数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 步进电机结构简单，性能好，成本低，在数控设备上得到了广泛的应用。 三、直线电机在数控机床上应用 为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展的高速和超高速加工现已成为机 床发展的一个重大趋势，一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统，速度要提高到40~ 50m/min以上。传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式所能达到的最高进给速度为 30mmin,加速度仅为3ms2。直线电机驱动工作台，其速度是传统传动方式的30倍， 加速度是传统传动方式的10倍，最大可达13g:刚度提高了7倍：直线电机直接驱动的 工作台无反向工作死区：由于电机惯量小，所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高 的频率响应，因此近些年直线电机在数控机床中的应用受到国际关注。 1993年，德国Zxcello公司推出了世界上第一个由直线电机驱动的工作台Hsc-240 型高速加工中心，机床主轴最高速达到24000r/min,最大进给速度为60m/min,加速度 达到1g,当进给速度为20m/min时，其轮廓精度可达0.004mm。美国的Ingersoll公司 紧接着推出了Hvm-800型高速加工中心，主轴最高转速为20000rmin,最大进给速度为 75.20m/min。 1996年开始，日本相继研制成功了采用直线电机的卧式加工中心、高速机床、超高 速小型加工中心、超精密镜面加工机床、高速成型机床等。 我国浙江大学研制了一种由直线电机驱动的冲压机，浙江大学生产工程研究所设计 了用圆简型直线电机驱动的并联机构坐标测量机。针对产量最大的非圆截面零件，国防 科技大学非圆切削研究中心开发了基于直线电机的高频响大行程数控进给单元，用于数 控活塞加工机床时，工作台尺寸为600mm×320mm,行程100mm,最大推力为160N, 最大加速度可达13g,直线电机动子和工作台己固定在一起，采用双闭环控制系统。2001 年南京四开公司推出了自行开发的采用直线电机直接驱动的数控直线电机车床，2003 年第8届中国国际机床展览会上，展出北京电院高技术股份公司推出的Vs1250直线电 机取得的加工中心，该机床主轴最高转速达15000rmin。 第六节典型的进给伺服系统 数控机床典型的进给伺服系统有步进式伺服系统、鉴相式伺服系统、鉴幅式伺服系 统、数字脉冲比较式伺服系统和CNC数字伺服系统。 一、步进伺服系统 步进式同服系统又称开环步进伺服系统，系统中没有位置和速度反馈电路，不像闭 环伺服系统那样需要进行复杂的设计计算与试验校正。因此，系统具有结构简单、使用 维护方便、可靠性高和制造成本低等一系列优点，主要适用于速度、精度要求较低的中 小型机床，如经济型数控机床，也可用于现有普通机床的数控化技术改造， 1.步进式伺服系统的工作原理 步进式伺服系统的结构原理如图32所示，主要由步进电动机及其驱动控制线路两 部分组成，这两部分己在本章第二节中介绍，这里不再赘述，下面具体介绍一下步进式 兰州交通大学机电工程学院数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 6 步进电机结构简单，性能好，成本低，在数控设备上得到了广泛的应用。 三、直线电机在数控机床上应用 为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展的高速和超高速加工现已成为机 床发展的一个重大趋势，一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统，速度要提高到 40～ 50m/min 以上。传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式所能达到的最高进给速度为 30m/min，加速度仅为 3m/s2。直线电机驱动工作台，其速度是传统传动方式的 30 倍， 加速度是传统传动方式的 10 倍，最大可达 13g；刚度提高了 7 倍；直线电机直接驱动的 工作台无反向工作死区；由于电机惯量小，所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高 的频率响应，因此近些年直线电机在数控机床中的应用受到国际关注。 1993 年，德国 Zxcello 公司推出了世界上第一个由直线电机驱动的工作台 Hsc-240 型高速加工中心，机床主轴最高速达到 24000r/min，最大进给速度为 60m/min，加速度 达到 1g，当进给速度为 20m/min 时，其轮廓精度可达 0.004mm。美国的 Ingersoll 公司 紧接着推出了 Hvm-800 型高速加工中心，主轴最高转速为 20000r/min，最大进给速度为 75.20m/min。 1996 年开始，日本相继研制成功了采用直线电机的卧式加工中心、高速机床、超高 速小型加工中心、超精密镜面加工机床、高速成型机床等。 我国浙江大学研制了一种由直线电机驱动的冲压机，浙江大学生产工程研究所设计 了用圆筒型直线电机驱动的并联机构坐标测量机。针对产量最大的非圆截面零件，国防 科技大学非圆切削研究中心开发了基于直线电机的高频响大行程数控进给单元，用于数 控活塞加工机床时，工作台尺寸为 600mm×320mm，行程 100mm，最大推力为 160N， 最大加速度可达 13g，直线电机动子和工作台已固定在一起，采用双闭环控制系统。2001 年南京四开公司推出了自行开发的采用直线电机直接驱动的数控直线电机车床，2003 年第 8 届中国国际机床展览会上，展出北京电院高技术股份公司推出的 Vs1250 直线电 机取得的加工中心，该机床主轴最高转速达 15000r/min。 第六节 典型的进给伺服系统 数控机床典型的进给伺服系统有步进式伺服系统、鉴相式伺服系统、鉴幅式伺服系 统、数字脉冲比较式伺服系统和 CNC 数字伺服系统。 一、步进伺服系统 步进式伺服系统又称开环步进伺服系统，系统中没有位置和速度反馈电路，不像闭 环伺服系统那样需要进行复杂的设计计算与试验校正。因此，系统具有结构简单、使用 维护方便、可靠性高和制造成本低等一系列优点，主要适用于速度、精度要求较低的中 小型机床，如经济型数控机床，也可用于现有普通机床的数控化技术改造。 1．步进式伺服系统的工作原理 步进式伺服系统的结构原理如图 3–2 所示，主要由步进电动机及其驱动控制线路两 部分组成，这两部分已在本章第二节中介绍，这里不再赘述，下面具体介绍一下步进式