天津开放大学文本期末复习-各章要求_数控机床电气控制.doc_大学文库

和速度。加工出任意形状的曲线域曲面组成的复条零件。 2、按挖制方式分类 1)开环控制数控机床这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于壑动元件和何服电机的性能，环数控机床所用的电动机主要是步进电动机。 2)阳环控制系统闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量技置。同服系统采用交月服电动机、直流饲服电动机 3)半闭环控制系统半环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置，第2章数控机床强电控制电路一、低压断路器低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不類繁接通和断开的电路。而且当电路发生过载、短路减失压等放障时，能自动切断电路。有效地保护串接在它后面的电气设备。因此，低压斯路器在机床上使用得越米越广泛。二、交流接触器接触墨是一种用棠频繁地接通成分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机味上应用最多的是交流接触墨，我们仅介绍交流接触器。交流接触器的结构交流接触器的外形与结构润成如图217所示。交流接触器的结构由电磁机构、触头系统、灭组装置及其他部件等四部分组成。三.锥电器继电器是一种根据某种输入情号的变化，面接通或斯开挖制电路，实现控制日的的电器，鞋电器的输入信号可以是电流、电压等电学量，也可以是温度、速度、时间，压力等丰电量，而输出通常是触头的动作《断开或用合)：电流雅电器与电片推电器在结构上的区别主煲是线圈不同。电流维电器的线围匝数少导线组。与负载串联以反映电路电流的变化。电压雅电器的线圈匝数多，导找细，与负载并

和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。 2、按控制方式分类 1）开环控制数控机床这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环数控机床所用的电动机主要是步进电动机。 2）闭环控制系统闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。伺服系统采用交伺服电动机、直流伺服电动机 3）半闭环控制系统半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。第 2 章数控机床强电控制电路一、低压断路器低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。因此，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。二、交流接触器接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是交流接触器，我们仅介绍交流接触器。交流接触器的结构交流接触器的外形与结构组成如图 2.17 所示，交流接触器的结构由电磁机构、触头系统、灭弧装置及其他部件等四部分组成。三、继电器继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电学量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触头的动作（断开或闭合）。电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并

联以反映其两璃的电压。中阿候电器实际上也是一种电压雅电器，贝是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间做大的作用。四、接近开关接近开关又称无触点行程开关。当运动着的物体在一定微围内与之接近时，接近开关赋会发生物体接近而“动作”的信号。以不直接接触方式控制运动物体的位置。接近开关多为三线制.三线制楼近开关有二根电源线（通常为24V)和一根输出线。输出有常开、常闲两种状态。五、热鞋电墨热维电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的过载保护。当负载电流超过整定电流值并经过一定时间后，发热元件所产生的热量使双金属片受热弯由，带动动触点与静触点分断，切断电动机的控回路，使接触器线圈断斯电释故，从而断开主电路，实现对电动机的过载保护。由此可见，热雕电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作复路保护。六，电气控制线路的绘制电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图 1,电气原理图电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接线端子之间的相互关系。 2.电器元件布置图电气元件布置图主要用米表明各种电气元件在机械设备上和电气控制相中的实际安装位置，为机械电气控制设备的制造、安装，推修提供必要的资料。 3.电馨安装接战图电气安装接线图是用规定的图形符号，根据原理图，按各电器元件相树位置绘制的实际接线图。它请楚地表明了各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接的详细信息。七、三相异步电动机的起动控制线路为了藏小起动电流，电动机在起动时应采用适当的措植，三相笼型电动机有直接起机全电压起动》和间接起动（降压起动》两种方式。直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，适合小容量电动机。对于较大容量（大于10KW)的电动机，因起动电流大（可达额定电流的4一7倍)，一般采用减压起动方式来降低起动电流。第3章数控装置(CNC)的结构一、数控装置的组成

联以反映其两端的电压。中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大的作用。四、接近开关接近开关又称无触点行程开关。当运动着的物体在一定范围内与之接近时，接近开关就会发生物体接近而“动作”的信号，以不直接接触方式控制运动物体的位置。接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线（通常为 24V）和一根输出线。输出有常开、常闭两种状态。五、热继电器热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的过载保护。当负载电流超过整定电流值并经过一定时间后，发热元件所产生的热量使双金属片受热弯曲，带动动触点与静触点分断，切断电动机的控制回路，使接触器线圈断电释放，从而断开主电路，实现对电动机的过载保护。由此可见，热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。六、电气控制线路的绘制电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图 1.电气原理图电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接线端子之间的相互关系。 2.电器元件布置图电气元件布置图主要用来表明各种电气元件在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，为机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。 3.电器安装接线图电气安装接线图是用规定的图形符号，根据原理图，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图，它清楚地表明了各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接的详细信息。七、三相异步电动机的起动控制线路为了减小起动电流，电动机在起动时应采用适当的措施。三相笼型电动机有直接起动（全电压起动）和间接起动（降压起动）两种方式。直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，适合小容量电动机。对于较大容量（大于 10KW）的电动机，因起动电流大（可达额定电流的 4～7 倍），一般采用减压起动方式来降低起动电流。第 3 章数控装置（CNC）的结构一、数控装置的组成

目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来实现其功能，它一方面具有一般微型计算机的基本结构，另一方面。必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，两者缺一不可。CNC 装置的软件由管理软件和控制软件两部分组成。二、数控装置的硬件结构类型数控装置是整个数控系统的核心，其硬件结构按 CNC 装置中各印刷电路板的插接方式可以分为大板式结构和功能模块式结构；按 CNC 装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按 CNC 装置中微处理的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。三、数控装置软件结构类型 CNC 装置是一个实时性很强的多任务计算机系统，在它的控制软件中，融会了当今计算机软件技术中的许多先进技术，数控装置中前后台软件结构、中断型软件结构和功能模块软件结构又最为突出。第 4 章数控机床的伺服驱动一、闭环伺服系统的组成闭环伺服系统的一般结构通常有位置环和速度环组成。速度环速度控制单元是一个独立的单元部件，它由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。二、步进电动机的基本结构和工作原理图 4.2a)为三相反应式步进电动机的结构图。它是由转子、定子及定子绕组所组成。定子上有六个均布的磁极，直径方向相对的两个极上的线圈串联，构成电动机的一相控制绕组。下面我们分析步进电动机的工作原理：图 4．2 反应式步进电动机工作原理图 4.2b)所示为反应式步进电动机工作原理示意图。其定子、转子是用硅钢片等软磁材料制成的，定子上有 A、B、C 三对磁极，分别绕有 A、B、C 三相绕组。三对磁极在空间

上相互错开120”。转子上有4个齿，无饶粗。它在定子磁场中鼓磁化而呈现极性。当定子 A相绕组通电时，形成以A-A”为轴战的磁场，转子受磁场拉力作用面产生转矩，使转子的 1、3齿和定子的A一A’极对齐。如图4.2)所示，当A相断电、B相饶组通电时，以B-B 为轴线的磁场使转子的2,4齿和定子的BB'极对齐，转子将在空间道时针转过30”角：当B相断电，C相绕组通电时，以C-C为蛙线的碳场使转子的1、3齿和定子的C-C'极对齐，转子将在空同又道时针转过30°角。如此按A→B→C一A的顺序通电，转子就会不断地按逆时针方向转动：如按A→C一→B一A的顺序通电，转子就会不断地按顺时针方向转动。从一相通电换到另一相通电，叫一拍：每一拍转子转动一步，每步转过角度叫步距角，用g表示。 nnnnmn. 图4.5步进电动机控制驱动电路三，步进电动机的里动及控制步进电机的运行性能，不仅与步进电机本身和负载有关，面且与配套的梨动装置有着十分密切的关系。步进电动机驱动装置由环形脉冲分配器、功率放大塑动电路两大部分组成，如图4.5所示，其中，步进电动机驱动电路完成由露电到强电的转换和做大，也就是将逻婚电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号。四，交流间服系统交流何服系统使用交流异步饲服电动机（一般用于主轴问服电动机）和水磁同步伺服电动机（一般用于遗给何电动机）。由于直流同服电动机存在着一些因有的缺点，（比如，有电刷。限制了转速的授高，而且结构复桑，价格贵。)，使其应用环境受到限制。交流何服电动机没有这些缺点，且转子惯量较直流电动机小，使得动态响应好。因此，交流问服系统得到了迅速发展，已经形成周流，从20世纪阳年代后期开始，大量使用交流饲服系统，目前，已基本取代了直流电动机。五、交流间服电机动装置 1)交道电动机调速原理

上相互错开 120°。转子上有 4 个齿，无绕组，它在定子磁场中被磁化而呈现极性。当定子 A 相绕组通电时，形成以 A-A′为轴线的磁场，转子受磁场拉力作用而产生转矩，使转子的 1、3 齿和定子的 A—A’极对齐，如图 4.2b)所示；当 A 相断电、B 相绕组通电时，以 B-B′ 为轴线的磁场使转子的 2、4 齿和定子的 B-B′极对齐，转子将在空间逆时针转过 30°角；当 B 相断电，C 相绕组通电时，以 C-C′为轴线的磁场使转子的 1、3 齿和定子的 C-C′极对齐，转子将在空间又逆时针转过 30°角。如此按 A→B→C→A 的顺序通电，转子就会不断地按逆时针方向转动；如按 A→C→B→A 的顺序通电，转子就会不断地按顺时针方向转动。从一相通电换到另一相通电，叫一拍；每一拍转子转动一步，每步转过角度叫步距角，用α表示。图 4．5 步进电动机控制驱动电路三、步进电动机的驱动及控制步进电机的运行性能，不仅与步进电机本身和负载有关，而且与配套的驱动装置有着十分密切的关系。步进电动机驱动装置由环形脉冲分配器、功率放大驱动电路两大部分组成，如图 4.5 所示。其中，步进电动机驱动电路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号。四、交流伺服系统交流伺服系统使用交流异步伺服电动机(一般用于主轴伺服电动机)和永磁同步伺服电动机(一般用于进给伺服电动机)。由于直流伺服电动机存在着一些固有的缺点，（比如，有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格贵。），使其应用环境受到限制。交流伺服电动机没有这些缺点，且转子惯量较直流电动机小，使得动态响应好。因此，交流伺服系统得到了迅速发展，已经形成潮流。从 20 世纪 80 年代后期开始，大量使用交流伺服系统，目前，已基本取代了直流电动机。五、交流伺服电机驱动装置 1）交流电动机调速原理

由电动机学基本原理可知，交流电动机的同步转速为 n0 ＝ 60f1/p (r/min) 式中 f1——定子供电频率，单位 Hz； P——电动机定子绕组磁极对数；从上面的公式可以看出：平滑改变定子供电电压频率 f1 而使转速平滑变化，这就是变频调速方法。这是交流电动机的一种理想调速方法。目前，数控机床主要采用变频调速等先进交流调速技术。 2)正弦波脉宽调制(SPWM)变频器 SPWM 变频器属于交一直一交变频器，基本工作过程是先将 50Hz 交流电经整流变压器变压得到所需电压，经二极管整流和电容滤波，形成恒定直流电压，然后送入由大功率晶体管构成的逆变器主电路，输出三相电压和频率均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波 (SPWM 波)，即可拖动三相电机运转。这种变频器在数控机床的交流驱动中广泛使用。 3）正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器的基本原理 SPWM 波形与等效正弦波在采样控制理论中有一个重要结论，冲量(窄脉冲的面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。电动机就是一个惯性的环节，该结论是 SPWM 控制的重要理论基础。 SPWM 逆变器输出的是正弦脉宽调制波,如图 4.24b)所示。其工作原理是若把一个正弦半波分成 N 等分，然后把每一等分的正弦曲线与横坐标轴所包围的面积，都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，这样可得到 N 个等高而不等宽的脉冲序列。根据上述冲量相等效果相同的原理，该矩形脉冲序列与正弦半波是等效的。如果对正弦波的负半周也做同样处理，即可得到相应的 2N 个脉冲，这就是与正弦波等效的正弦脉宽调制波，如图 4.24 所示。通过对等效的正弦脉宽调制波的脉冲调制，就相当于调整了输出的正弦波频率。 (a)正弦波的正半波 (b)等效的 SPWM 波形

图4.24与正弦波等效的SPwM波形六，主轴定向控制的作用主轴定向控制又称主拍准停控制，即当主轴停止到能控制其停在固定位置，对M6和 M19指◆有效。其作用如下。 ①在加工中心中进行刀具交换 ②在精望孔退刀时，为了避免刀尖划伤己加工表面第5章敷控机床的位置检测装置一、数控机床对检测装置的基本要求： 1)秘定可靠，抗干扰能力强，数控机床的工作环境存在油污，潮湿、灰尘、冲击振动等检测转置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。 2)满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度。位置检测装置分辨率应高于数控机宋的分辨率一个数量级。 3)安装操护方便、成本低康。受机床结构和应用环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调试，尽量选用价格低康，性能价格比高的检测装置。悬控机限加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度，因此。位置检测装置是数控机床的关键部件之一。它对于提高数控机床的加工精度有谈定性的作用。二.常用位置检满装置的分类根据位置检测装置安装形式和测量方式，数控机床测量方式可按以下几种方式分类： 1.绝对式和增量式按检测量的测量基准，可分为绝对式和增量式测量。绝对式位置检测是：每个搜测点的位置都从一个国定的零点算起。增量式位置检测是，只测位移增量，每检测到位置移动一个基本单位时，输出一个脉冲波或正弦被，通过肤冲计数便可得到位移量， 2直接测量和问接测量按被测量和所用检测元件的位置关系，可分为直接测量和间接测量。若位置检测装置所测量的对象就是被测量本身，叫做直接测量。三、位置检测装置的性脆指标位置检测装置安装在饲服更动系统中，由于所测量的各种物理量是不斯变化的，因此传感器的测量输出必须能准确，快逸地跟随并反映这些被测量的变化，位置检测装置的主要性

图 4．24 与正弦波等效的 SPWM 波形六、主轴定向控制的作用主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置，对 M06 和 M19 指令有效。其作用如下。 ①在加工中心中进行刀具交换 ②在精镗孔退刀时，为了避免刀尖划伤已加工表面第 5 章数控机床的位置检测装置一、数控机床对检测装置的基本要求： 1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。 2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率一个数量级。 3）安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调试。尽量选用价格低廉，性能价格比高的检测装置。数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度，因此，位置检测装置是数控机床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用。二、常用位置检测装置的分类根据位置检测装置安装形式和测量方式，数控机床测量方式可按以下几种方式分类： 1.绝对式和增量式按检测量的测量基准，可分为绝对式和增量式测量。绝对式位置检测是：每个被测点的位置都从一个固定的零点算起。增量式位置检测是：只测位移增量，每检测到位置移动一个基本单位时，输出一个脉冲波或正弦波，通过脉冲计数便可得到位移量。 2.直接测量和间接测量按被测量和所用检测元件的位置关系，可分为直接测量和间接测量。若位置检测装置所测量的对象就是被测量本身，叫做直接测量。三、位置检测装置的性能指标位置检测装置安装在伺服驱动系统中，由于所测量的各种物理量是不断变化的，因此传感器的测量输出必须能准确、快速地跟随并反映这些被测量的变化。位置检测装置的主要性

能指标包括如下几项内容。 1精度符合输出量与输入量之问特定函数关系的准确程度称作精度，数控机床用传感图要满足高精度和高速实时测量的要求。 2分辨率位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率，分辨率应适应机床精度和问服系统的要象。分辨率的高低。对系统的性能和运行平稳性具有很大的影响。一般按机床加工精度的1/3一1/10选取检测装置的分辨率（也就是说，位置检测装置的分辨率要高于机床如工精度) 3.灵傲度输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为灵敏度，实时测量装置不但要灵敏度高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该是一致的。四，旋转编码器旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机床中得到了广泛的使用。旋转编码器通常安装在按测轴上，随梭测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字气愁冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器。这种测量方式没有累积误差。靛转编码器也可用来检测转速： 00 当光电盘随按测工作触一起转动时，每转过一个缝隙，光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电阻值政变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，面这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和做大等处理，变换成脉冲信号。通过计数器计量林冲的数目，即可测定旋转运动的角位移：通过计量脉冲的频率，即可测定旋转运动的转速，测量结果可以通过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系镜中，增量式光电编码器外形结构见图52.实际应用的光电编码器的光烂板上有两组条纹A、 A和B、B,A组与B组的条纹彼此错开1/4节距，两组条纹相对应的光敏元件所产生的倍号彼此相差90°相位，用于舞向。此外，在光电码盘的里圈里还有一条透光条纹（零标

能指标包括如下几项内容。 1.精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度，数控机床用传感器要满足高精度和高速实时测量的要求。 2.分辨率位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求。分辨率的高低，对系统的性能和运行平稳性具有很大的影响。一般按机床加工精度的 1／3～1／10 选取检测装置的分辨率（也就是说，位置检测装置的分辨率要高于机床加工精度）。 3.灵敏度输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏度高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该是一致的。四、旋转编码器旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机床中得到了广泛的使用。旋转编码器通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字(脉冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器，这种测量方式没有累积误差。旋转编码器也可用来检测转速。当光电盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙，光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。通过计数器计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移；通过计量脉冲的频率，即可测定旋转运动的转速，测量结果可以通过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系统中。增量式光电编码器外形结构见图 5.2。实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹 A、 A 和 B、B，A 组与 B 组的条纹彼此错开 1／4 节距，两组条纹相对应的光敏元件所产生的信号彼此相差 90°相位，用于辨向。此外，在光电码盘的里圈里还有一条透光条纹 C(零标

天津开放大学 文本 期末复习-各章要求_数控机床电气控制

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