精品資料（2021-2022年收藏的）數(shù)控技術(shù)復(fù)習(xí)資料湖北工業(yè)大學(xué)

1、數(shù)控技數(shù)第一章 緒論一.數(shù)控加工的特點(diǎn)；1. 可以 加工具有復(fù)雜型面的工件 2.加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定3. 生產(chǎn)效率高4.改善勞動(dòng)條件5.有利于生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)代化：6數(shù)控加工是CAD/CAM技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 數(shù)控加工的對(duì)象1.幾何形狀復(fù)雜的工件 2. 新產(chǎn)品的工件3. 精度及表面粗糙度要求高的工件 4.需要多道工序的工件5.原材料特別貴重的工件二. 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控（Numerical Control）是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。現(xiàn)在又稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控。CNC有三種含義 1.代表一種控制技術(shù) 2.代表一種控制系統(tǒng)的實(shí)體3.代表一種控制裝置。

2、三.數(shù)控技術(shù)的組成。數(shù)控系統(tǒng)一般由控制介質(zhì)（信息載體）、輸入裝置（鍵盤(pán)）、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)（如步進(jìn)電機(jī)）、執(zhí)行部件（工作臺(tái)）和測(cè)量反饋裝置（如編碼器和光柵）組成。輸入裝置；將數(shù)控加工程序單上的內(nèi)容通過(guò)數(shù)控裝置上的鍵盤(pán)直接輸入給數(shù)控裝置，這種方式稱(chēng)為MDI方式。伺服系統(tǒng)；包括伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)元件，它們與執(zhí)行部件上的機(jī)械部件組成數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)。 數(shù)控裝置可以以很高的速度和精度進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出很小的脈沖信號(hào)，關(guān)鍵在于伺服系統(tǒng)能以多高的速度與精度去響應(yīng)執(zhí)行，所以整個(gè)系統(tǒng)的精度與速度主要取決于伺服系統(tǒng)。三.數(shù)控加工的基本原理數(shù)控加工零件是按照事先編制好的加工程序單來(lái)進(jìn)行的。 1.確定工件的加工

3、工序及加工所用刀具和切削速度 2.確定工件的輪廓銜接點(diǎn) 3.確定起刀和收刀的位置以及坐標(biāo)原點(diǎn)的位置 按規(guī)定的語(yǔ)句格式寫(xiě)出數(shù)控指令集，將指令集輸入到數(shù)控裝置里進(jìn)行處理（譯碼，運(yùn)算等），通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路把信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)輸出角位移及角速度，又通過(guò)執(zhí)行部件轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的直線位移以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。另外，數(shù)控裝置還要通過(guò)PLC控制強(qiáng)電部件以進(jìn)行一些輔助性工作，如 ：照明，冷卻、排屑等。四.數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)1按數(shù)控加工類(lèi)型分為硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。2按運(yùn)功方式分類(lèi)（1）點(diǎn)位控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是加工移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精準(zhǔn)移動(dòng)，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。（2）點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)。

4、不僅要實(shí)現(xiàn)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)，而且能實(shí)現(xiàn)平行于坐標(biāo)軸的直線切割加工運(yùn)動(dòng)及沿與坐標(biāo)軸成45o的斜線進(jìn)行切削加工，但不能沿任意斜率的直線進(jìn)行切削加工。（3）輪廓控制系統(tǒng)?？梢允沟毒吆凸ぜ雌矫嬷本€，曲線或空間曲面輪廓進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出任何形狀的復(fù)雜零件。3按控制方式分類(lèi)。（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（沒(méi)有反饋系統(tǒng)）。（2）半閉環(huán)控制系統(tǒng)，在伺服電動(dòng)機(jī)輸出軸端或絲杠軸端裝有角位移檢測(cè)裝置（如旋轉(zhuǎn)變壓器或光電編碼器），間接測(cè)出直線位置。（3）閉環(huán)控制系統(tǒng)，直接安有直線位置檢測(cè)裝置。五.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；（1）高速度、高精度。直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。（2）高可靠性（3）多功能（4）智能化

5、（5）復(fù)合化。第二章 數(shù)控加工工藝一選擇合適的對(duì)刀點(diǎn)及換刀點(diǎn) 對(duì)刀點(diǎn)有時(shí)可以稱(chēng)為起刀點(diǎn)（數(shù)控程序的起點(diǎn)） 對(duì)刀點(diǎn)與刀位點(diǎn)是有關(guān)系的（說(shuō)法不同）刀位點(diǎn)：刀具在機(jī)床上的位置。端面銑刀的底部中心； 鉆頭的刀尖； 球頭銑刀的球心；車(chē)刀及鏜刀的刀尖；對(duì)刀原則：對(duì)刀方便，便于測(cè)量和簡(jiǎn)化編程（盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上）換刀點(diǎn)：對(duì)于多刀機(jī)床，（工作中一般要換刀）應(yīng)在編程時(shí)考慮到換刀點(diǎn)的位置可能與工件或夾具產(chǎn)生干涉（換刀點(diǎn)在加工區(qū)域以外）二.數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方法確定本工序的走刀路線，切削用量、工藝裝備、定位夾緊方式-這稱(chēng)為工藝設(shè)計(jì)1.確定走刀路線（1）尋求最短走刀路線；（2）最終輪廓應(yīng)一次完成（先用

6、行切法，最后沿周向環(huán)切一刀）；刀具急劇改變運(yùn)動(dòng)方向會(huì)因刀具變形方向的改變而留下痕跡，故應(yīng)注意走刀路線的選擇。（3）選擇刀具的切入及切出方向；為了保證工件輪廓的光滑，進(jìn)刀與退刀（即切入與切出）應(yīng)沿零件輪廓的切線方向以減少切削過(guò)程刀具速度的變化進(jìn)而減輕刀痕。（4）選擇使工件在加工后變形小的路線。對(duì)橫截面積小的細(xì)長(zhǎng)零件或薄板零件采用分幾次走刀加工到最后尺寸或?qū)ΨQ(chēng)去除余量法安排走刀路線。2確定定位和夾緊方案。（1）盡可能做到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、編程計(jì)算基準(zhǔn)的“三統(tǒng)一”。（2）盡可能做到工序集中，最好一次裝夾完成全部加工（3）避免采用人工調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)的裝夾方案（4）工件剛度較大的地方才是較好的夾緊點(diǎn)!3

7、.確定刀具與工件的相對(duì)位置（確認(rèn)對(duì)刀點(diǎn)）；。工件大致為圓形時(shí)，其對(duì)刀點(diǎn)往往與工件的坐標(biāo)原點(diǎn)一致。對(duì)刀點(diǎn)的選擇原則：（1）所選的對(duì)刀點(diǎn)是程序編制簡(jiǎn)單；（2）對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點(diǎn)的位置；（3）對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選在加工時(shí)檢驗(yàn)方便、可靠的位置；（4）對(duì)刀點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于提高加工精度。4確定切削用量。第三章 數(shù)控加工的程序編制一、坐標(biāo)軸的確定。坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸與機(jī)床的主要導(dǎo)軌相平行。確定坐標(biāo)軸時(shí)，一般先確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸。1、Z軸（1）將傳遞切削力的主軸軸線定為Z坐標(biāo)軸。（2）對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如銑、鉆、鏜床，旋轉(zhuǎn)刀具的軸線定為Z軸。（3）對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如車(chē)、外

8、圓磨床，工件的軸線定為Z軸。（4）當(dāng)機(jī)床有幾個(gè)主軸時(shí)，選擇一個(gè)垂直于工件裝夾面的主軸確定Z軸。（5）對(duì)于工件和刀具都不旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如刨、插床，Z軸垂直于工件裝夾面。（6）Z軸的正方向以刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)闇?zhǔn)。2、X軸（1）X軸一般是水平的、平行于工件的裝夾面且與Z軸垂直。（2）對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，X軸在工件的徑向上，且平行于橫滑座，以刀具離開(kāi)工件旋轉(zhuǎn)中心方向?yàn)檎较?。?）對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床：當(dāng)Z軸是水平方向時(shí)，從刀具主軸向工件看，X運(yùn)動(dòng)方向指向右方； 當(dāng)Z軸為垂直方向時(shí)，對(duì)于單立柱機(jī)床，從刀具主軸向立柱看，X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。 （4）對(duì)于龍門(mén)式機(jī)床，從主軸向左側(cè)看，X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。3、Y

9、坐標(biāo)軸（1）Y軸的方向由X軸和Z軸按右手定則來(lái)確定。（2）X、Y、Z坐標(biāo)系是按刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的原則命名的，而帶撇（“ ”）的坐標(biāo)X、Y、Z則表示工件相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系：機(jī)床本身固有的坐標(biāo)系。（具有固定的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向）機(jī)床原點(diǎn)：機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。(出廠已確定）機(jī)床參考點(diǎn)：用于對(duì)機(jī)床工作臺(tái)、滑板以及刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)和控制的點(diǎn)。工件坐標(biāo)系：用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標(biāo)系。(G92)工件原點(diǎn)：工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。編程坐標(biāo)系：編程人員為方便編制數(shù)控程序所設(shè)定的坐標(biāo)系。一般情況下，編程坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系一致。絕對(duì)坐標(biāo)系：刀具（

10、或工件）運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)值均是相對(duì)于某一固定坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)算的坐標(biāo)系。（G90)相對(duì)坐標(biāo)系：刀具（或工件）運(yùn)動(dòng)位置的終點(diǎn)坐標(biāo)值均是相對(duì)于起點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的坐標(biāo)系。(G91) 第四章 數(shù)控機(jī)床的工作原理一、插補(bǔ)的概念：機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程。插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)；（1）數(shù)控裝置向各坐標(biāo)提供相互協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，伺服系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)給脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。（2）數(shù)控裝置的關(guān)鍵問(wèn)題：根據(jù)控制指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖數(shù)目分配的運(yùn)算（即插補(bǔ)計(jì)算），產(chǎn)生機(jī)床各坐標(biāo)的進(jìn)給脈沖。（3）插補(bǔ)計(jì)算就是數(shù)控裝置根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算，把工件輪廓的形狀描述出來(lái)，邊計(jì)算邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)發(fā)出進(jìn)給脈沖，對(duì)應(yīng)每個(gè)脈沖，

11、機(jī)床在響應(yīng)的坐標(biāo)方向上移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離，從而將工件加工出所需要輪廓的形狀。（4）插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)：在一個(gè)線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)密化”的工作。二、1.基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)（行程標(biāo)量插補(bǔ)或脈沖增量插補(bǔ)）（1）特點(diǎn)：每次插補(bǔ)結(jié)束，數(shù)控裝置向每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)輸出基準(zhǔn)脈沖序列，每個(gè)脈沖代表了最小位移，脈沖序列的頻率代表了坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，而脈沖的數(shù)量表示移動(dòng)量。（2）僅適用于一些中等精度或中等速度要求的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 2、數(shù)字采樣插補(bǔ)（數(shù)據(jù)增量插補(bǔ)）特點(diǎn)：插補(bǔ)運(yùn)算分兩步完成。（1）粗插補(bǔ)；在給定起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線之間插入若干個(gè)點(diǎn)，即用若干條微小直線段逼近給定曲線，每一微小直線段的長(zhǎng)度都相等，且與給定速度有關(guān)。（2

12、）精插補(bǔ)； 在粗插補(bǔ)算出的每一微小直線段的基礎(chǔ)上再作“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作，相當(dāng)于對(duì)直線的脈沖增量插補(bǔ)。適用于閉環(huán)、半閉環(huán)以直流和交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的位置采樣控制系統(tǒng)。第五章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置一、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)CNC系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控（NC）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它用一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成數(shù)控裝置的所有功能。CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)；（1）靈活性大：可改變和擴(kuò)展其功能。（2） 通用性強(qiáng)：硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展，改變軟件可適應(yīng)不同需求。 （3）可靠性高：采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路；程序被檢查后才被調(diào)用，保證加工過(guò)程中的故障停機(jī)。（4）功能強(qiáng)大：多功能、可以完成復(fù)雜零件的一次成形。 （5） 使用維

13、修方便：內(nèi)置自診斷程序，軟件檢查程序。二、常用的CNC發(fā)展的主要形式有三種；（1）總線式模塊化結(jié)構(gòu)的CNC。多用于多軸控制的高擋數(shù)控機(jī)床。（2）以單板或?qū)Ｓ眯酒澳０褰M成結(jié)構(gòu)緊湊的CNC。多用于中檔數(shù)控機(jī)床。（3）基于通用計(jì)算機(jī)（PC或IPC）基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的CNC?？沙浞掷猛ㄓ糜?jì)算機(jī)豐富的軟件資源，可隨計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行升級(jí)。 前兩種CNC系統(tǒng)硬件需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，通用性較差，第三種硬件無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，改變軟件即可構(gòu)成不同CNC系統(tǒng)，通用性好。三、多微處理器CNC的典型結(jié)構(gòu)1、共享總線結(jié)構(gòu)：通過(guò)總線連接系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊。主模塊控制系統(tǒng)總線，某一時(shí)刻只能有一個(gè)主模塊占用總線，各模塊通過(guò)仲裁電路判別各模塊的優(yōu)

14、先級(jí)，進(jìn)而共享總線資源。2、共享存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的相互連接和通信，每個(gè)端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問(wèn)。四、CNC系統(tǒng)軟件的組成。包括應(yīng)用軟件（包括零件數(shù)控加工程序或其他輔助軟件）和系統(tǒng)軟件（為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專(zhuān)用軟件。也稱(chēng)為控制軟件）。 系統(tǒng)軟件通常包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序等。1輸入數(shù)據(jù)處理程序。功能：接收輸入的零件加工程序，將標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按照規(guī)定格式存放。主要包括輸入程序、譯碼程序和數(shù)據(jù)處理程序等組成，有些CNC系統(tǒng)還具有補(bǔ)償計(jì)算、為插補(bǔ)運(yùn)算和速度控制

15、等進(jìn)行的預(yù)計(jì)算。（1）輸入程序；一是 將加工程序讀入存放在程序存儲(chǔ)器中，二是將加工程序從程序存儲(chǔ)器中讀出，送入緩沖區(qū)，以便譯碼用。 （2）譯碼程序；數(shù)控加工程序按零件加工順序記載著機(jī)床加工所需的各種信息，其中包括零件加工的軌跡信息、工藝信息和開(kāi)關(guān)命令。（3）數(shù)據(jù)處理程序； 包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能處理等。 刀具半徑補(bǔ)償：將工件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心軌跡。 速度計(jì)算：解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)2. 插補(bǔ)計(jì)算程序；CNC系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，一邊插補(bǔ)運(yùn)算，一邊進(jìn)行加工。插補(bǔ)運(yùn)算的速度直接影響著機(jī)床的進(jìn)給速度。插補(bǔ)運(yùn)算：根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，分別向各坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖的過(guò)程。3. 速度

16、控制程序； 根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，確保預(yù)定的進(jìn)給速度。4. 管理程序； 負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、處理、插補(bǔ)運(yùn)算等服務(wù)程序進(jìn)行調(diào)度管理。5. 診斷程序； 在程序中發(fā)現(xiàn)故障，并指出故障問(wèn)題。五、CNC中軟、硬件界面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1.CNC系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度慢；硬件處理速度快，但成本高，適應(yīng)性差。CNC中硬、軟件的分配比例由性能價(jià)格決定。 在CNC 軟件設(shè)計(jì)中，通常采用面向過(guò)程與操作來(lái)設(shè)計(jì)程序的結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)嶓w與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)程序，然后轉(zhuǎn)向過(guò)程的面向?qū)ο蠓?。后者比前者所設(shè)計(jì)的程序更為穩(wěn)定且可重用。2. CNC系統(tǒng)的多任務(wù)并行處理與多重實(shí)時(shí)中斷；CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性表現(xiàn)在

17、其軟件必須完成管理和控制兩大任務(wù)。3. 常規(guī)CNC的軟件結(jié)構(gòu)（1）中斷型結(jié)構(gòu)模式； 除初始化程序外，將CNC的各功能模塊分別安排在不同級(jí)別的中斷程序中，無(wú)前后臺(tái)之分。通過(guò)中斷程序的優(yōu)先級(jí)由CPU響應(yīng)中斷。（2）前、后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式；將整個(gè)CNC軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序；前臺(tái)程序?yàn)閷?shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)幾乎全部實(shí)時(shí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、位置控制和數(shù)控機(jī)床開(kāi)關(guān)邏輯控制等實(shí)時(shí)功能。 后臺(tái)程序，也稱(chēng)為背景程序，是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序的輸入、預(yù)處理和管理等任務(wù)。六、CNC控制器的功能1. 軸控制功能； CNC可同時(shí)控制的軸數(shù)，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)。2. 準(zhǔn)備功能：G功能。3. 插補(bǔ)功能4. 進(jìn)給功能； （1）

18、切削進(jìn)給速度；（2） 同步進(jìn)給速度 （3） 快速進(jìn)給速度（4） 進(jìn)給倍率5. 主軸功能：主軸轉(zhuǎn)速功能。6. 輔助功能：M功能7. 刀具功能和第二輔助功能8. 補(bǔ)償功能；（1）刀具尺寸補(bǔ)償和程序段自動(dòng)轉(zhuǎn)接（2）絲杠的螺距誤差相反向間隙或如熱變形補(bǔ)償。9. 字符、圖形顯示功能10. 自診斷功能11. 通信功能12. 人機(jī)交互圖形編程功能第六章 位置檢測(cè)裝置一、數(shù)控機(jī)床對(duì)檢驗(yàn)元件的主要要求：（1）高可靠性和高抗干擾性（2）滿(mǎn)足精度與速度要求（3）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境（4）成本低。分類(lèi)167二、旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。三、光柵測(cè)量裝置；光柵檢測(cè)精度高,可達(dá)1m，工作原理利

19、用光的透射和衍射現(xiàn)象,可測(cè)直線或轉(zhuǎn)角，非接觸測(cè)量，抗干擾能力強(qiáng)，但對(duì)環(huán)境要求高。176莫爾條紋：當(dāng)兩塊光柵的刻線相交，平行光線垂直照射標(biāo)尺光柵時(shí)，則在相交區(qū)域出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋。莫爾條紋的特點(diǎn)：（1）莫爾條紋的變化規(guī)律：兩光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，莫爾條紋移過(guò)一個(gè)條紋間距。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對(duì)移過(guò)的柵距數(shù)同步。 （2）放大作用 莫爾條紋寬度 W 和光柵柵距 w、柵線夾角之間關(guān)系： W w/ （3）平均效應(yīng)；用光柵測(cè)量長(zhǎng)度，決定其精度的要素不是一根刻線，而是一組線的平均精度。四、測(cè)速發(fā)電機(jī)；是一種能把機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的

20、傳感器。它與一般的發(fā)電機(jī)相比有如下兩個(gè)特點(diǎn)。 (1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格地呈線性關(guān)系。(2) 輸出電勢(shì)與轉(zhuǎn)速比的斜率大。測(cè)速發(fā)電機(jī)分交流和直流兩大類(lèi)。 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又有同步、異步之分。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，常用的是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)和直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。五、脈沖編碼器是一種回轉(zhuǎn)編碼器，可以用來(lái)測(cè)相對(duì)位移，單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)角位移就是角速度。因此，回轉(zhuǎn)編碼器在檢測(cè)角位移的同時(shí)，配以定時(shí)器便可檢測(cè)出角速度。六、位置傳感器 ；和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢測(cè)，確定是否已到達(dá)某一位置。因此，它不需要產(chǎn)生連續(xù)變化的模擬量，只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量就可以了。這種傳感器

21、常用于數(shù)控機(jī)床換刀具、工件或工作臺(tái)到位或行程限制等輔助機(jī)能的信號(hào)檢測(cè)。位置傳感器分接觸式和接近式兩種。接觸式傳感器是能獲取兩個(gè)物體是否接觸之信息的一種傳感器；而接近式傳感器則是用來(lái)判別在某一范圍內(nèi)是否有某一物體的一種傳感器。1、 接觸式位置傳感器；這類(lèi)傳感器用微動(dòng)開(kāi)關(guān)之類(lèi)的觸點(diǎn)器件便可構(gòu)成。它有以下兩種。（1）微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置傳感器；用于檢測(cè)物體位置（2）二維矩陣式位置傳感器；一般用于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)。2、接近式位置傳感器的種類(lèi)：電磁式； 光電式； 靜電容式； 氣壓式； 超聲波式。第七章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一、伺服系統(tǒng)：以位置和速度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它與數(shù)控裝置和機(jī)床本體并列為數(shù)控機(jī)床的三大

22、組成部分。二、1. 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求（1）調(diào)速范圍大，低速轉(zhuǎn)矩大。調(diào)速范圍：機(jī)械裝置要求電機(jī)能提供的最高進(jìn)給速度相對(duì)于最低進(jìn)給速度之比。為保證所有加工條件下，均能得到最佳切削條件和加工質(zhì)量，就要求進(jìn)給速度在較大的范圍內(nèi)變化。低速切削要求電機(jī)輸出較大的轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象。（2）精度高。精度：伺服系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入量的精確程度。為保證數(shù)控加工精度要求，主要保證機(jī)床的定位精度和進(jìn)給跟蹤精度。（3）快速響應(yīng)無(wú)超調(diào)?？焖夙憫?yīng)反映系統(tǒng)的跟蹤精度。（4）穩(wěn)定性好，可靠性高。穩(wěn)定性：系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能經(jīng)過(guò)短暫的調(diào)節(jié)達(dá)到新的或恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)具有較好的抗干擾能力能保

23、證進(jìn)給速度均勻、平穩(wěn)。（5）足夠的傳動(dòng)剛性，較強(qiáng)的過(guò)載能力，電機(jī)的慣量與移動(dòng)部件的慣量相匹配，伺服電機(jī)能夠頻繁啟停和可逆運(yùn)行。2. 數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸伺服系統(tǒng)的要求（1）足夠的輸出功率。主軸轉(zhuǎn)速高，輸出轉(zhuǎn)矩?。恢鬏S轉(zhuǎn)速低，輸出轉(zhuǎn)矩大。要求主軸驅(qū)動(dòng)裝置具有恒功率性質(zhì)。（2）調(diào)速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的變速依照指令自動(dòng)執(zhí)行，要求能夠在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，較少中間傳遞環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化主軸箱。（3）定位準(zhǔn)停功能。為使得數(shù)控車(chē)床具有螺紋切削等功能，要求主軸能與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)實(shí)行同步控制。在加工中為自動(dòng)換刀，要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停功能。三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。數(shù)控

24、裝置輸出的進(jìn)給脈沖數(shù)量、頻率和方向經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路達(dá)到步進(jìn)電機(jī)后，可以轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的位移量、進(jìn)給速度和方向。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)主要特征（1）步距角和靜態(tài)步距誤差；步進(jìn)電機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)，即有：360°/(mzk)。其中：m相m拍時(shí)，k1；m相2m拍時(shí)，k2，依此類(lèi)推。例如，三相三拍，z40時(shí)，360°/(3×40×1)3°。靜態(tài)步距誤差：在空載情況下，理論的步距角與實(shí)際的步距角之差，以分表示，一般在10之內(nèi)。步距誤差主要由步進(jìn)電機(jī)步距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成。（2）靜態(tài)

25、轉(zhuǎn)矩與矩角特性；靜態(tài)轉(zhuǎn)矩：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)某相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子處于不同狀態(tài)，此時(shí)在電機(jī)軸上加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就按一定方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，此時(shí)轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩M即為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。（3）啟動(dòng)頻率：空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率。（4）連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率；最高工作頻率：步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，保證連續(xù)不丟步運(yùn)行的最高工作頻率。決定了定子繞組通電狀態(tài)下最高變化的頻率，即決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。（5）加減速特性；步進(jìn)電機(jī)由靜止刀工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過(guò)程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。6）矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性：描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩M與連

26、續(xù)運(yùn)行頻率f之間的關(guān)系。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：矩頻特性曲線上每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降。四、環(huán)形脈沖分配器功能：將邏輯電平信號(hào)（弱電）變換為電機(jī)繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號(hào)（強(qiáng)電）。即將數(shù)控裝置的插補(bǔ)脈沖，按步進(jìn)電機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的各相輸入端，以控制勵(lì)磁繞組的通、斷電。分類(lèi)：硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器。硬件環(huán)形分配器：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置本身帶有環(huán)形分配器。軟件環(huán)形分配器：驅(qū)動(dòng)裝置本身無(wú)環(huán)形分配器，環(huán)形分配需要軟件完成。五、提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施1. 傳動(dòng)間隙補(bǔ)償（1）提高機(jī)床傳動(dòng)元件的齒輪、絲杠制造裝配精度并采取消除傳動(dòng)間隙的措施，

27、只能減少不能完全消除傳動(dòng)間隙。（2）機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，最初若干個(gè)指令脈沖只能起到消除間隙的作用，造成步進(jìn)電機(jī)的空走，而工作臺(tái)無(wú)實(shí)際移動(dòng)，從而產(chǎn)生傳動(dòng)誤差。補(bǔ)償方法：先測(cè)出并存儲(chǔ)間隙大小，接收反向位移指令時(shí)，先不向步進(jìn)電機(jī)輸出反向位移脈沖，而將間隙值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)N，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，越過(guò)傳動(dòng)間隙，然后按照指令脈沖動(dòng)作。2. 螺距誤差補(bǔ)償傳動(dòng)鏈中滾珠絲杠螺距的制造誤差直接影響機(jī)床工作臺(tái)的位移精度。補(bǔ)償方法：設(shè)置若干個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，在每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)測(cè)量并記錄工作臺(tái)位移誤差，確定補(bǔ)償值并作為控制參數(shù)輸送給數(shù)控裝置。3. 細(xì)分線路；細(xì)分驅(qū)動(dòng)：將一個(gè)步距角細(xì)分為若干步的驅(qū)動(dòng)方法。六、直流發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速

28、的三種方法（1）改變電樞外加電壓Ua。該方法可以得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特性，機(jī)械特性好，適用于主軸驅(qū)動(dòng)的低速段和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。（2）改變磁通量?？傻玫胶愎β侍匦裕m用于主軸驅(qū)動(dòng)的高速段，不適合于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。（3）改變電樞電路的電阻Ra。該方法得到的機(jī)械特性較軟，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，也不適合于數(shù)控機(jī)床。PWM系統(tǒng)（1）PWM調(diào)速系統(tǒng)已成為數(shù)控設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，尤其應(yīng)用在中、小功率和低速伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。（2）工作原理：脈寬調(diào)制就是使功率放大器中的晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)頻率保持恒定，用調(diào)整開(kāi)關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間的辦法來(lái)改變其輸出，以使電動(dòng)機(jī)電樞兩端獲得寬度隨給定指令變化的頻率固定的電壓脈沖。七、交流伺服電機(jī)調(diào)速原理1、電機(jī)調(diào)速的三種方法：（1）改變磁極對(duì)數(shù)P：有級(jí)調(diào)速方法，通過(guò)對(duì)定子繞組接線的切換而改變磁極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）改變轉(zhuǎn)差率s：只適合于異步型交流電機(jī)的調(diào)速。（3）變頻調(diào)速：通過(guò)改變電機(jī)電源的頻率f而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2. SPWM變頻調(diào)速；即正弦波PWM變頻調(diào)速，是PWM調(diào)速方法的一種（1）SPWM調(diào)制原理；在交流SPWM系統(tǒng)中，輸出電壓是由三角載波調(diào)制正弦電壓得到的。（2）SPWM變頻器的功率放大電路；放大后才能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。（3）SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)；速度給定器：給定信號(hào)，控制頻率、電壓及正反轉(zhuǎn)。平穩(wěn)啟動(dòng)回路：使啟動(dòng)加、減速時(shí)間可隨機(jī)械負(fù)載設(shè)定，以達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。函數(shù)