是由速度控制單元和位置控制環(huán)節(jié)兩大部分組成的，如果對速度控制系統(tǒng)也過分地追求像位置伺服控制系統(tǒng)那么大的調(diào)速范圍而又要其可靠穩(wěn)定地工作，那么速 一般來說，對于進(jìn)給速度范圍為1：20 000的位置控制系統(tǒng)，在總的開環(huán)位置增益為20-1時，只要保證速度控制單元具有1：1 000的調(diào)速范圍就可以滿足需要，這樣可使速度控制單元線路既簡單又可靠。當(dāng)然，代表當(dāng)今水平的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，速度控制單元調(diào)速范圍己達(dá)1：100000。
這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動態(tài)負(fù)載特性，即伺服系統(tǒng)在不同的負(fù)載情況下或切削條件發(fā)生變化時，應(yīng)使進(jìn)給速度保持恒定。剛性良好的系統(tǒng)，速度受負(fù)載力矩變化的影響很小。通常要求承受額定力矩變化時，靜態(tài)速降應(yīng)小于5%，動態(tài)速降應(yīng)小于10%。
為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，對位置伺服系統(tǒng)除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。這就對伺服保證加工質(zhì)量，則要求加/減速度足夠大，以縮短過渡過程時間。一般電動機(jī)速度由。到或從減少到o，時間應(yīng)控制在200fas以下，甚至少于幾寸毫秒，且速度變化時不應(yīng)有超調(diào)。
5.數(shù)控機(jī)床高精度
是伺服系統(tǒng)靜態(tài)特性與動態(tài)特性指標(biāo)是否優(yōu)良的具體表現(xiàn)。位置伺服系統(tǒng)的定位精度一般要求能達(dá)到1um甚至0.1um，高的可達(dá)到正負(fù)0.01至正負(fù)0.005um。
相應(yīng)地，對伺服系統(tǒng)的分辨率也提出了要求。當(dāng)伺服系統(tǒng)接受CNC送來的一個脈沖是工作臺相應(yīng)移動的單位距離叫分辨率。系統(tǒng)分辨串取決于系統(tǒng)穩(wěn)定工作性能和所使用的位置檢測元件。目前的閉環(huán)伺服系統(tǒng)都能達(dá)到lgm的分辨串，數(shù)控測量裝置的分辨率可達(dá)o.1gm，高精度數(shù)控機(jī)床也可達(dá)到o。lgm的分辨宰，甚至更小。
6.數(shù)控機(jī)床低速大轉(zhuǎn)矩
機(jī)床的加工特點(diǎn)，大多是在低速時進(jìn)行切削，即在低速時進(jìn)給驅(qū)動要有人的轉(zhuǎn)矩輸出。
7.數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)對伺服電動機(jī)的要求
數(shù)控機(jī)床上使用的伺服電動機(jī)，大多是專用的直流伺服電動機(jī)，如改進(jìn)型直流電動機(jī)、小慣量直流電動機(jī)，永磁式直流伺冊電動機(jī)、無刷直流電動機(jī)等。自20世紀(jì)so年代中期以來，以交流異步電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)為基礎(chǔ)的交流進(jìn)給驅(qū)動得到了迅速的發(fā)展，它是機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動發(fā)展的一個方向。
由于數(shù)控機(jī)床對伺服系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求，伺服系統(tǒng)也對其自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu);電動機(jī)----出了嚴(yán)格的要求。
(1)從速到速電動機(jī)都能干穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動小，尤其在低速(如o.1r/min)或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。
(2)電動機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。 一般直流伺服電動機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。
(3)為滿足快速響應(yīng)的要求，電動機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電動機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上角加速度的能力，才能保證電動機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。
(4)電動機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。