數控機床有哪些常用的驅動元件?他們都有哪些作用？

數控機床常用的驅動元件有步進電機，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換成機械角位移的轉換裝置，是開環伺服系統的執行元件。步進電機在接通電源后并不轉動，僅當有脈沖輸入時，轉子才轉過一個固定的角度，其角位移量與輸入脈沖個數成正比，在時間上也與輸入脈沖同步。當無脈沖時，轉子保持原有位置不變而處于定位狀態。

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式步進電機。

由于步進電機的角位移量和輸入脈沖的個數成正比，旋轉方向與通電相序有關，因此只要控制輸入脈沖的數量、頻率和電機繞組的通電相序，即可獲得所需的轉角大小、轉速和方向。其調速范圍廣，響應快，靈敏度高，控制系統簡單，且有一定的精度，所以被廣泛應用于開環伺服系統中。圖8-16為步進電機的驅動電路框圖，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可調的脈沖信號發生器，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的控制。脈沖分配器接受輸入脈沖和方向指令，向功率驅動器供給控制信號。脈沖分配器輸出的脈沖經功率放大器放大后而驅動步進電機工作。

（二）直流伺服電機

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

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的快速響應特性而研制的，它由一般的直流電機演變而來，但其轉子與一般的直流電機的轉子不同：一是它的轉子長而直徑小；二是它的轉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。因而這種電機的轉動慣量比小，具有機械時間常數小、響應快、動態特性好、低速運轉平穩等優點。但因為這種電機轉子的慣量小，因而過載能力低。再有這種電機轉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控機床上得到了廣泛應用。

2．寬調速直流伺服電機

寬調速直流伺服電機是在維持一般直流電機轉動慣量不變的前提下，通過提高轉矩來改善其特性，具體措施是：1）增加定子磁極對數，并采用轎頑力強的永磁材料；2）在同樣的轉子外徑和電樞電流的情況下，增加轉子上的槽數和槽的截面積。從而提高了電機的瞬時加速力矩，改善了其動態響應能力。因此這種電機具有動態響應好、過載能力強、轉矩大、調速范圍寬、低速時輸出轉矩大等優點，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，寬調速直流伺服電機是應用最廣的一種。不過這種電機的價格較貴，結構復雜，維修也較麻煩。

（三）交流伺服電機

盡管直流伺服電機具有優良的調速性能，但由于它的電刷和換向器易磨損，換向有時會產生火花，使電機的最高轉速受到限制，且直流伺服電機結構復雜、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，結構簡單、維修方便，輸出功率大，調速范圍廣，在數控機床上的應用日益廣泛，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、永磁式和反應式等多種，在數控機床進給伺服系統中多采用永磁式同步伺服電機。