伺服电机、步进电机是水刀最主要的两种驱动方式。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）并通过传动系统带动相关轴做一定距离的直线运动。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

    步进电机驱动的特点：

    (1)控制精度：两相混合式步进电机步距角一般为3.6。、1.8。，五相混合式步进电机步距角一般为0. 72。、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0. 09。；德国百格拉公司(BERGER I.AHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8。、0.9。、0. 72°、0. 36。、0.18。、0.090、0. 0720、0. 036。，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

    (2)低频特性：步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

    (3)矩频特性：步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600r/min。

    (4)过载能力：步进电机一般不具有过载能力。

    (5)运行性能步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。

    (6)速度响应性能：步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200--400ms。所以说，步进电机驱动的精度相对较低，但其成本也相对较低。一般对切割质量要求不高、进行粗加工的情况下选用步进电机作为执行电动机。

    11.6.2伺服电机驱动

    伺服电机驱动是水切割机驱动中的一种应用最普遍的驱动方式。伺服电动机又称执行电动机，在水切割自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类。

    伺服电机驱动的特点：

    (1)控制精度：交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了4倍频技术，其脉冲当量为360。／10000 -0. 0360。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217—131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360。/131072—9. 89s，是步距角为1.8。的步进电机的脉冲当量的1/655。

    (2)低频特性：交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能(FFT)，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

    (3)矩频特性：交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为2000r/min或3000r/min)以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

    (4)过载能力：交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的3倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机。而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

    (5)运行性能：交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

    (6)速度响应性能：交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000r/min仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

11.7传动系统

    数控超高压水切割机的传动系统，好比人体结构中的关节系统，承载着数控超高压水切割机的运动执行功能。可以说没有传动系统，水切割就无法按照预定的程序命令执行切割任务，传动系统的传动效率和精度也直接影响到切割的质量。目前，数控超高压水切割机主要采用的是滚珠丝枉传动元件，其主要结构为滚动丝杠副和直线滚动导轨副。

    11.7.1滚珠丝杠副

    1．滚珠丝杠副基本介绍

    滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动，从而带动切割平台各轴的相应运动。它是水切割机数控化操作不可或缺的执行单元。

    2．滚珠丝杠副传动元件的优点

    (1)传动效率高：在滚珠丝杠副中，自由滚动的滚珠将力与运动在丝杠与螺母之间传递。这一传动方式取代了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母间直接作用方式，因而以极小滚动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦，传动效率达到90%以上，整个传动丝杠的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右，发热率也因此大幅降低。

    (2)定位精度高：滚珠丝杠副发热率低、温生效应以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预先消除轴向间隙等措施，使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。

    (3)传动可逆：滚珠丝杠副没有黏滞摩擦，消除了在传动过程中可能出现的爬行现象，滚珠丝杠副能够实现两种传动方式，将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动，并传递动力。

    (4)同步性能好：由于滚珠丝杠副运转顺滑、消除轴向间隙以及制造的一致性，采用多套滚珠丝杠副方案驱动同一装置或多个相同部件时，可获得很好的同步工作。

   3．滚珠丝杠副导程精度

    精度等级：根据使用范围将滚珠丝杠分为定位滚珠丝杠副(P)和传动滚珠丝杠副(T)两种，精度等级分为七个等级，即1级、2级、3级、4级、5级、7级、10级。1级精度最高，依次逐渐降低。

    11.7.2滚动直线导轨副

    1_滚动直线导轨副结构

    滚动直线导轨副结构由导轨、滑块、钢球、反向器、保持架、密封端盖及挡板等组成（见图11 - 16）。当导轨与滑块相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的4道滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（反向器）进入反向孔后再进入滚道。钢球就这样周而复始地进行滚动运动。反向器两端装有防尘密封端盖，可以有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。

    2．滚动直线导轨副优点

    (1)滚珠直线导轨副是在滑块与导轨之间放人适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大降低了两者之间的运动摩擦阻力，进而获得：

    ①动静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高水切割机数控系统的相应速度和灵敏度；

    ②驱动功率低，只相当于普通机械的I/10，提高水切割机的效率：

    ③能实现高定位精度和重复定位精度。

    (2)达到水切割机运动无间隙的效果，提高运动的刚度。

    (3)成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。

    (4)导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力与刚度比平面与钢球接触时大大提高。

    3．作用于滚动直线导轨副的载荷特点

    由于滚动直线导轨副的特殊结构及其在水切割机平台ryz轴上的结构应用，使其产生垂直向上、向下和左右水平4个方向额定载荷相等效果。

    直线运动滚动支撑系统所受的负荷受到下列各种因素的影响：配置形式（水平、垂直）、移动件的重心和受力点位置、导轨上移动牵引力的作用点、启动及终止时的惯性力，以及运动阻力等。可结合考虑水切割机轴z、y轴水平配置，以及水切割机切割轨迹运动的特点。

    按照工程力学可求出每个水刀的滑块承负的载荷，则针对各轴选择合适的导轨和滑块数。滑块移动的卧式导轨副，W为作用于同一平面内若干套滚动直线导轨副的总载荷。