数控技术6
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6数控技术位置检测装置
绝对式编码器有光电式、接触式和电磁式三种，以接触式四位绝对编 码器为例来说明其工作原理。
如图所示为二进制码盘。它在一个不导电基体上作成许多金属区使其导 电，其中有剖面线部分为导电区，用“1”表示；其它部分为绝缘区，用 “0”表示。每一径向，由若干同心圆组成的图案代表了某一绝对计数值
通常，我们把组成编码的各圈称为码道，码盘最里圈是公用的， 它和各码道所有导电部分连在一起，经电刷和电阻接电源负极。在 接触式码盘的每个码道上都装有电刷，电刷经电阻接到电源正极 （图b）。当检测对象带动码盘一起转动时，电刷和码盘的相对位 置发生变化，与电刷串联的电阻将会出现有电流通过或没有电流通 过两种情况。
3. A、B、C、D信号再经微 分变成窄脉冲A′、B′、C′、 D′，即在正走或反走时每 个方波的上升沿产生窄脉 冲，
4. 由与门电路把0o、90o、 180o、270o四个位置上产生 的窄脉冲组合起来，根据 不同的移动方向形成正向 或反向脉冲。
其波形图
sin
cos A B
C D A′ B′ C′ D′
6.2 光栅
6.2.1 结构
根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透 射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。
从形状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角 位移，直线光栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着 重介绍一种应用比较广泛的透射式直线光栅。
除标尺光栅
与工作台一起移
动外，其他均装 在一个壳体内， 作成一个单独部
光 栅
件固定在机床上，
测
这个部件称为光
量
栅读数头，又叫
系
光电转换器，其 作用把光栅莫尔
统
条纹的光信号变
如图所示为二进制码盘。它在一个不导电基体上作成许多金属区使其导 电，其中有剖面线部分为导电区，用“1”表示；其它部分为绝缘区，用 “0”表示。每一径向，由若干同心圆组成的图案代表了某一绝对计数值
通常，我们把组成编码的各圈称为码道，码盘最里圈是公用的， 它和各码道所有导电部分连在一起，经电刷和电阻接电源负极。在 接触式码盘的每个码道上都装有电刷，电刷经电阻接到电源正极 （图b）。当检测对象带动码盘一起转动时，电刷和码盘的相对位 置发生变化，与电刷串联的电阻将会出现有电流通过或没有电流通 过两种情况。
3. A、B、C、D信号再经微 分变成窄脉冲A′、B′、C′、 D′，即在正走或反走时每 个方波的上升沿产生窄脉 冲，
4. 由与门电路把0o、90o、 180o、270o四个位置上产生 的窄脉冲组合起来，根据 不同的移动方向形成正向 或反向脉冲。
其波形图
sin
cos A B
C D A′ B′ C′ D′
6.2 光栅
6.2.1 结构
根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透 射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。
从形状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角 位移，直线光栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着 重介绍一种应用比较广泛的透射式直线光栅。
除标尺光栅
与工作台一起移
动外，其他均装 在一个壳体内， 作成一个单独部
光 栅
件固定在机床上，
测
这个部件称为光
量
栅读数头，又叫
系
光电转换器，其 作用把光栅莫尔
统
条纹的光信号变
数控技术及应用第6章 数控机床的电气驱动-步进电动机
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 双六拍；三相双三拍等 双六拍；三相双三拍等。“单”是指每次只有一相 绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 三相绕组联接方式： （2）三相绕组中的通电顺序为： 三相绕组中的通电顺序为： A相 → B相 → C相 通电顺序也可以为： 通电顺序也可以为： A 相 → C 相→ B 相
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。 相通电使转子1 对齐。
A
B'
A C' B
B'
C' B
A'
C
A'
C
B相通电，转子2、4齿 相通电，转子 、 齿 相通电 相轴线对齐， 和B相轴线对齐，相对 相轴线对齐 A相通电位置转 °； 相通电位置转30° 相通电位置转
C相通电再转 ° 相通电再转30° 相通电再转
（3）工作过程 ） A 相通电，A 方向的磁 相通电，
A
B' 4 1 2 3 A'
通经转子形成闭合回路。 通经转子形成闭合回路。
C' B
若转子和磁场轴线方向 原有一定角度， 原有一定角度，则在磁 场的作用下，转子 场的作用下，
C
被磁化，吸引转子， 被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁 阻最小的路径闭合， 阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 定子的齿对齐停止转动。 定子的齿对齐停止转动。
2、步进电动机
工作原理： 工作原理 ： 步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲 脉冲 线位移或角位移的电动机。每来一个 信号转换成线位移或角位移 线位移或角位移 信号 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小 段距离。 特点： 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。
数控机床电气控制第六章
第六章 检测装置
6.5 光栅 6.5.1 光栅结构与工作原理 无论是长光栅或圆光栅，主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部 件（如工作台或丝杠）上，光栅读数头安装在机床的固定部件（如机床底座）上，两者由于工作台的移动而 雨相对移动。在光栅读数头中，有一个指示光栅，它可以随光栅读数头在标尺光栅上移动，因此，在光栅安 装时，必须严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度要求以及二者之间的间隙（通常取 0.05mm 或 0.lmm）要 求。 1 结构 （1）光栅尺 标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，采用真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属 镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角 的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为每毫米 25 条、50 条、 条、 条、 条。 100 125 250 对于圆光栅， 如果直径为 70mm， 一周内的刻线 100～768 条； 如果直径为 110mrn， 一周内的刻线 600～1024 条。但是对于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。
Hale Waihona Puke 第六章 检测装置图 6-3 绝对式光电编码器的结构图 由于绝对式光电编码器转过的圈数由 RAM 保存，所以断电后机床的位置即使断电或断电后又移动过也 能够正常工作。
第六章 检测装置
6.3 感应同步器 6.3.1 感应同步器结构与工作原理 1.结构特点 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，相当于一个展开式的多极旋转变压器，其结构如图 6-4 所示。定 尺和滑尺的基板由与机床线胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘接剂贴有钢箔，利用照相腐蚀的办法做 成图示的印刷线路绕组。感应同步器定尺绕组是一个单向均匀的连续绕组；滑尺有两个绕组，其位置相距绕 组节距（2 ）的 1/4，分别称为正弦绕组和余弦绕组。定尺和滑尺绕组的节距相等，均为 2 ，这是衡量感 应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。一块标准型感应同步器定尺长度为 250mm，节距 为 2mm，其绝对精度可达 2.5 m，分辨率为 0.25 m。
数控机床主轴驱动与控制
（5)伺服主轴驱动系统 伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的
特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的， 通常是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以上。
伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系 统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置 控制性能要求很高的加工。
6.2.3主轴分段无级调速
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
图6.3所示为西 门子802C数控系 统的变频调速控 制连接图。主轴 电机的正反转通 过继电器KA2和 KA3控制，转速 大小通过X7口模 拟电压值大小控 制。
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
6.1 概述
1.主轴驱动系统的功能
主轴驱动系统通过控制主轴电机的旋转方向和转速， 从而调节主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度， 配合进给运动，加工出理想的零件。因此，主轴驱动的主 要功能是为各类工件的加工提供所需的切削功率。
此外，当数控机床具有螺纹加工、恒线速加工以及准 停要求（比如加工中心换刀）时，对主轴也提出了相应的 位置控制要求，所以此类数控机床还具有主轴与进给联动 功能和准停控制功能。
6.1 概述
（3）DANFOSS（丹佛斯）公司系列变频器 该公司目前应用于数控机床上的变频器系列常用的有：
VLT2800，可并列式安装方式，具有宽范围配接电机功率： 0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整个转速范围内进行 精确的滑差补偿，并在3ms内完成。在使用串行通讯时，VLT 5000对每条指令的响应时间为0.1ms，可使用任何标准电机与VLT 5000匹配。
对于中档数控机床而言主要采用这种方案。其主轴传动仅采用两 挡变速甚至仅一挡即可实现100—200 r/min左右时车、铣的重力切 削。一些有定向功能的还可以应用于要求精镗加工的数控镗铣床。 但若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。
特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的， 通常是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以上。
伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系 统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置 控制性能要求很高的加工。
6.2.3主轴分段无级调速
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
图6.3所示为西 门子802C数控系 统的变频调速控 制连接图。主轴 电机的正反转通 过继电器KA2和 KA3控制，转速 大小通过X7口模 拟电压值大小控 制。
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
6.1 概述
1.主轴驱动系统的功能
主轴驱动系统通过控制主轴电机的旋转方向和转速， 从而调节主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度， 配合进给运动，加工出理想的零件。因此，主轴驱动的主 要功能是为各类工件的加工提供所需的切削功率。
此外，当数控机床具有螺纹加工、恒线速加工以及准 停要求（比如加工中心换刀）时，对主轴也提出了相应的 位置控制要求，所以此类数控机床还具有主轴与进给联动 功能和准停控制功能。
6.1 概述
（3）DANFOSS（丹佛斯）公司系列变频器 该公司目前应用于数控机床上的变频器系列常用的有：
VLT2800，可并列式安装方式，具有宽范围配接电机功率： 0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整个转速范围内进行 精确的滑差补偿，并在3ms内完成。在使用串行通讯时，VLT 5000对每条指令的响应时间为0.1ms，可使用任何标准电机与VLT 5000匹配。
对于中档数控机床而言主要采用这种方案。其主轴传动仅采用两 挡变速甚至仅一挡即可实现100—200 r/min左右时车、铣的重力切 削。一些有定向功能的还可以应用于要求精镗加工的数控镗铣床。 但若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。
数控技术第二版课后答案
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床三者如何区别答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
．数控机床有哪些特点答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床各有何特点答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。
机床数控技术--习题答案—第6章数控伺服系统
第5章 位置检测装置习题及答案1.伺服系统中常用的位置检测装置有几种？各有什么特点？答：伺服系统中常用的位置检测装置有：旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器和光栅，各检测装置的特点如下：旋转变压器：又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种。
其特点是坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、成本低，是数控系统中较为常用的位置传感器；感应同步器：感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器，相当于一个展开的多级旋转变压器。
踏实利用滑尺上的励磁绕组和定尺上的感应绕组之间相对位置的变化而产生电磁耦合的变化，从而发出相应的位置信号来实现位移检测的，其特点为：精度高，工作可靠，抗干扰能力强，维修简单、寿命长，测量距离长，工艺好、成本低、便于成批生产；脉冲编码器：脉冲编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种。
数控机床主要使用光电式脉冲编码器。
光电式脉冲编码器按编码方式又分为绝对值式和增量式两种，常用的为增量式脉冲编码器，其优点是结构简单、成本低、使用方便，缺点是有可能由于噪声或其它外界的干扰产生计数误差，若因停电、刀具破损而停机，事故排除后不能再找到事故发生前执行部件的正确位置；光栅：在高精度数控机床和数显系统中，常使用光栅作为位置检测装置。
它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC或数显装置来实现闭环控制的。
计量光栅分为圆光栅和长光栅两种。
圆光栅用于测量转角位移，长光栅用于测量直线位移，由于激光技术的发展，光栅制作的精度有了很大的提高，现在光栅精度可以达到微米级甚至亚微米级。
2. 旋转变压器由哪些部分组成？其检测的基本原理如何？答：旋转变压器又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种，结构如下图所示：有刷式旋转变压器的结构无刷式旋转变压器结构示意图1-转轴 ; 2-轴承 ; 3-机壳; 4-转子铁心; 5-定子铁心6-端盖 ; 7-电刷 ;8-集电环旋转变压器是根据互感原理工作的。
数控机床技术(第六章数控机床的进给传动系统)
第六章 数控机床的进给传动系统
（2）滚珠丝杠副的特点 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达92 ％-96％，是普通梯形丝杠的3-4倍，功率消耗减少 2/3-3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。 4）不能自锁、有可逆性。 5）制造成本高。
第六章 数控机床的进给传动系统
第六章 数控机床的进给传动系统
下图所示是静压丝杠副的结构图。
第六章 数控机床的进给传动系统
螺纹面上油腔的连 接形式与节流控制方 式有两种，如图所示。 图 a 中每扣螺纹每侧 中径上开 3-4 个油腔， 每个油腔用一个节流 器控制，称为分散阻 尼节流。图 b 是将分 布于同侧、同方位上 的 3-4 个油腔用一个 节流器控制，称为集 中 阻 尼 节 流 。
第六章 数控机床的进给传动系统
一、滚珠丝杠副
中小型数控机床中，滚珠丝杠副是减少运动部件摩擦 阻力和动静摩擦力之差最普遍采用的结构。
1．滚珠丝杠副工作原理及特点 （1）滚珠丝杠副的工 作原理
滚珠丝杠副是回转 运动与直线运动相互转 换的新型传动装置，是 在丝杠和螺母之间以滚 珠为滚动体的螺旋传动 元件。
在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影 响进给系统的定位精度，在闭环系统中，它是系统的主要 非线性环节，影响系统的稳定性。常用的消除传动部件间 隙的措施是对齿轮副、丝杠副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及 支承部件进行预紧或消除间隙。但是，值得注意的是，采 取这些措施后可能会增加摩擦阻力及降低机械部件的使用 寿命，因此必须综合考虑各种因统
四、双齿轮—齿条副 在大型数控机床（如大型数控龙门铣床）的直 线进给运动中，可采用的另一种传动方式是齿轮— 齿条结构，它的效率高，结构简单，从动件易于获 得高的移动速度和长行程，适合在工作台行程长的 大型机床上用作直线运动机构。但机构的位移精度 和运动平稳性较差。 当负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法， 分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间 隙。当负载大时，采用顶加负载双齿轮—齿条无间 隙传动机构能较好地解决这个问题。
数控编程——第六章 加工中心的编程
第六章加工中心的编程第一节加工中心编程概述加工中心(Machiningenter)简称MC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。
加工中心最初是从数控铣床发展而来的。
与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(CNC)、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。
但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。
一、加工中心编程的特点加工中心是将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合起来，并装有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床。
立式加工中心主轴轴线(z轴)是垂直的，适合于加工盖板类零件及各种模具；卧式加工中心主轴轴线(z轴)是水平的，一般配备容量较大的链式刀库，机床带有一个自动分度工作台或配有双工作台以便于工件的装卸，适合于工件在一次装夹后，自动完成多面多工序的加工，主要用于箱体类零件的加工。
由于加工中心机床具有上述功能，故数控加工程序编制中，从加工工序的确定，刀具的选择，加工路线的安排，到数控加工程序的编制，都比其他数控机床要复杂一些。
加工中心编程具有以下特点：1)首先应进行合理的工艺分析。
由于零件加工工序多，使用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗加工、半精加工与精加工、周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高加工精度和提高生产效率；2)根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。
一般，对于加工批量在10件以上，而刀具更换又比较频繁时，以采用自动换刀为宜。
但当加工批量很小而使用的刀具种类又不多时，把自动换刀安排到程序中，反而会增加机床调整时间。
3)自动换刀要留出足够的换刀空间。
有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要注意避免发生撞刀事故。
4)为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。
201403数控技术习题六解析复习过程
一、单项选择题1．在车削加工中心上不可以[ D ] A．进行铣削加工B．进行钻孔C．进行螺纹加工D．进行磨削加工2．某加工程序中的一个程序段为N003 G91G18G94G02 X30.0 Y35.0 I30.0 F100 LF该程序段的错误在于[ B ] A．不．应该用G91 B．不．应该用G18C．不．应该用G94 D．不．应该用G023．编程人员在编程时使用的，并由编程人员在工件上指定某一固定点为坐标原点所建立的坐标系称为[ A ] A．工件坐标系B．机床坐标系C．右手直角笛卡尔坐标系D．标准坐标系4．CNC系统中通过输入装置输入的零件加工程序存放在[ B ] A．EPROM中B．RAM中C．ROM中D．PROM中5．在数控机床的插补计算中，DDA是指[ B ] A．逐点比较插补法B．数字积分插补法C．数字增量插补法D．最小偏差插补法6．顺序选刀方法的优点是[ B ]A．每把刀具能重复使用B．刀库的驱动控制简单C．刀具可以任意存放D．刀具排列顺序不容易出错7．对于数控机床闭环控制系统的伺服驱动元件，为了维护方便起见，最好采用[ B ]A．直流伺服电动机B．交流伺服电动机C．液压步进马达D．功率步进电动机8．一台三相反应式步进电动机，当采用三相六拍通电方式运行时，其步距角为0.75°，则转子的齿数为[ C ]A．40 B．60C．80 D．1209．闭环控制系统与半闭环控制系统的区别在于[ D ]A．采用的伺服电动机不同B．采用的传感器不同C．伺服电动机安装位置不同D．传感器安装位置不同10．闭环数控机床的定位精度主要取决于[ A ]A．位置检测系统的精度B．丝杠的制造精度C．伺服电机的控制精度D．机床导轨的制造精度11．采用“高压建流，低压定流”工作方式的步进电动机驱动电源是[ B ] A．高压单电源型驱动电源B．高低压双电源驱动电源C．恒流斩波驱动电源D．调频调压型驱动电源12．对于加工中心，一般不需要[ D ]A.．主轴连续调速功能B．主轴定向准停功能C．主轴恒速切削控制D．主轴电动机四象限驱动功能13．滚珠丝杠预紧的目的是[ C ] A．增加阻尼比，提高抗振性B．提高运动平稳性C．消除轴向间隙和提高传动刚度D．加大摩擦力，使系统能自锁5 ，现14．增量式脉冲发生器，其单个（又称单次）脉冲的典型脉冲周期（又称宽度）为S要求其最高允许测量转速为4000r/min，请选择每转脉冲数[ A ]A．2000 B．3000C．4000 D．500015．下列各项中，不．属于数控机床工艺特点的是[ C ] A．柔性好B．精度高C．操作人员劳动强度大D．生产效率高16．数控机床的伺服系统的开环增益为K，移动部件的速度为V，则跟随误差E可表示为[ D ] A．E=KV B．E=1/(KV)C．E=K/V D．E=V/K17．数控机床在某位置的定位误差的分布符合正态分布曲线的统计规律，其均方根误差σ反映了机床在该位置的[ C ] A．重复定位精度B．反向差值C．系统性误差D．失动量18．为了减少传感器热变形对测量精度的影响，应选择传感器的热膨胀系数______机床的热膨胀系数。
数控技术6-进给伺服系统
该系统主要由伺服电机、传动装置、 控制器和传感器等组成，通过这些组 件的协同工作，实现对机床进给的精 确控制。
重要性及应用领域
01
数控技术6-进给伺服系统是数控 机床的核心组成部分，对于提高 加工精度、稳定性和加工效率具 有重要意义。
02
该系统广泛应用于机械制造、航 空航天、汽车、模具等领域，是 现代制造业中不可或缺的重要技 术之一。
数控技术6-进给伺服系统
目录
• 引言 • 进给伺服系统概述 • 数控技术中的进给伺服系统 • 进给伺服系统的性能指标 • 进给伺服系统的控制策略 • 进给伺服系统的应用与发展趋势
01 引言
主题简介
数控技术6-进给伺服系统是一种用于 控制机床运动和加工过程的系统，通 过精确控制机床的进给运动，实现高 精度、高效率的加工。
05 进给伺服系统的控制策略
开环控制
总结词
简单、可靠、成本低
详细描述
开环控制策略不包含位置反馈环节，控制器根据输入的位移指令和系统参数计 算出控制量，直接驱动执行机构。开环控制简单可靠，成本较低，但精度和稳 定性受限于系统参数的准确性。
闭环控制
总结词
高精度、高稳定性
详细描述
闭环控制策略包含位置反馈环节，通过实时检测执行机构的实际位置或位移，与指令位置进行比较，形成误差信 号，控制器根据误差信号调整控制量，以减小误差。闭环控制具有高精度和高稳定性，适用于对位置精度要求高 的场合。
进给伺服系统的应用案例
数控机床
进给伺服系统广泛应用于数控机床，实现高 精度、高效率的加工。
机器人
伺服系统用于机器人的关节驱动，实现精确 的位置控制和速度控制。
自动化生产线
伺服系统用于自动化生产线的传送、定位和 装配，提高生产效率。
重要性及应用领域
01
数控技术6-进给伺服系统是数控 机床的核心组成部分，对于提高 加工精度、稳定性和加工效率具 有重要意义。
02
该系统广泛应用于机械制造、航 空航天、汽车、模具等领域，是 现代制造业中不可或缺的重要技 术之一。
数控技术6-进给伺服系统
目录
• 引言 • 进给伺服系统概述 • 数控技术中的进给伺服系统 • 进给伺服系统的性能指标 • 进给伺服系统的控制策略 • 进给伺服系统的应用与发展趋势
01 引言
主题简介
数控技术6-进给伺服系统是一种用于 控制机床运动和加工过程的系统，通 过精确控制机床的进给运动，实现高 精度、高效率的加工。
05 进给伺服系统的控制策略
开环控制
总结词
简单、可靠、成本低
详细描述
开环控制策略不包含位置反馈环节，控制器根据输入的位移指令和系统参数计 算出控制量，直接驱动执行机构。开环控制简单可靠，成本较低，但精度和稳 定性受限于系统参数的准确性。
闭环控制
总结词
高精度、高稳定性
详细描述
闭环控制策略包含位置反馈环节，通过实时检测执行机构的实际位置或位移，与指令位置进行比较，形成误差信 号，控制器根据误差信号调整控制量，以减小误差。闭环控制具有高精度和高稳定性，适用于对位置精度要求高 的场合。
进给伺服系统的应用案例
数控机床
进给伺服系统广泛应用于数控机床，实现高 精度、高效率的加工。
机器人
伺服系统用于机器人的关节驱动，实现精确 的位置控制和速度控制。
自动化生产线
伺服系统用于自动化生产线的传送、定位和 装配，提高生产效率。
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旋转变压器的内部结构图
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2)旋转变压器 2)旋转变压器 的工作原理
根据互感原理 根据互感原理 工作的， 工作的，定子绕组 加上励磁电压 励磁电压， 加上励磁电压，通 电磁耦合， 过电磁耦合，转子 绕组产生感应电功 势。 输出感应电功 输出感应电功 势大小与转子位置 有关， 有关，就是通过测 量被测轴的转速来 量被测轴的转速来 间接测量工作台的 位移。 位移。
2．分类： ．分类： 1）增量式和绝对式（依据测量的基点不同来 ）增量式和绝对式（ 分）： 增量式：只测量位移的增加量， 增量式：只测量位移的增加量，每位移一个单 位发出一个测量信号。 位发出一个测量信号。 (1)优点：结构简单，任何一个对中点（捕捉点） 优点： 优点 结构简单，任何一个对中点（捕捉点） 均可作为测量起点。 均可作为测量起点。 (2)缺点：移动的信号计算误差计量，影响全部 缺点： 缺点 移动的信号计算误差计量， 测量结果（ 点都是与前一点关）； 测量结果（测量后一 点都是与前一点关）； 在测量过程中发生故障 测量值消失， 过程中发生故障， 在测量过程中发生故障，测量值消失，必须 重新找起点。 重新找起点。
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二、组成： 组成
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1．内环（速度环） ．内环（速度环） 1）测速元件：速度调节器、电流调节器、功 ）测速元件：速度调节器、电流调节器、 率放大器。 率放大器。 2）反馈元件：测速发电机、脉冲编码器。 ）反馈元件：测速发电机、脉冲编码器。 2．外环（位置环） ．外环（位置环） 位置控制模块、速度调节单元、 位置控制模块、速度调节单元、位置检测及 反馈控制。 反馈控制。
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加工中心
刀库刀具定位电机
带制动器伺服电机
主轴电机
机械手旋转定位电机
伺服电机
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伺服驱动系统（ 伺服驱动系统（Servo System)
控制信号
CNC系统 系统
驱动电机
光栅尺
反馈信号
检测装置
伺服驱动系统
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第二节 检测技术 一、检测元件的要求和分类 计算机数控系统的位置控制是将插补计算 理论位置与实际反馈位置相比较， 的理论位置与实际反馈位置相比较，其差 值去控制进给电机，反馈位置的采集就依 值去控制进给电机，反馈位置的采集就依 赖于检测元件 检测元件（ 赖于检测元件（位置传感器和后值处理电 路）。 1．要求： ．要求： 1）高可靠性和抗干扰性能； 性能； ） 可靠性和抗干扰性能 2）满足精度和速度的要求； 精度和速度的要求 ）满足精度和速度的要求； 3）使用维护方便，适合机床运行的环境； 维护方便， 环境； ）使用维护方便 适合机床运行的环境 02:15:16 4）成本低。 ）成本低。
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绝对式： 某一固定基准点为零点， 绝对式：以某一固定基准点为零点， 为零点 相对零点的距离 每测一个距离均为相对零点 每测一个距离均为相对零点的距离 与前一点无关。 与前一点无关。 (1)优点：前一个测量值对后一测量值 优点： 优点 不做影响。 不做影响。 (2)缺点：结构复杂，安装精度要求高。 缺点： 缺点 结构复杂，安装精度要求高。 2）数字式和模拟式（以信号发出的 ）数字式和模拟式（ 方式来分） 方式来分）
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模拟式： 连续的变量（ 传递函数） 模拟式 ： 用 连续的变量 （ 传递函数 ） 来表示，在大量程是要求技术难度 来表示， 大量程是要求技术难度 是要求 一般应用 小量程 大，一般应用于小量程。 特点： 特点： （1）直接测量要素进行检测，不必 ）直接测量要素进行检测， 进行检测 量化； 量化； （2）在小量程内可以实现高精度测 ） 小量程内可以实现高精度测 量； 直接测量和间接测量 （3）可用于直接测量和间接测量。 ）可用于直接测量和间接测量。
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2．进给速度的范围大：适应不同的条件要求，对伺服电 ．进给速度的范围大：适应不同的条件要求， 机来讲， 低速到高速都能平滑运转，转矩波动小， 都能平滑运转 机来讲，从低速到高速都能平滑运转，转矩波动小，在低 速是仍然平稳运行，无爬行现象。 速是仍然平稳运行，无爬行现象。 例如：加工不同材料、类型、尺寸、部位、 例如：加工不同材料、类型、尺寸、部位、使用不同刀 冷却方式等，应有不同的切削速度。 具、冷却方式等，应有不同的切削速度。 目前世界上最先进的数控机床，单位脉冲当量1um，进 目前世界上最先进的数控机床，单位脉冲当量 ， 给速度： 给速度：0~24m/min。 。 1）速度均匀稳定、无爬行、且速降小； ）速度均匀稳定、无爬行、且速降小； 2）稳定的瞬时速度，平均速度低； ）稳定的瞬时速 瞬时速度 平均速度低； 3）在零速度时，工作台停止时，电机应在电磁转矩小维 ） 零速度时 工作台停止时，电机应在电磁转矩小维 持精度，保证定位误差。 持精度，保证定位误差。
在两者相对运动的组件上印制绕组，固定 在两者相对运动的组件上印制绕组， 相对运动的组件上印制绕组 不动部分为被感应部件，移动部分接 部分为被感应部件 不动部分为被感应部件，移动部分接原生电 一般有两组），两者有一定的初相位差 ），两者有一定的初相位差， 源（一般有两组），两者有一定的初相位差， 随着两者运动的位置不同 位置不同， 随着两者运动的位置不同，被切割的磁力线 也就不同 电动势是 的数量也就不同，感应产生的电动势 的数量也就不同，感应产生的电动势是转角 的函数，这样我们通过检测电信号，也就能 的函数，这样我们通过检测电信号， 检测电信号 测量出相对位移量。 测量出相对位移量。
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检测装置的分类
按检测信号分：数字式、 按检测信号分：数字式、模拟式 按测置关系分：直接测量、 按安装位置关系分：直接测量、间接测量
常 见 检 测 装 置
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二、常用的检测元件
1.旋转变压器 旋转变压器
旋转变压器是一种角度测量装置。 旋转变压器是一种角度测量装置。 角度测量装置 1)旋转变压器的结构 1)旋转变压器的结构 在结构上和两相绕线式异步电动机相似， 在结构上和两相绕线式异步电动机相似，由定子 两相绕线式异步电动机相似 和转于组成 和转于组成。 定子绕组为变压器的一次绕组 转子绕组为变压器的二次绕组。 转子绕组为变压器的二次绕组。 根据转子绕组两种不同的引出方式 根据转子绕组两种不同的引出方式旋转变压器分 绕组两种不同的引出方式旋转变压器分 有刷式 02:15:16 无删式
6．低速大转矩 ． 金属切削机床， 金属切削机床，一般均为 低速下切削，高速状态运行， 低速下切削，高速状态运行， 那么在低速是应有足够大的扭 以防止爬行， 矩，以防止爬行，对伺服电机 来讲，应具有较大和较长的负 来讲， 荷能力， 荷能力，一般超负荷倍数均在 4~6倍。 倍
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立式铣床
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3．足够的传动刚性和速度的稳定性 ．足够的传动刚性和 传动刚性 要求系统具有良好的静态和动态 静态和动态承载 要求系统具有良好的 静态和动态 承载 能力，在不同的切削工况下，速度恒定， 能力 ， 在不同的切削工况下 ， 速度恒定 ， 一般要求在额定的力矩变化是静态速降 应小于1%，动态一贯小于 应小于 ，动态一贯小于10%。具体对 。 伺服电机来讲， 伺服电机来讲 ， 应具有较高的抗干扰能 力和较强的适应调节能力。 力和较强的适应调节能力。 4．快速响应并无超调： ．快速响应并无超调： 系统运动特性的指标， 是 系统运动特性的指标 ， 反应系统跟 踪精度，具体对伺服电机而讲， 踪精度 ， 具体对伺服电机而讲 ， 转动惯 量小和大的堵转矩时 量小和大的堵转矩 时 ， 较小的时间常数 和期待电压保证快速响应。 和期待电压保证快速响应。
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数字式： 测量单位量化以后用数 数字式：将测量单位量化以后用数 以后用 形式表示。 字形式表示。 特点： 特点： 量化用 （1）测量的量化用脉冲的个数来 ）测量的量化 脉冲的个数来 传输，便于显示处理； 传输，便于显示处理； 精度取决于测量单位， （2）测量精度取决于测量单位， ）测量精度取决于测量单位 量程无关； 与量程无关； 简单， （3）测量装置比较简单，抗干扰 ）测量装置比较简单 能力强。 能力强。
三、伺服系统的基本要求 20世纪 年代之前，数控系统采用的伺服系统（永 世纪80年代之前 伺服系统（ 世纪 年代之前，数控系统采用的伺服系统 磁式、无刷式、小惯量）。 磁式、无刷式、小惯量）。 20世纪 年代之后，数控系统采用的伺服系统（交 世纪80年代之后 世纪 年代之后，数控系统采用的伺服系统（ 流异步、永磁同步）。 流异步、永磁同步）。 检测装置：感应同步器、旋转变压器、光栅、 检测装置：感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码 器等。 驱动电机：步进电动机、 驱动电机：步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电 动机。 动机。 02:15:16
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3)旋转变压器的应用 旋转变压器的应用
(1)特点 特点 结构简单，动作灵敏， 结构简单，动作灵敏，对环境无特 殊要求，维护方便。输出信号幅度大， 殊要求，维护方便。输出信号幅度大， 抗干扰能力强，工作可靠， 抗干扰能力强，工作可靠，广泛应用于 数控机床上。 数控机床上。 (2)应用 应用 实际使用中采用的是正余弦旋转变压 实际使用中采用的是正余弦旋转变压 正余弦 定子和转子均由两组匝数相等、 均由两组匝数相等 器，其定子和转子均由两组匝数相等、 互相垂直的绕组构成 的绕组构成。 互相垂直的绕组构成。
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1）频繁启动、制动，加速过程中，为 ）频繁启动、制动，加速过程中， 启动 了保证提高生产率和质量， 了保证提高生产率和质量，要求加 减的加速度要大，过渡时间短（ 减的加速度要大，过渡时间短（普 通：0~max ；max~0 ；200ms）。 ）。 2）当有负荷下，过渡时间应陡， 2）当有负荷下，过渡时间应陡，恢复 时间短，且无振荡。 时间短，且无振荡。 5．高精度：输出量能重复输入量的精 ．高精度：输出量能重复输入量的精 确程度。 确程度。 关键是保证定位精度和进给跟踪精 关键是保证定位精度和进给跟踪精 它反应了静 动态特性， 度，它反应了静、动态特性，一般 精度为1~0.1 um,高的可得到±0.01 高的可得到± 精度为 高的可得到 02:15:16 um~±0.005 um。 ± 。