1.1.2 伺服驱动系统

在数控机床中，伺服驱动系统接收数控系统发出的位置或速度指令，经驱动器放大后，由伺服电动机和机械传动机构驱动机床轴运动。机床技术水平的提高，首先依赖于进给伺服和主轴驱动特性的改善及功能的扩大，伺服系统的特性一直是影响系统加工精度及性能的重要指标。

数控机床对进给伺服系统的要求：

1）保证数控机床高的定位精度和加工精度。要求定位精度和轮廓切削精度能达到机床要求的指标。而在速度控制中，要求有高的调速精度、强的抗负载扰动的能力，要求静态和动态稳速精度好，这是伺服系统静态与动态特性指标是否优良的具体表现。位置伺服系统定位精度的分辨率一般要求达到1μm，甚至0.1μm。伺服系统接收CNC送来1个指令脉冲，机械相应移动的单位距离称为分辨率，超高精度数控机床分辨率甚至可以达到纳米级（0.001μm）。

2）调速范围宽。为保证在任何情况下都能得到较佳的切削条件，既能满足低速进给切削，又能满足高速移动，就要求进给伺服驱动系统必须具有足够宽的调速范围和优异的调速特性。

3）快速响应无超调。为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度值，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。这就要求伺服系统的动态过渡过程时间要短，在伺服系统处于频繁地起动、制动、加速度等过渡过程中，过渡时间要在200ms以内，甚至要小于几十毫秒，而且速度变化时不应有过大超调；为了满足快速响应要求，超调过渡过程的前沿要陡，亦即上升率要大，当负载突变时，过渡过程恢复时间要短且无振动。快速响应动态特性好，提高伺服刚性，可以有效地抑制负载突变等扰动问题，这样才能得到光滑的加工表面。

4）具有较好的传动刚度和速度稳定性。位置环、速度环和电流环是基于闭环反馈控制，给定与负反馈信号的差值运算作为三个环节的指令信号，经过三个环节控制器放大处理后，提高伺服刚性，停止时静态差值为零，要求做到无静差控制。为此要求伺服电动机在低速进给驱动时要有大转矩输出，恒转矩控制克服了机床低速爬行问题，在速度为零时要求电动机有足够的电磁转矩以维持定位精度，定位误差不超过系统的允许范围，即电动机处于伺服力锁定状态。伺服系统应具有良好的稳态和动态负载特性，即伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时，应使进给速度保持恒定。刚性好的系统，速度受负载力矩变化的影响很小。伺服系统要具有优良的静态和动态特性，解决好偏差和扰动问题。