數(shù)控機(jī)床主軸進(jìn)給系統(tǒng)的改造(共29頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校畢 業(yè) 論 文（2008屆）題目： 數(shù)控機(jī)床主軸進(jìn)給系統(tǒng)的改造 （三號(hào)宋體居中） 系別： 姓名： 指導(dǎo)教師： 摘 要數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發(fā)展。主軸是車床構(gòu)成中一個(gè)重要的部分，對(duì)于提高加工效率，擴(kuò)大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，需要變速時(shí)，只能把機(jī)床停止，然后手動(dòng)變速。而

2、全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無級(jí)變速。無級(jí)變速系統(tǒng)主要有伺服主軸系統(tǒng)和直流主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)。通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪（以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。眾所周知，高速主軸系統(tǒng)歷來就是數(shù)控機(jī)床三大高新技術(shù)之一(高速主軸、數(shù)控系統(tǒng)、送給驅(qū)動(dòng))。 隨著數(shù)控技術(shù)及切削刀具的飛躍發(fā)展，越來越多的機(jī)械制造裝備都在不斷地向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，內(nèi)裝式電主軸單元已成為最能適宜上述高性能工況的數(shù)控機(jī)床核心功能部件之一。本課題選用變頻器和編碼器來匹配機(jī)床現(xiàn)有的主軸調(diào)速

3、系統(tǒng)，從而組成電主軸系統(tǒng)，更有效的控制主軸的轉(zhuǎn)速，提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞 數(shù)控技術(shù) 變頻器 編碼器 主軸系統(tǒng) Abstract The number controls the technique level of tool machine Gao Di and it slices to pare to process tool machine yield and always owns the percentage of quantity in the metals, is one of the important markings which measures a national natio

4、nal economy development and industry to make whole level.Number's controling lather is one of the main specieses that the number controls tool machine, it occupies count for much position in the number control the tool machine, several decades to has been being widespreadly valued by the interna

5、tional community, and got a quick development.The principal axis is an important part , in the lather that constitute, process an efficiency to the exaltation, extend to process material scope and promote to process qualities to all have a very important function.Economic number's controling lat

6、her majority can't automatically become soon and need to be become soon, can chase tool machine stop, then move to become soon.But whole function the number control the lord of lather to spread to move system to mostly adopt to have no class to become soon.Have no class to become soon the system

7、 mainly has servo principal axis system and direct current principal axis system 2 kinds, general adoption direct current or exchanges principal axis electrical engineering.Spread to move to arouse a principal axis to revolve through a leather belt, or spread to move through a leather belt with the

8、deceleration wheel gear(largerly turn Ju by acquire) in the principal axis box to arouse a principal axis to revolve.Because principal axis electrical engineering's adjusting soon scope is soon wide, can have no class to adjust again, make the structure of principal axis box greatly for simplify

9、.Know to all, the high-speed principal axis system is in times gone by a number to control tool machine three one of the greatly high and new techniqueses.(high-speed principal axis, count to control system and send to drive) Because the number controls a technique and slices to pare knife to have o

10、f leap a development, more and more of machine manufacturing material all at constantly to the high speed, high Jing, efficiently, the high intelligence turn a development, inside the pack type electricity principal axis unit have become most ability feat and above-mentioned high performance work th

11、e number of condition control one of the function parts of the tool machine core.This topic chooses to use to change Pin machine and coder to match the tool machine existing principal axis to adjust soon system, constitute electricity principal axis system thus, more valid of control turn of princip

12、al axis soon, exaltation produce efficiency. Key words number controls a technique to change the Pin machine coder principal axis system目 錄數(shù)控車床主軸進(jìn)給系統(tǒng)的改造緒論。6一 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。7（一） 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。8（二） 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。8（三） 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。9二 變頻器的原理及作用。11(一)變頻器的節(jié)能。 11(二) 變頻節(jié)能的原理。12(三)調(diào)速原理。13三 編碼器的原理及作用。16（一）編碼器的分類。16（二）編碼器的作用。17四 機(jī)

13、床進(jìn)給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。19五 主軸箱裝配工藝工程。23六 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 。25 （一）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的組成。25（二）進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類。25（三）伺服進(jìn)給系統(tǒng)技術(shù)要求。26參考文獻(xiàn)。29 致謝。30數(shù)控車床主軸進(jìn)給系統(tǒng)的改造緒 論一課題背景數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發(fā)展。主軸是車床構(gòu)成中一個(gè)重要的部分，對(duì)于提高加工效率，擴(kuò)大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都

14、有著很重要的作用。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，需要變速時(shí)，只能把機(jī)床停止，然后手動(dòng)變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無級(jí)變速。無級(jí)變速系統(tǒng)主要有伺服主軸系統(tǒng)和直流主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)。通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪（以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。眾所周知，高速主軸系統(tǒng)歷來就是數(shù)控機(jī)床三大高新技術(shù)之一(高速主軸、數(shù)控系統(tǒng)、送給驅(qū)動(dòng))。一 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)

15、（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。（一）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展第

16、一代系統(tǒng)：1952年至1959年，采用電子管元件。 第二代系統(tǒng)：1959年開始，采用管元件。 第三代系統(tǒng)：1965年開始，采用。 第四代系統(tǒng)：1970年開始，采用大規(guī)模及小型計(jì)算機(jī)。 第五代系統(tǒng)：1974年開始，采用微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。（二）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1)趨勢(shì)之一：數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展20世紀(jì)90年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系

17、統(tǒng)，如美國科學(xué)制造中心(NCMS)與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的OSEC計(jì)劃等。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級(jí)和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行的系統(tǒng)集成，同時(shí)它也為用戶根據(jù)實(shí)際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí)，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級(jí)而升級(jí)，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。2)趨勢(shì)之二：數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向

18、發(fā)展現(xiàn)在，實(shí)際用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā)展階段，對(duì)不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開放體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0系統(tǒng)、MITSUBISHI M50系統(tǒng)、SINUMERIK 810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小?！癙C嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK 840D系統(tǒng)、Num10

19、60系統(tǒng)、AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)它由開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)共同構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺(tái)下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。如美國Del

20、ta Tau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。用戶可以在WINDOWS NT平臺(tái)上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比，因而最有

21、生命力。通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的Open CNC、德國Power Automation公司的PA8000 NT等。3)趨勢(shì)之三：數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺

22、服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會(huì)針對(duì)鉆削的智能加工方案具有代表性。4)趨勢(shì)之四：數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越

23、多的國內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。5)趨勢(shì)之五：數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)

24、控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。對(duì)于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P(t)99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF就必須大于3000小時(shí)。我們只對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬小時(shí)。如果對(duì)整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。6)趨勢(shì)之六：數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展在零件加工

25、過程中有大量的無用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。 柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個(gè)復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對(duì)不同類型的機(jī)床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統(tǒng)和802D系統(tǒng)就有車床版本和銑床版本之分。復(fù)合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，主流的數(shù)控

26、系統(tǒng)開發(fā)商都能提供高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。 7)趨勢(shì)之七：數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動(dòng)化方向發(fā)展由于在加工自由曲面時(shí)，3軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進(jìn)而對(duì)工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動(dòng)控制對(duì)球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系統(tǒng)開發(fā)商不遺余力地開發(fā)5軸、6軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。(三)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由內(nèi)裝式電主軸單元、驅(qū)動(dòng)控制器、編碼器、

27、通訊電纜、直流母線制動(dòng)器組合成的，用以將電網(wǎng)電能變?yōu)殡娭鬏S單元的機(jī)械能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電主軸準(zhǔn)停。準(zhǔn)速、準(zhǔn)位的系統(tǒng)稱之為電主軸系統(tǒng)。電主軸系統(tǒng)品質(zhì)的優(yōu)劣是大型數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控車品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵之一。對(duì)閉環(huán)式配置的電主軸系統(tǒng)而言尤為重要。目前我國已能自行開發(fā)設(shè)計(jì)各類高速電主軸。但閉環(huán)式驅(qū)動(dòng)控制器及高水平的編碼器尚不過關(guān)。選用優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口編碼器和驅(qū)動(dòng)控制器來匹配我國自行開發(fā)的電主軸單元，從而組成電主軸系統(tǒng)，以供應(yīng)國內(nèi)數(shù)控機(jī)床之急需，從而降低主機(jī)成本，提高主機(jī)的市場(chǎng)競爭力是一條可行之路。2003年，洛陽軸研科技股份有限公司分別與德國博世-力士樂公司、德國AMK公司駐中國辦事處取得聯(lián)系，并成功地實(shí)現(xiàn)了Re

28、fu(力土樂)電源+Sumtak編碼器+ZYS 10,000r/min電主軸單元的聯(lián)配。為大面積推廣中西結(jié)合的電主軸系統(tǒng)創(chuàng)出了一條路。2003年7月洛陽軸研科技股份有限公司與德國博世-力士樂(中國有限公司)電子傳動(dòng)與控制事業(yè)部達(dá)成聯(lián)合開發(fā)Indramat-ZYS電主軸系統(tǒng)品牌的協(xié)議。在協(xié)議的推動(dòng)下首輪Indramat-ZYS數(shù)控機(jī)床用電主軸系統(tǒng)型譜已問世。由于國產(chǎn)電主軸單元同類型產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口電主軸，故Indramat-ZYS電主軸系統(tǒng)價(jià)格也遠(yuǎn)比進(jìn)口系統(tǒng)低得多，從而為國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了新的選擇。最近，國外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在6軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在6軸聯(lián)

29、動(dòng)加工中心上可以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化。電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進(jìn)了現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展。數(shù)控機(jī)床性能在高速度、高精度、高可靠性和復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進(jìn)步?，F(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場(chǎng)新的技術(shù)革命。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在年代初期面臨國家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時(shí)期，那時(shí)生產(chǎn)

30、能力降到，庫存超過個(gè)月。從年“九五”以后國家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動(dòng)機(jī)床市場(chǎng)，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對(duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場(chǎng)一派繁榮。從年月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)和年月北京國際機(jī)床展覽會(huì)上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價(jià)促銷；高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口；配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口；應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；自行開發(fā)能力較差，相對(duì)有較高技術(shù)水平產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合

31、資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。而對(duì)與我國來說,應(yīng)制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過對(duì)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的分析和對(duì)我國數(shù)控領(lǐng)域存在問題的研究，我們認(rèn)為以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)站道路將是一種符合我國國情的發(fā)展數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的總體戰(zhàn)略。 二 變頻器的原理及作用變頻器的作用主要是：節(jié)能和調(diào)速，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的高精度控制。(一)變頻器的節(jié)能   電機(jī)是一種應(yīng)用量大、使用范圍廣的高耗能動(dòng)力設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的總裝機(jī)容量約為4億千瓦，年耗電量約為6000億kwh，約占工業(yè)用電的70

32、80%。我國以中小型電機(jī)為主，約占80%，而中小型電機(jī)耗損的電量卻占總損耗量的90%。電機(jī)在我國的實(shí)際應(yīng)用中，同國外相比差距很大，機(jī)組效率為75%，比國外低10%；系統(tǒng)運(yùn)行效率為3040%，比國際先進(jìn)水平低2030%。因此在我國中小型電機(jī)具有極大的節(jié)能潛力，推行電機(jī)節(jié)能勢(shì)在必行。由于異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠，可用于惡劣的環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是對(duì)各行各業(yè)的泵類和風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)上非彼莫屬，因此，拖動(dòng)泵類和風(fēng)機(jī)的電機(jī)節(jié)能工作倍受重視。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的高度發(fā)展和應(yīng)用使變頻器的節(jié)能效果更為顯著。

33、它不但能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，而且在負(fù)載不同時(shí)，始終高效運(yùn)行，有良好的動(dòng)態(tài)特性，能實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性、高精度的自動(dòng)控制。相對(duì)于其它調(diào)速方式（如：降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、交流串級(jí)調(diào)速等），變頻調(diào)速性能穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、效率高，隨著現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)日臻完善，它已成為交流電機(jī)調(diào)速的最新潮流。變頻調(diào)速裝置（變頻器）已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。使用變頻器調(diào)速信號(hào)傳遞快、控制系統(tǒng)時(shí)滯小、反應(yīng)靈敏、調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度高、使用方便、有利于提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，因而使用變頻器是廠、礦企業(yè)節(jié)能降耗的首選產(chǎn)品。變頻電機(jī)節(jié)電器是一種革命性的新一代電機(jī)專用控制產(chǎn)品，基于微處理器

34、數(shù)字控制技術(shù)，通過其內(nèi)置的專用節(jié)電優(yōu)化控制軟件，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行工程中的電壓和電流，在不改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的條件下，保證電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)荷需求精確匹配，從而有效避免電機(jī)因出力過度造成的電能浪費(fèi)。交流電動(dòng)機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)，約占各類電動(dòng)機(jī)總數(shù)的85%，它具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、不需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但它的弱點(diǎn)是調(diào)速困難，因而在許多應(yīng)用場(chǎng)合受到限制或借助機(jī)械方式來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。變頻器就負(fù)載類型而言主要有兩方面的典型應(yīng)用：1、恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用；2、變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用。就應(yīng)用的目的而言主要有：1、以改進(jìn)工藝為主要目的，確保工藝過程中的最佳轉(zhuǎn)速、不同負(fù)載下的最佳轉(zhuǎn)速以及準(zhǔn)確定位等。以其優(yōu)良的調(diào)速性能，提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提

35、高舒適性，使設(shè)備合理化，適應(yīng)或改善環(huán)境等。2、以節(jié)能為主要目的以流量或壓力需要調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械的轉(zhuǎn)速控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，改造效果非常顯著。 (二) 變頻節(jié)能的原理1)變頻節(jié)能： 為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)，在壓力偏高時(shí)，可降低電機(jī)的運(yùn)行速度，使其在恒壓的同時(shí)節(jié)約電能。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從 N1 變到 N2時(shí)，其電機(jī)軸功率 P的變化關(guān)系如下：  P2 P1 = （N2/N1

36、）3由此可見降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級(jí)的節(jié)能效果。 2)動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能： 迅速適應(yīng)負(fù)載變動(dòng)，供給最大效率電壓。變頻調(diào)速器在軟件上設(shè)有 5000次/秒的測(cè)控輸出功能，始終保持電機(jī)的輸出高效率運(yùn)行。 3)通過變頻自身的V/F功能節(jié)電： 在保證電機(jī)輸出力矩的情況下，可自動(dòng)調(diào)節(jié)V/F曲線。減少電機(jī)的輸出力矩，降低輸入電流，達(dá)到節(jié)能狀態(tài)。 4)變頻自帶軟啟動(dòng)節(jié)能：  在電機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)，由于電機(jī)的啟動(dòng)力矩需要，要從電網(wǎng)吸收 7 倍的電機(jī)額定電流，而大的啟動(dòng)電流即浪費(fèi)電力，對(duì)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)損害也很大，增加了線損和變損。采用

37、軟啟動(dòng)后，啟動(dòng)電流可從0 - 電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了電費(fèi)，也減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè)備的使用壽命。 5)提高功率因數(shù)節(jié)能： 電動(dòng)機(jī)由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用而產(chǎn)生力矩。繞組由于其感抗作用。對(duì)電網(wǎng)而言，阻抗特性呈感性，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)吸收大量的無功功率，造成功率因數(shù)很低。(三)調(diào)速原理變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。1)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？ 1: r/min 電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm.

38、例如：2極電機(jī) 50Hz 3000 r/min 4極電機(jī) 50Hz 1500 r/min電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以一般不適和通過改變?cè)撝祦碚{(diào)整電機(jī)的速度。另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 電源頻率 p: 電機(jī)極對(duì)數(shù)改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法如果僅改變

39、頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V2)當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？1: 工頻電源由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）2: 起動(dòng)電流當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些

40、沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。3)當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低-通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以

41、和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速.(P=Ue*Ie) 4)變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況大家知道, 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來說, 其額定電壓和額定電流是不變的.如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí), 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時(shí)如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出

42、功率不變. 所以我們稱之為恒功率調(diào)速.這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?因?yàn)镻=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩). 因?yàn)镻不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小.我們還可以再換一個(gè)角度來看:電機(jī)的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應(yīng)電勢(shì))可以看出, U,I不變時(shí), E也不變.而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當(dāng)f由50->60Hz時(shí), X會(huì)相應(yīng)減小 對(duì)于電機(jī)來說, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小.同時(shí), 小于50Hz時(shí), 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時(shí), 磁

43、通(X)為常數(shù). 轉(zhuǎn)矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉(zhuǎn)矩)能力. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變->最大轉(zhuǎn)矩不變)結(jié)論: 當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí), 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小.5)其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。載波頻率: 一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率, 電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值.海拔高度: 海拔高度增加, 對(duì)散熱和絕緣性能都有

44、影響.一般1000m以下可以不考慮. 以上每1000米降容5%就可以了.6)矢量控制是怎樣改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？轉(zhuǎn)矩提升此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時(shí)），以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)使用"矢量控制"，可以使電機(jī)在低速,如(無速度傳感器時(shí))1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150）。對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，

45、變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"（*1）。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。 因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。矢量控制"把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。"矢量控制"可以通過對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。三 編碼器的原理及作用（一）編碼器的分類根據(jù)檢測(cè)原理

46、，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。 1）增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90º，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。 2）絕對(duì)式編碼器絕對(duì)編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的

47、碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可 讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對(duì)編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測(cè)絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)

48、制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是： 1可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值； 2沒有累積誤差； 3電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。 3）混合式絕對(duì)值編碼器混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)

49、備中。光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖1所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90º的兩路脈沖信號(hào)。在增量式光電編碼器的使用過程中，對(duì)于其技術(shù)規(guī)格通常會(huì)提出不同的要求，其中最關(guān)鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號(hào)

50、的穩(wěn)定性、響應(yīng)頻率、信號(hào)輸出形式（二）編碼器的作用主軸編碼器采用與主軸同步的光電脈沖發(fā)生器，通過中間軸上的齒輪1:1地同步傳動(dòng)。數(shù)控車床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間，沒有機(jī)械方面的直接聯(lián)系，為了加工螺紋，就要求給定進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的脈沖數(shù)與主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)有相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，主軸脈沖發(fā)生器起到了對(duì)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系作用。主軸編碼器用于測(cè)量主軸的旋轉(zhuǎn)速度。檢測(cè)元件安裝在主軸上，而這種檢測(cè)元件通常就是光電脈沖發(fā)生器。有兩種安裝方式，一種是與主軸通過彈性聯(lián)軸器同軸安裝；另一種方式是通過中間軸上的齒輪1：1的同步傳動(dòng)。總之，主軸編碼器反映主軸的旋轉(zhuǎn)速度。在光電編碼器的使用過程中，對(duì)于其技術(shù)規(guī)格通常會(huì)提出不同的

51、要求，其中最關(guān)鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號(hào)的穩(wěn)定性、響應(yīng)頻率、信號(hào)輸出形式。1）分辨率光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所產(chǎn)生的輸出信號(hào)基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（PPR）。碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。在工業(yè)電氣傳動(dòng)中，根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，可選擇分辨率通常在5006000PPR的增量式光電編碼器，最高可以達(dá)到幾萬PPR。交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中通常選用分辨率為2500PPR的編碼器。此外對(duì)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，可以得到2倍頻或4倍頻的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)一步提高分辨率。2）精度 增量式光電編碼器的精度與分辨率完全無關(guān)，這是

52、兩個(gè)不同的概念。精度是一種度量在所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對(duì)另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工質(zhì)量、碼盤的機(jī)械旋轉(zhuǎn)情況的制造精度因素有關(guān)，也與安裝技術(shù)有關(guān)。3）輸出信號(hào)的穩(wěn)定性 編碼器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性是指在實(shí)際運(yùn)行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸出信號(hào)穩(wěn)定性的主要因素是溫度對(duì)電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源特性的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規(guī)定的輸出特性，在設(shè)計(jì)和使用中都要給予充分考慮。4）響應(yīng)頻率 編碼器輸出的響應(yīng)頻率取決于光電檢測(cè)器件、電子處理線路的響應(yīng)速度。當(dāng)編碼器高速

53、旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號(hào)頻率將會(huì)很高。如果光電檢測(cè)器件和電子線路元器件的工作速度與之不能相適應(yīng)，就有可能使輸出波形嚴(yán)重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號(hào)就不能準(zhǔn)確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一定的情況下，它的最高轉(zhuǎn)速也是一定的，即它的響應(yīng)頻率是受限制的。5）信號(hào)輸出形式 在大多數(shù)情況下，直接從編碼器的光電檢測(cè)器件獲取的信號(hào)電平較低，波形也不規(guī)則，還不能適應(yīng)于控制、信號(hào)處理和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊?。所以，在編碼器內(nèi)還必須將此信號(hào)放大、整形。經(jīng)過處理的輸出信號(hào)一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號(hào)容易進(jìn)行數(shù)字處理，所以這種輸出信號(hào)在定位控制中得到廣泛

54、的應(yīng)用。采用正弦波輸出信號(hào)時(shí)基本消除了定位停止時(shí)的振蕩現(xiàn)象，并且容易通過電子內(nèi)插方法，以較低的成本得到較高的分辨率。四 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)（一） 微電子技術(shù)發(fā)展促進(jìn)了控制智能化    隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路制造工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高性能的微處理器（MPU）、大規(guī)模集成電路（LSIC）芯片、表面安裝器件（SMD）等為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制提供了硬件基礎(chǔ)，不僅使控制電路體積大大縮小，而且通過控制軟件可以實(shí)現(xiàn)更加靈活、復(fù)雜的控制方法，在不增加或很少增加硬件設(shè)備的前提下，可滿足不同場(chǎng)合的需要，充分體現(xiàn)數(shù)字控制高度智能化和柔性的優(yōu)點(diǎn)。 二電力電子技術(shù)開創(chuàng)了

55、機(jī)床驅(qū)動(dòng)新局面 （二）電力電子技術(shù)的日新月異的發(fā)展，也為交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能的不斷提高奠定了基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)是以電力為對(duì)象的電子技術(shù)，它的主要任務(wù)是對(duì)電能進(jìn)行控制和變換。它是用半導(dǎo)體電力電子器件進(jìn)行功率變換、控制及開關(guān)電路的應(yīng)用技術(shù)。    現(xiàn)代電力電子技術(shù)有如下特點(diǎn)：大容量化（即高電壓、大電流）；高頻化（即開關(guān)速度高）；易驅(qū)動(dòng)（電壓驅(qū)動(dòng)）；低壓降（即損耗低）；模塊化；功率集成化（即將驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、檢測(cè)甚至控制等功能集成于一體）；全控化（即器件的自關(guān)斷性）；控制技術(shù)數(shù)字化，從而使以PWM控制為代表的采用數(shù)字控制的電力電子裝置性能日趨完善。各種PWM技術(shù)的應(yīng)用，以及諧振軟開關(guān)技術(shù)的深入研究，使逆變器的性能從單目標(biāo)優(yōu)化逐步向系統(tǒng)整體性能優(yōu)化方向發(fā)展。第三代智能功率模塊（IPM）的出現(xiàn)，大幅度改善了逆變器的性能，大大縮小了體積。下一代的功率模塊將具備直接與控制信號(hào)接口的能力，內(nèi)部集成了多個(gè)高速光耦、多路驅(qū)動(dòng)電源、電壓、電流的檢測(cè)和保護(hù)等功能，被稱之為“System-In module”，從而使逆變器構(gòu)成將更簡單、更可靠，體積也將更小。  （三）現(xiàn)代控制理論使交流調(diào)速成為現(xiàn)實(shí)     由于交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型較直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜得多，具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量的