数控技术复习

1、一. 数控机床的产生与发展· 数控系统： NC à CNC à 多CPU集散式控制 , 开放式结构体系· 伺服系统：步进 à 直流伺服 à 交流伺服 à 全数字交流伺服 · 控制接口：脉冲 à 模拟电压(电流) à 总线通信 · 插补算法：脉冲增量 à 数字增量 二. 数控技术的基本概念及知识体系· 【数控技术】应用数控技术对机床工作过程进行自动控制的技术。【数控机床】对包括机床在内的工作机械进行控制的装备称为数控装备，采用数控技术对加工过程进行控制的机床称为数控机

2、床。· 优点：o 可以加工复杂型面工件o 自动化程度高，劳动强度低o 柔性高，适应性强o 效率高，减小辅助时间和机动时间o 加工质量稳定o 有利于生产管理的现代化· CNC系统组成o CNC装置：计算机+接口+PLCo 输入输出设备和控制介质o 伺服单元、驱动装置和测量装置三. 数控机床的分类§ 按控制刀具与工件相对运动的轨迹分类o 点位控制数控机床(位置控制)o 轮廓控制数控机床(连续控制)· 按加工精度分类：普通机床精密机床超精机床· 按伺服驱动系统的控制方式分类o 开环控制系统§ 信号流是单向的，故系统稳定性好；§ 精

3、度相对闭环系统来讲不高；§ 步进电机驱动。§ 结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉。o 半闭环控制系统§ 半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测；§ 只包括少量机械传动环节，稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好；§ 螺距误差和反向间隙§ 结构简单、调试方便、精度也较高o 全闭环控制系统§ 精度高；§ 系统不稳定；§ 复杂、调试较难、成本高。· 按加工工艺及用途分类o 切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、

4、FMC等。o 成型加工类：数控折弯机、数控冲裁机等。o 特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。o 其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。· 按照CNC装置的功能水平分类：高级普及经济四. 数控机床的发展趋势· 运行高速化o 使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。· 加工高精化o 提高数控系统的控制精度§ 采用高速插补技术；§ 采用高分辨率位置检测装置；§ 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制。o 采用误差补偿技术（加工误差减少6080）§ 反向间隙补偿；

5、67; 丝杆螺距误差补偿；§ 刀具误差补偿。· 功能复合化· 控制智能化o 加工过程自适应控制技术 切削力、功率刀具的受力、磨损以及破损加工参数、指令o 加工参数的智能优化与选择 构造基于专家系统或基于模型o 智能故障诊断与自修复技术应用现代智能方法（AI、ES、ANN等）o 智能化交流伺服驱动装置 自动识别负载，动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。 · 体系开放化o 定义：不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。o 特点：§ 系统构件标准化、多样化、互换性；§

6、构件的增减、“积木式”的集成、可移植的和透明o 优点：§ 向未来技术开放§ 标准化的人机界面§ 向用户特殊要求开放§ 可减少产品品种· 交互网络化o 支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统。作业1、 简述数控机床的基本组成部分及其基本功能2、 数控技术的发展趋势（要求参考3篇以上相关参考文献，并注明作者、文献名称、期刊名称或出版社，出版时间） 一. 概述 · 程序编制的基本概念o 【传统加工】分析图纸要求制订工艺规程工人操作机床加工。o 【数控加工】分析图纸要求编制数码程序工件和

7、工具的相对运动。o 【程序编制】从零件图纸到数控加工指令的有序排列的全过程。（工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数及辅助动作加工程序单）o 分类：手工+自动· 数控机床程序编制的内容和步骤o 图纸工艺分析o 计算运动轨迹o 编制程序及校验o 制备控制介质o 程序的校验和试切（阅读法、模拟法、试切法）· 数控加工工艺和数控加工方法o 工艺分析§ 选择合适的对刀点和换刀点ú 对刀点应便于数学处理和程序编制；ú 容易校准；ú 便于检查；ú 加工误差小。ú 换刀点往往设在零件的外面§ 加工路线的确定&#

8、250; 缩短走刀路线；ú 加工精度和表面粗糙度；ú 工艺要求；ú 利于简化计算，减少程序段数目和程序编制工作量。§ 工件的装夹方式ú 标准夹具；ú 装卸工件方便可靠；ú 避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞； ú 夹具的安装要准确可靠，具备足够的强度和刚度； ú 应尽可能采用气、液压夹具。 § 切削用量的选择ú 机床、工具、刀具及工件的刚性；ú 切削速度、切削深度、切削进给率；ú 工件精度；ú 刀具预期寿命；ú 切削液；ú 工件材料；&

9、#250; 工件数量；ú 机床的寿命。§ 程序编制中的误差（数控系统+工艺系统）úo 数控加工方法§ 平面孔系零件的加工方法：数控钻床与镗床§ 旋转体类零件的加工方法：数控车床或数控磨床§ 平面轮廓零件的加工方法：数控铣床§ 空间轮廓表面的加工方法：n轴联动o 数控程序编制中的数学处理§ 【数值计算】根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料。包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。§ 【基点】各几何元素间的连接点，如直线与直线的交点，直线与圆弧的交点

10、或切点，圆弧与圆弧的交点或切点等。 § 【节点】逼近轮廓曲线时，直线小段和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点二. 数控机床的坐标系 · Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。·三. 程序编制的代码及格式· 代码及其分类o G指令 准备功能 o M指令 辅助功能o F 指令 指定（合成）进给速度指令o S 指令（切削速度） 指定主轴转速指令o T、D 指令 指定刀具号和刀具长度、半径存放寄存器号指令。o X、Y、Z 、U、V、W指令 尺寸指令 o I、J、K、R 指令 圆弧插补圆心位置和半径指定指令o 其它指令 · 数控加工程序的结构 o 程序名：“

11、%”、“O”、“P”o 程序体o 程序结束：M02 或M30· 与坐标系有关的指令 o G90/G91：绝对坐标/相对坐标o G92：坐标系设定的预置寄存指令（绝对坐标编程）· 与控制方式有关的指令 o G00指令快速定位指令: G00 X_ Y_ Z_o G01指令直线插补指令: G01 X_a_ Y_b_ Z_c_ F_f_ o G02,G03指令顺/逆圆弧插补指令§ 圆弧所对应的圆心角小于180°时，用“R”表示半径；§ 圆心角大于180°时，用 “-R”表示半径； o G40 G41 G42指令刀具半补偿指令：§ 格

12、式：G00（或G01） G41（或G42）Dxx X_Y_F_ G00（或G01） G40 X_Y_§ G41 ：左刀补，即沿加工方向看刀具在左边§ G42 ：右刀补，即沿加工方向看刀具在右边§ G40：取消刀补· 其它指令o G04暂停指令：G04 X_ 或 G04 F_o G80、G81G89固定循环指令四. 镗铣数控加工及其手工编程五. 车削数控加工及其手工编程 六. 自动编程概述 · 分类o 语言o 图像§ 工作原理：图样模型数控编程加工一体化§ 主要过程：零件几何造型生成刀具路径文件模拟仿真· 基本步骤o

13、 加工零件及其工艺分析o 加工部位造型o 工艺参数输入o 刀具轨迹生成与编辑o 刀具轨迹的验证与仿真o 后置处理o 加工程序输出· 发展趋势：o 系统结构模块化o 工艺处理能力将逐步得到加强。o 系统输入发展到面向面、孔、槽等工程要素o 系统的集成化o 系统的智能化与自动化o 系统的网络化o 系统的虚拟化一. CNC装置的硬件结构二. CNC装置的软件结构三. 插补原理与算法· 逐点比较法直线插补算法o 偏差函数o 当 F0 +X向进一步；当F<0 +Y向进一步o 插补步骤§ 偏差判别§ 坐标进给§ 偏差计算§ 终点判别

14、3; 逐点比较法圆弧插补算法o 偏差函数: F=(xi2 +yi2) R2o 当 F0 -X向进一步； 当F<0 +Y向进一步· 数字积分法四. 刀具补偿原理五. 速度与加减速控制六. 数控机床参数一. 数控系统的PLC 原理· 结构组成：CPU、存储器、输入/输出接口模块、外围接口模块及编程器、扩展接口和扩展模块· 编程语言：电气原理图梯形图指令语言· 梯形图的设计原理:o 截取某一时刻的状态，作为输入的映像，按用户设计逻辑，计算该时刻输出的映像，在运算过程中，输入的映像保持不变，每个程序循环周期结束，在将输出映像输出到状态锁存器，再次读输入端子

15、的状态到到输入映像寄存器，进行下个周期的运算。· 电器原理图和梯形图的差别o 电器原理图是并行电路,没有先后之分。梯形图的执行是有先后顺序的，次序不同，执行结果不同。o 梯形图设计中加入了很多计算机语言类的运算指令和功能指令，使设计更灵活、方便。o 梯形图设计中输入、输出和软元件（内部辅助继电器）可无限次作为运算条件使用。二. PLC 在数控机床上的应用· 形式：嵌入式、独立式· PLC在数控机床上配置方式o 机床：m+n个输入输出点o CNC控制柜：m个输入输出点o 控制柜：一条光缆· PLC与外部的信息交换o 机床到PLC(MTPLC)：IO单元o

16、PLC到机床(PLCMT)：开关量输出接口o CNC到PLC(CNC PLC):由CNC直接送入PLC的寄存器中o PLC到CNC (PLC CNC):开关量信号或寄存器,PLC编程者只可使用，不可改变和增删· 数控机床的PLC功能o S功能处理§ 若用S 4位代码，CNC送出S4位代码至PLC，将进行二十进制数转换，然后进行限位§ 若用S2位代码指定主轴的转速，应首先制定S2位代码与主轴转速的对应表，CNC输出S2位代码进入PLC，经过一系列处理，很容易实现对主轴转速的控制o T功能处理(管理刀库)§ 包括选刀方式，刀具累计使用的次数，刀具剩余寿命和刀

17、具刃磨次数o M功能处理§ 可控制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换档变速，主轴准停，切削液的开、关三. 数控机床通信及接口· 机床I/O接口o 功能：用来接收机床操作面板上的开关、按钮信号及机床的各种限位开关信号；且用来把机床工作状态指示灯信号送到机床操作面板，把控制机床动作的信号送到接触器、电磁阀等执行元件。o 要求：§ 进行必要电隔离，防止干扰信号以及高压CNC装置的损坏；§ 进行电平转换和功率放大。o 常用：光电耦合器、干簧继电器、固态继电器、· 输入接口电路设计o 形式§ 隔离型、非隔离型§ 直流、交流§

18、; 源型、漏型o 电路（源型、漏型、总线输入缓冲）o 触点输入电路的防抖与滤波：硬件、软件、定周期扫描o 光耦的响应延时：适当减小光耦回路中的电流，可减小tOFF 总电流保持不变，保证抗干扰性。o 高速光耦：可用于数字式位置反馈接口电路o 外部开关的选择§ 限位开关、急停、停止、安全保护开关等应选择常闭开关。§ 启动按钮等通常选择常开开关· 输出接口电路设计o 类型：继电器、晶体管、固态继电器o 电路（略）o 驱动与隔离：尽量避免5V大电流直接驱动，尽量采样光耦隔离。§ 光耦输出ú 特点： 响应速度快，抗干扰性好，简单，便宜。ú 可用

19、于驱动小功率负载，如：指示灯、伺服电机的控制信号、小型继电器等。§ 继电器输出驱动电路ú 特点：有触点类型，隔离性能好，触点允许电流较大，交直流都适用。ú 可用于驱动较大功率负载，如：接触器、电磁阀、灯泡等§ SSR输出电路ú 特点：· 无触点输出，没有火花，寿命长。· 有一定的漏电流。· 直流SSR的响应延时较小，交流关断延时较大。且延时时间不确定。· 耐压要求较高，超过允许电压会导致SSR损坏。在驱动感性负载时，要注意增加RC吸收回路，减小感应电压，保护SSR。· 串行数据通信及接口o 串行

20、通讯的一般概念：§ 串行通信、并行通信§ 传输介质 ：光线、双绞线、同轴电缆§ 平衡和非平衡线路：单端/差分收发器§ 异步串行通信§ 同步通信o OSI参考模型§四. 高速伺服总线及接口· PROFIBUS 和 PROFINET · SERCOS · MECHATROLINK· EtherCATo 冗余功能: 防止网络断线 一. 概述· 检测装置：o 作用：检测位置和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环，对驱动装置进行控制。o 要求§ 工作可靠，抗干扰能力强§ 满足

21、精度、分辨率、测量范围§ 使用维修方便、成本低o 性能指标§ 系统精度：在一定长度或转角内测量积累误差的最大值； § 系统分辨率：是测量元件所能正确检测的最小位移量。o 分类§ 按检测信号分：数字式、模拟式§ 按测量基准分：增量式、绝对式§ 按安装位置关系分：直接测量、间接测量· 检测装置的信号特征o Vpp 正弦电压信号接口§ 属于模拟量接口，高分辨率，好动态特性§ 缺点是模拟信号易受干扰、接口比较复杂o TTL正交脉冲信号接口§ 正交脉冲信号是数字电平信号，分辨率是固定的，其分辨率和动态特性

22、不及1 Vpp§ 优势在于接口简单，抗干扰能力好o EnDat 串行数字接口§ 数据传输可靠性高、系统安全性高以及成本低§ 内置编码器信号细分功能,与1Vpp接口具有同样的分辨率§ 可靠性和抗干扰能力优于正交脉冲信号接口o BiSS 串行数字接口§ 它的时钟和数据采用差分式结构，抗干扰能力强，传输频率最高可达10 MHz§ 传感器模式下，不需地址就可以进行传感器数据快速读取。§ 寄存器模式下，读写编码器必须提供编码器地址。二. 脉冲编码器的测量原理· 脉冲编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器· 分类：o

23、 按码盘信号的读取方式：光电式、接触式和电磁式（以光电式的精度和可靠性最好，NC机床常用光电式编码器）o 按测量坐标系：增量式和绝对式o 按每转发出的脉冲数：高分辨率（20000-30000p/r） 普通分辨率（2000-3000p/r）· 增量式光电脉冲编码器o 组成：光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏元件、整形放大电路等。o 工作原理： 光电盘装在被测轴上，随主轴一起转动。光电盘转动时，光电元件把通过光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号(近似于正弦信号)转换为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号。通过计算脉冲的数目，即可测出工作轴的转角；通过测定计数脉冲的频率，即可测

24、出工作轴的转速。o 脉冲编码器的辨向： 光栏板上两条狭缝中的信号A和B(相位差90°)，通过整形，成为两相方波信号。根据先后顺序，即可判断光电盘的正反转。若A相超前于B相，对应电动机正转；若B相超前A相，对应电动机反转。o 提高光电脉冲编码器分辨率的方法§ 提高光电盘圆周的等分狭缝的密度§ 增加光电盘的发信码道· 绝对式光电脉冲编码器o 结构：是在码盘的每一转角位置刻有表示该位置的唯一代码o 种类：二进制码、格雷码（循环码）、十进制码、六十进制码§ 二进制：多个数位要进行切换，易误读§ 格雷码：两数切换时只在一位进行，可靠o 工作原理

25、 光源经过柱面镜，变成一束平行光照射在码盘上，通过码盘经狭缝形成一束很窄的光束照射在光电元件上，光电元件的排列与码道一一对应，亮区输出为“1”，暗区输出为“0”，再经信息处理电路，进行放大、整形、锁存与译码，输出自然二进制代码，从而实现了角度的绝对值测量。o 应用：旋转多过一周§ 多个码盘（N&）§ 软件设计：计数器（零代码）三. 光栅测量原理· 光栅属于光学元件，是一种高精度的位移传感器· 种类：物理/计量光栅、圆/支线光栅、透射/反射光栅· 直线透射光栅o 组成§o 工作原理§ 由于挡光效应和光的衍射，在与线纹几

26、乎垂直方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为“莫尔条纹” 。§ 莫尔条纹的特点ú 放大作用 ú 均化误差作用ú 莫尔条纹的移动与栅距移动的对应关系ú 辨向· 两个彼此错开1/4纹距的光电元件，相位上差90°，以其中的一个作为参考信号，则另一个信号将超前或滞后参考信号90°，由此来确定运动方向。ú 倍频· 倍频又称为细分，倍频数就是指在莫尔条纹一个周期的范围内，等距离安装的感光元件的数目，从而在一个周期内产生若干个脉冲，达到细分的目的ú 特点· 优点：o 精度高、测直

27、线o 易实现动态测量和自动化测量o 较强的抗干扰能力· 缺点：o 对环境要求高，怕振动，怕油污o 高精度光栅制作成本高§ 增量式光栅：TTL、1VPP信号绝对式光栅：ENDAT、BISS串行数字接口四. 激光测量原理· 激光特性o 波长很短，相对稳定高精度测量。o 良好的相干性· 激光干涉测量原理o 产生明暗相间的条纹o 移动一个波长，光强变化一个周期· 单频激光干涉仪：受环境影响大，抗干扰能力差。· 双频激光干涉仪：应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上；因此对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，抗干扰能力强。

28、五. 旋转变压器的原理· 旋转变压器o 在结构上与两相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成。§ 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。o 根据转子绕组两种不同的引出方式旋转变压器分§ 有刷式§ 无刷式o 工作原理§ 根据互感原理工作：定子绕组加上励磁电压，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。 § 输出感应电动势大小与转子位置有关，就是通过测量被测轴的转角来间接测量工作台的位移。o 应用§ 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，抗干扰能力强，工作可靠，广泛应用于数控机床

29、上。§ 实际使用中采用的是正余弦旋转变压器，其定子由两组匝数相等、互相垂直的绕组构成。o 输出信号的处理方式§ 鉴相方式：ú 根据感应输出电压的相位来检测位移量ú ekUm sin(t-)ú 根据上式，通过鉴别转子感应电势的相位，即可测量转子相对定子转过的角度ú 用在相位比较伺服系统中§ 鉴幅方式ú 根据转子输出的感应电势的振幅变化来检测转角ú e kUm sint§ 旋转变压器的特点ú 适用性强、电磁感应，不易受干扰ú 使用寿命长，维护简单ú 工艺性好，成本低&#

30、250; 应用广泛一. 概述· 数控机床伺服系统的定义o 伺服系统：一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统o 组成§ 检测装置：感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器§ 驱动电机：步进电动机、直流/交流伺服电动机。· 数控机床伺服系统的分类o 按伺服系统控制方式分§ 开环系统：步进电机，无位置反馈，投资低，精度低§ 闭环系统：直接测量实际位移进行反馈，精度高§ 半闭环系统：间接测量位移进行反馈，精度低于闭环o 按控制对象和使用目的不同分§ 进给伺服系统：控制各坐标轴的切削进给运动§ 主轴驱动伺服

31、系统：控制主轴的旋转运动§ 辅助伺服系统：控制刀库、料库等辅助系统的运动，多采用位置控制o 按反馈比较控制方式分§ 脉冲比较伺服系统§ 相位比较伺服系统§ 幅值比较伺服系统§ 全数字伺服系统o 按所用驱动元件的类型分§ 步进电动机驱动系统§ 直流伺服驱动系统§ 交流伺服驱动系统§ 直线电动机驱动系统二. 步进电动机及其控制原理· 步进电动机o 定义：是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。主要用于开环位置控制系统。o 组成：由步进电动机驱动电源和步进电动机组成，没有反馈环。o 特点：系统较简单，控

32、制较容易，维修也较方便，而且为全数字化控制；但由于开环系统精度不高，且步进电动机的功率和速度不高，因此步进电动机驱动系统仅用于小容量、加工速度低、脉冲当量和精度不太高的场合，如经济型数控机床和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。o 分类§ 按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁感应子式(混合式)。§ 反应式步进电动机 ú 特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应用最广ú 齿距角为 360°/409§ 永磁式步进电动机ú 特点：不开小齿，步距角大，内阻较大，效率高，断电后有一定的定位转矩。§ 混

33、合式步进电动机 （永磁感应子式）ú 定子结构与反应式基本相同，转子由环形磁钢及两段铁心组成。兼有以上两种的主要优点。ú 步进电动机的控制原理o 步进电动机的控制原理（电源为脉冲电压）§ 组成部分：数控装置，环形分配，放大电路§ 控制原理：ú 脉冲数位移量ú 脉冲频率进给速度ú 分配脉冲的相序运动方向o 反应式步进电动机的工作原理 § 磁力线力图走磁阻最小的路径，从而产生反应力矩§ 各相定子齿之间彼此错齿1/m齿距，m为相数§ 单三拍通电控制§ 双三拍工作方式§ 三相六拍工作方

34、式· 步进电动机主要性能指标及选择o 步距角§§ m步进电动机相数§ Z转子齿数§ K控制方式系数， K=拍数p/相数mo 步距角的选择§§ 脉冲当量§ S 丝杠螺距(mm)§ 步距角§ i电动机与丝杠间的齿轮传动减速比o 最大静转距 Tjmax (N·m)o 最大静转距 Tjmax 的选择 § 负载转矩TF 应满足 TF =（0.20.4） Tjmax o 空载起动频率fq （步/s）§ 空载时步进电动机由静止突然起动，进入不丢步的正常运行的最高频率。 §

35、; 步进电动机起动频率要比连续运行频率低得多，带负载的起动频率比空载的起动频率要低。 o 起动矩频特性§ 描述步进电动机起动频率与负载力矩的关系曲线。§ 其起动频率随着负载的增加而下降。 o 运行矩频特性§ 描述步进电动机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行频率之间的关系。 · 步进电动机驱动电源o 作用:发出一定功率的电脉冲信号，使定子励磁绕组顺序通电 o 基本要求:参数；起动频率和运行频率；抗干扰;成本低o 组成:环形分配器+功率放大器§ 环形分配器：硬件环形分配器、软件环形分配器 § 功率驱动器：ú 单电压驱动电路&#

36、250; 高低压驱动电路ú 斩波驱动电路 三. 直流伺服电动机及其控制原理· 直流伺服电动机o 分类：永磁/无槽转子/空心杯转子/印刷绕组§ 小惯量直流伺服电动机惯量小，响应速度快，但过载能力低。§ 永磁直流伺服电动机转矩大，惯量大，稳定性好，调速范围宽。§ 有电刷，限制速度的提高（10001500r/min）。o 组成：§ 电动机本体；机壳、定子磁极和转子§ 检测部件：测速发电机、旋转变压器以及脉冲编码器o 工作原理：电磁感应（电刷和换向片）o 调速方法§ 他励直流电动机ú 改变外加电压ú 改

37、变励磁磁通ú 改变转子回路电阻§ 永磁直流伺服电动机ú 改变转子回路外加电压（恒转矩调速）o 永磁直流伺服电机的工作特性§ 转矩速度特性曲线úú 区域为连续工作区、区域为断续工作区、区域为加速和减速区域§ 负载周期曲线ú 表示在满足机械所需转矩而又确保电动机不过热，允许电动机的工作时间。ú 图中各条曲线为不同的过载倍数曲线。 o 选用直流伺服电动机的原则 § 当机床在无切削运行时，在整个速度范围内，其负载转矩应在电动机连续额定转矩范围以内。§ 最大切削转矩的倍数设定应在电动机的载荷特性

38、所规定的范围内。§ 在加减速时，应当工作在加减速工作区内，惯性转矩的大小取决于加速度的大小和负载惯量的大小。 § 负载惯量对电动机灵敏度和快速移动时间有很大影响，负载惯量通常不大于电动机转子惯量的三倍。· 直流伺服电动机的速度控制（略）o 晶闸管调速系统o PWM脉宽调制原理与系统四. 交流伺服电动机及其控制原理· 概述o 直流电机：电刷和换向器容易磨损、结构复杂、高转速受到限制 o 分类§ 按机床运动的类型分ú 主轴伺服电机ú 进给伺服电机§ 按电机的结构形式分ú 异步型：ú 同步型：永磁式和

39、励磁式§ 进给伺服系统永磁同步交流伺服电动机主轴伺服电机异步交流电机。 o 特点§ 异步交流伺服电机ú 重量轻，价格便宜。ú 转速随负载变化较大，低速时运动平稳性较差。ú 静止时自锁转矩小。§ 永磁同步交流伺服电动机ú 体积小，效率高，运行可靠。ú 调速方便、机械特性好。ú 调速范围宽。ú 建模难度大、控制算法复杂。o 结构：定子、转子和检测元件。§ 永磁体在转子上的放置的位置：表面式、内置式o 工作方式§ 扭矩控制方式 § 速度控制方式 § 位置控制方式

40、 · 永磁同步交流伺服电动机的工作原理o 永磁同步交流伺服电动机工作特性曲线：转矩速度特性曲线 o 变频调速调速原理§ nns60f/p (r/min)§ 可以通过改变电动机电源频率 f 来调节电动机的转速。§ 无级调速，需要变频器§ SPWM基本原理（正弦波脉宽调制）§ SVPWM基本原理（是空间矢量脉宽调制）· 矢量变换原理o 坐标变换：通过数学变换，改变物理方程，简化控制运算o 交流电机矢量变换的数学模型§ Clarke变换(3相à2相变换)§ Clarke逆变换(2相à3相变换

41、)§ Park变换§ Park逆变换o 矢量变换控制原理框图§ú 一. 概述· 主轴驱动的概念：通常为旋转运动o 主要要求§ 输出功率大 不能采用永磁式§ 宽的调速范围§ 主轴既能正转、又能反转，且能快速制动§ 特殊要求（加工螺纹、端面加工、自动换刀）o 分类§ 按结构：机械/电主轴§ 按驱动电机类型：直流/交流主轴驱动系统二. 直流主轴电动机及其速度控制· 直流主轴电动机的结构：细长· 特性曲线o 额定速度以下： 恒转矩范围，用改变转子绕组电压调速。o 额定速度以

42、上： 恒功率范围，用控制定子激磁来调速。三. 交流主轴电动机及其速度控制· 交流主轴电动机的结构o 交流主轴电机多采用交流异步电机· 交流主轴电动机的工作原理oo 有变转差率、变极对数及变频三种调速方式· 功率速度特性曲线o U1随f1改变（否则发生磁堵）o 恒转矩调速：U1/f1为常数o 恒最大转矩（Tm）调速：E1/f1=常数o 恒功率调速o 交流主轴电动机的矢量变换：将交流电动机模拟成直流电动机，用对直流电动机的控制方法来控制交流电动机四. 高速主轴的动平衡控制· 主轴不平衡的基本概念o 转子的不平衡：转子质量分布不均惯性离心力分布不对称o 离心力

43、：，不平衡量U=mr，不平衡率e=M/Uo 主要因素§ 主轴设计存在不对称；§ 主轴材质分布不均匀；§ 主轴加工和装配的过程中存在误差；§ 刀具结构或者磨损产生不平衡。o 种类§ 静不平衡(用一个通过主轴重心G的矢量Us 表示)§ 力偶不平衡(用一对大小相同、方向相反的矢量Um表示)§ 动不平衡(等效为Us+Um)§ 准静不平衡（是动不平衡的一种特例）o 标准§ 许用不平衡度§ 转子平衡品质等级§ 高速主轴的动平衡等级为G1G0.4，即G=0.41（mm/s）· 主轴动平衡识

44、别方法o 工业现场通常采用在线动平衡来降低主轴的振动。o 常见的主轴不平衡量识别方法§ 影响系数法§ 振型平衡法§ 全息动平衡法（只关注转频振动）· 主轴动平衡控制技术o 动平衡控制技术分类§ 按照平衡对象分：刚性轴平衡和挠性轴平衡§ 按照配重实施方式分：去重法、加重法和质量调整法§ 按照自动化程度分：人工离线平衡、半自动平衡和在线自动平衡§ 在线自动平衡就是在转子正常运行状态下，实时监控转子振动，随时消除运行过程中出现的不平衡，整个动平衡过程无需停车。o 在线自动动平衡装置§ 喷液型(加重法)§

45、; 电动机型(调整质量分布)§ 电磁型一. 概述· 分类o 机床误差包括几何误差、间隙误差、热误差、摩擦误差和动态误差五类o 按误差产生原因分类：§ 机床本体误差：几何误差和间隙误差§ 机床运行误差：热误差、摩擦误差和动态误差属于o 按误差的性质分类§ 几何误差属于静态误差§ 热误差属于准静态误差§ 摩擦误差和动态误差属于动态误差§ 间隙误差虽然属于机械系统误差，但其在机床运行时表现出来，比较特殊。· 误差补偿原理o 几何误差和热误差：静态或准静态误差修正插补指令o 间隙和摩擦误差：o 动态误差：伺服参数优化二. 几何误差补偿· 几何误差分析与建模o 轴向几何误差主要是定位误差。o 轴间几何误差主要是垂直度误差· 几何误差测量o 螺距/光栅误差§ 将测量行程平均分为N个点，然后激光干涉仪运动到第n个点，获得此点的正方向误差，并在该点多次测量求误差平均值，形成双向误差补偿数据o 轴向、轴间误差测量§ 利用激光干涉仪测量机床各个轴的21项几何误差项，再经过转换形成单轴误差补偿数据和轴关系误差补偿数据· 几何误差补偿o 利用查表+线性插值o 文件可包含多个补偿数组，同一个基准轴可补偿多个补偿