数控机床电气控制第2版习题答案习题答案

半闭环控制系统不是直接测量工坐台的位移量，而是通过检测丝杠或电机轴上的转角间接地测量工作台的位移量，然后反馈给数控装置。显然，半闭环控制系统的实际控制量是丝杠的转动，而由丝杠转动变换为工作台的移动，不受闭环的控制，这一部分的精度由丝杠——螺母（齿轮）副的传动精度来保证。其特点是比较稳定，调试方便，精度介于开闭环之间，被广泛采用。6．答:步进电动机的工作原理是:步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制。步进电动机的特性包括步距角的步距误差、静态矩角特性、启动频率、连续运行频率、矩频特性7．答:永磁同步式交流伺服电动机的定子绕组产生的空间旋转磁场和转子磁场相互作用，使定子带动转子一起旋转。所不同的是转子磁极不是由转子的三相绕组产生，而是由永久磁铁产生。其工作过程是：当定子三相绕组通以交流电后，产生一旋转磁场，这个旋转磁场以同步转速旋转。根据磁极的同性相斥，异性相吸的原理，定子旋转磁场与转子永久磁场磁极相互吸引，并带动转子一起旋转。因此转子也将以同步转速旋转。当转子轴加上外负载转矩时，转子磁极的轴线将与定子磁极的轴线相差一个角，若负载越大，差角也随之增大。只要外负载不超过一定限度，转子就会与定子旋转磁场一起旋转。8．Φm＝KU1/f1，如果在变频调速中，保持定子电压U1不变，则磁通Φm大小将会改变。因为在一般电动机中，Φm值通常是在工频额定电压的运行条件下确定的，为了充分利用电动机铁心，把磁通量选在接近磁饱和的数值上。因此，在变频调速过程中，如果频率从工频往下调节，则由Φm上升，将导致铁心过饱和而使励磁电流迅速上升，铁心过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。因此，必须在降低频率的同时，降低电压U1，以保持Φm不变。这种U1和f1的配合变化称为恒磁通变频调速中的协调控制（恒转矩调速控制）。如图1所示。当f1频率超过感应电动机铭牌的额定频率，由于电源电压的限制，U1已达到变频器输出电压的最大值再不能随f1而升高，感应电动机的每极磁通Φm与f1成反比例下降，其转矩T也随着f1反比例下降。但因转速n提高，感应电动机的输出功率P则在此区域内保持不变（P＝Tn），称为恒功率调速，如图2所示。图1感应电动机电压、磁通特性图2感应电动机运行区域图1感应电动机电压、磁通特性图2感应电动机运行区域I—恒转矩II—恒功率9．主轴准停功能又称为主轴定位功能，即当主轴停止时能控制其停于固定位置。主轴准停可分为机械准停和电气准停。电气准停通常有磁传感器准停、编码器型准停和数控系统准停三种。10．答:主轴进给功能即主轴的C轴功能，一般应用在车削中心和车、铣复合机床上。对于车削中心，主轴除了完成传统的回转功能外，主轴的进给功能可以实现主轴的定向、分度和圆周进给，并在数控装置的控制下实现C轴与其他进给轴的插补，配合动力刀具进行圆柱或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺纹及曲面铣加工。对于车、铣复合机床，则必须要求车主轴在铣状态下完成铣床C轴所有的进给插补功能。主轴进给功能按功能划分一般有下列几种实现方法。(1)机械式。通过安装在主轴上的分度齿轮实现。这种方法只能实现分度，一般可以实现主轴360°分度。(2)双电动机切换。主轴有两套传动机构，平时由主轴电动机驱动实现普通主轴的回转功能，需要进给功能时通过液压等机构切换到由进给伺服电动机驱动主轴。(3)有C轴功能的主．轴电动机。由主轴电动机直接进行定位、分度和进给功能。这种方式省去了附加的传动机构和液压系统，因此结构简单、工作可靠，另外主轴的两种工作方式可以随时切换。11．答:(1)光栅位置检测装置光栅用于数控机床作为检测装置，用以测量长度、角度、速度、加速度、振动和爬行等。它是数控机床闭环系统中用得较多的一种检测装置。(2)旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。(3)感应同步器分两种：测量直线位移的称为直线型感应同步器；测量角位移的称为圆型感应同步器。直线型感应同步器由定尺和滑尺组成；圆型感应同步器由转子和定子组成。感应同步器其特点及使用范围和光栅较相似，但和光栅比，它的抗干扰性较强，对环境要求低，机械结构简单，大量程接长方便，加之成本较低，所以虽然精度上不如光栅，但在数控机床检测系统中得以广泛应用。第八章典型数控机床电气控制系统分析1．答:CK160数控车床配备FANUC全数字交流伺服系统，该伺服系统为半闭环系统。CNC将位置、速度控制指令以数字量的形式输出至数字伺服系统，数字伺服驱动单元本身具有位置反馈和位置控制功能。CNC和数字伺服驱动单元采用串行通信的方式。CNC与伺服系统之间传递的信息有：位置指令和实际位置，速度指令和实际速度，伺服驱动及伺服电动机参数，伺服状态和报警，控制方式命令。主轴采用模拟主轴（变频器H1-A1）控制，配置3kw、2880r/min的交流异步电动机（H1-M1），这是一个速度开环控制系统。CNC输出的模拟信号（0～10V）到变频器13、14端，从而控制电动机的转速，通过设置变频器的参数，实现从最低速到最高速的调速；H1-K1为主轴交流接触器，接通/断开主轴动力电源；主轴上的位置编码器H1-GP使主轴能与进给驱动同步控制，以便加工螺纹；M3-K3、M3-K4为主轴正反转继电器，通过PLC实现正反转；M1-K2为急停继电器，当按下急停按钮或X轴、Z轴超程时，断开主轴电路；当变频器有异常情况，通过1、2端子输出报警信号到PLC。2．答:数控机床系统控制参数大致分为以下5类:伺服控