【正文】 聯(lián)動軸數(shù) 分辨率(um) 進(jìn)給速度 (m/min) 顯示 高級型 32 5 24 三維動態(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)在以下幾個方面： （ 1） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) （ 2） 自動編程技術(shù) （ 3） 具有故障自動診斷功能 （ 4） 應(yīng)用模式識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動建模 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。一個開放式的系統(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)。 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?？刹扇∠铝幸恍┐胧? （ 1） 提高線路的集成度。 （ 3） 增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能 。 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)的平均無故障時間可達(dá)到MTBF=10000~36000小時 。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。 2. 間接測量 它是將旋轉(zhuǎn)型檢測裝置安裝在驅(qū)動電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過檢測轉(zhuǎn)動件的角位移來間接測量機(jī)床工作臺的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。信號抗干擾能力強(qiáng)、處理簡單。 2. 絕對式測量 絕對式測量裝置對于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個被測點(diǎn)都有一個相應(yīng)的測量值。 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組作為變壓器的一次側(cè)，接受勵磁電壓。 感應(yīng)同步器 結(jié)構(gòu)與工作原理 感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。 脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床上使用很廣泛的位置檢測裝置。 它可以用于角度檢測，也可用于速度檢測。圓盤也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。 光電式脈沖編碼器，它由光源、聚光鏡、光電盤、圓盤、光電元件和信號處理電路等組成（如圖）。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為 2 50、 100、 250條 /mm等。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)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)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。 圖 61 閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 位置控制模塊 速度控制單元 伺服電機(jī) 工作臺 位置檢測 測量反饋 伺服驅(qū)動裝置 速度環(huán) 速度檢測 位置環(huán) 數(shù)控機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖，這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。 二、 對伺服系統(tǒng)的基本要求 1. 位移精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。要求伺服系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證進(jìn)給速度均勻、平穩(wěn)。 4. 調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。因此，伺服系統(tǒng)在低速時要求有大的轉(zhuǎn)矩輸出 三、伺服系統(tǒng)的分類 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其控制原理和有無位置反饋裝置分為開環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)； 按其用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)和主軸驅(qū)動系統(tǒng)； 按其驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理分為電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 圖 62開環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖 指令脈沖 步進(jìn)電機(jī) 齒輪箱 閉環(huán)伺服系統(tǒng)又可進(jìn)一步分為閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。即坐標(biāo)運(yùn)動的傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。 （ 三）直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)與直線電動機(jī)伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng)就是控制直流電機(jī)的系統(tǒng)。進(jìn)入 80年代后，由于交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的突破，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)入電氣傳動調(diào)速控制的各個領(lǐng)域。 在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動機(jī)直接驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的最大區(qū)別是取消了從電動機(jī)到工作臺之間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的長度縮短為零。交流伺服同步電機(jī)有永磁式、磁阻式（反應(yīng)式）、磁滯式、繞組磁極式等。另外主軸驅(qū)動系統(tǒng)不象進(jìn)給系統(tǒng)那樣要求很高的性能，調(diào)速范圍也不要太大。靠改變轉(zhuǎn)差率對異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時，低速時轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)差損耗功率也大，效率低。但在實(shí)際調(diào)速時，只改變頻率是不夠的，現(xiàn)在來看一下變頻時電動機(jī)的機(jī)械特性的變化情況，由電機(jī)學(xué)知： (68) 式中 E1— 感應(yīng)電勢； Kr1— 基波繞組系數(shù)； N1— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； Φ m— 每極氣隙磁通量。 由式 (69)可見，定子電壓不變時，隨 f1的上升，氣隙磁通 Φ m將減小。 這是因為 f1高時， E1數(shù)值較大，此時定子漏阻抗壓降在 U1中所占比例較小，可以認(rèn)為 U1近似于定子繞組中感應(yīng)電勢 E1。 n T f 4 f 1 f 1 f 2 f 3 f 4 f 2 f 3 圖恒 Tm調(diào)速特性曲線 方法： E1/f1=常數(shù) 原理： 使 φm 精確恒定， Tm恒定。這時，相當(dāng)于額定電流時的轉(zhuǎn)矩也減小，特性變軟。此外，電磁轉(zhuǎn)矩（ Tm=KT Ф Ia）與磁通 Ф和電樞電流 Ia分別成正比關(guān)系。 圖所示三相異步交流電機(jī)在空間上產(chǎn)生一個角速度為 ω0的旋轉(zhuǎn)磁場 Φ。圖 627a所示的三相異步電機(jī)的定子三相繞組，彼此相差 1200空間角度，當(dāng)通以三相平衡交流電流 iA, iB, iC 時，在定子上產(chǎn)生以同步角速度 ω 0旋轉(zhuǎn)的磁場矢量 Φ 。令三相繞組中的 A相繞組的軸線與 α 坐標(biāo)軸重合，其磁勢為（見圖）。這樣就可看成是直流電機(jī)了。 id 和 iq 在空間以角速度 ω 0旋轉(zhuǎn)。 它由擔(dān)任交 直變換的二極管整流器和擔(dān)任直 交變換 、 同時完成調(diào)頻和調(diào)壓任務(wù)的脈沖寬度調(diào)制逆變器組成 。 A B C 電源 圖 PWM變頻器的主電路原理圖 T 1 T 5 T 2 T 3 T 4 T 6 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 下面討論逆變管 T1~T6以怎樣的順序動作（導(dǎo)通和關(guān)斷）才能將直流電變?yōu)槿嘟涣麟姡? 如圖 630所示， 在 t t2時間內(nèi)， V V6同時導(dǎo)通， A為正， B為負(fù)， uAB為正。 在 t t6時間內(nèi)， T T4同時導(dǎo)通， C為正， A為負(fù)， uCA為正。與圖 632a相比，圖 632b所示電壓周期增大（頻率降低），而占空比減小，故平均電壓降低。 為了減少諧波影響 ， 提高電機(jī)的運(yùn)行性能 ， 應(yīng)采用對稱的三相正弦波電源為三相交流電機(jī)供電 。 下面介紹用正弦波 （ 調(diào)制波 ） 控制 ， 三角波 （ 載波 ） 調(diào)制的采用模擬電路元件實(shí)現(xiàn) SPWM（ 正弦波脈寬調(diào)制 ） 控制的變頻器的工作原理 。由相電壓合成為線電壓時，如 uAB=uAuB，可得逆變器輸出線電壓脈沖系列，其脈沖幅值為＋ Ud和－ Ud。 然而 ， 這種方法的缺點(diǎn)是所需要硬件較多 ，而且不夠靈活 ， 改變參數(shù)和調(diào)試比較麻煩 。 然而 ， 隨著高速度 、 高精度多功能微處理器 、 微控制器和 SPWM專用芯片的發(fā)展 ， 采用微機(jī)控制的數(shù)字化 SPWM技術(shù)已占當(dāng)今 PWM逆變器的主導(dǎo)地位 。 為簡化計算 ， 可采用近似的求 VT和 VS交點(diǎn)的方法 。由圖 635可很容易地導(dǎo)出規(guī)則取樣法的計算公式 。響應(yīng)時間在 100ms之內(nèi) ,依機(jī)床大小而定。 圖 1系統(tǒng)框圖 主電路由三相整流電路、智能功率模塊、濾波電容、能耗制動回路組成 主電路工作原理及各部分設(shè)計 工作原理：三相交流電經(jīng)三相全控橋整流電路整流后， 再經(jīng)過濾波電容濾波，將其轉(zhuǎn)換為直流電，使加于逆 變器橋臂的電壓為一恒壓源。 功率主電路的作用 ：直接驅(qū)動伺服 電機(jī) 工作 功率主電路的 組成：三相整流電路、智能功率模塊、濾波電容、能耗制動回路 主電路的具體構(gòu)成 圖 2 主電路原理圖 三相整流電路 整流電路采用富士公司的三相整流橋 6R130G1600， 整流電路為三相橋式全波整流電路，耐壓高，可達(dá) 1600V ,輸入是三相交流電，三相輸入為 220V，則 經(jīng)整流后平均直流電壓為的 = 220=。 智能功率模塊 ? 采用的智能功率模塊是富士公司的 R系列PM25RSBI20智能功率模塊。智能功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。內(nèi)含各種保護(hù)，使內(nèi)部 ICTBT因故障損壞 的機(jī)率大大降低。因此， 電動機(jī) 要能很好地體現(xiàn)各式各樣的控制性能，達(dá)到各種設(shè)計要求， 電動機(jī) 參數(shù)與變換器各環(huán)節(jié)的參數(shù)必須很好地匹配。 電動機(jī) 制動運(yùn)行時，電機(jī) 轉(zhuǎn)子軸系上的動能和 電動機(jī) 電感的貯能都要以電能的形式回饋到直流電源給電容 C充電，導(dǎo)致電容電壓迅速升高，若此電壓升高得過多，會造成主回路開關(guān)器件和電容 C的損壞。 nH 一 PMSM的額定轉(zhuǎn)速， r/min。因此對于小容量的伺服驅(qū)動器要設(shè)計一個能耗制動回路。由于開關(guān)元件在 PWM逆變器中是至關(guān)重要的器件，因此 IGBT的耐壓和電流容量以及開關(guān)過程中引起的發(fā)熱損耗都是要認(rèn)真考慮的。 K3一考慮制動運(yùn)行時，電容電壓的升高一般 K3=。