2006數(shù)控班《數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修》知識綱要

1、1、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)簡稱CNC系統(tǒng)，是一種配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過執(zhí)行存儲器內(nèi)的程序，實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。數(shù)控機(jī)床在CNC系統(tǒng)的控制下，自動地按給定的零件加工程序加工機(jī)械零件。 2、CNC系統(tǒng)由輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC裝置)、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成。3、CNC系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置。它通過系統(tǒng)控制軟件與硬件的配合，合理地組織、管理數(shù)控系統(tǒng)的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和輸出信息，控制執(zhí)行部件，使數(shù)控機(jī)床按照要求進(jìn)行自動加工。4、CNC系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)是：多任務(wù)性和實(shí)時性，所采用的技術(shù)是并行處理技術(shù)和實(shí)時中斷調(diào)度技術(shù)

2、。5、CNC裝置的工作流程（輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、進(jìn)給速度處理、插補(bǔ)、位置控制、I/O處理、顯示、診斷。）6、按被控對象運(yùn)動軌跡分點(diǎn)位移控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)7、按伺服工作原理分開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)8、數(shù)控技術(shù)是按被控對象要求的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度，編制由數(shù)字代碼信息所構(gòu)成的控制程序，控制被控制對象的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度的一種技術(shù)。9、如果一種設(shè)備的控制過程是以數(shù)字形式來描繪的，其工作過程是可編程序的，并能在所編程序的控制下自動運(yùn)行，那么這種是被就稱為數(shù)控設(shè)備。換句話說，采用了數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)，采用了數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)備就稱之為數(shù)控設(shè)備。10、數(shù)控車床是一種常見的金屬切

3、削機(jī)床，它能完成對內(nèi)外圓拄面、圓錐面、圓弧面、端面和米制、英制螺紋等的車削加工。12、數(shù)控機(jī)床的傳動系統(tǒng)主運(yùn)動傳動、進(jìn)給傳動和換刀裝置。13、進(jìn)給運(yùn)動傳動是指機(jī)床上刀架實(shí)現(xiàn)縱向（Z向）和橫向（X向）運(yùn)動的進(jìn)給運(yùn)動。14、換刀裝置數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的動力換刀裝置，并按數(shù)控裝置的指令進(jìn)行選刀換刀。15、數(shù)控車床工作過程大致有數(shù)控加工的準(zhǔn)備、車床的調(diào)整、程序調(diào)試、試切加工、正式加工、結(jié)束檢測等過程。16、數(shù)控機(jī)床運(yùn)動機(jī)構(gòu)的動作由伺服系統(tǒng)控制，伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中控制主軸和各進(jìn)給坐標(biāo)軸的速度和位置，起著保證刀具和零件相對運(yùn)動的準(zhǔn)確性和加工性能的重要作用。17、數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)屬于自動

4、控制系統(tǒng)的一種，亦稱隨動系統(tǒng)，它控制被控對象的轉(zhuǎn)角或位移，使其能自動、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。18、根據(jù)被控對象的不同，伺服系統(tǒng)一般有三種控制方式，即位置、速度和力矩控制方式。19、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)包括進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。20、伺服系統(tǒng)按照位置控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。21、按照調(diào)節(jié)器類型分為模擬型伺服系統(tǒng)、全數(shù)字伺服系統(tǒng)和混合伺服系統(tǒng)。22、模擬型伺服系統(tǒng)系統(tǒng)中各物理量，包括電動機(jī)的電流、速度、輸出的位置信號、輸入都是模擬量，中間調(diào)節(jié)器（控制器）也是模擬控制器。23、全數(shù)字伺服系統(tǒng)中各部分信號都是數(shù)字量，控制調(diào)節(jié)器用數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)。24、混合伺服系統(tǒng)位置進(jìn)給

5、常采用混合型伺服，速度控制調(diào)節(jié)器采取模擬控制方式，位置控制采用數(shù)字方式，這樣既提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，又可以發(fā)揮數(shù)字控制的優(yōu)勢。25、數(shù)控機(jī)床對伺服系統(tǒng)的基本要求高精度、調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快、不受負(fù)載慣量影響動機(jī)的工作原理26、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路每接受一個指令脈沖，就控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)過一個固定的角度，該角度即對應(yīng)于工作臺移動的一個位移值，該位移稱為脈沖當(dāng)量。只要控制指令脈沖的數(shù)量，即可控制工作臺移動的位移，而指令脈沖的頻率對應(yīng)工作臺的移動速度。（什么是脈沖當(dāng)量）27、拍：稱每一次通電狀態(tài)的換接為拍，每一拍轉(zhuǎn)子相應(yīng)旋轉(zhuǎn)一個步距角；把完成一個通電狀態(tài)循環(huán)所需要換接的控制繞組相數(shù)或通電狀態(tài)次數(shù)稱作拍數(shù)，

6、用N表示，則步距角 或 （3-2）28、轉(zhuǎn)速：步進(jìn)電動機(jī)即可作單步運(yùn)行（按控制指令轉(zhuǎn)過一定的角度），又可連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)外加一個控制脈沖時，即每一拍，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過一個步距角，這相當(dāng)于整個圓周角的，也就是轉(zhuǎn)，如果控制脈沖的頻率為f，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為（r /min） （3-3）29、半閉環(huán)控制系統(tǒng)位置檢測方式一般將位置檢測元件安裝在電動機(jī)的軸上，用以精確控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，然后通過滾珠絲杠等傳動機(jī)構(gòu)，將電動機(jī)轉(zhuǎn)動的角度變化轉(zhuǎn)換成工作臺的直線位移。位置檢測元件不直接安裝在進(jìn)給坐標(biāo)的最終運(yùn)動部件上而是中間經(jīng)過機(jī)械傳動部件的位置轉(zhuǎn)換，稱為間接測量。30、伺服驅(qū)動電動機(jī)又稱為執(zhí)行電動機(jī)，它具有根據(jù)控制信號的

7、要求而動作的功能。 由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給脈沖指令經(jīng)變換和功率放大后，作為伺服電機(jī)的輸入量，控制它在指定方向上作一定速度的角位移或直線位移（直線電機(jī)）， 從而驅(qū)動機(jī)床的執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)給定的速度和方向上的位移。伺服驅(qū)動電機(jī)的性能在很大程度上影響進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能。31、位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部。它的作用是檢測位移和速度，發(fā)送反饋信號。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置檢測元件一般采用編碼器。32、數(shù)控車床主軸運(yùn)動的基本控制是主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止、自動（手動）換擋和無級調(diào)速。33、對主軸驅(qū)動拖動特性的要求：調(diào)速范圍足夠大、主軸輸出功率大34、主軸的速度調(diào)節(jié)是主軸驅(qū)動最重要的控制要求。35、主軸變速

8、分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種形式。36、主軸的常用變速方式只要有三種：一是采用變速齒輪的傳動方式；二是用變頻器對主軸電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制；三是采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級變速。37、對主軸除調(diào)速要求外，主軸電動機(jī)還裝配有編碼器，以實(shí)現(xiàn)主軸位置檢測，在經(jīng)濟(jì)形數(shù)控機(jī)床和機(jī)床數(shù)控改造中，也可在主軸上直接安裝外置式編碼器。38、主軸伺服系統(tǒng)控制：（1）、主軸定向準(zhǔn)停控制 （2）、主軸旋轉(zhuǎn)與坐標(biāo)軸進(jìn)給的同步控制（3）、恒線速切削控制 （4）、加減速功能39、直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種：改變電樞電壓、電樞回路串電阻、減弱磁通調(diào)速。40、三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，任

9、意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn),電動機(jī)反轉(zhuǎn) 41、三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法：變頻調(diào)速 (無級調(diào)速)、變極調(diào)速 (有級調(diào)速)，鼠籠式電機(jī)采用、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 (無級調(diào)速)42、主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的。43、使用主軸編碼器上所或取的數(shù)據(jù)一般有兩個用途。其一是用于主軸速度顯示；其二是用于主軸與伺服軸配合運(yùn)行的場合，如螺紋切削加工、線速度加工等。44、機(jī)床的主軸編碼器一般直接安裝在主軸上或安裝在主軸附近，用相應(yīng)的傳動裝置與主軸相連，使其能準(zhǔn)確地向數(shù)控系統(tǒng)輸送主軸的轉(zhuǎn)速、方向等信號。45、旋轉(zhuǎn)編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式測量裝置，通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量

10、脈沖形式或絕對式的代碼形式。46、主軸編碼器一般有三個信號通道A+、B+ 和Z+。其中A+、B+兩通道為互差900的脈沖信號，主要反映主軸的轉(zhuǎn)速與方向。47、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)兩通道單位時間的脈沖數(shù)來計(jì)算主軸的速度，根據(jù)A+通道與B+通道之間的相位差來判斷主軸的旋轉(zhuǎn)方向，Z+為零脈沖信號，主軸每轉(zhuǎn)一圈Z+通道發(fā)出一個零脈沖，該通道主要給系統(tǒng)提供相關(guān)的基準(zhǔn)信號。簡答題1、什么是數(shù)控設(shè)備？2、什么是開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)？各有何特點(diǎn)？3、數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)有那些？其中電氣控制系統(tǒng)又有哪些部件？數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)主要由主軸箱、卡盤、數(shù)控刀架、刀架滑板、尾座、底座、防護(hù)罩、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、切削液系統(tǒng)

11、、電氣控制系統(tǒng)等組成。其中電氣控制系統(tǒng)又由數(shù)控裝置、驅(qū)動器、伺服電動機(jī)、斷路器、直流開關(guān)電源、編碼器、變頻器、驅(qū)動變壓器、繼電器、接觸器、熱繼電器、控制按鈕、行程開關(guān)、滅弧器等組成。 4、簡述數(shù)控機(jī)床的加工原理首先根據(jù)加工工件的圖樣要求確定工藝方案、工藝參數(shù)和工裝，用規(guī)定的格式編寫程序單，或記錄在程序載體上。再將程序通過輸入裝置輸入到數(shù)控裝置中。在數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的支持下，將輸入的程序經(jīng)過運(yùn)算處理后，發(fā)出相應(yīng)的指令信號。最后伺服系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控裝置的信號，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)傳動部件，驅(qū)動車床各運(yùn)動部件，使車床按規(guī)定的軌跡運(yùn)動，從而進(jìn)行工件的切削加工，直至制造出符合圖樣要求的零件。5、步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的

12、特點(diǎn)1）、在工作頻率范圍內(nèi)，每輸入一個電流脈沖，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)過一定角度（步距角），而沒有電流脈沖輸入時，轉(zhuǎn)子能穩(wěn)定地停止在原來位置。2）、控制步進(jìn)電動機(jī)的脈沖數(shù)量可以控制它的轉(zhuǎn)角大小，經(jīng)滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)換為工作臺的位移量。3）、控制步進(jìn)電動機(jī)的脈沖頻率可以控制其轉(zhuǎn)速高低，經(jīng)滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)換，可以控制工作臺移動速度的大小。4）、改變步進(jìn)電動機(jī)各繞組的通電順序可以改變步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向，從而改變工作臺移動方向。5）、當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)的啟動頻率或下降頻率大于實(shí)際使用步進(jìn)電動機(jī)的突跳頻率時，為避免丟步和堵轉(zhuǎn)，必須分別進(jìn)行自動加速和自動減速控制。步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的進(jìn)給速度和脈沖當(dāng)量的計(jì)算公式如下： （mm/

13、脈沖） （mm/min）6、步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)與CNC之間的連接7、什么是三相單三拍通電方式？有何特點(diǎn)？單相輪流通電方式：每次切換前后只有一相繞組通電。如：三相單三拍 特點(diǎn)：在這種通電方式下，電動機(jī)工作的穩(wěn)定性較差，容易失步。8、什么是三相雙三拍通電方式？有何特點(diǎn)？雙相輪流通電方式：每次有兩相繞組通電，通電狀態(tài)切換時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，且輸出力矩較大，這種通電方式定位精度高而且不易失步。如：三相雙三拍：9、什么是三相六拍通電方式？單雙相輪流通電方式：上述兩種通電方式的組合。如：三相六拍：經(jīng)過六拍完成一個循環(huán)。步距角為三相單三拍或三相雙三拍的一半10、交流伺服系統(tǒng)與CNC之間的連接11、變頻主軸控制系統(tǒng)與CNC之間的連接12、使用變頻器對電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)那些控制？13、簡述分段無級變速的實(shí)現(xiàn)方法？14、了解主軸驅(qū)動裝置的開關(guān)量控制信號。15、簡述四方回轉(zhuǎn)刀架工作原理當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時，刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動刀架體上升并轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過900跨越一個刀位。在