數(shù)控機床電氣控制第2版習題答案習題答案

半閉環(huán)控制系統(tǒng)不是直接測量工坐臺的位移量，而是通過檢測絲杠或電機軸上的轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺的位移量，然后反饋給數(shù)控裝置。顯然，半閉環(huán)控制系統(tǒng)的實際控制量是絲杠的轉(zhuǎn)動，而由絲杠轉(zhuǎn)動變換為工作臺的移動，不受閉環(huán)的控制，這一部分的精度由絲杠——螺母（齒輪）副的傳動精度來保證。其特點是比較穩(wěn)定，調(diào)試方便，精度介于開閉環(huán)之間，被廣泛采用。6．答:步進電動機的工作原理是:步進電機伺服系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進電機受驅(qū)動線路控制，將進給脈沖序列轉(zhuǎn)換成為具有一定方向、大小和速度的機械轉(zhuǎn)角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。進給脈沖的頻率代表了驅(qū)動速度，脈沖的數(shù)量代表了位移量，而運動方向是由步進電機的各相通電順序來決定，并且保持電機各相通電狀態(tài)就能使電機自鎖。但由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，其精度主要由步進電機來決定，速度也受到步進電機性能的限制。步進電動機的特性包括步距角的步距誤差、靜態(tài)矩角特性、啟動頻率、連續(xù)運行頻率、矩頻特性7．答:永磁同步式交流伺服電動機的定子繞組產(chǎn)生的空間旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使定子帶動轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。所不同的是轉(zhuǎn)子磁極不是由轉(zhuǎn)子的三相繞組產(chǎn)生，而是由永久磁鐵產(chǎn)生。其工作過程是：當定子三相繞組通以交流電后，產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。根據(jù)磁極的同性相斥，異性相吸的原理，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永久磁場磁極相互吸引，并帶動轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。因此轉(zhuǎn)子也將以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子軸加上外負載轉(zhuǎn)矩時，轉(zhuǎn)子磁極的軸線將與定子磁極的軸線相差一個角，若負載越大，差角也隨之增大。只要外負載不超過一定限度，轉(zhuǎn)子就會與定子旋轉(zhuǎn)磁場一起旋轉(zhuǎn)。8．Φm＝KU1/f1，如果在變頻調(diào)速中，保持定子電壓U1不變，則磁通Φm大小將會改變。因為在一般電動機中，Φm值通常是在工頻額定電壓的運行條件下確定的，為了充分利用電動機鐵心，把磁通量選在接近磁飽和的數(shù)值上。因此，在變頻調(diào)速過程中，如果頻率從工頻往下調(diào)節(jié)，則由Φm上升，將導致鐵心過飽和而使勵磁電流迅速上升，鐵心過熱，功率因數(shù)下降，電動機帶負載能力降低。因此，必須在降低頻率的同時，降低電壓U1，以保持Φm不變。這種U1和f1的配合變化稱為恒磁通變頻調(diào)速中的協(xié)調(diào)控制（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制）。如圖1所示。當f1頻率超過感應電動機銘牌的額定頻率，由于電源電壓的限制，U1已達到變頻器輸出電壓的最大值再不能隨f1而升高，感應電動機的每極磁通Φm與f1成反比例下降，其轉(zhuǎn)矩T也隨著f1反比例下降。但因轉(zhuǎn)速n提高，感應電動機的輸出功率P則在此區(qū)域內(nèi)保持不變（P＝Tn），稱為恒功率調(diào)速，如圖2所示。圖1感應電動機電壓、磁通特性圖2感應電動機運行區(qū)域圖1感應電動機電壓、磁通特性圖2感應電動機運行區(qū)域I—恒轉(zhuǎn)矩II—恒功率9．主軸準停功能又稱為主軸定位功能，即當主軸停止時能控制其停于固定位置。主軸準?？煞譃闄C械準停和電氣準停。電氣準停通常有磁傳感器準停、編碼器型準停和數(shù)控系統(tǒng)準停三種。10．答:主軸進給功能即主軸的C軸功能，一般應用在車削中心和車、銑復合機床上。對于車削中心，主軸除了完成傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)功能外，主軸的進給功能可以實現(xiàn)主軸的定向、分度和圓周進給，并在數(shù)控裝置的控制下實現(xiàn)C軸與其他進給軸的插補，配合動力刀具進行圓柱或端面上任意部位的鉆削、銑削、攻螺紋及曲面銑加工。對于車、銑復合機床，則必須要求車主軸在銑狀態(tài)下完成銑床C軸所有的進給插補功能。主軸進給功能按功能劃分一般有下列幾種實現(xiàn)方法。(1)機械式。通過安裝在主軸上的分度齒輪實現(xiàn)。這種方法只能實現(xiàn)分度，一般可以實現(xiàn)主軸360°分度。(2)雙電動機切換。主軸有兩套傳動機構(gòu)，平時由主軸電動機驅(qū)動實現(xiàn)普通主軸的回轉(zhuǎn)功能，需要進給功能時通過液壓等機構(gòu)切換到由進給伺服電動機驅(qū)動主軸。(3)有C軸功能的主．軸電動機。由主軸電動機直接進行定位、分度和進給功能。這種方式省去了附加的傳動機構(gòu)和液壓系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，另外主軸的兩種工作方式可以隨時切換。11．答:(1)光柵位置檢測裝置光柵用于數(shù)控機床作為檢測裝置，用以測量長度、角度、速度、加速度、振動和爬行等。它是數(shù)控機床閉環(huán)系統(tǒng)中用得較多的一種檢測裝置。(2)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)換成增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。(3)感應同步器分兩種：測量直線位移的稱為直線型感應同步器；測量角位移的稱為圓型感應同步器。直線型感應同步器由定尺和滑尺組成；圓型感應同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。感應同步器其特點及使用范圍和光柵較相似，但和光柵比，它的抗干擾性較強，對環(huán)境要求低，機械結(jié)構(gòu)簡單，大量程接長方便，加之成本較低，所以雖然精度上不如光柵，但在數(shù)控機床檢測系統(tǒng)中得以廣泛應用。第八章典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分析1．答:CK160數(shù)控車床配備FANUC全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)系統(tǒng)。CNC將位置、速度控制指令以數(shù)字量的形式輸出至數(shù)字伺服系統(tǒng)，數(shù)字伺服驅(qū)動單元本身具有位置反饋和位置控制功能。CNC和數(shù)字伺服驅(qū)動單元采用串行通信的方式。CNC與伺服系統(tǒng)之間傳遞的信息有：位置指令和實際位置，速度指令和實際速度，伺服驅(qū)動及伺服電動機參數(shù)，伺服狀態(tài)和報警，控制方式命令。主軸采用模擬主軸（變頻器H1-A1）控制，配置3kw、2880r/min的交流異步電動機（H1-M1），這是一個速度開環(huán)控制系統(tǒng)。CNC輸出的模擬信號（0～10V）到變頻器13、14端，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)從最低速到最高速的調(diào)速；H1-K1為主軸交流接觸器，接通/斷開主軸動力電源；主軸上的位置編碼器H1-GP使主軸能與進給驅(qū)動同步控制，以便加工螺紋；M3-K3、M3-K4為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器，通過PLC實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；M1-K2為急停繼電器，當按下急停按鈕或X軸、Z軸超程時，斷開主軸電路；當變頻器有異常情況，通過1、2端子輸出報警信號到PLC。2．答:數(shù)控機床系統(tǒng)控制參數(shù)大致分為以下5類:伺服控