智能制造裝備電氣傳動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試張斌部分參考答案

思考與練習(xí)題1參考答案1.繪制數(shù)控車床的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖。操作操作面板I/O裝置系統(tǒng)鍵盤PLC數(shù)控裝置CNC機床I/O電路和裝置主軸驅(qū)動器主軸電機進給伺服驅(qū)動器主軸傳動機構(gòu)滾珠絲杠螺母檢測裝置X、Z等各進給驅(qū)動軸傳動機構(gòu)輔助裝置刀架卡盤2.討論數(shù)控機床主軸與進給驅(qū)動在數(shù)控機床上分別起什么作用？各自有什么特點？ 進給伺服系統(tǒng)主要控制工作臺或刀架沿各坐標軸的運動，一般做直線運動，是一個位置、速度雙閉環(huán)系統(tǒng)；主軸控制刀具的旋轉(zhuǎn)（如銑床、加工中心）或工件的旋轉(zhuǎn)（如數(shù)控車床），一般做旋轉(zhuǎn)運動，是一個速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3.數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)是一個位置、速度雙閉環(huán)的結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。4.比較數(shù)控機床的開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)各自的特點及應(yīng)用場合。 開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有檢測裝置，主要是由功率步進電動機來驅(qū)動滾珠絲杠螺母副的運動。結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，調(diào)試方便，成本很低。適應(yīng)于加工精度要求不高、驅(qū)動力矩不大的簡易經(jīng)濟型數(shù)控機床。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)用光柵尺、感應(yīng)同步器或旋轉(zhuǎn)變壓器等位置檢測裝置檢測了機床移動部件的實際位移，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差，具有很高的位置控制精度。位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當困難，主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測元件不直接安裝在最終的運動部件上，而是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床傳動絲杠上安裝有角度檢測裝置，通過絲杠的轉(zhuǎn)角間接的檢測移動部件的最終位置，這類系統(tǒng)因為不包括機械的非線性因素在內(nèi)，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，但是傳動鏈的誤差不能得到檢測，這種系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。通過參數(shù)對反向間隙和螺距誤差進行補償，可以獲得比較滿意的精度，所以在數(shù)控機床得到廣泛應(yīng)用。思考與練習(xí)題2參考答案1.數(shù)控機床主軸主要作旋轉(zhuǎn)運動，金屬加工的切削力主要由主軸驅(qū)動提供。2.數(shù)控機床對主軸有哪些控制要求？ 根據(jù)主軸運動的特點及在機床上的作用，數(shù)控機床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要有以下幾方面的要求：（1）具有足夠的功率；（2）主軸有較寬的調(diào)速范圍；（3）端面加工時配合進給實現(xiàn)恒線速度；（4）主軸定向控制；（5）加工螺紋時與進給實行同步控制。3.機床主軸的傳動主要有哪些連接形式？ （1）采用齒輪傳動或帶傳動的定比傳動；（2）經(jīng)過二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列；（3）電動機與主軸用聯(lián)軸器同軸連接。4.對比數(shù)控機床主軸的幾種配置方案，將它們各自的特點及應(yīng)用場合填寫入表2.1中。表2.1數(shù)控機床主軸配置方案方案設(shè)備配置特點應(yīng)用場合機械調(diào)速普通三相異步電動機+齒輪變速箱控制簡單，只需要數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制主軸電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，主軸電動機始終工作在額定轉(zhuǎn)速，輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。機床的調(diào)速通過齒輪換檔實現(xiàn)，只能實現(xiàn)有級調(diào)速。工作過程中噪音比較大。適合加工產(chǎn)品比較單一，對主軸速度沒有太高要求。不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。變頻驅(qū)動變頻器+三相異步電動機可實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速，在低速工作時，輸出力矩會降低，一般會采用兩檔齒輪或皮帶變速來提高低速時的輸出力矩。目前經(jīng)濟型數(shù)控機床比較常用的主軸配置方案。直流驅(qū)動直流調(diào)速器+直流電動機利用直流電動機優(yōu)良的調(diào)速性能，低速性能好，調(diào)速范圍寬，起動力矩大，響應(yīng)快，性能優(yōu)良。但由于直流電動機有機械換向機構(gòu)，因此維護工作量較大，電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。主要應(yīng)用于大型機床，小機床很少采用。伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動器+主軸伺服電動機具有調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快、速度高、剛性強、過載能力強等特點，不僅可以實現(xiàn)速度連續(xù)可調(diào)，還可以實現(xiàn)主軸定向、剛性攻螺紋、Cs輪廓控制、主軸定位等主軸伺服特殊功能，價格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動系統(tǒng)的2-3倍以上。主要應(yīng)用在加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動換刀、剛性攻絲、主軸C軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。思考與練習(xí)題2參考答案1.數(shù)控機床主軸主要作旋轉(zhuǎn)運動，金屬加工的切削力主要由主軸驅(qū)動提供。2.數(shù)控機床對主軸有哪些控制要求？ 根據(jù)主軸運動的特點及在機床上的作用，數(shù)控機床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要有以下幾方面的要求：（1）具有足夠的功率；（2）主軸有較寬的調(diào)速范圍；（3）端面加工時配合進給實現(xiàn)恒線速度；（4）主軸定向控制；（5）加工螺紋時與進給實行同步控制。3.機床主軸的傳動主要有哪些連接形式？ （1）采用齒輪傳動或帶傳動的定比傳動；（2）經(jīng)過二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列；（3）電動機與主軸用聯(lián)軸器同軸連接。4.對比數(shù)控機床主軸的幾種配置方案，將它們各自的特點及應(yīng)用場合填寫入表2.1中。表2.1數(shù)控機床主軸配置方案方案設(shè)備配置特點應(yīng)用場合機械調(diào)速普通三相異步電動機+齒輪變速箱控制簡單，只需要數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制主軸電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，主軸電動機始終工作在額定轉(zhuǎn)速，輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。機床的調(diào)速通過齒輪換檔實現(xiàn)，只能實現(xiàn)有級調(diào)速。工作過程中噪音比較大。適合加工產(chǎn)品比較單一，對主軸速度沒有太高要求。不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。變頻驅(qū)動變頻器+三相異步電動機可實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速，在低速工作時，輸出力矩會降低，一般會采用兩檔齒輪或皮帶變速來提高低速時的輸出力矩。目前經(jīng)濟型數(shù)控機床比較常用的主軸配置方案。直流驅(qū)動直流調(diào)速器+直流電動機利用直流電動機優(yōu)良的調(diào)速性能，低速性能好，調(diào)速范圍寬，起動力矩大，響應(yīng)快，性能優(yōu)良。但由于直流電動機有機械換向機構(gòu)，因此維護工作量較大，電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。主要應(yīng)用于大型機床，小機床很少采用。伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動器+主軸伺服電動機具有調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快、速度高、剛性強、過載能力強等特點，不僅可以實現(xiàn)速度連續(xù)可調(diào)，還可以實現(xiàn)主軸定向、剛性攻螺紋、Cs輪廓控制、主軸定位等主軸伺服特殊功能，價格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動系統(tǒng)的2-3倍以上。主要應(yīng)用在加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動換刀、剛性攻絲、主軸C軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。思考與練習(xí)題3參考答案1、按照拖動電動機的類型進行分類，調(diào)速系統(tǒng)分為交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)。2、調(diào)速系統(tǒng)一般包含調(diào)速、穩(wěn)速和加、減速三方面的內(nèi)容。3、什么是調(diào)速范圍？什么是靜差率？電動機在額定負載下調(diào)速時，它的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比，稱為調(diào)速范圍，用字母D表示，即；當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱為靜差率，用表示。4、調(diào)速范圍D、靜差率S和速度降之間存在什么關(guān)系？ 5、某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500-150r/min，要求s=5%，系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是90r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為多大？ 解：， ， 。6、簡述直流電動機的工作原理。 先給定子的勵磁繞組通入直流電產(chǎn)生的磁場，然后轉(zhuǎn)子的電樞繞組通入直流電，根據(jù)楞次定律，通電的導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生力，形成電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，借助于換向器和電刷的作用，加于直流電動機的直流電源變?yōu)殡姌芯€圈中的交變電流，使流過線圈中的電流方向發(fā)生了改變，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向恒定不變，直流電動機的轉(zhuǎn)子就連續(xù)旋轉(zhuǎn)起來。 改變勵磁電源或電樞電源的正負，直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變。7、有哪些類型的直流電動機？ 直流電動機根據(jù)勵磁的不同，可分為他勵直流電動機、永磁直流電動機、串勵直流電動機、并勵直流電動機、復(fù)勵直流電動機。8、寫出直流電動機的速度方程，直流電動機有哪些調(diào)速方法，常用的是什么調(diào)速方法？ 通過轉(zhuǎn)速方程，可以看出有三種方法可調(diào)節(jié)直流電動機的轉(zhuǎn)速：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻。工程上常用調(diào)節(jié)電樞供電電壓進行調(diào)速。9、簡述轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程。 當開始起動時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器迅速進入飽和狀態(tài)，強迫電流調(diào)節(jié)器的電流迅速上升，很快達到電流最大值，然后電流調(diào)節(jié)器起主要作用，保持電流在最大值恒定不變，轉(zhuǎn)速迅速上升，是恒流升速階段，獲得理想的起動特性，是起動過程的主要階段，當轉(zhuǎn)速達到目標，由于慣性，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升出現(xiàn)超調(diào)，然后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，進入到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。10、簡述轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中ASR與ACR的作用。 （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化，保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差；對負載變化起抗干擾作用；其輸出限幅值決定電樞主回路的最大允許電流。 （2）電流調(diào)節(jié)器的作用：起動時保證獲得允許的最大電流；在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，使電樞電流跟隨其給定電壓變化；對電網(wǎng)電壓波動起抗擾作用；當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，可以限制電流的最大值，起到安全保護作用。11、直流調(diào)速器需要為直流電動機提供勵磁電源和電樞電源。12、若數(shù)控機床采用西門子802C數(shù)控系統(tǒng)，主軸采用英杰電氣的M1D10直流調(diào)速器組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)如何實現(xiàn)主軸控制？（略）13、若數(shù)控機床采用發(fā)那科0i-TD數(shù)控系統(tǒng)，主軸采用英杰電氣的M1D10直流調(diào)速器組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)如何實現(xiàn)主軸控制？（略）14、在實訓(xùn)操作中，當啟動按鈕未按下時，為什么勵磁輸入電源的電壓為AC220V時，輸出的電壓為DC200V左右；而電樞輸入電源的電壓為AC220V，輸出的電壓應(yīng)為0V?（略）15、通過在任務(wù)實施中修改P、I、D參數(shù)調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的實踐中，總結(jié)P、I、D參數(shù)對控制系統(tǒng)性能有什么影響？ （略）思考與練習(xí)題4參考答案1、簡述交流異步感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)組成。三相交流異步感應(yīng)電動機由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙。定子由鐵心、繞組、機座三部分組成。鐵心由0.5mm的硅鋼片疊壓而成；繞組由漆包線繞制而成，三相電動機有三個繞組，三相繞組連接成星形或三角形；機座一般用鑄鐵作成，主要用于固定和支撐定子鐵心。轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組組成。轉(zhuǎn)子同樣由硅鋼片疊壓而成,壓裝在轉(zhuǎn)軸上；轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和線繞式兩種。線繞式異步電動機還有滑環(huán)、電刷機構(gòu)。在電動機的兩端還有端蓋，尾部還有風(fēng)扇及風(fēng)扇罩等。2、簡述三相交流異步感應(yīng)電動機的工作原理。（1）三相正弦交流電通入電動機定子的三相繞組,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，將旋轉(zhuǎn)磁場的速度稱為同步轉(zhuǎn)速；（2）旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,產(chǎn)生感應(yīng)電勢；（3）轉(zhuǎn)子繞組中感生電流；（4）轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生力,形成電磁轉(zhuǎn)矩,電動機就轉(zhuǎn)動起來了。改變?nèi)嘟涣麟姷南嘈颍筛淖冸妱訖C旋轉(zhuǎn)方向。3、圖4.40、圖4.41是兩臺三相交流電動機的銘牌實例，討論下面的問題：（1）這兩臺電動機同步轉(zhuǎn)速各自是多少？各自有幾對磁極？各自的轉(zhuǎn)差率是多少？（2）這兩臺電動機能否采用Y/△降壓起動？（3）這兩臺電動機應(yīng)該怎么接線？圖4.40電動機銘牌1圖4.41電動機銘牌2（1）第一臺電動機額定轉(zhuǎn)速為1390r/min，所以同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，即則P=2，有兩對磁極，其轉(zhuǎn)差率為； 第二臺電動機的額定轉(zhuǎn)速為2900r/min，所以同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，則p=1，有一對磁極，其轉(zhuǎn)差率。（2）第一臺電機不能采用Y/△降壓起動，因為根據(jù)銘牌，正常工作時，當電動機接為Y時，繞組電壓為380V，但當接為△時，繞組的電壓為220V；第二臺電動機可以采用Y/△降壓起動，因為根據(jù)銘牌，電動機正常工作時，繞組連接為△，額定工作電壓為380V。（3）第一臺電動機正常工作時，可接為Y，工作電壓為380V，當接為△時，工作電壓為220V；第二臺電動機正常工作時，連接為△，輸入電壓為380V。4、寫出交流異步感應(yīng)電動機的速度方程，交流異步感應(yīng)電動機可以有哪些調(diào)速方法？工程中常采用哪種調(diào)速方法？ ，可以改變磁極對數(shù)P、改變轉(zhuǎn)差率S，變頻調(diào)速等三種方法，工程上常采用變頻調(diào)速。5、交流電動機變頻調(diào)速時為什么改變頻率的同時要改變電壓？變頻調(diào)速在改變頻率的同時也需要改變電壓的大小，保持近似為一常數(shù)，保持磁通量為額定值，這是交流變頻調(diào)速的控制核心。只有保持電動機磁通恒定才能保證電動機出力，才能獲得理想的調(diào)速效果。6、什么是恒壓頻比控制方式？ 在變頻調(diào)速的過程中，改變頻率的同時，也要改變定子的電壓，讓，稱為恒壓頻比的控制方式。7、恒壓頻比控制方式適合基頻以下調(diào)速，基頻以下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。8、變頻器的作用是什么？ 變頻器是將恒壓恒頻的交流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都連續(xù)可調(diào)的三相交流電源的裝置，以達到變頻調(diào)速的目的。9、變頻器一般由整流電流、濾波電路、制動電路、逆變電路以及控制電路幾部分組成。10、什么是面積等效原理？ 沖量（窄脈沖的面積）相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，這是面積等效原理。11、什么是脈沖寬度調(diào)制（PWM）？ 用一系列等幅等寬的脈沖序列來獲得不同頻率不同電壓的變頻調(diào)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。12、什么是SPWM？ 將一個正弦半波分為N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，而脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種變頻調(diào)速的方法稱為正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM。13、變頻器有哪些類型？ （1）根據(jù)變流環(huán)節(jié)分：交-直-交變頻器和交-交變頻器；（2）根據(jù)直流電路的濾波方式分：電壓源型變頻器和電流源型變頻器；（3）根據(jù)控制方式分：恒壓頻比的變頻器、矢量控制方式變頻器和直接轉(zhuǎn)矩控制方式變頻器；（4）根據(jù)輸入電源的相數(shù)分：單相變頻器和三相變頻器。14、選擇變頻器主要考慮哪些方面的因素？ 首先根據(jù)變頻器的用途和負載類型確定選用變頻器類型：通用變頻器、高性能變頻器還是專用變頻器；再根據(jù)負載的大小確定變頻器的容量；最后需要考慮變頻器是室內(nèi)還是戶外使用，是否需要防爆隔爆，是否需要制動電阻或電抗器等輔助配件。15、如果使用發(fā)那科0iD系列數(shù)控系統(tǒng)，使用G110變頻器，設(shè)計變頻主軸的電氣原理圖。 （略）16、為抑止變頻器的干擾，在使用變頻器時應(yīng)采取哪些抗干擾措施？ 變頻器與電動機的連接電纜需要使用屏蔽電纜，電動機與變頻器需要可靠接地，變頻器的輸入端可以采用輸入電抗器，變頻器的控制信號電纜可以選用屏蔽信號線。思考與練習(xí)題5參考答案1、進給伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床上的作用是什么？ 帶動裝有工件的工作臺或裝有刀具的刀架沿各坐標軸移動，或繞著某個坐標軸旋轉(zhuǎn)一定的角度。2、數(shù)控機床對進給軸有哪些控制要求？ （1）穩(wěn)定性好；（2）精度高；（3）響應(yīng)速度快且無超調(diào)；（4）調(diào)速范圍寬；（5）低速大轉(zhuǎn)矩；（6）可逆運行。3、進給伺服系統(tǒng)最終的目的是控制位置；控制位置的前提是控制速度。4、對比數(shù)控機床進給伺服的幾種配置方案，將各自的特點及應(yīng)用場合填寫入表5.1中。表5.1進給伺服系統(tǒng)配置方案總結(jié)比較方案設(shè)備配置特點應(yīng)用場合開環(huán)進給伺服系統(tǒng)步進驅(qū)動器+步進電動機無位置反饋檢測裝置，步進電動機步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動誤差都會反映在零件上，影響零件的精度。機床運動精度主要取決于步進電動機和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉。在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用，一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器+伺服電機利用伺服電動機自帶的編碼器作位置和速度檢測，在半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高用于中低端機床全閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器+伺服電機+光柵尺可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量，具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當困難。成本高用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等思考與練習(xí)題6參考答案1、步進電動機的轉(zhuǎn)速與頻率有什么關(guān)系？工作臺的移動速度與頻率有什么關(guān)系？ 步進電機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比， 工作臺的移動速度與頻率成正比2、一個四相步進電動機轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40，如果采用四相八拍通電，寫出一個通電循環(huán)，并計算其步距角。 四相八拍的一個通電循環(huán)：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 3、什么是數(shù)控機床的脈沖當量？ 步距角對應(yīng)工作臺的移動量是工作臺的最小運動單位，稱為脈沖當量。4、三相步進電動機轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=60，（1）三拍通電方式時其步距角是多少？六拍通電方式時其步距角是多少？（2）當信號的頻率f=1kHz時，步進電動機的轉(zhuǎn)速是多少？（3）若絲杠螺距t=10mm，傳動比是1，采用三相六拍通電方式，脈沖當量是多少？工作臺移動的速度是多少？（1）；（2）三拍通電時： 六拍通電時：（3） 5、一臺機床的脈沖當量是0.01mm,絲杠螺距為10mm，傳動比為1，請選擇步進電動機的步距角至少應(yīng)為多少？ 6、為什么隨著信號頻率的升高，步進電動機帶動的負載越來越?。?電動機的定子繞組是一個感性負載，在給其加入脈沖電源時，電感中的電流不能突變，并且在電源通斷時會產(chǎn)生反向電動勢，阻礙電流的上升。當脈沖電源的頻率高時，在電感中的電流還沒有上升到一定高度時，電源又斷掉了，而且頻率越高，電流上升達到的高度會更小，這樣在定子繞組中的有效電流值會減小，這樣所能產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩就會下降，所以能帶動的負載也就會減小。7、記錄實驗臺步進電動機的型號參數(shù)，計算步進電動機的轉(zhuǎn)子有多少個齒？若絲杠螺距為5mm，計算脈沖當量是多少？當信號頻率f=1kHz時，步進電動機轉(zhuǎn)速是多少？工作臺移動的速度是多少？當細分參數(shù)設(shè)置為128時，計算機床的脈沖當量是多少？步進電動機的轉(zhuǎn)速和工作臺移動的速度分別是多少？ 根據(jù)具體的步進電動機完成該題。思考與練習(xí)題7參考答案1、伺服電動機由哪幾部分組成？ 包括定子、轉(zhuǎn)子和檢測裝置，有的還包括制動裝置。2、簡述伺服電動機的工作原理。給三相定子繞組加入對稱的三相交流電后，流過繞組的電流在定子、轉(zhuǎn)子氣隙中建立旋轉(zhuǎn)磁場，因為轉(zhuǎn)子采用永磁體結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)磁場就吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。改變?nèi)嘟涣麟姷念l率，就可以改變電動機旋轉(zhuǎn)的速度。當三相交流電的頻率降為0時，轉(zhuǎn)子會被鎖住不動。3、交流永磁同步伺服電動機與三相交流異步感應(yīng)電動機在結(jié)構(gòu)組成、工作原理上有什么不同？ 它們的定子一樣，都有鐵芯和三相繞組組成，交流永磁同步伺服電動機轉(zhuǎn)子是永磁體，而三相交流異步感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子由鐵芯、繞組（繞線式）或鈾條焊成的金屬籠（鼠籠式），伺服電機尾部有檢測裝置，而異步感應(yīng)電動機沒有檢測裝置。 它們的定子繞組都通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，伺服電機的旋轉(zhuǎn)磁場直接吸引永磁體的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，而交流異步感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電勢，轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子的速度落后于旋轉(zhuǎn)磁場的速度，存在轉(zhuǎn)差。4、比較伺服電動機與步進電動機有什么不同？ 參見表7.1交流永磁同步伺服電機與步進電機的性能比較。5、圖7.18是一臺西門子的伺服電動機的銘牌，根據(jù)銘牌完成下列問題：圖7.18伺服電動機銘牌（1）該電動機的生產(chǎn)單位是德陽西門子公司。（2）該電動機是無刷伺服電動機，型號為1FT6082-8AF71-1AG1。（3）當定子電壓的有效值為120V時，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm時，輸出扭矩為11.7N.m。（4）最大轉(zhuǎn)速為4160r/min。（5）60K溫升時的失速轉(zhuǎn)矩（零速時的轉(zhuǎn)矩，此時電動機作為電制動器將所帶的負載保持在指定位置）為10.4Nm，失速電流為8.2A。（6）內(nèi)置光電編碼器的分辨率是360°/2048=0.176°。（7）電動機的防護等級為___IP64_________________。6、什么是通用伺服？什么是專用伺服？ 在數(shù)控機床上，數(shù)控系統(tǒng)廠家生產(chǎn)的與自己的數(shù)控系統(tǒng)配套的伺服驅(qū)動產(chǎn)品，稱為專用伺服；由一般的工控產(chǎn)品廠家生產(chǎn)通過一定的方式與各種數(shù)控系統(tǒng)配合使用的伺服驅(qū)動產(chǎn)品，稱為通用伺服。7、伺服驅(qū)動器與變頻器有什么區(qū)別？ 伺服驅(qū)動器與變頻器的主回路構(gòu)成基本相同，與變頻器相比，伺服驅(qū)動器的控制回路更加復(fù)雜，需要復(fù)雜的反饋、控制模式切換、限制（電流、轉(zhuǎn)矩、速度）等功能。變頻器一般應(yīng)用的速度控制系統(tǒng)，一般與交流異步感應(yīng)電動機配套使用，而伺服驅(qū)動器不僅需要控制速度，最終是需要精確定位，一般與伺服電機配套使用。8、通用伺服驅(qū)動器有哪幾種控制模式？各接收什么類型的信號？它們各自應(yīng)用在哪些場合？ （1）轉(zhuǎn)矩控制模式，接收模擬信號，這種控制模式應(yīng)用在對電動機的速度、位置都沒要求，主要關(guān)心轉(zhuǎn)矩的大小，嚴格控制轉(zhuǎn)矩的場合。 （2）速度控制模式，接收模擬信號，主要應(yīng)用在精確控制系統(tǒng)的位置、速度，而上位機發(fā)出的控制信號為模擬信號的場合。 （3）位置控制模式，接收脈沖信號，主要應(yīng)用在精確控制系統(tǒng)的位置、速度，而上位機發(fā)出的控制信號為脈沖信號的場合。脈沖的個數(shù)確定位置，脈沖的頻率確定速度。思考與練習(xí)題8參考答案1、表8.21列出了現(xiàn)有的西門子各種數(shù)控系統(tǒng)，將各種數(shù)控系統(tǒng)可以配套使用的伺服驅(qū)動系統(tǒng)填寫入表8.21中。表8.21西門子數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動系統(tǒng)配置表數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)SINUMERIK801SINAMICSV60、SINAMICSV90SINUMERIK802SbaselineSINAMICSV60、SINAMICSV90SINUMERIK802CbaselineSIMODRIVE611U、SINAMICSV90SINUMERIK802DSIMODRIVE611U、SIMODRIVE611UESINUMERIK802DbaselineSIMODRIVE611U、SIMODRIVE611UESINUMERIK802DSolutionlineSIMODRIVE611U、SIMODRIVE611UESINUMERIK810DSIMODRIVE611DSINUMERIK840DSIMODRIVE611DSINUMERIK808DSINAMICSV60、SINAMICSV90SINUMERIK808DADVANCEDSINAMICSV70SINUMERIK828DBASICSINAMICSS120、SINAMICSS120CombiSINUMERIK828DSINAMICSS120、SINAMICSS120CombiSINUMERIK828DADVANCEDSINAMICSS120、SINAMICSS120CombiSINUMERIK840DslBASICSINAMICSS120、SINAMICSS120CombiSINUMERIK840DslSINAMICSS1202、西門子SIMODRIVE611系列伺服產(chǎn)品有哪些部件？ 包括輸入濾波器、整流電抗器、電源模塊、伺服驅(qū)動模塊（包括功率單元、控制單元兩部分）及各種專用模塊，可配置1FT/1FK系列伺服電動機、1FN系列直線電動機、1PH和1FE1系列主軸電動機。3、西門子SIMODRIVE611系列伺服產(chǎn)品有哪兩種電源模塊？它們有什么區(qū)別？ 電源模塊有不可控電源模塊UI（也稱為非調(diào)節(jié)型電源模塊）和可控電源模塊I/R（也稱為調(diào)節(jié)型電源模塊）。(1）可控電源模塊I/R 整流部分采用IGBT功率晶體管實現(xiàn)整流，在伺服電動機制動時，能將制動的能量反饋回電網(wǎng)，直流母線輸出電壓具有穩(wěn)壓功能，母線電壓為600V（或625，可設(shè)定）。電源模塊的前端必須接整流電抗器。模塊的功率有16kW、36kW、55kW、80kW、120kW幾種規(guī)格（2）不可控電源模塊UI 整流部分采用不可控的功率二極管實現(xiàn)整流，直流母線電壓為三相電源直接整流輸出，母線電壓為線電壓的1.35倍。直流母線電壓根據(jù)各軸伺服電動機的工作情況在490V～644V之間波動，當電動機加速時，直流母線電壓最低可達490V；當電動機制動時，直流母線電壓可高達644V。在伺服電動機制動時，為避免能量聚集使直流母線電壓過高，通過內(nèi)置電阻消耗制動能量。電源模塊的前端可以不接整流電抗器。模塊的功率有5kW、10kW、28kW三種規(guī)格。4、西門子SINAMICSS120系列伺服產(chǎn)品有哪些類型？ 包括書本型、裝置型、模塊型、緊湊書本型四種類型。書本型和裝置型都是通過電源模塊供電，模塊型類似于變頻器，整流與逆變?yōu)橐惑w，緊湊書本型與書本型一樣，只是體積更小，適合用于安裝條件受限的數(shù)控機床。5、西門子SINAMICSS120的書本型伺服產(chǎn)品有哪幾種電源模塊？ 書本型電源模塊根據(jù)其饋電特性分為3種類型：基本型電源模塊BLM、非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM、調(diào)節(jié)型電源模塊ALM。6、西門子SINAMICSS120Combi伺服產(chǎn)品的功率模塊有哪兩種類型？ 有3軸型功率模塊、4軸型功率模塊兩種。思考與練習(xí)題9參考答案1.發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)信號連接有什么特點？ (1)信號分三路傳輸：一路信號是FANUC串行伺服總線FSSB總線（FanucSerialServoBus，F(xiàn)SSB），將