數(shù)控加工技術(shù)-明興祖-第2章數(shù)控機床各組成部分的結(jié)構(gòu)及其控制原理PPT學習教案

1、會計學1數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)-明興祖明興祖-第第2章數(shù)控機床各章數(shù)控機床各組成部分的結(jié)構(gòu)及其控制原理組成部分的結(jié)構(gòu)及其控制原理第一節(jié)第一節(jié) 計算機數(shù)控系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng) 一、一、CNCCNC系統(tǒng)的組成與特點系統(tǒng)的組成與特點 計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNCCNC系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控（系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控（NCNC）系統(tǒng)）系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，它用一臺計算機完成數(shù)控裝置的所有功的基礎上發(fā)展起來的，它用一臺計算機完成數(shù)控裝置的所有功能。能。CNCCNC系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其組成框圖如圖系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其組成框圖如圖2-12-1所示。所示。 根據(jù)上述組成框圖，根據(jù)上述組成框圖

2、，CNCCNC系統(tǒng)有如下特點：系統(tǒng)有如下特點：(1)(1)靈活性靈活性（2 2）通用性（）通用性（3 3）可靠性（）可靠性（4 4）數(shù)控功能多樣化）數(shù)控功能多樣化（5 5）使用維護方便）使用維護方便 返回課件首頁第1頁/共38頁二、二、CNCCNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入/ /輸出裝置輸出裝置、驅(qū)動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這、驅(qū)動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過四部分之間通過I/OI/O接口互連。接口互連。 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能

3、的實現(xiàn)。來控制各種數(shù)控功能的實現(xiàn)。 數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按CNCCNC裝置中的印制電路裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和功能模塊（小板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和功能模塊（小板）結(jié)構(gòu)；按板）結(jié)構(gòu)；按CNCCNC裝置硬件的制造方式，可以分為裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機式結(jié)構(gòu)；按專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機式結(jié)構(gòu)；按CNCCNC裝置中微裝置中微處理器的個數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處處理器的個數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。理器結(jié)構(gòu)。第2頁/共38頁 （一）大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu)一）大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu) 1 1大板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu) 大板結(jié)構(gòu)大

4、板結(jié)構(gòu)CNCCNC系統(tǒng)的系統(tǒng)的CNCCNC裝置由主電路板、位置控制板、裝置由主電路板、位置控制板、PCPC板、圖形控制板、附加板、圖形控制板、附加I/OI/O板和電源單元等組成。主電路板是大板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計算機的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計算機的結(jié)構(gòu)。 2 2功能模塊結(jié)構(gòu)功能模塊結(jié)構(gòu) 在這種結(jié)構(gòu)中，整個在這種結(jié)構(gòu)中，整個CNCCNC裝置按功能模塊化分為若干個模塊，裝置按功能模塊化分為若干個模塊，硬件和軟件的設計都采用模塊化設計。硬件和軟件的設計都采

5、用模塊化設計。 常用的功能模板有常用的功能模板有CNCCNC控制板、位置控制板、控制板、位置控制板、PCPC板、存儲器板板、存儲器板、圖形板和通信板等。、圖形板和通信板等。FANUCFANUC系統(tǒng)系統(tǒng)1515系列就采用了功能模塊式結(jié)系列就采用了功能模塊式結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 返回課件首頁第3頁/共38頁 （二）單微處理器結(jié)構(gòu)和（二）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu) 1 1單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu) 在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有有一個微處理器，以集中控制、一個微處理器，以集中控制、分分時處理數(shù)控裝置的各個任務。時處理數(shù)控裝置的各個任務。 2 2多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)在

6、一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，每個微處個以上的微處理器，每個微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進行連接，共享系統(tǒng)的公用存進行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲器與儲器與I/OI/O接口接口, ,每個微處理器每個微處理器分擔系統(tǒng)的一部分工作，這就分擔系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。是多微處理器系統(tǒng)。返回課件首頁第4頁/共38頁 如圖如圖2-32-3所示的數(shù)控系統(tǒng)帶有所示的數(shù)控系統(tǒng)帶有4 4個個CPUCPU。目前使用的多微處理器。目前使用的多微處理器系統(tǒng)有三種不同的結(jié)構(gòu)，即主從式結(jié)構(gòu)、總線式多主系統(tǒng)有三種不同的結(jié)構(gòu)，即主從式結(jié)構(gòu)、總線式多主

7、CPUCPU結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。分布式結(jié)構(gòu)。返回課件首頁第5頁/共38頁 三、三、CNCCNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) （一）（一）CNCCNC系統(tǒng)軟件的組成系統(tǒng)軟件的組成 CNCCNC軟件分為應用軟件和系統(tǒng)軟件。軟件分為應用軟件和系統(tǒng)軟件。 CNCCNC系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn)系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn)CNCCNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，也叫控制軟件，存放在計算機件，也叫控制軟件，存放在計算機EPROMEPROM內(nèi)存中。各種內(nèi)存中。各種CNCCNC系系統(tǒng)的功能設置和控制方案各不相同，它們的系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)上和規(guī)統(tǒng)的功能設置和控制方案各不相同，它們的系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)上和規(guī)模上

8、差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序模上差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。下面分別敘述它們的作用、速度控制程序、管理程序和診斷程序。下面分別敘述它們的作用。 1 1輸入數(shù)據(jù)處理程序輸入數(shù)據(jù)處理程序 它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常，輸進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常

9、，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內(nèi)容。入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內(nèi)容。 （1 1）輸入程序（）輸入程序（2 2）譯碼程序（）譯碼程序（3 3） 數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)處理程序返回課件首頁第6頁/共38頁 2 2插補計算程序插補計算程序 CNCCNC系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結(jié)果，分別向各坐標軸發(fā)出進給起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結(jié)果，分別向各坐標軸發(fā)出進給脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動工作臺脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動工作臺

10、或刀具作相應的運動，完成程序規(guī)定的加工任務。或刀具作相應的運動，完成程序規(guī)定的加工任務。 CNCCNC系統(tǒng)是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型系統(tǒng)是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此應該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關(guān)鍵，因此應該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關(guān)鍵。 3 3速度控制程序速度控制程序 速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以保預定的進給速度。在速度變化較大時

11、，需要進行自動加減速控制保預定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。，以避免因速度突變而造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。 4 4管理程序管理程序 管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過程服務的各種程序進行調(diào)度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘程服務的各種程序進行調(diào)度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。信號、故障信號等引起的中斷進行處理。返回課件首頁第7頁/共38頁 5診斷程序診斷程序 診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出診斷程序的功能是在程

12、序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件故障的類型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（CPU、存儲器、接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，、存儲器、接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。并指出發(fā)生故障的部位。 （二）（二）CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)是在同一時間或同一時間間隔內(nèi)完成兩種以上性質(zhì)相系統(tǒng)是在同一時間或同一時間間隔內(nèi)完成兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，因此需要對系統(tǒng)軟件的各功能模塊實現(xiàn)多任務并同或不同的工作，因此需要對系統(tǒng)軟件的各功能模塊實現(xiàn)多任務并行處理。為此，在行處理。為

13、此，在CNC軟件設計中，常采用資源分時共享并行處軟件設計中，常采用資源分時共享并行處理和資源重疊流水并行處理技術(shù)。資源分時共享并行處理適用于單理和資源重疊流水并行處理技術(shù)。資源分時共享并行處理適用于單微處理器系統(tǒng)，主要采用對微處理器系統(tǒng)，主要采用對CPU的分時共享來解決多任務的并行的分時共享來解決多任務的并行處理。資源重疊流水并行處理適用于多微處理器系統(tǒng)，資源重疊流處理。資源重疊流水并行處理適用于多微處理器系統(tǒng)，資源重疊流水并行處理是指在一段時間間隔內(nèi)處理兩個或多個任務，即時間重水并行處理是指在一段時間間隔內(nèi)處理兩個或多個任務，即時間重疊。由于兩種技術(shù)處理方式不同，相應的疊。由于兩種技術(shù)處理方

14、式不同，相應的CNC軟件也可設計成不軟件也可設計成不同的結(jié)構(gòu)形式。不同的軟件結(jié)構(gòu)，對各任務的安排方式也不同，管同的結(jié)構(gòu)形式。不同的軟件結(jié)構(gòu)，對各任務的安排方式也不同，管理方式也不同。理方式也不同。返回課件首頁第8頁/共38頁 較常見的較常見的CNC軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺型軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺型軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟件結(jié)構(gòu)。件結(jié)構(gòu)。 1前后臺型軟件結(jié)構(gòu)前后臺型軟件結(jié)構(gòu) 前后臺型軟件結(jié)構(gòu)將整個前后臺型軟件結(jié)構(gòu)將整個CNC系統(tǒng)軟件分為前臺程序和后臺程系統(tǒng)軟件分為前臺程序和后臺程序。序。 2中斷型軟件結(jié)構(gòu)中斷型軟件結(jié)構(gòu) 四、四、CNCCNC系統(tǒng)的控制原理系統(tǒng)的控制原理 五、典型數(shù)控系統(tǒng)五、

15、典型數(shù)控系統(tǒng)返回課件首頁第9頁/共38頁第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng) 一、概述一、概述 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是指以數(shù)控機床移動部件（如工作臺）數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是指以數(shù)控機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，也就是位置隨動系統(tǒng)的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，也就是位置隨動系統(tǒng)。它的作用是接受來自數(shù)控裝置中插補器或計算機插補軟件生成。它的作用是接受來自數(shù)控裝置中插補器或計算機插補軟件生成的進給脈沖，經(jīng)變換、放大將其轉(zhuǎn)化為數(shù)控機床移動部件的位移的進給脈沖，經(jīng)變換、放大將其轉(zhuǎn)化為數(shù)控機床移動部件的位移，并保證動作的快速和準確。伺服系統(tǒng)的性能，

16、在很大程度上決，并保證動作的快速和準確。伺服系統(tǒng)的性能，在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能，如數(shù)控機床的定位精度、跟蹤精度、最高定了數(shù)控機床的性能，如數(shù)控機床的定位精度、跟蹤精度、最高移動速度等重要指標。移動速度等重要指標。 伺服系統(tǒng)由執(zhí)行元件和驅(qū)動控制電路構(gòu)成。伺服系統(tǒng)按其控伺服系統(tǒng)由執(zhí)行元件和驅(qū)動控制電路構(gòu)成。伺服系統(tǒng)按其控制方式分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。制方式分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)的基本要求主要是穩(wěn)定性好、精確度高以及快速響伺服系統(tǒng)的基本要求主要是穩(wěn)定性好、精確度高以及快速響應性。應性。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)主要有兩種：一種是進給伺服系

17、統(tǒng)，它控數(shù)控機床伺服系統(tǒng)主要有兩種：一種是進給伺服系統(tǒng)，它控制機床各坐標軸的切削進給運動，以直線運動為主；另一種是主制機床各坐標軸的切削進給運動，以直線運動為主；另一種是主軸伺服系統(tǒng)，它控制主軸的切削運動，以旋轉(zhuǎn)運動為主。本節(jié)只軸伺服系統(tǒng)，它控制主軸的切削運動，以旋轉(zhuǎn)運動為主。本節(jié)只介紹前一種。介紹前一種。返回課件首頁第10頁/共38頁 二、開環(huán)和閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)二、開環(huán)和閉環(huán)進給伺服系統(tǒng) 1 1開環(huán)進給伺服系統(tǒng)開環(huán)進給伺服系統(tǒng) 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元開環(huán)進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步進電機，其控制原理如圖件一般為步進電機，其控制原理如

18、圖2-82-8所示。所示。 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進電動機性能開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進電動機性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場合中得到較廣泛的應用。合中得到較廣泛的應用。 返回課件首頁第11頁/共38頁 2閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 因為開環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機床的要求，所以因為開環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機床的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測裝置（直線感

19、應同步器、長光柵等）對統(tǒng)是采用直線型位置檢測裝置（直線感應同步器、長光柵等）對數(shù)控機床工作臺位移進行直接測量并進行反饋控制的位置伺服系數(shù)控機床工作臺位移進行直接測量并進行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)，其控制原理見圖統(tǒng)，其控制原理見圖2-9。返回課件首頁第12頁/共38頁 3半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應同步器等）和伺服電動機按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)同步器等）和伺服電動機按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制原理見圖，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制原理見圖2-10。

20、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機軸端。杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機軸端。返回課件首頁第13頁/共38頁 三、三、CNCCNC進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng) CNC進給伺服系統(tǒng)是指用于進給伺服系統(tǒng)是指用于CNC機床的伺服系統(tǒng)，它與前機床的伺服系統(tǒng)，它與前面介紹的伺服系統(tǒng)相比較，具有精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其結(jié)面介紹的伺服系統(tǒng)相比較，具有精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)框圖如圖構(gòu)框圖如圖2-11所示。由于計算機的引入，用軟件代替了大量的所

21、示。由于計算機的引入，用軟件代替了大量的硬件，因而使得硬件線路簡單。在硬件，因而使得硬件線路簡單。在CNC進給伺服系統(tǒng)中還可用計進給伺服系統(tǒng)中還可用計算機對伺服系統(tǒng)進行最優(yōu)控制、前瞻控制等，從而提高整個系統(tǒng)算機對伺服系統(tǒng)進行最優(yōu)控制、前瞻控制等，從而提高整個系統(tǒng)的性能。的性能。返回課件首頁第14頁/共38頁 四、進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)四、進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu) 數(shù)控機床進給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影數(shù)控機床進給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)必須滿足響工件的加工精度。為此，數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)必須滿足:（1）傳動精度高）傳動

22、精度高;（2）摩擦阻力?。┠Σ磷枇π?（3）運動部件慣量小。）運動部件慣量小。 下面主要介紹滾珠絲杠螺母副和導軌副兩種機械傳動結(jié)構(gòu)。下面主要介紹滾珠絲杠螺母副和導軌副兩種機械傳動結(jié)構(gòu)。 （一）滾珠絲杠螺母副（一）滾珠絲杠螺母副 在數(shù)控機床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置在數(shù)控機床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點是：傳動效率高，一般為一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點是：傳動效率高，一般為=0.920.98；傳動靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命；傳動靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命長；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，亦可將長

23、；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，亦可將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動；軸向運動精度高，施加預緊力后，可消直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動；軸向運動精度高，施加預緊力后，可消除軸向間隙，反向時無空行程；但制造成本高，不能自鎖，垂直除軸向間隙，反向時無空行程；但制造成本高，不能自鎖，垂直安裝時需有平衡裝置。安裝時需有平衡裝置。 1滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)和工作原理滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)和工作原理 其結(jié)構(gòu)有內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)兩種方式。圖其結(jié)構(gòu)有內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)兩種方式。圖2-13為外循環(huán)式，圖為外循環(huán)式，圖2-14為內(nèi)循環(huán)式。為內(nèi)循環(huán)式。 返回課件首頁第15頁/共38頁返回課件首頁第16頁/共38頁 2滾珠絲杠螺母副

24、間隙的調(diào)整方法滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法 為了保證滾珠絲杠螺母副的反向傳動精度和軸向剛度，必須為了保證滾珠絲杠螺母副的反向傳動精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。常采用雙螺母預緊辦法，其結(jié)構(gòu)形式有三種，基消除軸向間隙。常采用雙螺母預緊辦法，其結(jié)構(gòu)形式有三種，基本原理都是使兩個螺母產(chǎn)生軸向位移，以消除它們之間的間隙和本原理都是使兩個螺母產(chǎn)生軸向位移，以消除它們之間的間隙和施加預緊力。須注意預緊力不能太大，預緊力過大會造成傳動效施加預緊力。須注意預緊力不能太大，預緊力過大會造成傳動效率降低、摩擦力增大，磨損增大，使用壽命降低。率降低、摩擦力增大，磨損增大，使用壽命降低。（1）墊片調(diào)整間隙法，圖）墊

25、片調(diào)整間隙法，圖2-15。（。（ 2）齒差調(diào)整間隙法，圖）齒差調(diào)整間隙法，圖2-16返回課件首頁第17頁/共38頁 （3）螺紋調(diào)整間隙法，圖2-17。返回課件首頁 （二）導軌副（二）導軌副 導軌是數(shù)控機床的重要導軌是數(shù)控機床的重要部件之一，它在很大程度部件之一，它在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度、上決定數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性。目前，精度與精度保持性。目前，數(shù)控機床上的導軌型式主數(shù)控機床上的導軌型式主要有滑動導軌、直線滾動導軌和液體靜壓導軌等。要有滑動導軌、直線滾動導軌和液體靜壓導軌等。 1滑動導軌滑動導軌 其具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點，在其具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛

26、度好、抗振性高等優(yōu)點，在數(shù)控機床上應用廣泛。但對于金屬對金屬型式，靜摩擦系數(shù)大數(shù)控機床上應用廣泛。但對于金屬對金屬型式，靜摩擦系數(shù)大，動摩擦系數(shù)隨速度變化而變化，在低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。，動摩擦系數(shù)隨速度變化而變化，在低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。為了提高導軌的耐磨性，改善摩擦特性，可通過選用合適的導為了提高導軌的耐磨性，改善摩擦特性，可通過選用合適的導軌材料、熱處理方法等。軌材料、熱處理方法等。 第18頁/共38頁 2直線滾動導軌直線滾動導軌 圖圖2-18是直線滾動導軌副的外形圖，直線滾動導軌由一根長導是直線滾動導軌副的外形圖，直線滾動導軌由一根長導軌（導軌條）和一個或幾個滑塊組成。軌（導軌條）和一

27、個或幾個滑塊組成。直線滾動導軌的特點是摩擦系數(shù)小，精度高，安裝和維修都很方便直線滾動導軌的特點是摩擦系數(shù)小，精度高，安裝和維修都很方便。由于直線滾動導軌是一個獨立的部件，對機床支承導軌部分的要。由于直線滾動導軌是一個獨立的部件，對機床支承導軌部分的要求不高，既不需要淬硬求不高，既不需要淬硬也不需要磨削或刮研，只也不需要磨削或刮研，只需精銑或精刨。因為這種需精銑或精刨。因為這種導軌可以預緊，因此其剛導軌可以預緊，因此其剛度高。度高。 3液體靜壓導軌液體靜壓導軌 由于其導軌的工作面完由于其導軌的工作面完全處于純液體摩擦下，因全處于純液體摩擦下，因而工作時摩擦系數(shù)極低而工作時摩擦系數(shù)極低（f=0.0

28、005）；導軌的運）；導軌的運動不受負載和速度的限制，動不受負載和速度的限制，返回課件首頁第19頁/共38頁 且低速時移動均勻，無爬行現(xiàn)象；由于液體具有吸振作用，因且低速時移動均勻，無爬行現(xiàn)象；由于液體具有吸振作用，因而導軌的抗振性好；承載能力大、剛性好；摩擦發(fā)熱小，導軌溫升而導軌的抗振性好；承載能力大、剛性好；摩擦發(fā)熱小，導軌溫升小。但液體靜壓導軌的結(jié)構(gòu)復雜，多了一套液壓系統(tǒng)；成本高；油小。但液體靜壓導軌的結(jié)構(gòu)復雜，多了一套液壓系統(tǒng)；成本高；油膜厚度難以保持恒定不變。故液體靜壓導軌主要用于大型、重型數(shù)膜厚度難以保持恒定不變。故液體靜壓導軌主要用于大型、重型數(shù)控機床上?？貦C床上。 液體靜壓導軌

29、的結(jié)構(gòu)液體靜壓導軌的結(jié)構(gòu)型式可分為開式和閉式型式可分為開式和閉式兩種。圖兩種。圖2-19為開式靜為開式靜壓導軌工作原理圖。對壓導軌工作原理圖。對于閉式液體靜壓導軌，于閉式液體靜壓導軌，其導軌的各個方向?qū)к壠鋵к壍母鱾€方向?qū)к壝嫔暇_有油腔，所以面上均開有油腔，所以閉式導軌具有承受各方閉式導軌具有承受各方向載荷的能力，且其導向載荷的能力，且其導軌保持平衡性較好。軌保持平衡性較好。返回課件首頁第20頁/共38頁 五、數(shù)控機床的位置檢測裝置五、數(shù)控機床的位置檢測裝置 （一）對位置檢測裝置的要求（一）對位置檢測裝置的要求 閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)均裝有位置檢測裝置，常用的閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系

30、統(tǒng)均裝有位置檢測裝置，常用的有旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、感應同步器、編碼盤等。位置檢測裝置的主有旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、感應同步器、編碼盤等。位置檢測裝置的主要作用是檢測位移量，并將檢測的反饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令要作用是檢測位移量，并將檢測的反饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運動，直到偏差為零。差的方向運動，直到偏差為零。 為提高數(shù)控機床的加工精度，必須提高測量元件和測量系統(tǒng)的為提高數(shù)控機床的加工精度，必須提高測量元件和測量系統(tǒng)的精度。不同的數(shù)控機床對測量元件和測量系統(tǒng)的精度要求、允許的

31、精度。不同的數(shù)控機床對測量元件和測量系統(tǒng)的精度要求、允許的最高移動速度各不相同。一般要求測量元件的分辨率（測量元件能最高移動速度各不相同。一般要求測量元件的分辨率（測量元件能測量的最小位移量）在測量的最小位移量）在0.0001 0.01mm之內(nèi)，測量精度為之內(nèi)，測量精度為0.001 0.02mm，運動速度為，運動速度為024 m / min。 數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求如下：數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求如下： （1）工作可靠，抗干擾性強）工作可靠，抗干擾性強;（2）滿足精度和速度的要求）滿足精度和速度的要求; （3）便于安裝和維護）便于安裝和維護; （4）成本低、壽命長。）成本低、壽命長。

32、（二）常用的位置檢測裝置（二）常用的位置檢測裝置返回課件首頁第21頁/共38頁 1旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 （1）旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理）旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 其一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變其一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要用于高精度的檢測系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于用于高精度的檢測系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。在實際應用中，考慮到使用的方便性和檢高精度絕對式檢測系統(tǒng)。在實際應用中，

33、考慮到使用的方便性和檢測精度等因素，常采用四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器。這種結(jié)構(gòu)形式的旋測精度等因素，常采用四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器。這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒相式和鑒幅式兩種工作方式。轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒相式和鑒幅式兩種工作方式。 a. 鑒相工作方式鑒相工作方式 圖圖2-20所示為四極旋轉(zhuǎn)變壓器，所示為四極旋轉(zhuǎn)變壓器，給定子的兩個繞組分別通以同幅、給定子的兩個繞組分別通以同幅、同頻但相位相差同頻但相位相差/2的交流勵磁電的交流勵磁電壓，即壓，即: u1sUmSint u1cUmCost （21） 返回課件首頁第22頁/共38頁 在轉(zhuǎn)子繞組的其中一個繞組接一高阻抗，它不作為旋轉(zhuǎn)變壓器在轉(zhuǎn)子繞組的其中一個

34、繞組接一高阻抗，它不作為旋轉(zhuǎn)變壓器的測量輸出，主要起平衡磁場的作用，目的是為了提高測量精度。的測量輸出，主要起平衡磁場的作用，目的是為了提高測量精度。這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子的另一繞組中都產(chǎn)生了感應電壓，并疊加在這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子的另一繞組中都產(chǎn)生了感應電壓，并疊加在一起，因而轉(zhuǎn)子中的感應電壓應為這兩個電壓的代數(shù)和，即：一起，因而轉(zhuǎn)子中的感應電壓應為這兩個電壓的代數(shù)和，即： u2ku1s Sinku1c Cos kUmSint SinkUmCost Cos kUmCos(t -) （22） 同理，假如轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得：同理，假如轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得： u2kUmCos(t ) （23） 由式（由

35、式（21）和（）和（22）可見，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應）可見，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應電勢電勢u2與定子繞組中的勵磁電壓同頻率，但相位不同，其差值為與定子繞組中的勵磁電壓同頻率，但相位不同，其差值為。而。而角正是被測位移，故通過比較感應電勢角正是被測位移，故通過比較感應電勢u2 與定子勵磁電壓輸與定子勵磁電壓輸出電壓出電壓u1c的相位，便可求出的相位，便可求出。返回課件首頁第23頁/共38頁 b.鑒幅工作方式鑒幅工作方式 給定子的兩個繞組分別通以同頻率、同相位但幅值不同的交變給定子的兩個繞組分別通以同頻率、同相位但幅值不同的交變勵磁電壓，即：勵磁電壓，即：u1 s Us m Sint u

36、1c Uc m Sint （24） 其中，幅值分別為正弦、余弦函數(shù)，即：其中，幅值分別為正弦、余弦函數(shù)，即： Us m UmSin Uc m UmCos,式中式中角可改變，稱為旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣角角可改變，稱為旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣角。則在轉(zhuǎn)子上的疊加感應電壓為：。則在轉(zhuǎn)子上的疊加感應電壓為： u2ku1 s Sinku1 c Cos kUmCos(-) Sint (25) 如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得：如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得： u2kUmCos(+) Sint (26) 由上式（由上式（25）和（）和（26）可得，轉(zhuǎn)子感應電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子）可得，轉(zhuǎn)子感應電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角的偏轉(zhuǎn)角而變化，測量出幅值即

37、可求得轉(zhuǎn)角而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角。在實際應用中，應根據(jù)轉(zhuǎn)子誤差電壓的大小，不斷修改勵磁信號中在實際應用中，應根據(jù)轉(zhuǎn)子誤差電壓的大小，不斷修改勵磁信號中的的角（即勵磁幅值），使其跟蹤角（即勵磁幅值），使其跟蹤的變化。的變化。返回課件首頁第24頁/共38頁 （2）旋轉(zhuǎn)變壓器的應用）旋轉(zhuǎn)變壓器的應用 由于旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)境由于旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)境條件要求低、輸出信號幅度大、抗干擾能力強和測量精度一般等特條件要求低、輸出信號幅度大、抗干擾能力強和測量精度一般等特點，所以在連續(xù)控制系統(tǒng)中得到普遍應用，一般用于精度要求不高點，所以在連續(xù)

38、控制系統(tǒng)中得到普遍應用，一般用于精度要求不高的數(shù)控機床上。的數(shù)控機床上。 2感應同步器感應同步器 它也是一種非接觸電磁式測量裝置，可測量角位移或直線位移它也是一種非接觸電磁式測量裝置，可測量角位移或直線位移。其特點是：感應同步器有許多極，其輸出電壓是許多極感應電壓的其特點是：感應同步器有許多極，其輸出電壓是許多極感應電壓的平均值，因此檢測裝置本身微小的制造誤差由于取平均值而得到補平均值，因此檢測裝置本身微小的制造誤差由于取平均值而得到補償，其測量精度較高；測量距離長，感應同步器可以采用拼接的方償，其測量精度較高；測量距離長，感應同步器可以采用拼接的方法，增大測量尺寸；對環(huán)境的適應性較強，因其利

39、用電磁感應原理法，增大測量尺寸；對環(huán)境的適應性較強，因其利用電磁感應原理產(chǎn)生信號，所以抗油、水和灰塵的能力較強；結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命產(chǎn)生信號，所以抗油、水和灰塵的能力較強；結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長且維護簡單。長且維護簡單。 （1）感應同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應同步器測量裝置分為直）感應同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應同步器測量裝置分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。 直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，如圖直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，如圖2-21所示。所示。 返回課件首頁第25頁/共38頁 圖2-22表示了定尺繞組感應電壓與定尺、滑尺之間相對位置的關(guān)系。返回課件首頁第26頁/共38頁

40、 （2）感應同步器的工作方式）感應同步器的工作方式 同旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式相似，根據(jù)同旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式相似，根據(jù)滑尺勵磁繞組供電方式的不同，感應同步器的工作狀態(tài)可分為相位滑尺勵磁繞組供電方式的不同，感應同步器的工作狀態(tài)可分為相位工作方式和幅值工作方式兩種情況。工作方式和幅值工作方式兩種情況。 相位工作方式（鑒相工作法）相位工作方式（鑒相工作法） 給滑尺的正弦繞組和余弦繞組給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以同頻、同幅但相位相差的交流勵磁電壓。分別通以同頻、同幅但相位相差的交流勵磁電壓。 在相位工作方式中，感應輸出電壓是一個幅值不變的交流電壓在相位工作方式中，感應輸出電壓是一個幅值不變的交流電壓。

41、由于耦合系數(shù)。由于耦合系數(shù)K、勵磁電壓幅值、勵磁電壓幅值Um以及頻率以及頻率w均為常數(shù)，所以均為常數(shù)，所以定尺感應電壓定尺感應電壓Ud只隨空間相位角只隨空間相位角的變化而變化的變化而變化,即定尺感應電壓即定尺感應電壓Ud與滑尺的位移值與滑尺的位移值x有嚴格的對應關(guān)系。通過鑒別定尺感應電壓相有嚴格的對應關(guān)系。通過鑒別定尺感應電壓相位，即可測得滑尺和定尺的相對位移量。位，即可測得滑尺和定尺的相對位移量。 幅值工作方式（鑒幅工作方式）幅值工作方式（鑒幅工作方式） 給滑尺的正弦繞組和余弦繞給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以同頻率、同相位但幅值不同的交流勵磁電壓。組分別通以同頻率、同相位但幅值不同的交流

42、勵磁電壓。 定尺繞組上的感應電壓實際上是誤差電壓，當滑尺位移量很小定尺繞組上的感應電壓實際上是誤差電壓，當滑尺位移量很小時，誤差電壓幅值和呈正比，因此可通過測量的幅值來測定位移量時，誤差電壓幅值和呈正比，因此可通過測量的幅值來測定位移量的大小。的大小。 返回課件首頁第27頁/共38頁 3光柵光柵 光柵是用于數(shù)控機床的精密檢測裝置，是一種非接觸式測量。光柵是用于數(shù)控機床的精密檢測裝置，是一種非接觸式測量。它是利用光學原理進行工作，按形狀可分為圓光柵和長光柵。圓光它是利用光學原理進行工作，按形狀可分為圓光柵和長光柵。圓光柵用于角位移的檢測，長光柵用于直線位移的檢測。柵用于角位移的檢測，長光柵用于直

43、線位移的檢測。 光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件，它主要光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件，它主要由光柵尺（包括標尺光柵和指示光柵）和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。由光柵尺（包括標尺光柵和指示光柵）和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。光柵讀數(shù)頭由光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動線路組成，光柵讀數(shù)頭由光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動線路組成，如圖如圖2-23所示。其工作原理是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進行所示。其工作原理是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的，這里不再詳述。工作的，這里不再詳述。 光柵具有如下特點：光柵具有如下特點： （1）響應速度快、量程）響應速度快、量程寬、

44、測量精度高。（寬、測量精度高。（2）可）可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)測實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動化。量及數(shù)據(jù)處理的自動化。（3）具有較強的抗干擾能力。）具有較強的抗干擾能力。（4）怕振動、怕油污，高精）怕振動、怕油污，高精度光柵的制作成本高。度光柵的制作成本高。返回課件首頁第28頁/共38頁 4磁柵磁柵 磁柵是一種采用電磁方法記錄磁波數(shù)目的位置檢測裝置，其錄磁柵是一種采用電磁方法記錄磁波數(shù)目的位置檢測裝置，其錄磁和拾磁原理與普通磁帶相似。磁和拾磁原理與普通磁帶相似。 磁柵按磁性標尺基體的形狀可分為平面實體型磁柵、帶狀磁柵磁柵按磁性標尺基體的形狀可分為平面實體型磁柵、帶狀磁柵、線狀磁

45、柵和圓型磁柵。圖、線狀磁柵和圓型磁柵。圖2-24為磁柵結(jié)構(gòu)框圖，它由磁性標尺、為磁柵結(jié)構(gòu)框圖，它由磁性標尺、拾磁磁頭和檢測電路組成。拾磁磁頭和檢測電路組成。 磁柵與光柵相比，測量精度略低一些，但它有如下特點：磁柵與光柵相比，測量精度略低一些，但它有如下特點： （1）制作簡單，安裝、調(diào)整方便，成本低。磁柵上的磁化信號）制作簡單，安裝、調(diào)整方便，成本低。磁柵上的磁化信號錄制完，若發(fā)現(xiàn)不符合要求，可錄制完，若發(fā)現(xiàn)不符合要求，可抹去重錄。亦可安裝在機床上再抹去重錄。亦可安裝在機床上再錄磁，避免安裝誤差。錄磁，避免安裝誤差。 （2）磁尺的長度可任意選擇，）磁尺的長度可任意選擇，亦可錄制任意節(jié)距的磁信號。

46、亦可錄制任意節(jié)距的磁信號。 （3）耐油污、灰塵等，對使用）耐油污、灰塵等，對使用環(huán)境要求較低。環(huán)境要求較低。 （4）但反應速度受到限制；因）但反應速度受到限制；因磁頭與磁尺有接觸的相對運動產(chǎn)生磨損，對其使用壽命產(chǎn)生影響。磁頭與磁尺有接觸的相對運動產(chǎn)生磨損，對其使用壽命產(chǎn)生影響。返回課件首頁第29頁/共38頁第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機床的主軸驅(qū)動及其機械結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的主軸驅(qū)動及其機械結(jié)構(gòu) 一、主軸驅(qū)動及其控制一、主軸驅(qū)動及其控制 （一）對主軸驅(qū)動的要求（一）對主軸驅(qū)動的要求 數(shù)控機床的主軸驅(qū)動是指產(chǎn)生主切削運動的傳動，它是數(shù)控機床的重要組成部分之一。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足要求

47、，現(xiàn)代數(shù)控機床對主軸驅(qū)動提出了更高的要求。 （1）數(shù)控機床主傳動要有寬的調(diào)速范圍及盡可能實現(xiàn)無級變速;（2）功率大;（3）動態(tài)響應性要好;（4）精度高;（5）旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動功能;（6）恒線速切削功能;（7）加工中心上，要求主軸具有高精度的準?？刂?此外，有的數(shù)控機床還要求具有角度分度控制功能。為了達到上述有關(guān)要求，對主軸調(diào)速系統(tǒng)還需加位置控制，比較多的采用光電編碼器作為主軸的轉(zhuǎn)角檢測。 返回課件首頁第30頁/共38頁 （二）主軸驅(qū)動方式（二）主軸驅(qū)動方式 數(shù)控機床的主軸數(shù)控機床的主軸驅(qū)動及其控制方式主驅(qū)動及其控制方式主要有四種配置方式，要有四種配置方式，如圖如圖2-252-25所示。所示。（1 1

48、）帶有變速齒輪）帶有變速齒輪的主傳動，圖的主傳動，圖2-252-25（a a）。）。（2 2）通過帶傳動的主）通過帶傳動的主傳動，圖傳動，圖2-252-25（b b）。）。（3 3）用兩個電動機分）用兩個電動機分別驅(qū)動主軸，別驅(qū)動主軸，圖圖2-252-25（c c）。）。（4 4）內(nèi)裝電動機主軸）內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu)，傳動結(jié)構(gòu)，圖圖2-252-25（d d）。）。返回課件首頁第31頁/共38頁 （三）主軸調(diào)速方法（三）主軸調(diào)速方法 數(shù)控機床的主軸調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，為了能同數(shù)控機床的主軸調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，為了能同時滿足對主傳動的調(diào)速和輸出扭矩的要求，數(shù)控機床常用機電結(jié)時

49、滿足對主傳動的調(diào)速和輸出扭矩的要求，數(shù)控機床常用機電結(jié)合的方法，即同時采用電動機和機械齒輪變速兩種方法。其中齒合的方法，即同時采用電動機和機械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴大調(diào)速范圍。輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴大調(diào)速范圍。 1 1電動機調(diào)速電動機調(diào)速 用于主軸驅(qū)動的調(diào)速電動機主要有直流電動機和交流電動機用于主軸驅(qū)動的調(diào)速電動機主要有直流電動機和交流電動機兩大類。兩大類。 （1 1）直流電動機主軸調(diào)速）直流電動機主軸調(diào)速 由于主軸電動機要求輸出較大的由于主軸電動機要求輸出較大的功率，所以主軸直流電動機在結(jié)構(gòu)上不適用永磁式，一般是他激功率，所以主軸直

50、流電動機在結(jié)構(gòu)上不適用永磁式，一般是他激式式從電機拖動理論知，從電機拖動理論知，要改變電動機轉(zhuǎn)速要改變電動機轉(zhuǎn)速n，可通過改變電樞電壓，可通過改變電樞電壓（降壓調(diào)速），或改變勵磁電流（弱磁調(diào)速）。當采用降壓調(diào)速（降壓調(diào)速），或改變勵磁電流（弱磁調(diào)速）。當采用降壓調(diào)速時，從電動機轉(zhuǎn)矩公式時，從電動機轉(zhuǎn)矩公式T=CekIfIa中可得，它是屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。中可得，它是屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。而當采用弱磁調(diào)速時，根據(jù)功率公式而當采用弱磁調(diào)速時，根據(jù)功率公式P=nT，并把上述，并把上述n 公式與公式與T公式代入得，電動機的功率公式代入得，電動機的功率P=（U-RIa）CeIa，可知它是屬于恒功，可知它是屬于恒功

51、率調(diào)速。率調(diào)速。 返回課件首頁n =第32頁/共38頁 通常在數(shù)控機床中，為擴大調(diào)速范圍，對直流主軸電動機的通常在數(shù)控機床中，為擴大調(diào)速范圍，對直流主軸電動機的調(diào)速，同時采用調(diào)壓和調(diào)磁兩種方法。其典型的直流主軸電動機調(diào)速，同時采用調(diào)壓和調(diào)磁兩種方法。其典型的直流主軸電動機特性曲線如圖特性曲線如圖2-26所示。所示。 （2）交流電動機主軸調(diào)速）交流電動機主軸調(diào)速 大多大多數(shù)交流進給伺服電動機采用永磁式數(shù)交流進給伺服電動機采用永磁式同步電動機，但主軸交流電動機則同步電動機，但主軸交流電動機則多采用鼠籠式感應電動機，這是因多采用鼠籠式感應電動機，這是因為受永磁體的限制，永磁同步電動為受永磁體的限制，

52、永磁同步電動機的容量不允許做得太大，而且其機的容量不允許做得太大，而且其成本也很高。另外，數(shù)控機床主軸成本也很高。另外，數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)不必象進給系統(tǒng)那樣，需驅(qū)動系統(tǒng)不必象進給系統(tǒng)那樣，需要如此高的動態(tài)性能和調(diào)速范圍。要如此高的動態(tài)性能和調(diào)速范圍。鼠籠式感應電動機其結(jié)構(gòu)簡單、便鼠籠式感應電動機其結(jié)構(gòu)簡單、便宜、可靠，配上矢量變換控制的主宜、可靠，配上矢量變換控制的主軸驅(qū)動裝置則完全可以滿足數(shù)控機軸驅(qū)動裝置則完全可以滿足數(shù)控機床主軸的要求。床主軸的要求。返回課件首頁n =第33頁/共38頁 交流主軸電機的性能可由圖交流主軸電機的性能可由圖2-27所示的功率所示的功率/速度關(guān)系曲線反速度關(guān)系曲線反應出來。應出來。 2機械齒輪變速機械齒輪變速 采用電動機無級調(diào)速，使主采用電動機無級調(diào)速，使主軸齒輪箱的結(jié)構(gòu)大大簡化，但其軸齒輪箱的結(jié)構(gòu)大大簡化，但其低速段輸出力矩常常無法滿足機低速段輸出力矩常常無法滿足機床強力切削的要求。如單純片面床強力切削的要求。如單純片面追求無級調(diào)速，勢必要增大主軸追求無級調(diào)速，勢必要增大主軸電動機的功率，從而使主軸電