數(shù)控機床有哪些常用的驅(qū)動元件?他們都有哪些作用？

數(shù)控機床常用的驅(qū)動元件有步進電機，直流伺服電機，交流伺服電機。

（一）步進電機

步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的轉(zhuǎn)換裝置，是開環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。步進電機在接通電源后并不轉(zhuǎn)動，僅當(dāng)有脈沖輸入時，轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過一個固定的角度，其角位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，在時間上也與輸入脈沖同步。當(dāng)無脈沖時，轉(zhuǎn)子保持原有位置不變而處于定位狀態(tài)。

步進電機按其輸出扭矩大小，可分為快速步進電機和功率步進電機；按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相甚至八相步進電機等；按其工作原理又分為勵磁式和反應(yīng)式步進電機。

由于步進電機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向與通電相序有關(guān)，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的通電相序，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角大小、轉(zhuǎn)速和方向。其調(diào)速范圍廣，響應(yīng)快，靈敏度高，控制系統(tǒng)簡單，且有一定的精度，所以被廣泛應(yīng)用于開環(huán)伺服系統(tǒng)中。圖8-16為步進電機的驅(qū)動電路框圖，它由變頻信號源、脈沖分配器、功率放大器和步進電動機等組成。

變頻信號源是一個頻率從幾赫茲到幾萬赫茲的頻率連續(xù)可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器，它按照運行指令把不同頻率的脈沖輸送到脈沖分配器，對步進電動機實行各種運行狀態(tài)的控制。脈沖分配器接受輸入脈沖和方向指令，向功率驅(qū)動器供給控制信號。脈沖分配器輸出的脈沖經(jīng)功率放大器放大后而驅(qū)動步進電機工作。

（二）直流伺服電機

由于步進電動機構(gòu)成的開環(huán)伺服系統(tǒng)的一些技術(shù)性能不能滿足數(shù)控機床的使用要求，而且其性能的提高也受到了很大限制。因此，20世紀(jì)60年代初期出現(xiàn)了小慣量直流伺服電機，70年代初出現(xiàn)了大慣量直流伺服電機（又稱寬調(diào)速電動機）。目前許多數(shù)控機床采用大慣量直流伺服電動機組成閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

1．小慣量直流伺服電機

小慣量直流伺服電動機是為了提高伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性而研制的，它由一般的直流電機演變而來，但其轉(zhuǎn)子與一般的直流電機的轉(zhuǎn)子不同：一是它的轉(zhuǎn)子長而直徑小；二是它的轉(zhuǎn)子是光滑無槽的鐵心，線圈直接用絕緣粘合劑粘在鐵心表面上。因而這種電機的轉(zhuǎn)動慣量比小，具有機械時間常數(shù)小、響應(yīng)快、動態(tài)特性好、低速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點。但因為這種電機轉(zhuǎn)子的慣量小，因而過載能力低。再有這種電機轉(zhuǎn)子慣量比機床移動部件的慣量小，兩者之間須使用齒輪減速才能很好地匹配，從而增加了傳動鏈誤差。這種伺服電機在早期的數(shù)控機床上得到了廣泛應(yīng)用。

2．寬調(diào)速直流伺服電機

寬調(diào)速直流伺服電機是在維持一般直流電機轉(zhuǎn)動慣量不變的前提下，通過提高轉(zhuǎn)矩來改善其特性，具體措施是：1）增加定子磁極對數(shù)，并采用轎頑力強的永磁材料；2）在同樣的轉(zhuǎn)子外徑和電樞電流的情況下，增加轉(zhuǎn)子上的槽數(shù)和槽的截面積。從而提高了電機的瞬時加速力矩，改善了其動態(tài)響應(yīng)能力。因此這種電機具有動態(tài)響應(yīng)好、過載能力強、轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、低速時輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，可直接與絲杠相連，提高機床的進給傳動精度。目前在各種直線伺服電機中，寬調(diào)速直流伺服電機是應(yīng)用最廣的一種。不過這種電機的價格較貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也較麻煩。

（三）交流伺服電機

盡管直流伺服電機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但由于它的電刷和換向器易磨損，換向有時會產(chǎn)生火花，使電機的最高轉(zhuǎn)速受到限制，且直流伺服電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，因而在使用上受到一定限制。交流伺服電機無電刷，結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，輸出功率大，調(diào)速范圍廣，在數(shù)控機床上的應(yīng)用日益廣泛，在某些場合下已取代了直流伺服電機。

交流伺服電機可分為同步交流伺服電機和異步交流伺服電機兩大類。異步交流伺服電機所采用的電流有三相和單相兩種。同步交流伺服電機的磁勢源可以是電磁式、永磁式和反應(yīng)式等多種，在數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中多采用永磁式同步伺服電機。