【正文】 伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例 由伺服電動(dòng)機(jī)組成的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按被控對(duì)象可分為 ⑴轉(zhuǎn)矩控制方式； ⑵速度控制方式； ⑶位置控制方式； ⑷混合控制方式； 圖 247 直流電動(dòng)機(jī) 各種類型數(shù)控機(jī)床 用數(shù)控機(jī)床加工一個(gè)零件的過程見圖 零件圖 數(shù)控系統(tǒng) 機(jī)床 數(shù) 控 裝 置 伺 服 系 統(tǒng) 加工程序 用數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。 基本概念 ： 數(shù)控系統(tǒng)（ NC system）、 數(shù)控裝置 NCU 和計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC， 數(shù)控系統(tǒng)的功能： 讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)過譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算和位置控制，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。 數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)兩部分組成。 以計(jì)算機(jī)為數(shù)控裝置構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)成為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。 主軸伺服單元 數(shù) 控 裝 置 輸出設(shè)備 P L C 進(jìn)給伺服單元 主軸電機(jī) 進(jìn)給電機(jī) 位置檢測(cè) 機(jī) 床 本 體 接口電路 操作面板 輸入設(shè)備 數(shù)控機(jī)床的邏輯組成 主軸伺服單元 數(shù) 控 裝 置 輸出設(shè)備 P L C 進(jìn)給伺服單元 主軸電機(jī) 進(jìn)給電機(jī) 位置檢測(cè) 機(jī) 床 本 體 接口電路 操作面板 輸入設(shè)備 數(shù)控機(jī)床物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)比較 同類型的加工中心與數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)布局相似，主要在刀庫的結(jié)構(gòu)和位置上有區(qū)別，一般由床身、主軸箱、工作臺(tái)、底座、立柱、橫梁、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自動(dòng)換刀裝置、輔助系統(tǒng)（氣液、潤滑、冷卻）、控制系統(tǒng)等組成，如圖所示。 （一）按控制軌跡的特點(diǎn)分類 1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 （進(jìn)給過程中不加工） 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床 （進(jìn)給過程中可以加工） 3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 （可以加工非直線輪廓） （二）按伺服系統(tǒng)的類型分類 1． 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 2． 閉環(huán)控制 數(shù)控機(jī)床 3． 半閉環(huán)控制 數(shù)控機(jī)床 性能 類別 CPU位數(shù) 聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 分辨率(um) 進(jìn)給速度 (m/min) 顯示 高級(jí)型 32 5 24 三維動(dòng)態(tài) 普及型 26 3 ~10 10~24 字符 /圖形 經(jīng)濟(jì)型 8 3 10 10 字符 表 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類 （三）按功能水平分類 1. 高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng) 2. 普及型數(shù)控系統(tǒng) 3. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 智能化 數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) （ 2） 自動(dòng)編程技術(shù) （ 3） 具有故障自動(dòng)診斷功能 （ 4） 應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)建模 開放式數(shù)控系統(tǒng) 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，暴露出許多自身固有的缺陷。最大的問題是，這些數(shù)控系統(tǒng)都是專門設(shè)計(jì)的，它們具有不同的編程語言、非標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口、多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等，這些缺陷造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護(hù)的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。為了解決這些問題，人們提出了 “ 開放式數(shù)控系統(tǒng) ” 的概念。這個(gè)概念最早見于 1987年美國的 NGC(Next Generation Controller)計(jì)劃， NGC控制技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級(jí)式的軟件模塊的 “ 開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（ SOSAS） ” 找到解決問題的辦法。一個(gè)開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)商為實(shí)現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。由于這樣一個(gè)富有哲理的概念作為 NGC計(jì)劃的奠基石， NGC代表了下一代控制技術(shù)。 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)主要是進(jìn)行通訊 ， 共享信息 。 數(shù)控機(jī)床作為車間的基本設(shè)備 ， 它的通訊范圍是： （ 1） 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的 CNC裝置與數(shù)字伺服間的 通信 ，主要通過 SERCOS鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)字伺服控制信息； （ 2） 數(shù)控系統(tǒng)與上級(jí)主計(jì)算機(jī)間的通信； （ 3） 與車間現(xiàn)場設(shè)備及 I/O裝置的通信 ， 主要通過現(xiàn)場總線 ， 如 PROFIBUS等進(jìn)行通訊； （ 4） 通過因特網(wǎng)與服務(wù)中心的通信 ， 傳遞維修數(shù)據(jù)； （ 5） 通過因特網(wǎng)與另一個(gè)工廠交換制造數(shù)據(jù) 。 提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 可靠性是數(shù)控機(jī)床用戶最為關(guān)注的問題，提高可靠性通常可采取下列一些措施： （ 1） 提高線路的集成度。采用大規(guī)模集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件數(shù)量，精簡外部連線和降低功耗。 （ 2） 建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系。例如采取防電源干擾，輸入輸出隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便組織批量生產(chǎn)和維修；在安裝制造時(shí)注意嚴(yán)格篩選元器件；對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面檢查考核等。 （ 3） 增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能 。 由于元器件失效 、 編程及人為操作失誤等原因 ， 數(shù)控系統(tǒng)完全可能出現(xiàn)故障 。 數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報(bào)和自恢復(fù)功能 。 此外 ， 應(yīng)注意增強(qiáng)監(jiān)控和保護(hù)功能 ， 例如有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測(cè) 、 行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能 ， 以避免損壞機(jī)床或報(bào)廢工件 。 由于采用了各種有效的增強(qiáng)可靠性的措施 ， 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間可達(dá)到MTBF=10000~36000小時(shí) 。 數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的地位 公司級(jí)管理計(jì)算機(jī) 工廠級(jí)管理計(jì)算機(jī) 工廠級(jí)管理計(jì)算機(jī) 車間級(jí)管理計(jì)算機(jī) 車間級(jí)管理計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)高速公路 數(shù)控設(shè)備 1 數(shù)控設(shè)備 N CRT監(jiān)視操作站 通信控制 MCS51單片機(jī)是美國 INTE公司于 1980年推出的產(chǎn)品，MCS51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與 MCS51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們也以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 MCS51系列單片機(jī)主要包括 803 8051和 8751等通用產(chǎn)品，其典型系統(tǒng)有（廣州數(shù)控設(shè)備廠產(chǎn)品）： 由單片機(jī)組成的數(shù)控裝置 數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu) CPU 紙帶機(jī)接口 RS232 接口 CRT/MDI接口 手搖輪接口 ROM 接口 RAM 接口 PLC 接口 位控 單元 位控 單元 位控 單元 主軸 單元 D/A D/A D/A D/A 速度 單元 速度 單元 速度 單元 速度 單元 M M M M MST 功能 圖 43 單微處理機(jī)數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)圖 二 、 單微處理機(jī)數(shù)控裝置 數(shù)控裝置的物理結(jié)構(gòu) （ FANUC6MB） 單微處理機(jī)數(shù)控裝置典型產(chǎn)品： 右： FANUC 150iM系列 下：華中世紀(jì)星 三 、 基于 PC的和網(wǎng)絡(luò)型數(shù)控裝置 圖 45 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 位置檢測(cè)裝置 返回課件首頁 位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測(cè)位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。 數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求如下： （ 1） 工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)； （ 2） 滿足精度和速度的要求； （ 3）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境； （ 4） 成本低。 位置檢測(cè)裝置按工作條件和測(cè)量要求不同，有下面幾種分類方法： （一） 直接測(cè)量和間接測(cè)量 1. 直接測(cè)量 直接測(cè)量是將直線型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，用來直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好，缺點(diǎn)是測(cè)量裝置要和工作臺(tái)行程等長，所以在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。 2. 間接測(cè)量 它是將旋轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來間接測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。 優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方便、無長度限制。缺點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)量精度。 （二）數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量 1. 數(shù)字式測(cè)量 它是將被測(cè)的量以數(shù)字形式來表示，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、處理簡單。 2. 模擬量測(cè)量 它是將被測(cè)的量用連續(xù)變量來