数控机床的驱动与位置控制专训PPT课件( 69页)

3.开放化发展新趋势 由于计算机硬件的标准化和模块化，以 及软件模块化，开放化技术的日益成熟， 数控技术开始进入开放化的阶段。开放式 数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、 扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实 施战略发展计划，并进行开放式体系结构 数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC) 的研究和制定，世界3个最大的经济体在短 期内进行了几乎相同的科学计划和技术规 范的制定，预示了数控技术的一个新的变 革时期的来临。我国在2000年也开始进行 中国的ONC数控系统的规范框架的研究和 制定。
2.精密化发展新趋势 随着伺服控制技术和传感器技术的进 步，在数控系统的控制下，机床可以 执行亚微米级的精确运动。在加工精 度方面，近10年来，普通级数控机床 的加工精度已由10μm提高到5μm，精 密级加工中心则从3～5μm，提高到 1～1.5μm，并且超精密加工精度已开 始进入纳米级(0.01μm)。
与传统的机械加工技术相比，数控 技术主要有以下特点
1、高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方 面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，铣床和 加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／ min 提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、 40 000r ／ min以 上 快 速 移 动 速 度由过 去的0 ～20m ／ min提 高 到48m ／
min、60m ／min、80m ／ min、 120m ／ min，在提高速度的同时 要求提高运动部件起动的加速度， 其已由过去一般机床的0．5G（重 力加速度）提高到1．5～2G，最 高可达15G，直线电机在机床上开 始使用，主轴上大量采用内装式主 轴电
2、高精度化 数控机床的定位精度已由一般的 0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右， 亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米 级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨 率为1nm（0．000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技 术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的 圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进 行自动拐角处理等。

（1）首先应确定步进电动机的类型。 （2）根据机床的加工精度要求，选择进给轴的脉冲当量，如0.01mm或 0.005mm。 （3）根据所选步进电动机的步距角、丝杠的螺距以及所要求的脉冲当量， 计算减速齿轮的降速比。 (4) 电动机的输出转矩应大于负载转矩. (5) 带载启动频率应为空载启动频率的一半.
数控机床所采用步进电动机的步距角一般都很小，通常为3°、1．5° 或0．75°等。步距角越小，控制精度越高。
步进电动机一转内各实际步距角与理论步距角之间存在误差，误差的最
大值定为步距误差。它的大小受制造精度、齿槽分布的不均匀和气隙不均
匀等因素影响，通常在10′左右。
(2)静态矩角特性和最大静转矩
当步进电动机单相通直流电时，转子处于静态。如果在电机
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
2. 全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接对 运动部件的实际位置进行检测。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
第4章 数控机床的伺服系统和常用驱动元件
4.1 数控机床的伺服系统 4.2 数控机床的驱动电动机 4.3 数控机床的驱动装置
4.1 数控机床的伺服系统
一. 伺服系统的定义、组成 1 . 定义：
伺服系统(Servo System)——以机床运动部件的 位置和速度作为控制量的自动控制系统。
进给伺服系统——以机械位移为直接控制目标,保证加工轮廓. 主轴伺服系统——以速度控制为主，提供切削转矩和功率.

排除方法
根据故障诊断结果，采取相应的维修措施，如更 换损坏部件、调整参数等。
预防性保养措施建议
保持机床清洁
定期清理切屑、擦拭机床，避免 灰尘、油污等对机床造成损害。
定期检查
定期对机床各部位进行检查，及 时发现并处理潜在问题。
加强润滑
根据机床润滑要求，定期加注润 滑油或润滑脂，确保机床各部件 得到充分润滑。
数控车床网络化技术
介绍数控车床网络化技术的实现方式及在智 能制造中的应用前景。
数控车床自动化技术
分析数控车床自动化技术的现状与发展方向， 如自动上下料、自动换刀等。
数控车床绿色制造技术
探讨数控车床绿色制造技术的意义及实现途 径，如节能减排、环保型切削液等。
07 总结与展望
课程重点内容回顾
数控车床基本概念、分类及 应用领域
数控编程步骤
包括分析零件图样、确定加工工艺过程、 数学处理、编写零件加工程序、程序校 验与首件试切等。
常用编程指令介绍
准备功能指令
如G00（快速定位）、G01（直 线插补）、G02/G03（圆弧插补） 等，用于控制刀具的运动轨迹。
辅助功能指令
如M03（主轴正转）、M05（主 轴停止）、M08（冷却液开）等，
参数调整方法 根据加工过程监控结果，可以适时调整进给速度、主轴转 速等参数，以提高加工效率和保证加工质量。
异常处理措施 在加工过程中如遇到异常情况，如刀具磨损、工件变形等， 需要及时采取相应措施进行处理，避免影响加工质量和机 床安全。
加工后质量检测与评估
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质量检测方法 加工完成后需要对工件进行质量检测，常用的检 测方法包括尺寸测量、表面粗糙度检测、形位公 差检测等。
复杂曲面零件加工编程

二 数控技术发展趋势
1.高速高精加工技术及装备 进给速度60mmin；加速度2g；主轴转速 60000r/min 普通级数控机床达5μm，精密级1—5 5μm 或更高； 平均故障间隔时间6000h，伺服系统达 30000h
2.五轴联动加工和复合加工机床 3.智能化、开放式、网络化
三 数控机床的基本特点
伺服系统——是一种能够跟踪输入指令信号而动作， 从而获得准确位置、速度、力输出的控制系统。 典型的伺服系统是位置随动系统。
7.1
一、伺服系统的组成和工作过程
1、结构
CNC位置控制
来自CNC 插补运算的 位置指令 +
—
速度指令
位置控制
+
模块
—
伺复驱动速度控制
伺复电机
速度控制
SM
模块
速度反馈 位置反馈
2、按伺服电机类型分类
7.1
1）步进伺服系统——属典型的开环伺服系统，由步 进电机及其驱动系统组成。特点：结构简单、使
用维修方便、成本低、控制简单等；应用：在小 型数控机床和速度、精度要求不高场合应用广泛
2）直流伺服系统——由直流伺服电机、调速系统、 检测反馈、机械传动等部分组成。常用的直流伺
服电机有小惯量伺服电机和永磁伺服电机（大惯 量宽调速）两类。
5、不受负载影响 电机的转动惯量是定植，但负载惯量是变化， 加工过程中变化很大，要求伺服系统在负载变 量和转矩干扰等使电机负载变化时不影响伺服 系统工作。
四、对主轴伺服系统的要求
7.1
1、对主轴伺服系统拖动要求
主轴控制涉及数控机床的G、S、M、T控制功能，故要求：
1）调速范围足够大——为适应各种刀具、工序、材料 的加工要求，主轴调速范围要宽。数控机床主轴变 速是按指令自动无级调速的，一般要求1：（ 100— 1000）恒转速调速范围、1：10的恒功率调速。主轴 驱动方式一般有主轴带齿轮换挡，可以降低主轴转 速，增大传动比；二是主轴电动机通过同步齿形带 驱动主轴，具有恒功率宽的特点。