第一章? 數(shù)控機(jī)床概述
?數(shù)字控制與數(shù)控技術(shù)
數(shù)字控制（Numerical Control? NC）是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。
數(shù)控技術(shù)（Numerical Control Technology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。
第一節(jié)? 數(shù)控機(jī)床簡介
數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machine Tools） 是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。

數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。

計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control? CNC ）以計算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。
第一節(jié)? 數(shù)控機(jī)床簡介

第一節(jié)? 數(shù)控機(jī)床簡介
? 伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置
伺服單元和驅(qū)動裝置
主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)
進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機(jī)
測量裝置?
位置和速度測量裝置。以實現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
作用? 保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令：
進(jìn)給運(yùn)動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動（速度和位置控制）。
主軸運(yùn)動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動（速度控制）
第一節(jié)? 數(shù)控機(jī)床簡介
?PLC、機(jī)床I/O電路和裝置
PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；
機(jī)床I/O電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路；
功能：
接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作
接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動作。
第二節(jié)?? 數(shù)控加工原理
? 數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的分類
?按工藝用途分類
切削加工類：如數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、FMC等。
成型加工類：數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。
特種加工類：數(shù)控線切割機(jī)、電火花加工機(jī)、激光加工機(jī)等。
其它類型：數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測量機(jī)、機(jī)器人等。
第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的分類
按控制功能分類
點位控制數(shù)控系統(tǒng)
直線控制數(shù)控系統(tǒng)
輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的分類
? 按聯(lián)動軸數(shù)分，
2軸聯(lián)動（平面曲線）
3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）
4軸聯(lián)動（空間曲面）
5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面） 。
聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的分類
?? 按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類
??開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
??半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
??全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

第二章? 數(shù)控加工程序的編制 第一節(jié)?????? 概述
一.程序編制的基本概念
數(shù)控加工程序編制：從零件圖紙到制成控制介質(zhì)的全過程。

將零件的加工信息：加工順序、零件輪廓軌跡尺寸、工藝參數(shù)(F、S、T)及輔助動作（變速、換刀、冷卻液啟停、工件夾緊松開等）等，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼按一定的格式編寫加工程序單，并將程序單的信息變成控制介質(zhì)的整個過程。

??????????????
第一節(jié)?????? 概述
程序編制分為：手工編程和自動編程兩種。
?
手動編程：整個編程過程由人工完成。對編程人員的要求高（不僅要熟悉數(shù)控代碼和編程規(guī)則，而且還必須具備機(jī)械加工工藝知識和數(shù)值計算能力）
?
自動編程：編程人員只要根據(jù)零件圖紙的要求，按照某個自動編程系統(tǒng)的規(guī)定， 將零件的加工信息用較簡便的方式送入計算機(jī)，由計算機(jī)自動進(jìn)行程序的編制，編程系統(tǒng)能自動打印出程序單和制備控制介質(zhì)。
手工編程適用于：幾何形狀不太復(fù)雜的零件

二、手工編程的內(nèi)容和步驟

三、數(shù)控加工的工藝分析和數(shù)控加工方法
? 數(shù)控加工的工藝分析
???? 數(shù)控機(jī)床加工零件和工藝除按一般方式對零件進(jìn)行分析外，還 必須注意以下幾點：
???? 選擇合適的對刀點
對刀點：確定刀具與工件相對位置的點（起刀點）。
對刀點 可以是工件或夾具上的點，或者與它們相關(guān)的易于測量的點
對刀點 確定之后，機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相對關(guān)系就確定了。????
第一節(jié)?????? 概述
? 對刀：
就是使“對刀點”與“刀位點”重合的操作。
第一節(jié)?????? 概述
?? 選擇對刀點的原則：
選在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，或與之相關(guān)的位置上。
選在對刀方便，便于測量的地方。
選在便于坐標(biāo)計算的地方
第一節(jié)?????? 概述
第一節(jié)?????? 概述
??? 程序編制中的誤差
??????? 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時，從零件圖上的信息開始，直到成零件的全過程，每個環(huán)節(jié)的誤差都會影響到工件的加工精度。這些誤差通常分為兩類：
第一類是在直接加工零件的過程中產(chǎn)生的誤差，它是產(chǎn)生加工誤差的主體，主要包括數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）的誤差和整個工藝系統(tǒng)（機(jī)床—刀具—夾具—毛坯）內(nèi)部的各種因素對加工精度的影響。
第二類是編程時產(chǎn)生的誤差，即用NC系統(tǒng)具備的插補(bǔ)功能去逼近任意曲線時所產(chǎn)生的誤差。

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
? 進(jìn)給運(yùn)動坐標(biāo)系
??? ISO和中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：
數(shù)控機(jī)床的每個進(jìn)給軸(直線進(jìn)給、圓進(jìn)給) 定義為坐標(biāo)系中的一個坐標(biāo)軸。
數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：右手笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)；
第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
基本坐標(biāo)系：直線進(jìn)給運(yùn)動的坐標(biāo)系（X.Y.Z）。坐標(biāo)軸相互關(guān)系：由右手定則決定。
回轉(zhuǎn)座標(biāo)：繞X.Y.Z
???? 軸轉(zhuǎn)動的圓進(jìn)給坐標(biāo)
???? 軸分別用A.B.C表示，
???? 坐標(biāo)軸相互關(guān)系由右
???? 手螺旋法則而定。
第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
? X坐標(biāo)
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：
在刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（銑床、鉆床、鏜床等）。
Z軸水平（臥式），則從刀具(主軸)向工件看時，X坐?? 標(biāo)的正方向指向右邊。
Z軸垂直（立式）：
單立柱機(jī)床，從刀具向立柱看時，X的正方向指向右邊；
雙立柱機(jī)床(龍門機(jī)床)，從刀具向左立柱看時，X軸的正方向指向右邊。
在工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（車床、磨床等），X軸的運(yùn)動方向是工件的徑向并平行于橫向拖板，且刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是X軸的正方向。
第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
Y坐標(biāo)
利用已確定的X.Z坐標(biāo)的正方向，用右手定則或右手螺旋法則，確定Y坐標(biāo)的正方向。
右手定則：大姆指指向+X，中指指向+Z，則+Y方向為食指指向。
右手螺旋法則：在X Z平面，從Z至X，姆指所指的方向為+y。

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
機(jī)床原點與機(jī)床坐標(biāo)系
機(jī)床原點
機(jī)床坐標(biāo)系
工件原點與工件坐標(biāo)系

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
三、絕對坐標(biāo)編程和相對坐標(biāo)編程.?
定義
絕對坐標(biāo)編程：工件所有點的坐標(biāo)值基于某一坐標(biāo)系（機(jī)床或工件） 零點計算的編程方式。
相對坐標(biāo)編程：運(yùn)動軌跡的終點坐標(biāo)值是相對于起點計量的編程方式（增量坐標(biāo)編程）。
表達(dá)方式：G90/G91； X.Y.Z絕對，U.V.W相對
選用原則：主要根據(jù)具體機(jī)床的坐標(biāo)系，考慮編程的方便(如圖紙尺寸標(biāo)注方式等)及加工精度的要求，選用坐標(biāo)的類型。

第三節(jié)? 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
四、分辨率（Resolution）
分辨率：兩個相鄰分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。
分辨率對控制系統(tǒng)而言，它是可以控制的最小位移量。
數(shù)控機(jī)床的最小位移量（最小設(shè)定單位，最小編程單位，最小指令增量，脈沖當(dāng)量（步進(jìn)電機(jī)））是指數(shù)控機(jī)床的最小移動單位，它是數(shù)控機(jī)床的一個重要技術(shù)指標(biāo)。一般為0.0001~0.01mm，視具體機(jī)床而定。）
脈沖當(dāng)量——對應(yīng)于每一個指令脈沖（最小位移指令）機(jī)床位移部件的運(yùn)動量。
第三章? 計算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)
.? CNC裝置的組成
.? CNC裝置的組成
.? CNC裝置的組成
三.?? CNC裝置的功能
第二節(jié)?? CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)
?概述
CNC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來看，若按其中含有CPU的多少來分，可分為:
單機(jī)系統(tǒng)
多機(jī)系統(tǒng)
主從結(jié)構(gòu)
多主結(jié)構(gòu)
分布式結(jié)構(gòu)
第二節(jié)?? CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)
CNC 系統(tǒng)硬件框圖1
第二節(jié)?? CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)
.?? 多任務(wù)性與并行處理技術(shù)
?第三節(jié)?? CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
?第三節(jié)?? CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
?第三節(jié)?? CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
資源分時共享技術(shù)的特征:
在任何一個時刻只有一個任務(wù)占用CPU；
在一個時間片（如8ms或16ms）內(nèi)，CPU并行地執(zhí)行了兩個或兩個以上的任務(wù)。
?? 因此，資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義，即從微觀上來看，各個任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。
實時性和優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制
? 實時性任務(wù)的定義和分類
實時性定義:
任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格時間要求（任務(wù)必須規(guī)定時間內(nèi)完成或響應(yīng)），否則將導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯誤或系統(tǒng)故障的特性。
實時性任務(wù)分類:
?強(qiáng)實時性任務(wù)
?? 實時突發(fā)性任務(wù)；實時周期性任務(wù)
?弱實時性任務(wù)
　強(qiáng)實時性任務(wù)
實時突發(fā)性任務(wù)：
任務(wù)的發(fā)生具有隨機(jī)性和突發(fā)性，是一種異步中斷事件。主要包括故障中斷(急停，機(jī)械限位、硬件故障等)、機(jī)床PLC中斷、硬件（按鍵）操作中斷等。
實時周期性任務(wù)：
任務(wù)是精確地按一定時間間隔發(fā)生的。主要包括插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等任務(wù)。為保證加工精度和加工過程的連續(xù)性，這類任務(wù)處理的實時性是關(guān)鍵。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，除系統(tǒng)故障外，不允許被其它任何任務(wù)中斷。
　弱實時性任務(wù)
這類任務(wù)的實時性要求相對較弱，只需要保證在某一段時間內(nèi)得以運(yùn)行即可。在系統(tǒng)設(shè)計時，它們或被安排在背景程序中，或根據(jù)重要性將其設(shè)置成不同的優(yōu)先級（級別較低），再由系統(tǒng)調(diào)度程序?qū)λ鼈冞M(jìn)行合理的調(diào)度。
這類任務(wù)主要包括：CRT顯示、零件程序的編輯、加工狀態(tài)的動態(tài)顯示、加工軌跡的靜態(tài)模擬仿真及動態(tài)顯示等。
　CNC系統(tǒng)中采用的任務(wù)調(diào)度機(jī)制
搶占式優(yōu)先調(diào)度；
時間片輪換調(diào)度；
非搶占式優(yōu)先調(diào)度。

.? CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式
. 前后臺型結(jié)構(gòu)模式
該模式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：
前臺程序:
主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診斷等實時性很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個實時中斷服務(wù)程序。
后臺程序(背景程序):
完成顯示、零件加工程序的編輯管理、系統(tǒng)的輸入/出、插補(bǔ)預(yù)處理等弱實時性的任務(wù)，它是一個循環(huán)運(yùn)行的程序，在運(yùn)行過程中，不斷地被前臺程序定時打斷，前后臺相互配合來完成零件的加工任務(wù)。
前后臺程序運(yùn)行關(guān)系圖
?
前后臺型結(jié)構(gòu)模式的特點
任務(wù)調(diào)度機(jī)制: 優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度。前臺程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。
信息交換:緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。
實時性差。在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先級等級、 也無搶占機(jī)制。
? 該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。
.中斷型結(jié)構(gòu)模式
這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。
中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
?
中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點
任務(wù)調(diào)度機(jī)制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。
信息交換：緩沖區(qū)。
實時性好。由于中斷級別較多（最多可達(dá)8級），強(qiáng)實時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務(wù)程序中。
模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。

? 二十世紀(jì)80～90年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。
.? 基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式
??? 實時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System RTOS）是操作系統(tǒng)的一個重要分支，它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務(wù)管理、多種實時任務(wù)調(diào)度機(jī)制（如優(yōu)先級搶占調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等）、任務(wù)間的通信機(jī)制（如郵箱、消息隊列、信號燈等）等功能。由此可知，CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實時操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。
基于實時操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
?
基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點
弱化功能模塊間的耦合關(guān)系
?系統(tǒng)的開放性和可維護(hù)性好
?減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量
???
. 評價插補(bǔ)算法的指標(biāo)
? 穩(wěn)定性指標(biāo)
?插補(bǔ)精度
?插補(bǔ)誤差分類：逼近誤差,計算誤差,圓整誤差
?合成速度的均勻性指標(biāo)
. 插補(bǔ)方法的分類
?? 脈沖增量插補(bǔ)(行程標(biāo)量插補(bǔ))
?特點：
每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量（一個脈沖當(dāng)量）。以一個一個脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī)。其基本思想是：用折線來逼近曲線（包括直線）。
第四節(jié)? CNC裝置的插補(bǔ)原理
插補(bǔ)速度與進(jìn)給速度密切相關(guān)。因而進(jìn)給速度指標(biāo)難以提高，當(dāng)脈沖當(dāng)量為10μm時，采用該插補(bǔ)算法所能獲得最高進(jìn)給速度是3-4 m/min。
脈沖增量插補(bǔ)的實現(xiàn)方法較簡單，通常僅用加法和移位運(yùn)算方法就可完成插補(bǔ)。因此它比較容易用硬件來實現(xiàn)，而且，用硬件實現(xiàn)這類運(yùn)算的速度很快的。但是也有用軟件來完成這類算法的。
?? 數(shù)字增量插補(bǔ)(時間標(biāo)量插補(bǔ))
?特點：
插補(bǔ)程序以一定的時間間隔定時(插補(bǔ)周期)運(yùn)行，在每個周期內(nèi)根據(jù)進(jìn)給速度計算出各坐標(biāo)軸在下一插補(bǔ)周期內(nèi)的位移增量（數(shù)字量）。其基本思想是：用直線段（內(nèi)接弦線，內(nèi)外均差弦線，切線）來逼近曲線（包括直線）。
1。逐點比較法加工的原理（直線）
?
直線:? Fm = Xe *Ym - Ye * Xm
Fm＞0?? 在直線上方，+X向輸出一步 Fm＝0??? 在直線上?? +X向輸出一步Fm＜0?? 在直線下方，+Y向輸出一步
2。逐點比較法加工的原理（圓弧）
圓弧:? Fm = Xm2 +Ym2 – R
Fm＞0?? 在圓外， -Y向輸出一步
Fm＝0?? 在圓上， +X向輸出一步
Fm＜0?? 在圓內(nèi)， +X向輸出一步
?
. 數(shù)字增量插補(bǔ)
.? 插補(bǔ)周期的選擇
? 插補(bǔ)周期Δt 與逼近精度δ、速度F 的關(guān)系

直線插補(bǔ)公式的推導(dǎo)
設(shè)插補(bǔ)周期為Δt(ms)，則在Δt內(nèi)的合成進(jìn)給量△L為：
? 若Δt =8ms? 則：
?
第五節(jié)? 刀具半徑補(bǔ)償原理
一.? 刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕靖拍?BR>? 1。什么是刀具半徑補(bǔ)償(Tool Radius Compensation[offset])
??? 根據(jù)按零件輪廓
編制的程序和預(yù)先設(shè)
定的偏置參數(shù)，數(shù)控
裝置能實時自動生成
刀具中心軌跡的功能
稱為刀具半徑補(bǔ)償功
能。
?
. 刀具半徑補(bǔ)償功能的主要用途

實時將編程軌跡變換成刀具中心軌跡。可避免在加工中由于刀具半徑的變化(如由于刀具損壞而換刀等原因)而重新編程的麻煩。
刀具半徑誤差補(bǔ)償，由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑的變化，也不必重新編程，只須修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可。
減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時，均要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個程序。
. 刀具半徑補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ǎ?BR>?B刀補(bǔ)：
第五節(jié)? 刀具半徑補(bǔ)償原理
?? C刀補(bǔ)
? 采用直線作為輪廓之間的過渡
特點：
尖角工藝性好
可實現(xiàn)過切自動預(yù)報(在內(nèi)輪廓加工時) ，從而避免產(chǎn)生過切。

. 刀具半徑補(bǔ)償?shù)?a href='http://www.1cnz.cn/v/tag/773/' target='_blank' class='arckwlink_none'>工作原理
.刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓ぷ鬟^程
? 刀補(bǔ)建立
? 刀補(bǔ)進(jìn)行
? 刀補(bǔ)撤銷。
第四章?? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)
第一節(jié)? 概述
.?? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成
.? 定義：
?????? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Feed Servo System)——以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。

? 組成：? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：位置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動元件(電機(jī))；檢測與反饋?????????????????? 單 元； 機(jī)械執(zhí)行部件。
?3. 開環(huán)伺服系統(tǒng)

4. 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)
4.? 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)

二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求
調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調(diào)速范圍內(nèi))
輸出位置精度要高(動態(tài)、靜態(tài))
負(fù)載特性要硬
響應(yīng)速度快且無超調(diào)
能可逆運(yùn)行和頻繁靈活啟停
第二節(jié) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置
.?? 位置檢測裝置的分類
按位置檢測裝置輸出信號的形式分類：
??數(shù)字式和模擬式
按位置檢測裝置測量基點的類型分類：
??增量式和絕對式
按位置檢測裝置安裝的位置分類：
??直接測量和間接測量
按位置檢測元件的運(yùn)動形式分類：
??回轉(zhuǎn)型和直線型

.?? 位置檢測裝置的分類
按位置檢測裝置輸出信號的形式分類：
????數(shù)字式和模擬式
按位置檢測裝置測量基點的類型分類：
??增量式和絕對式
按位置檢測裝置安裝的位置分類：
????直接測量和間接測量
按位置檢測元件的運(yùn)動形式分類：
????回轉(zhuǎn)型和直線型
? 感應(yīng)同步器的工作原理.
? 感應(yīng)同步器是利用勵磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，借以進(jìn)行位移量的檢測。感應(yīng)同步器滑尺上的繞組是勵磁繞組，定尺上的繞組是感應(yīng)繞組。

? 鑒相型系統(tǒng)的工作原理
??? 在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值相同，相位差為 π/2的交變電壓：
????? US = Um sinωt??????? UC = Um cosωt
則：? Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
???????????? = K Um sinωt cosθ1－K Um cosωt sinθ1???????????????????? ?????????? = K Um sin（ωt －θ1）
?θ1? = π x／τ.
結(jié)論：只要能測出Uo與US相位差θ1 ，就可求得滑尺與定尺相對位移量 x 。

? 鑒幅型系統(tǒng)的工作原理
?? 在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的交變電壓：
US = Um sinθ2sinωt??????? UC = Um cosθ2sinωt
????????? θ2= π x 2 ／τ（ x 2是指令位移值）
?????? Uo = Uos+? Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
?????????? = K Um sin（θ2－θ1）sinωt
令： Δθ= θ2－θ1???? 當(dāng)Δθ很小時 ， 有
?????????? Uo = K Um （θ2－ π x／τ ） sinωt
.? 光柵位置檢測裝置
1. 結(jié)構(gòu)
莫爾條紋的作用
起放大作用?????
?????? 放大倍數(shù)
莫爾條紋的移動與柵距的移動成比例
起均化誤差的作用
.? 增量脈沖編碼器
?? 結(jié)構(gòu)及工作原理
輸出信號的作用及其處理
? A、B兩相的作用
根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移；
根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；
根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。
后續(xù)電路可利用A、B兩相的90°相位差進(jìn)行細(xì)分處理（四倍頻電路實現(xiàn)）。

?? Z相的作用??
被測軸的周向定位基準(zhǔn)信號；
被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號。
?????????????????? 的作用
后續(xù)電路可利用A、??? 兩相實現(xiàn)差分輸入，以消除遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓材８蓴_。
?? 增量式碼盤的規(guī)格及分辨率
?? 規(guī)格
增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；
分辨率（分辨角）α
設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為?????? n 線/轉(zhuǎn)：
第三節(jié)??? 進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)
、概述???
目前在數(shù)控機(jī)床上常用的驅(qū)動電機(jī)有：
步進(jìn)電機(jī)
直流伺服電機(jī)
?交流伺服電機(jī)
直線電機(jī)。???

進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的特點（與主運(yùn)動（主軸）系統(tǒng)比較）：
功率相對較小；
控制精度要求高；
控制性能要求高，尤其是動態(tài)性能。
、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置
?????? 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、維修方面，且控制為全數(shù)字化。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動電路之外，其它部分均可由軟件實現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)。因此，這類系統(tǒng)目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌觥Ｄ壳安竭M(jìn)電機(jī)僅用于小容量、低速、精度要不高的場合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控；打印機(jī)、繪圖機(jī)等計算機(jī)的外部設(shè)備。

、直流伺服電機(jī)及驅(qū)動
?????? 直流電機(jī)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小正比于電機(jī)中的氣隙磁場，直流電機(jī)的勵磁繞組所建立的磁場是電機(jī)的主磁場，按對勵磁繞組的勵磁方式不同，直流電機(jī)可分為：
他激式、? 并激式、? 串激式、?? 復(fù)激式、? 永磁式。
永磁式直流伺服電機(jī)在NC機(jī)床中廣泛采用。

4. 直流伺服電機(jī)的特點
過載倍數(shù)大，時間長；???
具有大的轉(zhuǎn)矩/慣量比，電機(jī)的加速大，響應(yīng)快。
低速轉(zhuǎn)矩大，慣量大，可與絲桿直接相聯(lián)，省去了齒輪等傳動機(jī)構(gòu)。可提高了機(jī)床的加工精度。
調(diào)速范圍大，與高性能的速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時，調(diào)速范圍超過1∶2000以上，最大的可達(dá)1∶5000。
帶有高精度的檢測元件(包括速度和轉(zhuǎn)子位置檢測元件)；
?電機(jī)允許溫度可達(dá)150°～180℃，由于轉(zhuǎn)子溫度高，它可通過軸傳到機(jī)械上去，這會影響機(jī)床的精度
由于轉(zhuǎn)子慣性較大，因此電源裝置的容量以及機(jī)械傳動件等的剛度都需相應(yīng)增加。
電刷、維護(hù)不便
7. PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點
（1）開關(guān)頻率高：最高頻率可達(dá)20KHz,避開機(jī)械諧振頻率，減小鐵耗；
（2）紋波系數(shù)小；
（3）頻帶寬，動態(tài)特性好。
、交流伺服電機(jī)及驅(qū)動
?????? 直流伺服電機(jī)固有的缺點，即：
電刷和換向器易磨損，維護(hù)麻煩
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高
??? 而交流伺服電機(jī)則沒有上述缺點。特別是在同樣體積下，交流伺服電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)提高10%～70%，且可達(dá)到的轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)高
. 交流伺服電機(jī)的速度控制原理
? 交流伺服電機(jī)調(diào)速的理論基礎(chǔ)
結(jié)論：交流伺服電機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵是要獲得可調(diào)頻調(diào)壓的交流電源
第四節(jié)??? 典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)
.? 開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Open-Loop System)
不帶位置測量反饋裝置的系統(tǒng)；
驅(qū)動電機(jī)只能用步進(jìn)電機(jī)；
主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或普通機(jī)床的數(shù)控化改造
.? 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計
?傳動計算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量?和進(jìn)給速度F的要求。

圖中：f —脈沖頻率（HZ ）???
????? α— 步距角 （度）???
?????? Z1、Z2 — 傳動齒輪齒數(shù)
??????? t — 螺距(mm)????
??????? ?? — 脈沖當(dāng)量（mm）

??? 傳動間隙補(bǔ)償
?????
??? 螺矩誤差補(bǔ)償
?????
.? 閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)
? 閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)方案分類和特征
按系統(tǒng)的控制信號類型分：?? 模擬型系統(tǒng)、數(shù)字型系統(tǒng)
? 模擬型系統(tǒng)：
特點：
抗干擾能力強(qiáng)，一般不會因峰值誤差導(dǎo)致致命的誤動作。
可用常規(guī)儀器儀表（示波器，萬用表等）直接讀取信息， 易于隨時把握系統(tǒng)工作的基本情況。
對弱信號信噪分離困難，控制精度的提高受到限制。
在零點附近容易受到溫度漂移的影響，使位置控制產(chǎn)生漂移誤差。
位置、速度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整困難，適應(yīng)負(fù)載變化的能力較差。?

??? 數(shù)字型系統(tǒng)：
??? 特征：這類系統(tǒng)是指至少其位置環(huán)控制與調(diào)節(jié)采用數(shù)字控制技術(shù)，即位置指令和反饋信號都不再是模擬信號，
? 改用數(shù)字信號（邏輯電平脈沖信號）的系統(tǒng)。

特點：
可以通過增加數(shù)字信息的安長，來滿足要求的控制精度。
對邏輯電以下的漂移、噪聲不予晌應(yīng)，零點定位精度可以得到充分保證。
容易對其結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行修改（根據(jù)控制要求），且易于與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
噪聲峰值大于邏輯電平時，對數(shù)據(jù)的最高位和最低位的干擾出錯程序是相同的，這種錯誤可能導(dǎo)致系統(tǒng)致命的危害。
傳送數(shù)據(jù)的數(shù)字電路要求具有很寬的頻帶。以保證脈沖上、下降沿有足夠的陡峭度。
抑制干擾、防止數(shù)據(jù)出錯，是數(shù)字伺服系統(tǒng)設(shè)計成功的關(guān)鍵。
.? 數(shù)字伺服系統(tǒng)的類型

? 全硬件伺服系統(tǒng)
全硬件伺服系統(tǒng)又稱脈沖比較伺服系統(tǒng)，其典型的組成方式如圖所示：
構(gòu)成：該系統(tǒng)中，位置閉環(huán)的控制與調(diào)節(jié)運(yùn)算主要由偏差數(shù)器（一般為可逆計數(shù)器）和D/A完成。
柔性差
零漂將影響精度

?? 半軟件型伺服系統(tǒng)
???? 這種系統(tǒng)的位置控制采用軟硬件組成，速度控制仍采用模擬方式，系統(tǒng)組成如圖所示：
位置控制的軟件現(xiàn)可以由NC裝置的CPU實現(xiàn)，也可以由位置控制板上自帶的CPU實現(xiàn)。
位置控制的調(diào)節(jié)運(yùn)算部分由軟件實現(xiàn)，增加了靈活性：
調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以通過進(jìn)行修改、設(shè)定
調(diào)節(jié)算法可以采用較復(fù)雜的算法，以提高控制性能（變結(jié)構(gòu)、變增益）
可增加許多輔助功能（故障診斷、脈沖當(dāng)量變換等）
零點漂移可通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償
?混合型位置伺服系統(tǒng)
????? 這種系統(tǒng)是指除電流環(huán)仍為模擬結(jié)構(gòu)外，位置、速度控制均由微機(jī)通過控制軟件來實現(xiàn)，系統(tǒng)組成如圖所示：
??? 全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)
???????
第五節(jié)?? 伺服系統(tǒng)性能分析
二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能分析
?系統(tǒng)增益 KS? (速度增益)??????
3)?? KS 與跟隨誤差△D 的關(guān)系。

.? 剛度 K 與固有頻率?n
??? 剛度是指系統(tǒng)抵抗變形的能力，即：
?????????????????????????????? K = F / e
??? 閉環(huán)系統(tǒng)：K↓ →?n ↓→系統(tǒng)的穩(wěn)定性↓
??? 開環(huán)系統(tǒng)：K↓ →失動量↑→系統(tǒng)的死區(qū)↑
??? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)(尤其是進(jìn)給傳動環(huán)節(jié))應(yīng)具有足夠的剛度。
?????? 在進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計中，對系統(tǒng)的固有頻率?n，應(yīng)注意：
A. 機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的?n’>伺服驅(qū)動系統(tǒng)?n 的2-3倍。
B. 各個環(huán)節(jié)的?n’應(yīng)相互錯開，以免發(fā)生振動耦合現(xiàn)象。
C. 各個環(huán)節(jié)的?n應(yīng)避開系統(tǒng)的工作頻率范圍，以免在工作頻率上發(fā)生共振。

加工直線的輪廓誤差
當(dāng)? KSX? = KSY? 時，?? △KS = 0，即ε=0；這說明當(dāng)兩軸系統(tǒng)增益相等時，輪廓誤差與系統(tǒng)增益無關(guān)。
當(dāng)加工45°直線時，(其它情況不變)，輪廓誤差最大。當(dāng)加工0°或90°直線時，輪廓誤差ε與增益無關(guān)。
當(dāng)兩軸增益不一致時，其ε與△KS?? 成正比，與KS 的平方成反比，與進(jìn)給速度成 F 正比。
加工圓弧的輪廓誤差
輪廓誤差△R? 與 KS 的平方成反比，與 F 的平方成正比。因此，KS↑? 或 F↓? 可大大提高輪廓加工精度
加工園弧的半徑? R? 越大， △R? 誤差越小。
當(dāng) KSX? = KSY ，且進(jìn)給速度 F 為恒速時， △R 是常數(shù)。只產(chǎn)生尺寸誤差，不產(chǎn)生形狀誤差。
當(dāng) KSX? ≠ KSY? 時， 此時不僅產(chǎn)生尺寸誤差，而且產(chǎn)生形狀誤差。可以證明：
?當(dāng) KSX? = a KSY（a為常數(shù)）時，圓弧插補(bǔ)所形成的形狀為橢圓（長軸與 X 軸成45°夾角）。
當(dāng) KSX? 與? KSY? 無確定關(guān)系時，圓弧插補(bǔ)所形成的形狀為無規(guī)則的形狀。