西安文理学院物理与机械电子工程学院机械专业技能拓展训练（设计）
题目数控十字滑台的控制
学生姓名乔旭罗纳德
指导教师韦炜、焦艳梅
设计所在单位西安文理学院
2014年12月
摘要
摘要:本篇文章主要进行西门子的可编程序控制器的十字滑台控制系统的设计。通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程序控制器来控制步进电机，以达到十字滑台的工作效果。主要内容有十字滑台控制系统介绍、十字滑台控制系统硬件选择、梯形图与I/O分配。
关键字：可编程序控制器；步进电机；十字滑台
目录
摘要 (2)
1 十字滑台控制系统介绍 (2)
1.1 系统构成 (2)
1.2 位置传感器 (3)
1.3 电机与驱动装置 (5)
2 十字滑台控制系统硬件选择 (6)
2.1 基本结构 (6)
2.1.1 电源 (6)
2.1.2 中央处理单元(CPU) (6)
2.1.3存储器 (7)
2.1.4 输入输出接口电路 (7)
2.1.5功能模块 (7)
2.2 编辑本段工作原理 (7)
2.2.1 输入输出（I/O）点数的估算 (10)
2.2.2存储器容量的估算 (11)
2.2.3控制功能的选择 (11)
2.2.4可编程逻辑控制器的类型 (14)
2.2.5 PLC输入/输出类型 (14)
2.2.6转换原理 (15)
3 十字滑台运动原理 (17)
3.1 实验原理 (17)
3.2实验设备及仪器 (18)
3.3关于步进电机模块的介绍 (18)
参考文献 (23)
1 十字滑台控制系统介绍
十字滑台是许多数控加工设备和电子加工设备。如：数控车床的纵横进刀装置数控铣床和数控钻床的XY 工作台，激光加工设备工作台，表面贴装设备等。
1.1 系统构成
十字滑台控制系统主要由plc运动控制器，伺服（步进）电机及相关软件等组成。控制计算机可以是普通的PlC机。运动控制器是安装在计算机总线扩充槽内的电机运动控制卡。如图所示为十字滑台机械本体。它由两个直线运动单元组成，每个直线运动单元主要包括：工作台面，滚珠丝杆，导轨，轴承座，基座等部分。通过两个直线运动单元的组合运动，可以使工作台面产生两个自由度 XY 轴方向的平面运动。
图1-1
1.2 位置传感器
系统中常用的位置传感器包括旋转编码器和电位器等。
1．旋转编码器
旋转编码器是一种角位移传感器。它分为光电式、接触式和电磁感应式三种。从输出量上可分为增量编码器和绝对编码器两种。其中光电式编码器是闭环控制系统中最常用的位置传感器。
2．电位器
电位器分为直线型、测量位移和旋转型。旋转型电位器的基本原理是在环状电阻两端加上电压，通过电刷的滑动，可以直接得到与电刷所在角度，位置相对应的电压、电位器的输出电压与阻值无关,所以由于温度变化而导致的阻值变化对输出电压没有影响。
图1-2
电位器输出的检测信号是模拟信号，为了从中提取有用的信息，一般要经过两个处理过程。首先是进行放大运算和变换等前置处理，然后通过 A/D 转换将模拟信号转换成数字信号，输入控制器，完成数字控制。
3．运动控制器
运动控制器作为机电一体化系统的核心控制系统已经历了20多年的发展，正在逐步取代传统封闭型的控制系统，被广大机电一体化系统设计工程师所采用。与此同时与执行装置所配套的伺服驱动系统也在不断地发展。许多系统已经具备
了各种运动控制功能，对于给定的控制对象，必须根据控制目标选用适当的执行与驱动装置，然后根据执行与驱动装置的功能特征选用合适的运动控制器以最大限度地利用控制与驱动装置的功能，降低系统成本。
目前被工业界广泛采用的交流伺服系统，电机驱动通常具有力矩控制，速度控制和位置控制等闭环控制功能，而常用的运动控制器除了具有轨迹规划功能外，也具有位置控制和速度控制等闭环控制功能。
如果采用伺服系统的位置闭环控制，配套选用的控制器则只需具有轨迹规划功能，这样的运动控制器通常价格比较低廉，而且稳定性和可靠性也会比较好。如图所示。如果选用步进电机和驱动系统，该类型控制器也同样适用。这种类型的运动控制器通常叫做位置脉冲型运动控制器。
如果我们想利用伺服驱动的速度闭环来完成系统的位置闭环控制，则需要选用具有位置闭环控制功能的运动控制器。如图所示，这种控制方式通常比第一种控制方式具有更高的精度，但系统的调整比第一种控制方式复杂和困难。在这种控制方式下，运动控制器接受位置反馈信号，进行位置闭环控制，向伺服驱动器输出模拟电压控制信号，伺服驱动装置接受速度控制信号，完成速度闭环控制。目前，这种类型的运动控制器也已非常普遍。
通常这种驱动装置结构简单，成本低。如果伺服驱动装置只具有力矩闭环控制功能，则需选用具有速度闭环和位置闭环控制功能的运动控制器来完成系统
图1-3
的高精度位置和轨迹控制。这种类型的运动控制器结构比较复杂，成本也会比较高，但对于需要多轴运动控制的系统来说，如果采用具有多轴控制能力的运动控制器，总的系统成本可能会比其它两种方式还要低廉一些。因为多个驱动成本的
降低幅度会超过一块运动控制器成本的增加幅度。不过，除了一些能够配套提供控制器和相应驱动器的生产厂家外，这种控制方式比较少被采用。
1.3电机与驱动装置
根据驱动和控制精度的要求，十字滑台控制系统的执行装置可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机，和步进电机。
交流伺服电机具有起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高的优点。但维护困难、使用寿命短、速度受到限制。
直流伺服电机的转速控制采用电压控制方式。因为控制电压与电机转速成正比、高加速度、无电刷维护、环境要求低等优点、但驱动电路复杂、价格高。交流伺服电机的控制分为电压控制和频率控制两种方式。
步进电机不需要传感器、不需要反馈，用于实现开环控制。步进电机可以直接用数字信号进行控制，与plc的接口比较容易。没有电刷、维护方便、寿命长、启动、停止、正转、反转容易控制。步进电机的缺点是能量转换效率低，易失步，输入脉冲而电机不转动等。对步进电机的控制包括单相励磁、双相励磁及单、双相励磁控制。其中，单相励磁精度高，但易失步；双相励磁输出转矩大，转子过冲小为步进电机的常用控制方式。但效率低。单、双相励磁控制方式分辨率高、运转平稳。
三相异步电机控制简单，但没有精确度，可靠性太差，所以不予考虑。
结论：综上所述，本次设计采用步进电机控制系统。
2 十字滑台控制系统硬件选择
2.1 基本结构
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
2.1.1 电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在
+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
2.1.2 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，
即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2.1.3存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
2.1.4 输入输出接口电路
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
2.1.5功能模块
如计数、定位等功能模块。
2.2编辑本段工作原理
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，
即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作
一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
一、输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束
后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
二、用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从
I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
三、输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。编辑本段功能特点：
可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。
1.使用方便，编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2.功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4.可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5.系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同
功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6.维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。
2.2.1 输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，
还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
2.2.2存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
2.2.3控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
1、运算功能
简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。
2、控制功能
控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。
3、通信功能
大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。
可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。
可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于
1Mbps，通信负荷不大于60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式：
1）PC为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络；
2）1台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络；
3）可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS 的子网；
4）专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。
为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、）通信处理器。
4、编程功能
离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。
五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。
5、诊断功能
可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。
可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
6、处理速度
可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。
处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约
0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于
0.5ms/K；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.2ms/K。
2.2.4可编程逻辑控制器的类型
可编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型可编程逻辑控制器的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型可编程逻辑控制器提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
2.2.5 PLC输入/输出类型
开关量：
开关量主要指开入量和开出量，是指一个装置所带的辅助点，譬如变压器的温控器所带的继电器的辅助点（变压器超温后变位）、阀门凸轮开关所带的辅助点（阀门开关后变位），接触器所带的辅助点（接触器动作后变位）、热继电器（热继电器动作后变位），这些点一般都传给PLC或综保装置，电源一般是由PLC或综保装置提供的，自己本身不带电源，所以叫无源接点，也叫PLC或综保装置的开入量。
1、数字量
在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量的信号叫数字信号。把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。
例如：
用电子电路记录从自动生产线上输出的零件数目时，每送出一个零件便给电子电路一个信号，使之记1，而平时没有零件送出时加给电子电路的信号是0，所在为记数。可见，零件数目这个信号无论在时间上还是在数量上都是不连续的，因此他是一个数字信号。最小的数量单位就是1个。
图2-1
2、模拟量
在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。
例如：
热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情况下被测温度都不可能发生突跳，所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续的。而且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的物理意义，即表示一个相应的温度。
2.2.6转换原理
1. 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。
根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。这样，用Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。
一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。
2. 模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。
模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器，使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。
3 十字滑台运动原理
3.1 实验原理
1．步进电机概述：
步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的机电执行元件。当有脉冲信号输入时，步进电机就一步一步的转动，每个输入脉冲对应电机的一个固定转角，故称为步进电机。步进电机属于同步电机，多数情况用做伺服电机，且控制简单，工作可靠，能够得到较高的精度。它是唯一能够以开环结构用于数控机床的伺服电动机。
步进电机按其励磁相数可分为三相，四相，五相，六相等；按其工作原理可分为反应式、永磁式和混合式三大类。
2.步进电机的基本特点：
1）步进电机受脉冲信号的控制。每输入一个脉冲信号，就变换一磁绕组的通电状态，电机就相应的转动一步，因此，电机的总回转角和输入脉冲个数严格成正比关系，电机的转速则正比于脉冲的输入频率。改变步进电机的定子绕组的通电顺序，可以获得所需要的转向。改变输入脉冲频率，则可得到所需要的转速（但是不能超过极限频率）。
2）当步进电机脉冲输入停止时，只要维持绕组的激励电流不变，电机保持在原固定位置上，因此可获得较高的定位精度，不需要安装机械制动装置而达到精确的制动。
3）误差不长期积累，转角精度高。由于每转过360度后，转子的累积误差为零，转角精度较高。
4）反应时间快。
5）缺点：效率低，没有过载能力。
6）步距角的大小和通电方式、转子齿数、定子励磁绕组的相数关系。
使用滑台时应注意：
滑台不能够运动到两端尽头时应立即停止，否则容易引起步进电机或者是步进电机驱动器烧坏。因为走到尽头时，如果不立即停止，步进电机将有很大负载，根据步进电机负载特性可知，步进电机的负载能力很差，所以容易烧坏。
3.2实验设备及仪器
1.JDY综合试验台一台
2.多功能电源模块一块
3.可编程控制器主机板模块及其扩展模块一块
4.十字滑台一台
5.电脑一台
6.限位开关二台
7.PLC数据传输线一条
8.插接线若干
3.3关于步进电机模块的介绍
一、概述
该驱动器具有工作电压范围宽、效率高，相电流可调的特点，相电流设定从0.5-2A，“说明式”的面板设计使操作使用方便直观。
二、驱动器的使用说明
图3-1
数控技术习题及答案 篇一：机床数控技术复习与考试,试题及答案大全 数据采样插补的特点是插补运算分两步进行。第一步进行粗插补，第二步进行精插补。 刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。 伺服系统被看作一个独立部分，与数控系统和机床本体并列为数控机床的三大组成部分。 一般而言，数据采样的插补周期T必须A插补运算时间。A：大于；B：小于；C：等于 数据采样插补又称为数字增量插补，适用于数控机床 C驱动的闭环进给伺服系统。 A：步进电机； B：直流伺服电机；C：交流或直流伺服电机 机床数控系统中的PLC经常被用作 A控制。 A：逻辑顺序；B：智能；C：进给伺服； 目前数控机床高速主轴电机使用最多的是 C。 A：步进电机； B直流伺服电机：C交流伺服电机：D：直线电机数控机床在加工零件时，刀具相对于工件运动的 A 称为对刀点。 A：起点；B：基点；C：原点 伺服系统是一种反馈控制系统。不仅能控制执行件的 C，而且能控制几个执行件按一定运动规律合成的轨迹。 A: 速度；B：速度、
位置； C：速度、方向、位置 旋转变压器是利用电磁感应原理的A 式角位移检测传感器。A：模拟式；B；数字式；C：脉冲式 在 D系统中，进给速度的计算方法是采用数据采样方法进行插补加工，进给速度的计算是根据编程速度F值，将被加工零件轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。A：闭环；B：半闭环；C：开环；D：闭环和半闭环 数控机床的工作流程包括哪些内容？ 答：工作流程包括：①数据加工程序的编制；②输入；③译码； ④刀具补偿；⑤插补；⑥位置控制和机床加工。 后置处理程序的作用是什么？ 答：后置处理的目的是生成数据加工程序。由于各种机床使用的控制系统不同，所用的数据加工程序的指令代码及格式也有所不同。为解决这个问题，自动编程软件通常设置一个后置处理程序，在后置处理前，编程人员应根据具体数控机床指令代码及程序的格式，事先编辑好这个文件，这样才能输出符合数控加工格式要求的数控加工DDA直线插补的物理意义是使动点沿速度矢量的方向前进，这种方法同样适用于DDA 圆弧插补。 刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成为刀具中心轨迹 采用步进电机的开环伺服系统，对于数控装置发来的一个进给脉冲经驱动线路放大后驱动步进电机转过一个步距角，经过机械
（一）实验目的 1、了解数控铣床组成及其工作原理。 2、了解零件数控加工的手工编程和自动编程方法。 3、掌握用数控铣床加工零件的工艺过程。 （二）实验内容及安排 1）实验前仔细阅读本实验指示书的内容。 2）教师讲解数控铣床的组成及其工作原理，演示数控铣床操作过程。 3）学生进行程序传输和机床操作，完成零件加工。 （三）实验设备 1）数控铣床。 2）由10台计算机组成的局域网。 3）与机床通讯用计算机5台。 （四）数控铣床的组成 数控铣床的基本组成见图1，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝 杠、伺服电机、伺服装置、数控系统等组成。 床身用于支撑和连接机床各部件。主轴箱用于安装主轴。主轴下端的锥孔用于安装铣刀。当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。主轴箱还可沿立柱上的导轨在Z向移动，使刀具上升或下降。工作台用于安装工件或夹具。工作台可沿滑鞍上的导轨在X向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在Y向移动，从而实现工件在X和Y向的移动。无论是X、Y向，还是Z向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现。伺服装置用于驱动伺服电机。控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。控制电源用于向伺服装置和控制器供电。 （五）数控铣床加工说明 1．机床手动操作及手轮操作 （1）手动：选择手动功能键（FANUC系统为功能旋钮“手动”档）（见附图）， 然后按动方向按键+X +Y +Z –X –Y –Z，使机床刀具相对于工作台向坐标轴某一 个方向运动。 （2）手轮：选择手轮（单步）功能键（FANUC系统为功能旋钮“手轮”档）（见 附图），然后选择运动方向，KND系统为X Y Z方向按键，FANUC系统为方向旋钮。 2.回零操作 （1）零前准备：用手轮方式将工作台，尤其是刀轴移动至中间部位。（Z向行 程较小，只有100mm，多加注意） （2）零操作：选择回零按键，（FANUC系统为功能旋钮指向回零）。点动+X+Y+Z 按键（FANUC系统为按住+X +Y +Z按键），等待系统自动回零。 3.程序传输 FANUC系统： ①功能旋钮指向“编辑”功能，点击“PROG”按键； ②依次选择屏幕下方“操作”、“READ”、“EXEC”软键，等待程序输入；
数控机床课程设计说明书 设计课题：X-Y数控工作台设计 院别： 专业班级： 学号： 姓名： 指导老师：
摘要...................................................................................................................................... I 一前言. (1) 二设计任务 (1) 三设计主要步骤 (2) （一）确定设计总体方案 (2) 1、初拟机械传动部件方案： (2) 2、方案对比分析： (2) 3、最终方案： (3) （二）机械传动部件的计算与选型 (3) 1 导轨上移动部件的重量估算。 (3) 2 计算切削力 (3) 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (5) 4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (10) 5 滑动导轨的设计计算 (16) 6 其余部件的选取 (17) 结论 (20) 致谢 (21) 参考文献 (21)
21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。 关键字：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机
实验一数控机床认识实验报告 、实验目的 、实验仪器与设备 三、实验内容简述 1.现场了解数控机床(如SK50数控车床、XK715E 数控立式铳床、 电火花线切割机、数控电火花成型机)的基本结构、加工对象及其用途。 (1)数控机床的基本结构 1) SK50数控车床的基本结构 2) XK715D 数控立式铳床的基本结构 3) DK77型数控电火花线切割机的基本结构 班级 __________ 学号 _________________ 姓名 ____________ 成绩 _______ DK77型数控
4) 数控电火花成型机的基本结构 (2) 数控机床的加工对象及其用途 1) SK50数控车床的加工对象及其用途 2) XK715D数控立式铳床的加工对象及其用途 3) DK77型数控电火花线切割机的加工对象及其用途 4) 数控电火花成型机的加工对象及其用途
2. 现场掌握数控机床的坐标系。 (1) 数控机床的坐标轴的确定方法 (2) 现场操作数控机床的坐标轴的运动( 注：根据实验老师讲解及要求练习操作，现场要求学生操作并打分) 1) SK50数控车床的坐标轴的运动 ① 实验老师要求操作内容 ② 学生操作得分 2) XK715D数控立式铳床的坐标轴的运动 ① 实验老师要求操作内容 ② 学生操作得分
3. 接通电源，启动系统，在数控车床、数控铣床上进行手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作。( 注：根据实验老师讲解及要求练习操作，并现场打分) (1) SK50数控车床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1) SK50数控车床手动“回零”等操作步骤 2)学生操作得分 (2) XK715E数控立式铳床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1)XK715□数控立式铳床手动“回零”等操作步骤
数控技术试题库（答案） 试题类型： 一、填空:180题; 二、判断:300题; 三、单项选择:250题; 四、多项选择:100题; 五、简述、问答:100题; 六、编程:50题. 一、填空：180 1、数控机床综合应用了、、、等方面的技术成果。 [电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构] 2、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是_______ ，_______的含义是柔性制造系 统，_______ 的含义是计算机集成制造系统。 [计算机数字控制机床、FMS、CIMS] 3、计算机数字控制系统的硬件组成、、、。 [计算机、外部设备、输入/出通道、操作面板] 4、数控机床自动编程有两种：软件编程和软件编程。[APT、CAM] 5、旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种。[小型交流电机] 6、使用作位置检测装置的半闭环进给系统，一方面用它作实际位移反馈信号，另一方 面作测速信号。[旋转变压器] 7、数控机床的主运动的变速系统的参数有、。[动力参数、运动参数] 8、在数控编程时，是按照______ 来进行编程，而不需按照刀具的在机床中的具体位置。 [工件原点] 9、圆弧插补时，通常把与时钟走向一致的圆弧叫______，反之称为_______。[顺圆、逆圆] 10、为了防止机床强电系统干扰和其他类型外界干扰通过I/O控制回路进入计算机，在控制计 算机中，经常采用_______的输入和输出电路。[光电隔离] 11、通过预紧可以消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙和提高轴向刚度，通常预紧力应为最大轴向 负载的_______。[2倍] 12、当滚珠丝杠在静态或低速情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面 上产生_______。[点蚀] 13、数控车床自动换刀装置的刀架动作是刀架抬起、____ __、_____ __、_____ _。 [刀架转位、刀架定位、夹紧刀架] 14、实现刀具半径左补偿的指令格式是。[G00（G01）G41位置指令D01] 15、循环指令G81用于加工，G82用于加工。[车端面、车螺纹] 16、粗加工复合循环指令G72主要用于加工，G76主要用于加工。 [端面车削、螺纹切削] 17、按照伺服系统类型，可将数控机床的控制系统分为、和。 [开环、半闭环、闭环] 18、数控机床有着不同的运动方式，编写程序时，我们总是一律假定并规定为正。 [工件不动刀具运动、刀具远离工件的方向] 19、在子程序中出现M99程序段，则表示。[子程序结束，返回主程序] 20、数控机床就其本身的发展方向是。[自适应控制机床] 21、数控铣床根据其工艺范围大致可适用于零件、零件、零件的加工。 [平面类、变斜角类、曲面类（立体类）]
成绩： 数控机床与编程实验报告 课程数控机床与编程 专业机械设计制造及其自动化 学号2500100408 姓名何益群 指导教师曾文健 机械与电子信息工程学部 2013年11月21日
一、实验目的 1、熟悉数控机床的典型结构组成和工作原理。掌握手工编程的步骤； 2、掌握数控加工仿真系统的操作流程。 二、实验内容 1、观看机械零件的数控加工生产现场； 2、演示手工编程的操作步骤； 3、演示FANUC系统的数控加工操作流程。 三、实验设备 在工厂员工的带领下，我们观看的数控设备有： 华中数控系统的数控车床； 30系统的数控铣床； FUNAC系统的数控床； 华中数控的镗床： 沈阳机床厂的数控加工中心； 各种普通的车床、铣床，龙门刨床。 四、数控工艺分析 1、零件工艺分析 （1）零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则。 1）、零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。 2）、构成零件轮廓的几何元素的条件应充分，便于在手工编程时计算基点或节点坐标。（2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。 1)、零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高。 2)、内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。 3)、零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。 4)、应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的产生，保
VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）1.0技术方案书 一、总体介绍： “VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）”是为配合教育部于2009年新开设的“数控设备应用与维护”专业及人力资源与社会保障部于2007年颁布的新工种“数控机床装调维修工”的教学培训而专门研发的以培养优秀的数控设备维护维修人才为目标的仿真教学软件，同时也是CITTIC数控机床维修培训认证推荐使用软件。软件采用目前最先进的三维可视化编程技术开发；主要服务于“数控设备应用与维护”专业中“数控机床电气控制系统安装与调试、数控机床机械部件装配与调整、数控机床PLC控制与调试、数控系统连接与调试、数控机床故障诊断与维修”等五门核心课程相关专业技能实训以及“数控机床装调维修工”各级别相关专业技能要求技能培训之用。软件最大特点是按照工作过程为导向的任务驱动式教学法的思路，最大限度模拟企业真实工作环境与流程，采用典型数控机床与数控系统，将上述教学内容逐一分解成单项技能实训，使学生从单一技能学习起步，逐渐深入，逐渐综合，最终经历一个完整的数控设备装配、调试及维修的生产性训练过程。软件生动直观，学生使用该软件反复练习后，即可将全部流程以及其中的所有技能细节强化记忆，在脑海中形成牢固图示，为其今后进入相关职业岗位奠定坚实的技能基础。 二、分类介绍： VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）分为服务端与客户端。服务端主要作用是用于该软件的管理和通信。客户端主要应用于专业实训，分六大功能模块，如下图：
数控技术实验报告 学院 班级 学号 姓名 成绩 井冈山大学机械系 2010年03月
注意事项 数控操作实验是数控技术课程的组成部分之一，对于培养学生理论联系实际和实际动手能力具有极其重要的作用。因此，要求每个学生做到： 一、每次实验前要认真预习，并在实验报告上填写好实验目的和所用 实验设备； 二、实验前，每人必须配合实验指导老师在实验室记录本上做好相关 记录； 三、实验中要遵守实验规则，爱护实验设备，仔细观察实验现象，认 真记录实验数据； 四、在实验结束离开实验室前，必须认真仔细清点整理实验仪器和实 验设备，经实验指导教师检查后后方可离开实验室； 五、实验结束后，要及时对实验数据进行整理、计算和分析，填写好 实验报告，并上交授课教师批阅。
实验一数控车床的认识 实验日期2010 年04 月10 日 同组成员指导教师（签字） 一、实验目的 1．了解数控车削加工工件坐标的设定方法； 2．掌握数控车床操作面板上常用按键的功能； 3．掌握数控车床的基本操作方法。 二、实验设备（规格、型号） 1．CAK3675V数控车床； 2．CAK3275V数控车床； 3．Fanuc 0i-mate TC数控系统。 三、实验记录及数据处理 1. 熟悉Fanuc 0i前置刀架数控车床的操作面板，依次解释、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、等的功能。
2．数控车削加工工件坐标系设定方法有哪些？并作简述说明。 答：数控车床设置工件坐标系的方法有三种： （1）使用刀具偏执功能设置工件原点，即直接使用Txxxx指令建立工件原点； （2）使用G50指令建立工件原点，其格式为G50X_Z_； （3）使用G54~G59中的一个指令设定工件原点，其编程格式为：G54/G55/G56/G57/G58/G59。 3．数控车床为什么要回零？回零顺序是？ 答：回零的原因： 目前，大多数数控机床均采用增量式位置检测装置来做位置环反馈元件，当机床在断电状态时NC系统会失去对机床坐标系值的记忆，因此每次机床重新通电之初，必须手动操作返回机床参考点一次，恢复记忆，以便进行自动加工。 对于前置刀架的数控车床来说，为了防止刀具与尾座套筒的碰撞，回零时应该注意先对X轴回零，再对Z轴回零。
数控技术试题 1.欲用逐点比较法插补直线OA ，其起点坐标为O （0，0），终点坐标为A （e x ，e y ），其值为e x ＝5，e y ＝6，试写出其直 线插补运算过程，并绘出其插补轨迹。 解：由于待插补直线的起点坐标为O （0，0），终点坐标为A （5，6），采用总步数终点判别方法，总步数N =5+6=11。 从坐标原点开始插补，故此时偏差 0=F ，加工过程的运算节拍如下表所示： 序号 工作节拍 第1拍：偏差判别 第2拍：坐标进给 第3拍：新偏差计算 第4拍：终点判别 1 0 0=F +X 6 6001-=-=-=e y F F 10111=-=N 2 01 数控铣床实验报告 【篇一：数控铣床实验报告】 数控铣床实训报告 一、实训目的： 1、熟悉数控实训车间安全管理规定； 2、了解数控铣床的基本结构、工作原理及其工作方法，学会正确的操作铣床； 3、熟练掌握系统面板及操作界面的使用； 、 4、掌握数控机床编程方法。 二、实训设备与材料： 铣床：大连xd-40a 刀具：平底铣刀 测量工具：游标卡尺 刀具：平口虎钳 材料：石蜡、木板 绘图工具：autocad绘图软件 ~ 三、实训内容： 1、在实训老师的指导下，了解数控铣床的结构特点，铣床的工作原理及其工作方法。 2、学会编辑并运行程序，最后加工成品。 四、操作步骤： 1、用autocad绘图软件绘出工件模型，并标出各点坐标。 2、对刀，并设定工作坐标系。 3、编写程序，在程序编辑模式下输入程序 4、用计算机仿真，若仿真结果出现错误，则需要再次修改程序，直至结果正确。此时需重新启动数控面板，接着重复步骤2。若仿真结果与所期望的图形一致，则新启动数控面板，接着重复步骤2。 ) 5、切削加工。 6、工件完成后将x、y、z轴复位。接着关闭数控面板电源，再关闭铣床电源。 五、操作注意事项： 1、在对刀过程中xyz轴向一定要清楚，头晕或状态不好时不要去操作操作机床，以免发生意外。在对刀过程中手摇器倍率要调节好，靠近工件的时候一定要把倍率调小，这样可以保证安全和确保更高的对到精确度。 2、操作时要注意刀具有半径补偿，故设计零件时要注意临界值，并注意刀补的方向。 3、铣床操作过程中出现警报时，要及时查找出错原因，切忌不可重启机子解决此问题，否则将出现同样情况。 4、编辑完程序后需要在模拟后保证安全的情况下才能进行加工，在模拟完后要进行加工时务必要先清零，而且要保证回零完全。 六、附录 * 哑铃程序： 吉大2016年数控技术综合实 验报告 《数控技术综合实践》实验考核大纲 课程名称：《数控技术综合实践》 学时学分：5 适用专业：数控技术机械类 先修课程：《机械制图》、《机械工程材料基础》 一、制定本大纲的依据 本大纲根据《数控技术综合实践》考试大纲对学生实验能力的培养要求而制定。 二、实践课程的内容安排及学分分布 1.数控机床结构理论教学（2学分） 2.数控机床及加工中心结构实习（3学分） 三、实践课程目的与要求 实习是根据教学计划来安排得非常重要的实践性教学环节。实习目的是使学生了解和掌握基本生产知识，巩固和丰富已学过的专业知识。培养学生理论联系实际，在生产实际中调查研究、观察问题、分析问题，以及解决问题的能力和方法。 在实习过程中，学生应该学习工人的组织性、纪律性等优秀品质，接受热爱祖国、热爱社会主义建设 的教育，养成在工厂工作和学习的习惯。 《数控技术综合》实验报告 一、实验心得： 1.通过实验我们了解了现代数控机床的生产方式和工艺过程。熟悉了一些材料的成形 方法和主要机械加工方法及其所用主要设备的工作原理和典型结构、工夹量具的使用以及安全操作技术。了解了数控机床方面的知识和新工艺、新技术、新设备在机床生产上的应用。 2.在数控机床的生产装配以及调试上，具有初步的独立操作技能。 3.在了解、熟悉和掌握一定的数控机床的基础知识和操作技能过程中，培养、提高和加强了我的动手能力、创新意识和创新能力。 4.这次实习，让我们明白做事要认真小心细致，不得有半点马虎。同时也培养了我们坚强不屈的本质，不到最后一秒决不放弃的毅力！ 5.培养和锻炼了劳动观点、质量和经济观念，强化遵守劳动纪律、遵守安全技术规则和爱护国家财产的自觉性，提高了我们的整体综合素质。 二、数控加工工艺分析（包括机床、刀具的选择，加工路线等）： 工件一（如图一）工件二（如图二）使用机床车床车床 装夹工具三爪卡盘夹紧定位三爪卡盘夹紧定位 加工路线 车右端面，循环粗车外圆（Φ10→圆弧 R5→端面→45°倒角），精车（Φ10→圆 弧R5→端面→45°倒角）； 循环车削螺纹（刀具初始 位置a→b点→c点→快速 到d→快速回到初始位置 a）刀具外圆粗精车刀（编号T02）螺纹车刀（编号T01）切削用量 粗车（主轴转速2800r/min,进给量 0.2mm/r）,精车（主轴转速2800r/min, 进给量0.2mm/r） 主轴转速500r/min； 三、数控加工程序： 现代数控技术及数控机床 一．填空题（每题2分） 1．数控机床是由控制介质、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、反馈装置、适应控制装置和机床等部分组成。 2．数控机床加工过程的加工路线是指刀具中心的运动轨迹和方向。 3．三相步进电机的转子上有40个齿，若采用三相六拍通电方式，则步进电机的步距角为 1.50。 4．数控机床的最小设定单位是数控机床能实现的最小位移量，标制着数控机床精度的分辨率，其值一般为0.0001～0.01mm，在编程时，所有的编程单位都应转换成与最小设定单位相应的数据。 5．通常把数控车床的床身导轨倾斜布置，可改善其排屑条件和受力状态。 提高机床的静刚度。 6．数控机床的工作台和刀架等部件的移动，是由交流或直流伺服电机驱动，经过滚珠丝杠传动，可减少进给系统所需要的驱动扭矩，提高定位精度、运动平稳性。 7．对步进电机施加一个电脉冲信号时，步进电机就回转一个固定的角度，叫做步距角，电机的总回转角和输入脉冲数成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的频率。 8．位置检测装置是数控机床的重要组成部分，在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号进行比较，如有偏差，经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差方向运动，直至偏差等于零为止。 9．刀具半径补偿功能的作用就是要求数控系统根据工件轮廓程序和刀具中心偏移量，自动计算出刀具中心轨迹。 10．伺服系统的输入是插补器发出的指令脉冲，输出是直线或转角位移。11．数控机床工作台和刀架等部件的移动，由交流或直流伺服电机驱动，经过滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需要的驱动扭矩，提高了定位精度和运动平稳性。 12．光栅依不同制造方法有透射光栅和反射光栅两种。数控机床中常用透射光栅做位置传感器。 二．选择题（每题2分） 1．闭环伺服系统使用的执行元件是（1，2） （1）支流伺服电机（2）交流伺服电机（3）步进电机（4）电液脉冲马达 2．步进电机的角位移与（4）成正比。 （1）步距角（2）通电频率（3）脉冲当量（4）脉冲数量 3．数控机床CNC系统是（3） （1）轮廓控制系统（2）动作顺序控制系统（3）位置控制系统（4）速度控制 系统 4．采用DDA法加工第一象限的斜线，若偏差函数值大于零，规定刀具向（1）方向移动。 （1）+X （2）-X （3）+Y （4）-Y 5．数控机床有不同的运动形式，需要考虑关键与刀具相对运动关系和坐标系方向，编写程序时，采用（4）的原则。 目的 1、了解数控车床机械结构 2、了解数控车床的基本操作 3、掌握简单零件的数控加工 原理 数控车床是一种高度自动化的机床，在加工工艺与加工表面形成方法上与普通机床是基本相同的，最根本的不同在于实现自动化控制的原理与方法上。数控车床是用数字化的信息来实现自动化控制的，将与加工零件有关的信息——工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数（进给执行部件的进给尺寸），切削加工的工艺参数（主运动和进给运动的速度、切削深度等），以及各种辅助操作（主运动变速、刀具更换、冷却润滑液关停、工件夹紧松开等）等加工信息用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工 仪器设备 数控车床、塑料棒料 步骤 1、开机，打开机床照明 2、输入程序后并检查加工轨迹 3、装夹工件，检查刀具 4、试切法对刀并验刀 5、调出程序，自动加工 6、手动切断 7、打扫机床并关机 实验过程原始记录 1、上电循环系统启动（解锁状态）打开照明 2、装工件、刀具（45mm的零件需要80-100mm的伸长量）选择35°外圆车刀换刀（在MDI模式下点prog选择1号刀，并输入） 3、仿真（目的检查程序是否准确）CSTM/GR→圆形→操作→head(自动)→执行 4、对刀定参考点坐标右端面，外圆（0,0） MDI→prog→M03S500 插入 循环启动，在手摇模式下切断面（x100:表示一个脉冲走0.1mm）显示坐标：pos 拨扭向上是x方向，下是z方向，切的时候切到一点就好 切削加工过程时倍率的选择（x25）顺时针转动轮盘为退刀，逆为切削 offset→磨耗→清零→输入→形状（注意看清与选择刀具一致） 番号01 z0.0 测量顺时针摇出 Pos(调坐标) 切外圆（x25）注意摇出时x坐标不变 Reset 复位记录27.6mm 补正→形状→x→输入→测量→检测 5、编辑→prog→程序→自动倍率为0时是为了定位 →复位→自动→倍率打开，开始切削 6、合上门，待加工结束 7、关机 实验结果及分析 数控车床主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，一次装夹中可以 自考毕业设计 数控十字工作台 1 一. 引言： 二. 设计任务 三. 总体方案确定 四、机械部分设计 1、导轨副的选择 （1）、额定寿命计算 （2）、滚动导轨预紧方式的确定： 2、丝杠螺母副的选用 （1）、计算进给引力m F （2）、计算最大动负载C 及主要尺寸初选 3、滚珠丝杠螺母副的选型： （1）、传动效率计算 （2）、刚度验算 （I ）、丝杠的拉伸或压缩变形量1δ （II ）、滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ （III ）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3δ （VI ）滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不做稳定性校核 4、确定齿轮传动比 5、步进电机的选用 （1）、步进电机力矩计算： （I ）空载启动转矩M 起 (II) 快速移动时间所需力矩M 快 (III) 最大切削负载时所需力矩M 切 五、心得体会 六、[参考书目] 自考毕业设计数控十字工作台一.引言： 数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 二.设计任务 设计一个数控X-Y工作台。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.02mm。 设计主要技术要求如下：台面尺寸长×宽＝400mm×250mm；工作台行程为：X=300mm，Y=150mm；脉冲当量：X 、Y都是0.01 mm；X /Y最高工作进给速度为300 mm /min；X /Y 最高空载进给速度为700 mm /min；X/Y/Z向切削负载为：2000/2000/1000N（力不用计算）；工件最大重量（包括夹头）为：150KG；工作寿命为每天8小时，连续工作5年，250天/年。进给机械系统均采用滚动（珠）丝杠副和滚动（珠）导轨副；所设计的工作台应结构合理、设计参数与上述要求符合；设计装配图应表达正确，完整，技术标注规范、全面； 三. 总体方案确定 X - Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动,系统中不设置传感与检测设备;半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动,并在电机输出轴端设置传感与检测设备;闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动,但检测与传感设备设置在工作台末端。本文所设计的X - Y 工作台开环伺服系统,通过控制器控制步进电机的驱动,经传动机构带动工作台运动,其总体框图如下: 带动工作台运动,其总体框图如下: 2 《数控加工技术》 实验指导书 （第二版） 适用专业：机械电子工程 机械设计制造及其自动化 江苏科技大学 机械工程实验中心 2011年8月 实验二：插补原理实验 实验学时：2 实验类型：验证、设计 实验要求：必修 一 、实验目的 1要求学生学会独立查阅资料，掌握逐点比较法插补原理。 2通过插补原理实验，能够自主用逐点比较法完成手工计算直线和圆弧的插补轨迹。 3了解其他数控插补算法。 二、实验内容 1.逐点比较法（直线插补 、圆弧插补）验证。 2.其他插补算法（直线插补 、圆弧插补）验证（选做）。 三、数控机床插补原理 机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹，进而产生基本廓形曲线，如直线、圆弧等。其它需要加工的复杂曲线由基本轮廓逼近，这种拟合方式称为“插补”（Interpolation ）。“插补”实质是数控系统根据零件轮廓线型的有限信息（如直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心等），在轮廓的已知点之间确定一些中间点，完成所谓的“数据密化”工作。 数控系统常用的插补计算方法有：逐点比较法，数字积分法，时间分割法，样条插补法等。逐点比较法，即每一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，视该点在给定轨迹的上方或下方，或在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近给定轨迹。如此，走一步，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定的轨迹。下面以逐点比较法为例，阐述插补的原理。 直线插补计算原理： 偏差计算公式：以第一象限为例，取直线起点为坐标原点，如图2-1所示，m 为动点，有下面关系： X m X e Ym Ye = 取 m F Ym Xe Xm Ye =-作为偏差判别式， 若 Fm=0，表明 m 点在OA 直线上； 若 Fm>0，表明m 点在线上方的m ′处； 若 Fm<0，表明m 点在直线下方的m ″处。 从坐标原点出发，当Fm ≧0时，沿＋X 方向走一步，当Fm<0，沿＋Y 方向走一步，当两方向所走的步数与终点坐标（Xe,Y e ）相等时，停止插补。 一、填空题： 1.数控机床是用数字化代码来控制 刀具与工件 的相对运动，从而完成零件的加工。 2.所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行 数据点的密化（或数据密化） 的过程。 3.对刀操作就是 确定工件坐标系 和 机床坐标系 之间关系的操作。 4.直流伺服电动机的控制特性是指其速度随 电压 变化的特性，而其机械特性是指其速度随 负载转矩 变化的特性。 5.刀具在机床上的位置是由 刀位点 的位置来表示的。 6.JB3051-82规定，数控机床坐标轴和方向是基于 工件 固定，刀具 移动。 7.数控机床上采用的导轨主要有 静压导轨、滚动导轨、塑料导轨 三种形式。 7.用逐点比较法插补直线OA ，其起点坐标为O （0，0），终点坐标A （5，8），若采用插补的总步数作为终点减法计数器J E 的初始值，即J E ＝ 13 。在插补过程中，每进给一步，计数器J E 减1,当J E ＝ 0时，到达终点，停止插补。 8.数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量装置和机械本体五个部分组成。 https://www.doczj.com/doc/6017437215.html,C 系统软件必须完成 管理 和 控制 两大任务。 10.步进电机的“失步”现象有两种表现形式，即 丢步 和 越步 14.在CNC 软件中资源分时共享要解决的问题是各任务何时占用CPU 以及占用时间的长短，解决的办法是 循环轮流 和 中断优先相结合。 11.数控机床伺服驱动系统是指以机床移动部件的 位置 和 速度 作为控制量的自动控制系统，又称为拖动系统。 12.若三相步进电机（三相绕组分别为A 、B 、C ），请写出三相六拍工作方式的通电顺序：A －AB －B －BC －C －CA －A （或者A －AC －C －CB －B －BA －A ） 13.对于第四象限逆圆弧来说，当F≥0时其进给方向为 +y ，偏差计算公式为 F=F-2y+1 14.数控机床的脉冲当量是指 每个脉冲信号使数控机床移动部件产生的位移量。 15.数控技术是指用 数字化信号（或数字化代码）对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。 16.从CNC 系统使用的微机及结构来分，CNC 系统的硬件结构一般分为：多微处理机 和 单微处理机 17.改变 刀具半径补偿值的大小，不改变加工程序，就可以实现同一轮廓的粗、精铣加工。 18.数控机床按伺服系统的控制方式可分为 开环数控机床 半闭环数控机床 闭环数控机床 。 三、单项选择题： https://www.doczj.com/doc/6017437215.html,C 系统软件必须完成管理和控制两大任务，下面任务中哪个不属于控制任务？（ A ） A 、诊断 B 、插补 C 、位控 D 、译码 2.下列正确表示机床坐标系的是（ A ） A 、X B 、X C 、Z D 、Y 3.脉冲当量的大小决定了加工精度，下面哪种脉冲当量对应的加工精度最高？ （ A ） A 、1um/脉冲 B 、5um/脉冲 C 、10um/脉冲 D 、0.01mm/脉冲 4.设编程原点在工件的上表面，执行下列程序后，钻孔深度是（ C ）。 G90 G01 G43 Z-50 H01 F100 （H01补偿值-2.00mm ） Z X X Y Y Z Z Y 实验一数控机床认识实验报告 班级学号姓名成绩 一、实验目的 二、实验仪器与设备 三、实验内容简述 1.现场了解数控机床（如SK50数控车床、XK715D数控立式铣床、DK77型数控电火花线切割机、数控电火花成型机）的基本结构、加工对象及其用途。 (1)数控机床的基本结构 1)SK50数控车床的基本结构 2)XK715D数控立式铣床的基本结构 3)DK77型数控电火花线切割机的基本结构 4)数控电火花成型机的基本结构 (2)数控机床的加工对象及其用途 1)SK50数控车床的加工对象及其用途 2)XK715D数控立式铣床的加工对象及其用途 3)DK77型数控电火花线切割机的加工对象及其用途 4)数控电火花成型机的加工对象及其用途 2.现场掌握数控机床的坐标系。 (1) 数控机床的坐标轴的确定方法 (2) 现场操作数控机床的坐标轴的运动(注：根据实验老师讲解及要求练习操作，现场要求学生操作并打分) 1)SK50数控车床的坐标轴的运动 ①实验老师要求操作内容 ②学生操作得分 2)XK715D数控立式铣床的坐标轴的运动 ①实验老师要求操作内容 ②学生操作得分 3.接通电源，启动系统，在数控车床、数控铣床上进行手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作。(注：根据实验老师讲解及要求练习操作，并现场打分) (1) SK50数控车床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1）SK50数控车床手动“回零”等操作步骤 2）学生操作得分 (2) XK715D数控立式铣床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1)XK715D数控立式铣床手动“回零”等操作步骤 2)学生操作得分 四、思考与作业题 1. 数控机床由哪几部分组成？ 2. 为什么每次启动系统后要进行“回零”操作？ 1、数控机床自动编程有两种：软件编程和软件编程。[APT、CAM] 2、使用作位置检测装置的半闭环进给系 统，一方面用它作实际位移反馈信号，另一方面作测速信号。[旋转变压器] 3、在数控编程时，是按照______ 来进行编程，而不需按照刀具 的在机床中的具体位置。 [工件原点] 4、数控车床自动换刀装置的刀架动作是刀架抬起、____ __、 _____ __、_____ _。 [刀架转位、刀架定位、夹紧刀架] 5、按照伺服系统类型，可将数控机床的控制系统分为、和。 [开环、半闭环、闭环] 6、数控机床有着不同的运动方式，编写程序时，我们总是一律假定并规定为正。 [工件不动刀具运动、刀具远离工件的方向] 7、普通数控铣床程序与加工中心编程的主要区别于。[换刀程序] 8、数控机床是 由、 、、 、 组成的。 [数控程序、计算机、外部设备、输入/出通道、操作面板] 9、按所用的进给伺服系统的不同数控机床可 为、、 。 [开环、半闭环、闭环] 10、NC机床的含义是数控机床，CNC是_ FMS 是CIMS是。 [计算机数控机床、柔性制造系统、计算机集成制造系统] 11、数控机床程序编制可分为、。[手工编程、自动编程] 12、脉冲编码器是一种位置检测元件，按照编码方式，可分为和两种。 [光学式、增量式、绝对式] 13、一个零件加工的程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个组成的，而每个 是由若干个组成的。[程序段、程序段、指令字] 14、圆弧插补加工时，通常把与时钟走向一致的圆弧叫使用_______指令，反 之使用_______指令。[G02、G03] 15、对步进电机施加一个电脉冲信号，步进电机就回转一个固定的角度，这 个角度叫做______，电机的总角位移和输入脉冲的_______成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的______。 [步距角、数量、频率] 16、插补是指。[将工件轮廓的形状描述出来，边根据计算结果向各坐标发出进给指令] 插补的任务：跟据进给速度的要求，完成在轮廓起点与终点之间的中间点的坐标值的计算。 17、程序编制的方法有和。[手工编程、自动编程] 18、数控机床实现插补运算广泛应用的是插补和插补。[直线、圆弧] 19、数控机床由控制介质、和、等部分组成。[数控装置、伺服系统、机床] 20、数控机床按控制运动轨迹可分为、点位直线控制和等几种。[点位控制、轮廓控制] 21、对刀点既是程序的，也可以是程序的。 [起点、终点] 数控机床课程设计说明书 设计课题： X-Y数控工作台设计 院别： 专业班级： 学号： 姓名： 指导老师： 摘要II 一前言1 二设计任务1 三设计主要步骤2 （一）确定设计总体方案2 1、初拟机械传动部件方案：2 2、方案对比分析：2 3、最终方案：3 （二）机械传动部件的计算与选型3 1 导轨上移动部件的重量估算。3 2 计算切削力3 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验5 4 步进电机的传动计算及电动机的选用10 5 滑动导轨的设计计算16 6 其余部件的选取17 结论20 致谢21 参考文献21 21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。 关键字：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机 Since the 21st century, the human economy has developed high speed, the people live have had the change which changes with each new day, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops. key words: Cross table Ball screw Rolling guide Stepper motor工作报告之数控铣床实验报告
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