隨著現(xiàn)代機床向高速、高精啊终、高表面品質(zhì)和高穩(wěn)定性的方向發(fā)展辈灼，直接驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用日益擴增。直接驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)勢蒲牧，只有在控制系統(tǒng)撇贺、電機和測量系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)和配合之下才能得以充分發(fā)揮，測量系統(tǒng)對于體現(xiàn)直接驅(qū)動系統(tǒng)性能而言至關(guān)重要冰抢∷伤唬基于光電式單場掃描技術(shù)的直線光柵尺/角度編碼器具有高精度、高分辨率和細(xì)分誤差小的優(yōu)勢挎扰，非常適合直接驅(qū)動應(yīng)用翠订。

　　從控制理論方面看，由于半死循環(huán)機床控制系統(tǒng)無法克服機床傳動機構(gòu)產(chǎn)生的傳動誤差遵倦、高速往復(fù)運動時傳動機構(gòu)的熱變形誤差和磨損尽超，全死循環(huán)作為可以消除傳動誤差的控制理論已越來越多地應(yīng)用到現(xiàn)代機床控制中官撼。驅(qū)動技術(shù)方面，因直接驅(qū)動與傳統(tǒng)驅(qū)動相比具有高精度似谁、高動態(tài)特性傲绣、低摩擦、維護簡單和高效率等特點钓赛，在機床行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用待鲤。測量技術(shù)方面，由于絕對式編碼和界面技術(shù)勃说、光電式單場掃描技術(shù)等的應(yīng)用狞饮，測量反饋組件的精度、分辨率和安全性有了很大提高货瘫。

　　數(shù)控機床的效率提高有賴于控制系統(tǒng)帜猩、電機、機械部件和測量系統(tǒng)等的相互協(xié)調(diào)與配合鬓灼。正確選擇測量系統(tǒng)朦阶，對于機床的性能特別是直接驅(qū)動系統(tǒng)具有重要作用。直接驅(qū)動系統(tǒng)效率的表現(xiàn)在很大程度上取決于位置測量組件的選擇瘪吭，對測量組件有極高要求：①高的測量精度杰翰；②小的細(xì)分誤差；③高的分辨率经芋；④無干擾焰诲。

直接驅(qū)動技術(shù)

　　直接驅(qū)動的最大優(yōu)勢在于其驅(qū)動組件(直線電機或力矩電機)和被驅(qū)動組件(工作臺或轉(zhuǎn)臺)之間沒有其它傳動部件，連接剛性高碟嘴，因此直接驅(qū)動系統(tǒng)的控制環(huán)系統(tǒng)增益可遠遠大于傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)溪食。高增益有其優(yōu)點，但同時也增加了對測量組件輸出信號品質(zhì)的要求娜扇，于直線電機而言為直線光柵尺错沃，于力矩電機而言則為角度編碼器。

 
圖1 直接驅(qū)動系統(tǒng)全死循環(huán)控制
 

圖2 直線電機和力矩電機示意圖
 

圖3 細(xì)分誤差對表面品質(zhì)的影響

　　直接驅(qū)動系統(tǒng)沒有專用于速度控制環(huán)的旋轉(zhuǎn)編碼器雀瓢，其位置控制環(huán)和速度測量環(huán)共享同一測量組件(見圖1)枢析。速度控制環(huán)需要有很小的信號周期，由此刃麸，測量組件的分辨率需要足夠高醒叁，從而保證機床低速運行時也能進行精確的速度控制。
 
直接驅(qū)動用直線光柵尺/角度編碼器

　　直線光柵尺或角度編碼器的光柵刻線采用光刻工藝刻制在玻璃或鋼帶基體上泊业，這種刻線柵距極小且邊沿清晰把沼、均勻。配合非接觸的光電式單場掃描技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的信號處理電路吁伺，直線光柵尺和角度編碼器可為直接驅(qū)動系統(tǒng)提供高精度饮睬、高分辨率和小細(xì)分誤差的高品質(zhì)信號层筹，對污染相對不敏感(壓題圖中，紅色區(qū)域為污染)清截，最終保證驅(qū)動系統(tǒng)的位置測量精度、速度穩(wěn)定性和較為恒定的溫度梧杠，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行弧蜒。
 
細(xì)分誤差對直接驅(qū)動的影響

　　測量組件在采用增量式或絕對式測量方法獲得兩個相位差為90°的位置信號后，需進行進一步細(xì)分來達到所需分辨率啤都。實際輸出位置信號由于掃描方式砰穗、污染和后續(xù)電子處理等原因，會與理想正弦信號有偏差溃锤。在進行細(xì)分時渣么，這種偏差會在一個信號周期內(nèi)產(chǎn)生周期性的高頻誤差，即單信號周期內(nèi)的誤差或細(xì)分誤差灿拗。
 
細(xì)分誤差取決于測量組件的信號周期蛋鸡、刻線品質(zhì)和掃描品質(zhì)。目前采用光電式單場掃描的位置測量組件可將細(xì)分誤差限制在信號周期的1%左右侍上，例如信號周期為20μm的直線光柵尺弓候，其細(xì)分誤差為0.2μm。

　　細(xì)分誤差不但影響直接驅(qū)動系統(tǒng)的定位精度他匪，更會影響速度控制環(huán)的穩(wěn)定性菇存。控制系統(tǒng)的速度控制環(huán)按照進給系統(tǒng)的定位誤差對驅(qū)動系統(tǒng)的工作電流進行計算邦蜜，進而控制直線電機或力矩電機實施加減速依鸥。數(shù)控機床進給速度較低時，進給系統(tǒng)跟隨細(xì)分誤差悼沈。直接驅(qū)動系統(tǒng)由于高增益由此控制帶寬大贱迟，在一個較大的速度范圍內(nèi)受細(xì)分誤差影響較大。在銑削工件時井辆，由于細(xì)分誤差的影響关筒，工件表面會有波紋狀加工痕跡，嚴(yán)重影響到工件的表面品質(zhì)杯缺，如圖3所示蒸播。一般說來，波紋狀痕跡的波長和振幅與細(xì)分誤差成正比萍肆。

　　由于細(xì)分誤差的存在袍榆，直接驅(qū)動的電機內(nèi)部會產(chǎn)生附加電流，從而產(chǎn)生額外的熱量和噪音笆犀。細(xì)分誤差和電機進給速度越大柜步，電機發(fā)熱量和噪音越大判原。此外，控制系統(tǒng)從測量組件獲取位置值時冲或，若位置信號分辨率與細(xì)分誤差較為接近今天，細(xì)分誤差會被辨識為機床進給系統(tǒng)的運動誤差，控制系統(tǒng)會隨機性地向進給系統(tǒng)發(fā)送補償信號腌棒。這會導(dǎo)致控制系統(tǒng)震蕩置悦，直線電機的導(dǎo)軌等機床運動部件長時間高頻往復(fù)運動，從而加速磨損隧蜀、降低使用壽命捂旨。

直接驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)特性

　　直接驅(qū)動系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性，經(jīng)常有高速素矛、高加速度進給運動憨琅，這要求測量系統(tǒng)有良好的信號品質(zhì)、　高的電氣運動速度和優(yōu)異的抗振撒蟀、抗沖擊性能叙谨。光電式單場掃描直線光柵尺和角度編碼器的信號品質(zhì)高，光柵刻線和讀數(shù)頭之間的無接觸測量使其無磨損牙肝，且抗振唉俗、抗沖擊性能良好，電氣運動速度可達180 m/min配椭。

　　綜上所述虫溜，針對直接驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用特點，光電式單場掃描直線光柵尺和角度編碼器為其位置控制環(huán)和速度控制環(huán)提供了高精度股缸、高分辨率衡楞、小細(xì)分誤差的高品質(zhì)信號，保證了驅(qū)動系統(tǒng)的高效敦姻、平穩(wěn)運行瘾境，最終能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精镰惦、高表面品質(zhì)和高穩(wěn)定性的加工迷守。

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