數(shù)控技術(shù)總復(fù)習(xí)

1、三三. .數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1)1)高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；化，傳動(dòng)鏈較短；2)2)機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度及耐磨性，熱變形機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度及耐磨性，熱變形??；??； 3)3)采用高效率、高精度的傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠、采用高效率、高精度的傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；4)4)加工中心帶有刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置加工中心帶有刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置5)5)采用輔助裝置：冷卻、排屑、防護(hù)、潤(rùn)滑、儲(chǔ)運(yùn)采用輔助裝置：冷卻、排屑、防護(hù)、潤(rùn)滑、儲(chǔ)運(yùn)等裝置等裝置第一章第一章 概概 述述四四.

2、.數(shù)控機(jī)床分類(lèi)數(shù)控機(jī)床分類(lèi)(1)(1)按控制軌跡的特點(diǎn)分類(lèi)按控制軌跡的特點(diǎn)分類(lèi) 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床第一章第一章 概概 述述四四. .數(shù)控機(jī)床分類(lèi)數(shù)控機(jī)床分類(lèi)(2)(2)按伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)按伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi) 開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床區(qū)別：位置檢測(cè)裝置及安裝位置區(qū)別：位置檢測(cè)裝置及安裝位置性能比較：精度、成本、調(diào)試和維護(hù)性能比較：精度、成本、調(diào)試和維護(hù)第一章第一章 概概 述述2.2.脈沖增量插補(bǔ)就是通過(guò)向各坐標(biāo)分配脈沖脈沖增量插補(bǔ)就是

3、通過(guò)向各坐標(biāo)分配脈沖，來(lái)控制機(jī)床坐標(biāo)軸作相互協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)，從，來(lái)控制機(jī)床坐標(biāo)軸作相互協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3.3.數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法就是使用一系列首尾相連數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法就是使用一系列首尾相連的微小直線段來(lái)逼近給定曲線，由于這些微的微小直線段來(lái)逼近給定曲線，由于這些微小線段是根據(jù)程編進(jìn)給速度，按系統(tǒng)給定的小線段是根據(jù)程編進(jìn)給速度，按系統(tǒng)給定的時(shí)間間隔來(lái)進(jìn)行分割，所以又稱(chēng)為時(shí)間間隔來(lái)進(jìn)行分割，所以又稱(chēng)為“時(shí)間分時(shí)間分割法割法”。第二章第二章 插補(bǔ)原理插補(bǔ)原理假設(shè)某閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)周期為假設(shè)某閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)周期為T(mén) Ts s=8ms,=8ms,編程

4、編程進(jìn)給進(jìn)給F=300mm/minF=300mm/min，進(jìn)給倍率為，進(jìn)給倍率為80%80%。1 1）求進(jìn)給速度）求進(jìn)給速度L(mm/L(mm/插補(bǔ)周期插補(bǔ)周期) )？2 2）若插補(bǔ)第三象限的直線）若插補(bǔ)第三象限的直線OE,OE,求每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)求每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的坐標(biāo)增量（的坐標(biāo)增量（X Xi i, ,Y Yi i）？）？3 3）若要插補(bǔ)逆圓）若要插補(bǔ)逆圓SE,SE,且穩(wěn)定進(jìn)給時(shí)某動(dòng)點(diǎn)且穩(wěn)定進(jìn)給時(shí)某動(dòng)點(diǎn)N Ni-1i-1(-(-6mm6mm，8mm),8mm),請(qǐng)用割線法插補(bǔ)出下一個(gè)動(dòng)點(diǎn)請(qǐng)用割線法插補(bǔ)出下一個(gè)動(dòng)點(diǎn)N Ni i的坐標(biāo)值？的坐標(biāo)值？數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法第第3 3章章 計(jì)算機(jī)

5、數(shù)控計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)(CNC)系統(tǒng)系統(tǒng)1.1.主軸功能主軸功能 包括主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)定，正、反轉(zhuǎn)包括主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)定，正、反轉(zhuǎn)及準(zhǔn)停等。及準(zhǔn)停等。2.2.進(jìn)給功能進(jìn)給功能 各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度和主軸每轉(zhuǎn)各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度和主軸每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量。的進(jìn)給量。3.3.準(zhǔn)備功能準(zhǔn)備功能 即即G G功能，包括機(jī)床的基本移動(dòng)功能，包括機(jī)床的基本移動(dòng)、平面的選擇、坐標(biāo)設(shè)定、程序暫停、基準(zhǔn)、平面的選擇、坐標(biāo)設(shè)定、程序暫停、基準(zhǔn)點(diǎn)返回等。點(diǎn)返回等。第一節(jié)第一節(jié)CNCCNC裝置所具備的功能裝置所具備的功能4.4.插補(bǔ)功能插補(bǔ)功能 現(xiàn)代現(xiàn)代CNCCNC裝置多采用軟件插補(bǔ)裝置多采用軟件插補(bǔ)或軟硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)。或軟硬件相結(jié)

6、合實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)。5.5.控制功能及工作臺(tái)分度功能控制功能及工作臺(tái)分度功能 指控制的軸指控制的軸數(shù)及聯(lián)動(dòng)控制的軸數(shù)。數(shù)及聯(lián)動(dòng)控制的軸數(shù)。u“控制軸數(shù)控制軸數(shù)”和和“聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)” 3.13.1CNCCNC裝置所具備的功能裝置所具備的功能第一節(jié)第一節(jié)CNCCNC裝置所具備的功能裝置所具備的功能6.6.輔助功能輔助功能 即即F F功能功能7.7.選刀功能選刀功能 即即T T功能功能8.8.補(bǔ)償功能補(bǔ)償功能 包括刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償和半徑包括刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償。補(bǔ)償。9.9.固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能3.13.1CNCCNC裝置所具備的功能裝置所具備的功能第一節(jié)第一節(jié)CNCCNC裝置所具備的功能

7、裝置所具備的功能10.10.字符、圖形顯示功能字符、圖形顯示功能 實(shí)現(xiàn)零件程序、參數(shù)和刀實(shí)現(xiàn)零件程序、參數(shù)和刀具位置顯示，機(jī)床狀態(tài)及報(bào)警顯示等?，F(xiàn)代具位置顯示，機(jī)床狀態(tài)及報(bào)警顯示等。現(xiàn)代CNCCNC裝裝置還可以進(jìn)行刀具軌跡的動(dòng)靜態(tài)顯示及三維小圖置還可以進(jìn)行刀具軌跡的動(dòng)靜態(tài)顯示及三維小圖形顯示。形顯示。 11.11.診斷功能診斷功能 隨時(shí)檢查不應(yīng)該發(fā)生的事件，如故障隨時(shí)檢查不應(yīng)該發(fā)生的事件，如故障等。等。 12.12.通訊功能通訊功能 通過(guò)串行通訊接口、通過(guò)串行通訊接口、DNCDNC接口及網(wǎng)卡接口及網(wǎng)卡與上位機(jī)及周?chē)臋C(jī)床通訊。與上位機(jī)及周?chē)臋C(jī)床通訊。 13.13.在線自動(dòng)編程功能在線自動(dòng)編程

8、功能 3.13.1CNCCNC裝置所具備的功能裝置所具備的功能第一節(jié)第一節(jié)CNCCNC裝置所具備的功能裝置所具備的功能1 1）單微處理器結(jié)構(gòu)的）單微處理器結(jié)構(gòu)的CNCCNC裝置，裝置，并非只有一個(gè)微處并非只有一個(gè)微處理器理器。有的。有的CNCCNC裝置雖然有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微裝置雖然有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器，而是，只有一個(gè)微處理器能夠控制系處理器，而是，只有一個(gè)微處理器能夠控制系統(tǒng)總線，占有總線資源和訪問(wèn)主存儲(chǔ)器。統(tǒng)總線，占有總線資源和訪問(wèn)主存儲(chǔ)器。2 2）由于只有一個(gè)微處理器能夠控制系統(tǒng)總線和訪）由于只有一個(gè)微處理器能夠控制系統(tǒng)總線和訪問(wèn)主存儲(chǔ)器，多采用問(wèn)主存儲(chǔ)器，多采用“集中控制，分時(shí)處

9、理集中控制，分時(shí)處理”的方式的方式 來(lái)完成各項(xiàng)數(shù)控功能。來(lái)完成各項(xiàng)數(shù)控功能。3.23.2CNCCNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)裝置的硬件結(jié)構(gòu)1 1 單微處理器結(jié)構(gòu)的單微處理器結(jié)構(gòu)的CNCCNC裝置裝置2 2）與單微處理器）與單微處理器CNCCNC裝置相比，多微處理器裝置相比，多微處理器CNCCNC裝置的運(yùn)算速度顯著提高，它適用裝置的運(yùn)算速度顯著提高，它適用于多軸控制、進(jìn)給速度、精度和效率要于多軸控制、進(jìn)給速度、精度和效率要求高的求高的CNCCNC裝置。裝置。3 3）多微處理器）多微處理器CNCCNC裝置一般采用兩種結(jié)構(gòu)型裝置一般采用兩種結(jié)構(gòu)型式，即緊耦合結(jié)構(gòu)和松耦合結(jié)構(gòu)。式，即緊耦合結(jié)構(gòu)和松耦合結(jié)構(gòu)。 2

10、 2 多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNCCNC裝置裝置常見(jiàn)的軟件結(jié)構(gòu)形式有：常見(jiàn)的軟件結(jié)構(gòu)形式有：有前后臺(tái)式軟件結(jié)構(gòu)；有前后臺(tái)式軟件結(jié)構(gòu)；中斷式軟件結(jié)構(gòu)。中斷式軟件結(jié)構(gòu)。功能模塊式軟件結(jié)構(gòu)功能模塊式軟件結(jié)構(gòu)3.33.3CNCCNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu)3 CNC3 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu)第章第章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 刀具半徑補(bǔ)償原理刀具半徑補(bǔ)償原理q 實(shí)時(shí)將編程軌跡變換成刀具中心軌跡?？杀苊庠趯?shí)時(shí)將編程軌跡變換成刀具中心軌跡。可避免在加工中由于刀具半徑的變化加工中由于刀具半徑的變化( (如由于刀具損壞而如由于刀具損壞而換刀等原因換刀等原因) )而重

11、新編程的麻煩，只須修改相應(yīng)而重新編程的麻煩，只須修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可。的偏置參數(shù)即可。q 減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時(shí)，均工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時(shí)，均要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)，而不必為粗、精加工可通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個(gè)程序。各編制一個(gè)程序。1 1 刀具半徑補(bǔ)償功能的必要性刀具半徑補(bǔ)償功能的必要性 B B功能刀具半徑補(bǔ)償為最基本的刀具半徑功能刀具半徑補(bǔ)償為最基本的刀具半徑補(bǔ)償，它

12、補(bǔ)償，它僅根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行僅根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償，計(jì)算本段程序刀具中心的，計(jì)算本段程序刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡。運(yùn)動(dòng)軌跡。 對(duì)于一般的對(duì)于一般的CNCCNC裝置，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓控裝置，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓控制僅限于直線和圓弧。制僅限于直線和圓弧。2 B2 B功能刀具半徑補(bǔ)償功能刀具半徑補(bǔ)償 3.1 C3.1 C刀補(bǔ)的基本設(shè)計(jì)思想刀補(bǔ)的基本設(shè)計(jì)思想 為了解決下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡為了解決下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響，在計(jì)算完本段刀具中心軌跡后，的影響，在計(jì)算完本段刀具中心軌跡后，提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)它們之提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)接

13、的具體情況，再對(duì)本段刀具中心軌間轉(zhuǎn)接的具體情況，再對(duì)本段刀具中心軌跡作適當(dāng)?shù)男拚?，得到正確的本段刀具中跡作適當(dāng)?shù)男拚玫秸_的本段刀具中心軌跡。心軌跡。 3 C3 C功能刀具半徑補(bǔ)償功能刀具半徑補(bǔ)償?shù)谡碌谡?計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 進(jìn)給速度和加減速控制進(jìn)給速度和加減速控制 在閉環(huán)在閉環(huán)CNCCNC裝置中，加減速控制多數(shù)都采用軟件裝置中，加減速控制多數(shù)都采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可放在插補(bǔ)前，也可放在插補(bǔ)后進(jìn)行。來(lái)實(shí)現(xiàn)，可放在插補(bǔ)前，也可放在插補(bǔ)后進(jìn)行。放在插補(bǔ)前的加減速控制稱(chēng)為前加減速控制；放在插補(bǔ)前的加減速控制稱(chēng)為前加減速控制；放在插補(bǔ)后的加減速控制稱(chēng)為后加減速控制。放在插補(bǔ)后的

14、加減速控制稱(chēng)為后加減速控制。2. 2. 閉環(huán)閉環(huán)CNCCNC裝置的進(jìn)給速度及加減速控制裝置的進(jìn)給速度及加減速控制 放在插補(bǔ)前的加減速控制稱(chēng)為前加減速控制。放在插補(bǔ)前的加減速控制稱(chēng)為前加減速控制。 前加減速控制僅對(duì)程編指令速度進(jìn)行控制，其優(yōu)前加減速控制僅對(duì)程編指令速度進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)影響實(shí)際插補(bǔ)輸出的位置精度，但需預(yù)點(diǎn)是不會(huì)影響實(shí)際插補(bǔ)輸出的位置精度，但需預(yù)測(cè)減速點(diǎn)。測(cè)減速點(diǎn)。2. 2. 閉環(huán)閉環(huán)CNCCNC裝置的進(jìn)給速度及加減速控制裝置的進(jìn)給速度及加減速控制 放在插補(bǔ)后的加減速控制稱(chēng)為后加減速控制。放在插補(bǔ)后的加減速控制稱(chēng)為后加減速控制。 后加減速控制是對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸分別進(jìn)行控制，這種后加減

15、速控制是對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸分別進(jìn)行控制，這種控制無(wú)需預(yù)測(cè)減速點(diǎn)，但容易造成各坐標(biāo)軸合成控制無(wú)需預(yù)測(cè)減速點(diǎn)，但容易造成各坐標(biāo)軸合成位置不準(zhǔn)確。位置不準(zhǔn)確。 2. 2. 閉環(huán)閉環(huán)CNCCNC裝置的進(jìn)給速度及加減速控制裝置的進(jìn)給速度及加減速控制第第4 4章章 數(shù)控檢測(cè)技術(shù)數(shù)控檢測(cè)技術(shù)1 1）組成：）組成： 位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件（傳感器）和位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置組成的。信號(hào)處理裝置組成的。 一般安裝在工作臺(tái)、絲杠或電機(jī)上，形成一般安裝在工作臺(tái)、絲杠或電機(jī)上，形成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。閉環(huán)或半閉環(huán)控制。 1. 1. 位置檢測(cè)裝置組成和作用位置檢測(cè)裝置組成和作用2 2）作用：）作用： 實(shí)

16、時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件實(shí)際位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件實(shí)際位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。 1. 1. 位置檢測(cè)裝置組成和作用位置檢測(cè)裝置組成和作用2 2）作用：）作用：它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它的精度對(duì)閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度起著它的精度對(duì)閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度起著決定性決定性的的作用。作用。 1. 1. 位置檢測(cè)裝置組成和作用位置檢測(cè)裝置組成和作用1 1）系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度

17、是指在一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角內(nèi)測(cè)量積累誤差是指在一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角內(nèi)測(cè)量積累誤差的最大值，目前一般直線位移測(cè)量精度已達(dá)到的最大值，目前一般直線位移測(cè)量精度已達(dá)到0.0020.0020.02mm/m0.02mm/m，回轉(zhuǎn)角位移測(cè)量精度已達(dá)到，回轉(zhuǎn)角位移測(cè)量精度已達(dá)到1010/360/360。2 2）系統(tǒng)分辨率系統(tǒng)分辨率是測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移是測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量，目前直線位移的分辨率為量，目前直線位移的分辨率為0.0010.0010.01mm0.01mm，角，角位移分辨率為位移分辨率為2 2。3 3）靈敏度靈敏度是傳感器對(duì)信號(hào)的響應(yīng)能力，靈敏度越高是傳感器對(duì)信號(hào)的響應(yīng)能力，靈敏度越高越

18、好。越好。 3 3 位置檢測(cè)裝置的性能指標(biāo)位置檢測(cè)裝置的性能指標(biāo)4 4）遲滯遲滯 對(duì)某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量對(duì)某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量與反行程的輸出量的不一致，稱(chēng)為遲滯。與反行程的輸出量的不一致，稱(chēng)為遲滯。遲滯越遲滯越小越好。小越好。5 5）測(cè)量范圍和量程測(cè)量范圍和量程 能滿足機(jī)床加工的要求。能滿足機(jī)床加工的要求。6 6）零漂零漂與與溫漂溫漂 零漂是指沒(méi)有信號(hào)時(shí)傳感器輸出的零漂是指沒(méi)有信號(hào)時(shí)傳感器輸出的穩(wěn)定性。溫漂是指溫度變化時(shí)對(duì)傳感器參數(shù)的影穩(wěn)定性。溫漂是指溫度變化時(shí)對(duì)傳感器參數(shù)的影響。零漂與溫漂越小越好。響。零漂與溫漂越小越好。 3 3 位置檢測(cè)裝置的性能指標(biāo)位置檢測(cè)裝

19、置的性能指標(biāo)1)1)工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；2)2)滿足精度、分辨率、測(cè)量范圍的要求；滿足精度、分辨率、測(cè)量范圍的要求；3)3)對(duì)高速動(dòng)態(tài)信號(hào)能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量和處理；對(duì)高速動(dòng)態(tài)信號(hào)能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量和處理；4)4)使用維護(hù)方便；使用維護(hù)方便；5)5)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；6)6)成本低。成本低。 4 4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求第第4 4章章 數(shù)控檢測(cè)技術(shù)數(shù)控檢測(cè)技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 編碼器編碼器編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測(cè)角位移的傳感編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測(cè)角位移的傳感器，并將角位移用數(shù)字器，并將角位移用數(shù)字( (脈沖脈沖) )

20、形式表示，形式表示，故又為脈沖編碼器。故又為脈沖編碼器?？勺鳛槲恢脵z測(cè)和速可作為位置檢測(cè)和速度檢測(cè)裝置。度檢測(cè)裝置。它是數(shù)控機(jī)床上使用最為廣泛的位置檢測(cè)它是數(shù)控機(jī)床上使用最為廣泛的位置檢測(cè)裝置，也可以用于速度檢測(cè)。裝置，也可以用于速度檢測(cè)。 第二節(jié)第二節(jié) 編碼器編碼器 根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測(cè)軸的角位移根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測(cè)軸的角位移 根據(jù)脈沖的頻率可得被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)脈沖的頻率可得被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速； 根據(jù)根據(jù)A A、B B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向。 后續(xù)電路可利用后續(xù)電路可利用A A、B B兩相的兩相的9090相位差進(jìn)行細(xì)分相位差

21、進(jìn)行細(xì)分處理（四倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。處理（四倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。 A A、B B兩相的作用：兩相的作用：被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào); ;被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。 Z Z相的作用相的作用: : 碼盤(pán)按其所用碼制可分為碼盤(pán)按其所用碼制可分為二進(jìn)制碼、循環(huán)碼二進(jìn)制碼、循環(huán)碼( (格雷格雷碼碼) )、十進(jìn)制碼、六十進(jìn)制碼等。、十進(jìn)制碼、六十進(jìn)制碼等。絕對(duì)式脈沖編碼器絕對(duì)式脈沖編碼器000000000010000001001111 碼盤(pán)按其所用碼制可分為碼盤(pán)按其所用碼制可分為二進(jìn)制碼、循環(huán)碼二進(jìn)制碼、循環(huán)碼( (格雷格雷碼碼) )、十進(jìn)制碼、六十進(jìn)制碼等。、十進(jìn)

22、制碼、六十進(jìn)制碼等。絕對(duì)式脈沖編碼器絕對(duì)式脈沖編碼器1. 1. 某絕對(duì)式脈沖編碼器的碼盤(pán)采用某絕對(duì)式脈沖編碼器的碼盤(pán)采用純二進(jìn)制，共有純二進(jìn)制，共有4 4個(gè)碼道，當(dāng)某位個(gè)碼道，當(dāng)某位置輸出的編碼數(shù)置輸出的編碼數(shù)為為000011111111時(shí)，請(qǐng)時(shí)，請(qǐng)計(jì)算該位置相對(duì)計(jì)算該位置相對(duì)0 0位置轉(zhuǎn)過(guò)了多少位置轉(zhuǎn)過(guò)了多少度？度？ 光柵尺指的是標(biāo)尺光柵和指示光柵，根據(jù)光柵尺指的是標(biāo)尺光柵和指示光柵，根據(jù)制造方法和光學(xué)原理的不同，光柵可分為制造方法和光學(xué)原理的不同，光柵可分為透射光柵和反射光柵。透射光柵和反射光柵。 1 1 光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)2)2)莫爾條紋的形成莫爾條紋的形成

23、 形成亮帶的間距形成亮帶的間距B B與線紋夾角與線紋夾角的關(guān)系為的關(guān)系為: : 2 2 直線透射光柵的工作原理直線透射光柵的工作原理2sin2WWB（1 1）放大作用；）放大作用；B=/B=/（2 2）誤差均化作用；）誤差均化作用；（3 3）利用莫爾條紋測(cè)量位移。）利用莫爾條紋測(cè)量位移。 3 3） 莫爾條紋有如下特點(diǎn)莫爾條紋有如下特點(diǎn)第第5 5章章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)伺服系統(tǒng)（伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)伺服系統(tǒng)（Servo systemServo system），是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。動(dòng)控

24、制系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置( (計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)) )和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它接受來(lái)自節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它接受來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，最終轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，最終轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。1.1.數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)及其組成數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)及其組成1 1）精度高）精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。程度。包括定位精度和輪廓加工精度。2 2）穩(wěn)定性好）穩(wěn)定

25、性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。糙度。3.3.數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求3 3）快速響應(yīng)）快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。映了系統(tǒng)的跟蹤精度。4 4）調(diào)速范圍寬）調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求伺服系統(tǒng)能提供的最調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求伺服系統(tǒng)能提供的

26、最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。0 024m / min24m / min。3.3.數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求5 5）低速大轉(zhuǎn)矩）低速大轉(zhuǎn)矩 進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。3.3.數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求第二節(jié)第二節(jié)

27、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電機(jī)。角位移或線位移的控制電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的角位移步進(jìn)電機(jī)的角位移( (或線位移或線位移) )取決于脈沖數(shù)取決于脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率，旋轉(zhuǎn)（或移動(dòng)）的，轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率，旋轉(zhuǎn)（或移動(dòng)）的方向取決于分配脈沖的相序。方向取決于分配脈沖的相序。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是步進(jìn)形式的，故稱(chēng)為步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是步進(jìn)形式的，故稱(chēng)為步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)。2 2）步進(jìn)電機(jī)的工作方式）步進(jìn)電機(jī)的工作方式1) 1) 步距角步距角 步距角和步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、通電方式及電機(jī)轉(zhuǎn)步距角和步進(jìn)電機(jī)的相

28、數(shù)、通電方式及電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)的關(guān)系如下：子齒數(shù)的關(guān)系如下： 式中式中步進(jìn)電機(jī)的步距角；步進(jìn)電機(jī)的步距角； m m電機(jī)相數(shù)；電機(jī)相數(shù)； Z Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)； K K系數(shù)，相鄰兩次通電相數(shù)相同，系數(shù)，相鄰兩次通電相數(shù)相同，K K1 1， 相鄰兩次通電相數(shù)不同，相鄰兩次通電相數(shù)不同，K K2 2。KmZ3602. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)2 )2 )最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩 該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱(chēng)為最大靜轉(zhuǎn)該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱(chēng)為最大靜轉(zhuǎn)矩。矩。2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)3) 3) 最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 圖圖5-85-8為三

29、相單三拍矩角特性曲線，它們?yōu)槿鄦稳木亟翘匦郧€，它們的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機(jī)的最大啟的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)4) 4) 啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率 空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然起動(dòng)，空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然起動(dòng)，并進(jìn)入不失步的正常運(yùn)行的最高頻率，稱(chēng)并進(jìn)入不失步的正常運(yùn)行的最高頻率，稱(chēng)為啟動(dòng)頻率或突跳頻率。為啟動(dòng)頻率或突跳頻率。加給步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖頻率如大于啟動(dòng)加給步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖頻率如大于啟動(dòng)頻率，就不能正常工作。頻率，就不能正常工作。2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)4) 4

30、) 啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率 步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載（尤其是慣性負(fù)載）下步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載（尤其是慣性負(fù)載）下的啟動(dòng)頻率比空載要低。而且，隨著負(fù)載的啟動(dòng)頻率比空載要低。而且，隨著負(fù)載加大（在允許范圍內(nèi)），啟動(dòng)頻率會(huì)進(jìn)一加大（在允許范圍內(nèi)），啟動(dòng)頻率會(huì)進(jìn)一步降低。步降低。2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)5 )啟動(dòng)矩頻特性啟動(dòng)矩頻特性 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶著一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶著一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩作用在電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)矩越小，電動(dòng)機(jī)就越不易轉(zhuǎn)起來(lái)，只有當(dāng)矩越小

31、，電動(dòng)機(jī)就越不易轉(zhuǎn)起來(lái)，只有當(dāng)每步有較長(zhǎng)的加速時(shí)間（采用較低的脈沖每步有較長(zhǎng)的加速時(shí)間（采用較低的脈沖頻率）時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。頻率）時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)5 )啟動(dòng)矩頻特性啟動(dòng)矩頻特性 因此，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)間確定因此，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)間確定時(shí)，其啟動(dòng)頻率隨著負(fù)時(shí)，其啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載的增加而下降。載的增加而下降。 描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻率與負(fù)載力矩的關(guān)系曲率與負(fù)載力矩的關(guān)系曲線稱(chēng)做啟動(dòng)矩頻特性。線稱(chēng)做啟動(dòng)矩頻特性。2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)6 )運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性 運(yùn)行矩頻特性是描述步進(jìn)運(yùn)行矩頻特性是

32、描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系（見(jiàn)圖的關(guān)系（見(jiàn)圖5-205-20），該），該特性上每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的特性上每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。2. 2. 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)1 ) 步距角選擇步距角選擇 脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量用下式計(jì)算：用下式計(jì)算： 式中式中 S絲杠導(dǎo)程（絲杠導(dǎo)程（mmmm）；）； 步距角；步距角； i傳動(dòng)比。傳動(dòng)比。第五章第五章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 第三節(jié)第三節(jié) 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)i360S3. 3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇1 )步距角選擇步

33、距角選擇 例例 在圖示開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中在圖示開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中, , 傳動(dòng)比傳動(dòng)比i i=Z2/Z1=2.5 =Z2/Z1=2.5 , ,步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間有一級(jí)變速步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間有一級(jí)變速, ,絲杠導(dǎo)程為絲杠導(dǎo)程為p=6mm,p=6mm,該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量=0.01mm,=0.01mm,，求步進(jìn)電，求步進(jìn)電機(jī)的步距角機(jī)的步距角? ?如果工作臺(tái)的最大移動(dòng)速度為如果工作臺(tái)的最大移動(dòng)速度為6m/min,6m/min,求步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率？求步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率？3. 3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇2 )最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇Tjmax 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須

34、保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩大于機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TF F，如此，如此才能保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可靠地運(yùn)行。才能保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可靠地運(yùn)行。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩選擇必須滿足：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩選擇必須滿足： T TF F(0.2(0.20.4)T0.4)Tjmaxjmax3. 3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇2 )最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇Tjmax 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TF由切削力由切削力F F和工和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力組成，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力組成，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為算公式為 式中式中:F:F運(yùn)動(dòng)方向的切削抗力；運(yùn)動(dòng)方向的切削抗力；u u導(dǎo)軌摩擦系導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；數(shù)；W W工件及工作臺(tái)重量（工件及工作臺(tái)重量（kgkg）;齒輪和絲齒輪和絲杠的傳動(dòng)總效率；杠的傳動(dòng)總效率； i i減速比。減速比。)N(i210S)uWF(T3Fm3. 3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇3) 3) 啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率f fq q的選擇的選擇 依據(jù)機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率依據(jù)機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率fqF，根據(jù)下式可，根據(jù)下式可選擇步進(jìn)電