(三)交流伺服係統

　　針對直流電動機的缺陷，如果將其做“裏翻外”的處理，即把電驅繞組裝在定子、轉子為(wei) 永磁部分，由轉子軸上的編碼器測出磁極位置，就構成了永磁無刷電動機，同時隨著矢量控製方法的實用化，使交流伺服係統具有良好的伺服特性。其寬調速範圍、高穩速精度、快速動態響應及四象限運行等良好的技術性能，使其動、靜態特性已完全可與(yu) 直流伺服係統相媲美。同時可實現弱磁高速控製，拓寬了係統的調速範圍，適應了高性能伺服驅動的要求。

　　目前，在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服係統，有三種類型：模擬形式、數字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，隻接收模擬信號，位置控製通常由上位機實現。數字伺服可實現一機多用，如做速度、力矩、位置控製。可接收模擬指令和脈衝(chong) 指令，各種參數均以數字方式設定，穩定性好。具有較豐(feng) 富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基於(yu) 微處理器的全數字伺服係統。其將各種控製方式和不同規格、功率的伺服電機的監控程序以軟件實現。使用時可由用戶設定代碼與(yu) 相關(guan) 的數據即自動進入工作狀態。配有數字接口，改變工作方式、更換電動機規格時，隻需重設代碼即可，故也稱萬(wan) 能伺服。

　　交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，並隨著新技術的發展而不斷完善，具體(ti) 體(ti) 現在三個(ge) 方麵。一是係統功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發展，智能化功率模塊得到普及與(yu) 應用;二是基於(yu) 微處理器嵌入式平台技術的成熟，將促進先進控製算法的應用;三是網絡化製造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基於(yu) 網絡的伺服控製成為(wei) 可能。

　　(四)直線伺服係統

　　直線伺服係統采用的是一種直接驅動方式(Direct Drive)，與(yu) 傳(chuan) 統的旋轉傳(chuan) 動方式相比，最大特點是取消了電動機到工作台間的一切機械中間傳(chuan) 動環節，即把機床進給傳(chuan) 動鏈的長度縮短為(wei) 零。這種“零傳(chuan) 動”方式，帶來了旋轉驅動方式無法達到的性能指標，如加速度可達3g以上，為(wei) 傳(chuan) 統驅動裝置的10～20倍，進給速度是傳(chuan) 統的4～5倍。從(cong) 電動機的工作原理來講，直線電動機有直流、交流、步進、永磁、電磁、同步和異步等多種方式;而從(cong) 結構來講，又有動圈式、動鐵式、平板型和圓筒型等形式。目前應用到數控機床上的主要有高精度高頻響小行程直線電動機與(yu) 大推力長行程高精度直線電動機兩(liang) 類。

　　直線伺服是高速高精數控機床的理想驅動模式，受到機床廠家的重視，技術發展迅速。在2001年歐洲機床展上，有幾十家公司展出直線電動機驅動的高速機床，快移速度達100～120m/min，加速度1.5～2g，其中尤以德國DMG公司與(yu) 日本MAZAK公司最具代表性。2000年DMG公司已有28種機型采用直線電動機驅動，年產(chan) 1500多台，約占總產(chan) 量的1/3。而MAZAK公司最近也將推出基於(yu) 直線伺服係統的超音速加工中心，切削速度8馬赫，主軸最高轉速80000r/min，快移速度500m/min，加速度6g。所有這些，都標誌著以直線電動機驅動為(wei) 代表的第二代高速機床，將取代以高速滾珠絲(si) 杠驅動為(wei) 代表的第一代高速機床，並在使用中逐步占據主導地位。

　　四、主軸伺服係統的現狀及展望

　　主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，隻需完成主軸調速及正反轉功能。但當要求機床有螺紋加 工、準停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應的 位置控製要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉矩段 及恒功率段，有準停控製，主軸與(yu) 進給聯動。與(yu) 進給伺服 一樣，主軸伺服經曆了從(cong) 普通三相異步電動機傳(chuan) 動到直流主軸傳(chuan) 動。隨著微處理器技術和大功率晶體(ti) 管技術的進展，現在又進入了交流主軸伺服係統的時代。

　　(一)交流異步伺服係統

　　交流異步伺服通過在三相異步電動機的定子繞組中產(chan) 生幅值、頻率可變的正弦電流，該正弦電流產(chan) 生的旋轉磁場與(yu) 電動機轉子所產(chan) 生的感應電流相互作用，產(chan) 生電磁轉矩，從(cong) 而實現電動機的旋轉。其中，正弦電流的幅值可分解為(wei) 給定或可調的勵磁電流與(yu) 等效轉子力矩電流的矢量和;正弦電流的頻率可分解為(wei) 轉子轉速與(yu) 轉差之和，以實現矢量化控製。

　　交流異步伺服通常有模擬式、數字式兩(liang) 種方式。與(yu) 模擬式相比，數字式伺服加速特性近似直線，時間短，且可提高主軸定位控製時係統的剛性和精度，操作方便，是機床主軸驅動采用的主要形式。然而交流異步伺服存在兩(liang) 個(ge) 主要問題：一是轉子發熱，效率較低，轉矩密度較小，體(ti) 積較大;二是功率因數較低，因此，要獲得較寬的恒功率調速範圍，要求較大的逆變器容量。

　　(二)交流同步伺服係統

　　近年來，隨著高能低價(jia) 永磁體(ti) 的開發和性能的不斷提高，使得采用永磁同步調速電動機的交流同步伺服係統的性能日益突出，為(wei) 解決(jue) 交流異步伺服存在的問題帶來了希望。與(yu) 采用矢量控製的異步伺服相比，永磁同步電動機轉子溫度低，軸向連接位置精度高，要求的冷卻條件不高，對機床環境的溫度影響小，容易達到極小的低限速度。即使在低限速度下，也可作恒轉矩運行，特別適合強力切削加工。同時其轉矩密度高，轉動慣量小，動態響應特性好，特別適合高生產(chan) 率運行。較容易達到很高的調速比，允許同一機床主軸具有多種加工能力，既可以加工像鋁一樣的低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，為(wei) 機床進行最優(you) 切削創造了條件。

(三)電主軸

　　電主軸是電動機與(yu) 主軸融合在一起的產(chan) 物，它將主 軸電動機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內(nei) 部，電動機的轉子即為(wei) 主軸的旋轉部分，由於(yu) 取消了齒輪變速箱的傳(chuan) 動與(yu) 電動機的連接，實現了主軸係統的一體(ti) 化、“零傳(chuan) 動”。因此，其具有結構緊湊、重量輕、慣性小、動態特性好等優(you) 點，並可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應用。

　　從(cong) 理論上講，電主軸為(wei) 一台高速電動機，其既可使用異步交流感應電動機，也可使用永磁同步電動機。電主軸的驅動一般使用矢量控製的變頻技術，通常內(nei) 置一脈衝(chong) 編碼器，來實現廂位控製及與(yu) 進給的準確配合。由於(yu) 電主軸的工作轉速極高，對其散熱、動平衡、潤滑等提出了特殊的要求。在應用中必須妥善解決(jue) ，才能確保電主軸高速運轉和精密加工。

　　五、結論

　　圍繞伺服係統動態特性與(yu) 靜態特性的提高，近年來發展了多種伺服驅動技術。可以預見隨著超高速切削、超精密加工、網絡製造等先進製造技術的發展，具有網絡接口的全數字伺服係統、直線電動機及高速電主軸等將成為(wei) 數控機床行業(ye) 的關(guan) 注的熱點，並成為(wei) 伺服係統的發展方向。