982第六講總復(fù)習(xí)

1、n這一講，我們一起對(duì)前面學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行一次總復(fù)習(xí)，按章節(jié)順序?qū)τ谝恍?shí)用的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納，以利于同學(xué)們掌握這門課程的主要內(nèi)容一、n 主軸運(yùn)動(dòng)和普通機(jī)床一樣，主軸運(yùn)動(dòng)主要完成工件的切削任務(wù)。 即用電氣自控驅(qū)動(dòng)替代了人工機(jī)械驅(qū)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)完的。 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加工程序處理后輸出的控制信號(hào)除了對(duì)進(jìn)給運(yùn)行軌跡進(jìn)行連續(xù)控制外，還要對(duì)機(jī)床的各種開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。這部分功能一般由可編程序邏輯控制器實(shí)現(xiàn)。n 圖1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成 如圖1.3所示。其功能應(yīng)了解。 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只要求能夠精確地控制從一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)到另一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的定位精度，而不管是按什么軌跡運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過程

2、中不進(jìn)行任何加工。 n直線控制數(shù)控機(jī)床一般要在兩點(diǎn)間移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行加工，所以不僅要求有準(zhǔn)確的定位功能，還要求從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間按直線規(guī)律運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制。n輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有插補(bǔ)功能。它不僅控制起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而且要控制加工過程中每一點(diǎn)的位置和速度，加工出任意形狀的曲線或曲面組成的復(fù)雜零件。 n這類數(shù)控機(jī)床沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)流程是單向的，其精度主要決定于驅(qū)動(dòng)元件和伺服電機(jī)的性能，n閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位置測量裝置。n半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的上裝有角位移檢測裝置。

3、n 低壓斷路器又稱自動(dòng)空氣開關(guān)，它不但能用于正常工作時(shí)不頻繁接通和斷開的電路，而且當(dāng)電路發(fā)生過載、短路或失壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電路，有效地保護(hù)串接在它后面的電氣設(shè)備。因此，低壓斷路器在機(jī)床上使用得越來越廣泛。n接觸器是一種用來頻繁地接通或分?jǐn)鄮в胸?fù)載（如電動(dòng)機(jī)）的主電路自動(dòng)控制電器。接觸器按其主觸頭通過電流的種類不同，分為交流、直流兩種，機(jī)床上應(yīng)用最多的是交流接觸器，我們僅介紹交流接觸器。 交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)組成如圖2.17所示，。 n 繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號(hào)的變化，而接通或斷開控制電路，實(shí)現(xiàn)控制目的的電器。中間繼電器實(shí)際上也是一種電壓繼電器，只是它具有數(shù)量較多、容量較大的觸點(diǎn)，起

4、到中間放大的作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的物體在一定范圍內(nèi)與之接近時(shí)，接近開關(guān)就會(huì)發(fā)生物體接近而“動(dòng)作”的信號(hào)，以不直接接觸方式控制運(yùn)動(dòng)物體的位置。n熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理來切斷電路的保護(hù)電器，主要用于電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載的保護(hù)。n 電氣控制系統(tǒng)圖有三類：電氣原理圖、電器元件布置圖和電氣安裝接線圖為機(jī)械電氣控制設(shè)備的制造、安裝、維修提供必要的資料。n電氣安裝接線圖是用規(guī)定的圖形符號(hào)，它清楚地表明了各電器元件的相對(duì)位置和它們之間的電路連接的詳細(xì)信息。n 為了減小起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)拇胧Ｈ嗷\型電動(dòng)機(jī)有直接起動(dòng)（全電壓起動(dòng)）和間接起動(dòng)（降壓起動(dòng)）兩種方式。直接起動(dòng)是一種簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)的起

5、動(dòng)方式，適合小容量電動(dòng)機(jī)。第3章 數(shù)控裝置（cnc）的結(jié)構(gòu) 目前的數(shù)控裝置都是基于微型計(jì)算機(jī)的硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)其功能，它一方面具有一般微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，另一方面。必須編寫相應(yīng)的系統(tǒng)軟件來指揮和協(xié)調(diào)硬件的工作，兩者缺一不可。二、數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)類型數(shù)控裝置是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，其 數(shù)控系統(tǒng)的干擾一般是指那些與信號(hào)無關(guān)的，在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過程中這些瞬變現(xiàn)象會(huì)使數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生變化，增大誤差，使局部裝置或整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，引起故障。n抗干擾措施1.減少供電線路干擾n數(shù)控機(jī)床的安置要遠(yuǎn)離中頻、高頻的電氣設(shè)備；要避免大功率起動(dòng)、停止頻繁的設(shè)備，電火花設(shè)備同數(shù)控機(jī)床位于同一

6、供電干線上，最好是采用獨(dú)立的動(dòng)力線供電。2.減少機(jī)床控制中的干擾3.屏蔽n屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路或線路包在其中，可以防止電場或磁場的耦合干擾。4.保證“接地”良好電網(wǎng)的許多干擾都是通過“接地”這條途徑對(duì)機(jī)床起作用的。第4章 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)速度環(huán)速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由伺服電動(dòng)機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、測速裝置及速度反饋組成；位置環(huán)由數(shù)控系統(tǒng)中的位置控制、位置檢測裝置及位置反饋組成。n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種的機(jī)電執(zhí)行元件。n圖4.2a)為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。定子上有六個(gè)均布的磁極，直徑方向相對(duì)的兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的一相控制繞組。下面我們分析步進(jìn)電

7、動(dòng)機(jī)的工作原理：n圖4.2b)所示為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。其定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片等軟磁材料制成的，定子上有a、b、c三對(duì)磁極，分別繞有a、b、c三相繞組。三對(duì)磁極在空間上相互錯(cuò)開120。轉(zhuǎn)子上有4個(gè)齒，無繞組，它在定子磁場中被磁化而呈現(xiàn)極性。當(dāng)定子a相繞組通電時(shí)，形成以a-a為軸線的磁場，轉(zhuǎn)子受磁場拉力作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子的1、3齒和定子的aa極對(duì)齊，如圖4.2b)所示；當(dāng)a相斷電、b相繞組通電時(shí)，以b-b為軸線的磁場使轉(zhuǎn)子的2、4齒和定子的b-b極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子將在空間逆時(shí)針轉(zhuǎn)過30角；當(dāng)b相斷電，c相繞組通電時(shí)， 以c-c為軸線的磁場使轉(zhuǎn)子的1、3齒和定子的c-c極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子將在空

8、間又逆時(shí)針轉(zhuǎn)過30角。如此按abca的順序通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)不斷地按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；如按acba的順序通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)不斷地按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。從一相通電換到另一相通電，叫一拍；每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一步，每步轉(zhuǎn)過角度叫步距角，用表示。n圖42反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理n圖4.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路 ，如圖4.5所示。其中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路完成由弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換和放大，也就是將邏輯電平信號(hào)變換成電機(jī)繞組所需的具有一定功率的電流信號(hào)。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在著一些固有的缺點(diǎn)， （比如，有電刷，限制了轉(zhuǎn)速的提高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴。 ），使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。交流伺服電動(dòng)機(jī)沒有這些缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電動(dòng)機(jī)小

9、，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。因此，交流伺服系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)形成潮流。從20世紀(jì)80年代后期開始，大量使用交流伺服系統(tǒng)，目前，已基本取代了直流電動(dòng)機(jī)。n2交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)n 如圖4.20所示，交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是一個(gè)具有兩個(gè)極的永磁體(也可以是多極的)。按照電動(dòng)機(jī)學(xué)原理，當(dāng)同步型電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組接通三相交流電源時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(ns，ss)以同步轉(zhuǎn)速ns逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)兩異性磁極相吸的原理，定子磁極ns(或ss)緊緊吸住轉(zhuǎn)子，以同步轉(zhuǎn)速ns在空間旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子和定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。n當(dāng)轉(zhuǎn)子加上負(fù)載轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)子磁極軸線將落后定子磁場軸線一個(gè)夾角。轉(zhuǎn)子的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，定子磁極

10、軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線間的夾角增大；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)角減小。 圖圖4.20永磁式同步型電動(dòng)機(jī)的工作原理永磁式同步型電動(dòng)機(jī)的工作原理 n五、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置n1）交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理n由電動(dòng)機(jī)學(xué)基本原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為n n從上面的公式可以看出：這是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想調(diào)速方法。目前，數(shù)控機(jī)床主要采用變頻調(diào)速等先進(jìn)交流調(diào)速技術(shù)。 ，基本工作過程是先將50hz交流電經(jīng)整流變壓器變壓得到所需電壓，經(jīng)二極管整流和電容濾波，形成恒定直流電壓，然后送入由大功率晶體管構(gòu)成的逆變器主電路，輸出三相電壓和頻率均可調(diào)整的等效于正弦波的脈寬調(diào)制波(spwm波)，即可拖動(dòng)三相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種變頻器在數(shù)控機(jī)床的

11、交流驅(qū)動(dòng)中廣泛使用。 3）正弦波脈寬調(diào)制(spwm) 逆變器的基本原理 電動(dòng)機(jī)就是一個(gè)慣性的環(huán)節(jié)，該結(jié)論是spwm控制的重要理論基礎(chǔ)。 spwm逆變器輸出的是正弦脈寬調(diào)制波,如圖4.24b)所示。其工作原理是若把一個(gè)正弦半波分成n等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫坐標(biāo)軸所包圍的面積，都用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，這樣可得到n個(gè)等高而不等寬的脈沖序列。根據(jù)上述沖量相等效果相同的原理，該矩形脈沖序列與正弦半波是等效的。如果對(duì)正弦波的負(fù)半周也做同樣處理，即可得到相應(yīng)的2n個(gè)脈沖，這就是與正弦波等效的正弦脈寬調(diào)制波，如圖4.24所示。 通過對(duì)等效的正弦脈寬調(diào)制波的脈沖調(diào)制，就相當(dāng)于調(diào)整了輸

12、出的正弦波頻率。 a)正弦波的正半波 b)等效的spwm波形 圖4.24與正弦波等效的spwm波形n六、主軸定向控制的作用n目前交流主軸驅(qū)動(dòng)中均采用n在加工中心中進(jìn)行刀具交換n在精鏜孔退刀時(shí)，為了避免刀尖劃傷已加工表面第5章 數(shù)控機(jī)床的位置檢測裝置 一、 。數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境存在油污、潮濕、灰塵、沖擊振動(dòng)等，檢測裝置要能夠在這樣的惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定，并且受環(huán)境溫度影響小，能夠抵抗較強(qiáng)的電磁干擾。 為保證數(shù)控機(jī)床的精度和效率，檢測裝置必須具有足夠的精度和檢測速度，位置檢測裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率一個(gè)數(shù)量級(jí)。 受機(jī)床結(jié)構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境的限制，要求位置檢測裝置體積小巧，便于安裝調(diào)試。盡量選用價(jià)格

13、低廉，性能價(jià)格比高的檢測裝置。 數(shù)控機(jī)床加工精度，在很大程度上取決于數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置的精度，因此，位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，它對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床的加工精度有決定性的作用。n 根據(jù)位置檢測裝置安裝形式和測量方式, 數(shù)控機(jī)床測量方式可按以下幾種方式分類：每檢測到位置移動(dòng)一個(gè)基本單位時(shí)，輸出一個(gè)脈沖波或正弦波，通過脈沖計(jì)數(shù)便可得到位移量。n 位置檢測裝置安裝在伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于所測量的各種物理量是不斷變化的，因此傳感器的測量輸出必須能準(zhǔn)確、快速地跟隨并反映這些被測量的變化。位置檢測裝置的主要性能指標(biāo)包括如下幾項(xiàng)內(nèi)容。n ，數(shù)控機(jī)床用傳感器要滿足高精度和高速實(shí)時(shí)測量的要求。n 分辨率應(yīng)

14、適應(yīng)機(jī)床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辨率的高低，對(duì)系統(tǒng)的性能和運(yùn)行平穩(wěn)性具有很大的影響。一般按機(jī)床加工精度的13110選取檢測裝置的分辨率。（也就是說，位置檢測裝置的分辨率要高于機(jī)床加工精度）。n 實(shí)時(shí)測量裝置不但要靈敏度高，而且輸出、輸入關(guān)系中各點(diǎn)的靈敏度應(yīng)該是一致的。n n旋轉(zhuǎn)編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的角位移檢測裝置，在數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)編碼器通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，直接將被測角位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字(脈沖)信號(hào)，所以也稱為旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器，這種測量方式?jīng)]有累積誤差。旋轉(zhuǎn)編碼器也可用來檢測轉(zhuǎn)速。圖5.2增量式光電編碼器外形結(jié)構(gòu)圖n當(dāng)光電盤隨被測工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)縫隙，光電

15、管就會(huì)感受到一次光線的明暗變化，使光電管的電阻值改變，這樣就把光線的明暗變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的強(qiáng)弱變化，而這個(gè)電信號(hào)的強(qiáng)弱變化近似于正弦波的信號(hào)，經(jīng)過整形和放大等處理，變換成脈沖信號(hào)。通過計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角位移；通過計(jì)量脈沖的頻率，即可測定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，測量結(jié)果可以通過數(shù)字顯示裝置進(jìn)行顯示或直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。n增量式光電編碼器外形結(jié)構(gòu)見圖5.2。實(shí)際應(yīng)用的光電編碼器的光欄板上有兩組條紋a、a和b、b，a組與b組的條紋彼此錯(cuò)開14節(jié)距，兩組條紋相對(duì)應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)彼此相差90相位，用于辨向。此外，圖5.10 莫爾條紋形成的原理n五、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理n當(dāng)光

16、線平行照射光柵時(shí)，由于光的透射及衍射效應(yīng)，在與線紋垂直的方向上，準(zhǔn)確地說，在與兩光柵線紋夾角的平分線相垂直的方向上，會(huì)出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋，這就是“莫爾干涉條紋”，簡稱莫爾條紋。圖5.10是莫爾條紋形成的原理圖。第6章 數(shù)控機(jī)床的可編程控制器（plc）n傳統(tǒng)的繼電接觸器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是，這些控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制采用的是固定接線方式，一旦生產(chǎn)過程有所變動(dòng)，就得重新設(shè)計(jì)線路和連線安裝，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。n工業(yè)生產(chǎn)一般對(duì)控制設(shè)備的可靠性有很高的要求：要能夠在惡劣的環(huán)境中可靠地工

17、作，控制設(shè)備應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。nplc是一種存儲(chǔ)程序控制器，其輸入和輸出設(shè)備與繼電接觸器控制系統(tǒng)類似，但它們可直接連接在plc的i/o端。n編程簡單是plc優(yōu)于微機(jī)的另一特點(diǎn)。plc的設(shè)計(jì)宗旨之一是方便使用，目前大多數(shù)的plc均可采用與實(shí)際電路接線圖非常接近的梯形圖編程，這種編程語言形象直觀，易于掌握，只要具有一定電工和工藝知識(shí)的人就可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。n現(xiàn)代的plc不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等功能，而且還能完成a/d（模擬量/數(shù)字量）、d/a（數(shù)字量/模擬量）轉(zhuǎn)換，數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程控制等。nplc采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約l.2w。n二、 plc程序的表達(dá)方式nplc備有多種編程語言，供用戶選用。利用plc所提供的編程語言，按照用戶不同的控制任務(wù)和要求編制不同的應(yīng)用程序，這就是plc的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。n 語句表又叫做指令表，在形式上類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。它是用指令的助記符來編程的，通常一條指令由步序號(hào)、助記符和元件號(hào)三部分組成。圖6.10 裝載位操作指令的應(yīng)用示例n如圖6.10所示的邏輯操作指令功能是：當(dāng)輸入點(diǎn)i0.0與輸入