【正文】 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。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。一個開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)商為實現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)主要是進行通訊 ， 共享信息 。 提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 可靠性是數(shù)控機床用戶最為關(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。 （ 2） 建立由設(shè)計、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系。 （ 3） 增強故障自診斷功能和保護功能 。 數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報和自恢復(fù)功能 。 由于采用了各種有效的增強可靠性的措施 ， 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間可達到MTBF=10000~36000小時 。我們也以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。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。 位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面幾種分類方法： （一） 直接測量和間接測量 1. 直接測量 直接測量是將直線型檢測裝置安裝在移動部件上，用來直接測量工作臺的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號，而構(gòu)成位置閉環(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。缺點是測量信號中增加了由回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動的傳動鏈誤差，從而影響了測量精度。信號抗干擾能力強、處理簡單。它對信號處理的方法相對來說比較復(fù)雜。 2. 絕對式測量 絕對式測量裝置對于被測量的任意一點位置均由固定的零點標起，每一個被測點都有一個相應(yīng)的測量值。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。 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。 旋轉(zhuǎn)變壓器通過測量電動機或被測軸的轉(zhuǎn)角來間接測量工作臺的位移。 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。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測量。 脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。 從產(chǎn)生元件上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種，從精度和可靠性來看，光電式較好，數(shù)控機床上主要使用的是光電式脈沖編碼器。 它可以用于角度檢測，也可用于速度檢測。 光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。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。通過記錄脈沖的數(shù)目，就可以測出轉(zhuǎn)角。 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）。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測精度可達 1μm以上。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。 直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長的稱為標尺光柵或長光柵，一般固定在機床移動部件上，要求與行程等長。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。 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng) 概述 返回課件首頁 一、 伺服系統(tǒng)的組成 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。 進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。 數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。 圖 61 閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 位置控制模塊 速度控制單元 伺服電機 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)控機床閉環(huán)進給系統(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)。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它是用來控制電機轉(zhuǎn)速的，是速度控制系統(tǒng)的核心。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。伺服系統(tǒng)從外部來看，是一個以位置指令輸入和位置控制為輸出的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。 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。兩者誤差愈小，位移精度愈高。要求伺服系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，保證進給速度均勻、平穩(wěn)。 3. 快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標 ， 它反映了系統(tǒng)跟蹤精度 。 4. 調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機械要求電機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。 5. 低速大扭矩 要求伺服系統(tǒng)有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動功率。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)。 工作臺 驅(qū) 動 控 制線路 （ 一）開環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動元件，它沒有位置反饋回路和速度反饋回路，因此設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于中、低檔數(shù)控機床及普通機床改造。 圖 62開環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖 指令脈沖 步進電機 齒輪箱 閉環(huán)伺服系統(tǒng)又可進一步分為閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)方式被大量用在精度要求較高的大型數(shù)控機床上。即坐標運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)的補償，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。 位置比較 速度控制 工作臺 伺服電機 位置反饋 速度反饋 指令 + 圖 63 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖 － （ 二） 進給驅(qū)動與主軸驅(qū)動 進給伺服系統(tǒng)包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，用于數(shù)控機床工作臺或刀架坐標的控制系統(tǒng)，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩。 （ 三）直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)與直線電動機伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng)就是控制直流電機的系統(tǒng)。 永磁直流伺服電機 （也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機），調(diào)速范圍寬，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，而且電機轉(zhuǎn)動慣量較大，應(yīng)用較方便。進入 80年代后，由于交流電機調(diào)速技術(shù)的突破，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)進入電氣傳動調(diào)速控制的各個領(lǐng)域。而且容易維修，制造簡單，適合于在較惡劣環(huán)境中使用，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，其性能更加優(yōu)異，已達到或超過直流伺服系統(tǒng)，交流伺服電機已在數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用。 在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)電動機的最大區(qū)別是取消了從電動機到工作臺之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。隨著各相關(guān)配套技術(shù)的發(fā)展和直線電動機制造工藝的完善，相信用直線電動機作進給驅(qū)動的機床會得到廣泛應(yīng)用。交流伺服同步電機有永磁式、磁阻式（反應(yīng)式）、磁滯式、繞組磁極式等。由變頻電源供電給同步電機時，能方便地獲得與頻率成正比的可變速度，可以得到非常硬的機械特性及寬的調(diào)速范圍。另外主軸驅(qū)動系統(tǒng)不象進給系統(tǒng)那樣要求很高的性能，調(diào)速范圍也不要太大。 伺服電動機與驅(qū)動器 適合于各種加工中心的電主軸 二、交流電機的速度控制 (一 )交流電機的調(diào)速 據(jù)電機學知，交流異步電機的轉(zhuǎn)速表達式為 (r/min)(67) 式中 f1— 定子電源頻率（ Hz）； p— 磁極對數(shù)； s— 轉(zhuǎn)差率?？扛淖冝D(zhuǎn)差率對異步電機進行調(diào)速時，低速時轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)差損耗功率也大，效率低。變頻調(diào)速是從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，故它具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能，可以認為是一種理想的調(diào)速方法。但在實際調(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的機械特性的變化情況，由電機學知： (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。 又當電壓 U1不變 ， 減小 f1時 ， Φm上升會造成磁路飽合 ， 激磁電流會上升 ， 鐵心過熱 ， 功率因數(shù)下降 ， 電機帶負載能力降低 。 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。 1. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 (610) 方法： U1/f1=常數(shù)， 原理： φm近似恒定 , 因而扭矩 T近似恒定 優(yōu)點：特性曲線的線性段基本平行，扭矩恒定。 這是因為 f1高時， E1數(shù)值