【正文】 數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報(bào)和自恢復(fù)功能 。 （ 2） 建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系。 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 。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。 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)。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。 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(kù)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(rùn)滑、冷卻）、控制系統(tǒng)等組成，如圖所示。這個(gè)概念最早見于 1987年美國(guó)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。 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(chǎng)設(shè)備及 I/O裝置的通信 ， 主要通過現(xiàn)場(chǎng)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) 。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。 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 。 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(yè) 位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。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(zhǎng)，所以在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。 （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。 （三） 增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量 1. 增量式測(cè)量 在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測(cè)量方式，增量式測(cè)量只測(cè)相對(duì)位移量，如測(cè)量單位為 ，則每移動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量裝置較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可以作為測(cè)量的起點(diǎn)，而移距是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)累加所得，但一旦計(jì)數(shù)有誤，以后測(cè)量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。 旋轉(zhuǎn)變壓器 結(jié)構(gòu)與工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器是輸出電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的控制微電機(jī) , 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測(cè)量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。 旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作情況。 以直線式感應(yīng)同步器為例，介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。 型號(hào)用 脈沖數(shù) /轉(zhuǎn)（ p/r）分，常用的 2022， 2500， 3000p/r, 現(xiàn)在有 10萬 p/r以上的產(chǎn)品。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。測(cè)出脈沖的變化率，即單位時(shí)間脈沖的數(shù)目，就可以求出速度。從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。短的為指示光柵或短光柵，裝在機(jī)床固定部件上。 主軸伺服系統(tǒng)用于控制機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果把數(shù)控裝置比作數(shù)控機(jī)床的 “ 大腦 ” ，是發(fā)布 “ 命令 ” 的指揮機(jī)構(gòu)，那么伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機(jī)床的 “ 四肢 ” ，是執(zhí)行 “ 命令 ” 的機(jī)構(gòu)，它是一個(gè)不折不扣的跟隨者。速度檢測(cè)裝置有測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。但從內(nèi)部的實(shí)際工作來看，它是先把位置控制指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度信號(hào)后，通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，才實(shí)現(xiàn)實(shí)際位移的。 2. 穩(wěn)定性好 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上就是一種高精度的位置隨動(dòng)系統(tǒng) ， 為保證輪廓切削形狀精度和低的表面粗糙度 ， 要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快 ， 跟隨誤差小 。機(jī)床加工的特點(diǎn)是，在低速時(shí)進(jìn)行重切削。如圖 62為開環(huán)伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度與指令脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度由進(jìn)給脈沖的頻率決定。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，用以精確控制電機(jī)的角度，然后通過滾珠絲杠等傳動(dòng)部件，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的位移，為間接測(cè)量 (圖 63)。主軸伺服系統(tǒng)只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)，控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 但直流電機(jī)有電刷，限制了轉(zhuǎn)速的提高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格也高。 電動(dòng)機(jī) 直流 交流 其它 整流子，電刷 無整流子，電刷 電子電路切換 永磁式 繞線勵(lì)磁式 （電磁鐵） 并勵(lì) 串勵(lì) 復(fù)勵(lì) 無刷 步進(jìn) 直線 同步 異步感應(yīng) 超聲波 永磁式 永磁式 繞線式 磁阻式 鼠籠式 交流整流子式 混合 繞線式 電動(dòng)機(jī) 控制 功率 信號(hào) 伺服 步進(jìn) 力矩 開關(guān)磁阻 無刷直流 永磁 磁阻 混合 直線電動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)是把旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)沿徑向剖開，然后拉直演變而成，利用電磁作用原理，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的一種推力裝置，是一種較為理想的驅(qū)動(dòng)裝置。 線性直線電機(jī) 磁懸浮列車 交流伺服系統(tǒng) 一、數(shù)控機(jī)床用交流電機(jī) 在 交流伺服系統(tǒng)中 ，按電機(jī)種類可分為同步型和異步型（感應(yīng)電機(jī)）兩種。 交流主軸電機(jī)多采用交流異步電機(jī) ，很少采用永磁同步電機(jī)，主要因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)的容量做得不夠大，且電機(jī)成本較高。 由式 (67)可知異步電機(jī)的調(diào)速方法，可以有 變轉(zhuǎn)差率、變極對(duì)數(shù)及變頻三種。 交流同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為 (r/min) 可知改變頻率 f1，可平滑調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速。故在調(diào)頻調(diào)速中 ， 要求 在變頻的同時(shí)改變定子電壓 U1， 以維持 Φm接近不變 ，由 U1， f1不同的相互關(guān)系 ,而得出不同的變頻調(diào)速方式 、 不同的調(diào)速機(jī)械特性 。 缺點(diǎn)：但最大轉(zhuǎn)矩 Tm隨著 f1下降而減小。 恒 Tm調(diào)速的機(jī)械特性見圖 625所示 ， 對(duì)應(yīng)于同一轉(zhuǎn)矩 ， 轉(zhuǎn)速降基本不變 ， 即直線部分斜率不變 ， 機(jī)械特性平行地移動(dòng) 。若頻率上升，額定電壓不變，那么氣隙磁通 φm將隨著 f1的升高而降低。在伺服系統(tǒng)中，直流伺服電機(jī)能獲得優(yōu)良的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能，其根本原因是被控制只有電機(jī)磁通 Ф和電樞電流 Ia， 且這兩個(gè)量是獨(dú)立的。為此，必須將三相交變量（矢量）轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量（標(biāo)量），建立起交流電機(jī)的等效模型，然后按直流電機(jī)的控制方法對(duì)其進(jìn)行控制。 圖交流電機(jī)三相 /二相直流電機(jī)變換 ω0 ω0 ω0 Φ Φ Φ B C β α 1. 三相 A、 B、 C系統(tǒng)變換到兩相 α 、 β 系統(tǒng) ω0 ω0 ω0 Φ Φ Φ B C β α 這種變換是將三相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У亩嘟涣麟姍C(jī)。則產(chǎn)生的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與三相 A、 B、 C繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一致。 2. 矢量旋轉(zhuǎn)變換 將三相電機(jī)轉(zhuǎn)化為二相電機(jī)后，還需將二相交流電機(jī)變換為等效的直流電機(jī)，若設(shè)圖 d為激磁繞組，通以激磁電 id， q為電樞繞組，通以電樞電流 iq ，則產(chǎn)生固定幅度的磁場(chǎng) Φ ，在定子上以角速度 ω 0旋轉(zhuǎn)。在圖 b中， iα 和 iβ 的合成矢量是 i1，將其在 Φ 方向及垂直方向投影，即可求得 id 和 iq 。 （ 三）交流電機(jī)的變頻調(diào)速裝置 整流電路 平波電路 逆變電路 控制電路 逆變器 輸入恒電壓， 恒頻率 輸出可變電壓， 可變頻率 變頻器基本組成 A B C 電源 PWM