第四章 数控机床驱动与控制系统

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1、第四章数控机床的驱动与控制系统4-1概述　　数控系统——数控设备的数据处理和控制电路以及伺服系统。　　计算机数控系统CNC——由计算机控制系统和伺服驱动系统等部分组成。　　一、计算机数控系统的组成及各部分的功能数控机床的主要控制功能：功能控制、位置控制、信号处理　　（1）功能控制功能控制是自动读入控制信息，使数控系统确立相应的工作状态，从而控制机床发生相应的动作。如润滑、冷却液供给、主轴电机开启与关停、调速，以及坐标轴功能控制等。　　（2）位置控制位置控制是控制刀具与工件相对运动的位置或轨迹。位置控制靠进给

2、伺服控制系统来实现，通过对各坐标轴控制，使刀具按给定曲线的方程运动，以加工出零件的空间曲线(或曲面)。　　（3）信号处理信号处理是对系统运行过程中所取得的状态信号进行分析处理，并输出相应结果。　如：刀具到位信号，工作台超程信号，以及其他检测信号输入处理。一旦系统得到这些信号，系统将发出相应动作，如工作台超程保护器报警等。　　1、输入输出设备输入设备主要用来输入程序和数据，常用的输入设备有键盘、光电输入机。　输出设备主要用于将各种信息和数据提供给操作人员，以便及时了解控制过程的情况。常用的输出设备有打印机、记

3、录仪、数码显示器和CRT显示器及纸带穿孔机等。　　2、CNC装置计算机数字控制(ComputerNumericalContro1)装置，简称CNC装置，主要用来进行数值和逻辑运算，对机床进行实时控制。CPU、存储器、输入输出接口电路等部分组成　　3、伺服驱动及位置检测装置作用是接受CNC装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路(如速度控制单元)作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置(如用直流伺服电机)，驱动机床的工作台运动，同时由位移传感器检测执行机构的实际位置，并反馈给CNC装置，实现闭环驱动，使机

4、床进给部件的位置速度得到准确控制。　　4、辅助机能驱动电路该部分实现CNC装置与机床强电的信息传递和变换，其作用是接受CNC信号，经机床强电控制主轴、润滑、冷却、换刀等电机的运转以及其他辅助机能。另外将机床一些状态信息经变换以后送至CNC装置，　　5、数控系统软件数控系统的工作过程在硬件的支持下，执行软件的全过程。通过软件实现部分或全部数控功能。　　　　　二、CNC系统的主要特点1、系统灵活可变、易于变化和扩展，通用性强　2、易于实现多功能　3、系统可靠性高4、维修方便　5、CNC系统通讯功能强4-2位移、

5、速度、位置传感器一、检测元件的作用与分类作用——是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环控制。数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。　　分辨率——位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。　数控机床对检测元件的主要要求：1）高可靠性和高抗干扰性；2）满足精度与速度要求；3）使用维护方便，适合机床运行环境；4）成本低。　　　　二、旋转变压器1、旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器(又称同步分解器)——是一种旋转式的小型交流电机，它由定子和转子组成。　　　

6、其结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号的幅度大，抗干扰性强，工作可靠，为数控机床经常使用的位移检测元件之一。旋转变压器是根据互感原理工作的。　2、旋转变压器的应用应用有两种方法：鉴相型和鉴幅型　　　三、感应同步器1、感应同步器的结构感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器，相当于一个展开的多极旋转变压器。　　感应同步器分旋转式和直线式两种，前者用于角度测量，后者用于长度测量，见图4-6所示。　　　2、感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理与旋转变压器基本上相同，使用时，在滑尺绕组

7、通以一定频率的交流电压，由于电磁感应，在定尺绕组中产生感应电动势，其幅值和相位取决于定尺与滑尺的相对位置，3、感应同步器的特点其特点如下：(1)精度高　　(2)测量长度不受限制　　(3)对环境的适应性强　(4)维护简单、寿命长定尺、滑尺之间无接触磨损，在机床上安装简单。但使用时需要加防护罩，防止切屑进入定、滑尺之间划伤导片。　　　四、光栅测量装置计量光栅有长光栅和圆光栅两种，是数控机床和数显系统常用的检测元件。它具有精度高，响应速度较快等优点。光栅测量是一种非接触式测量。1、光栅的工作原理光栅位移检测装置由

8、光源、两块光栅(长光栅、短光栅)和光电元件等组成。莫尔条纹W=ω/θ(4—16)条纹的节距是栅距的1／θ倍。　　莫尔条纹的特点:(1)放大作用(2)平均效应。　　2、光栅测量装置读数头——光源、指示光栅和光电元件组合在一起。读数头的结构形式很多，但就其光路来看可分为以下几种。(1)分光读数头（2）垂直入射读数头（3）反射读数头　光栅只能用于增量测量方式，目前有的光栅读数头设有一个绝对零点，这样由于停电或其他原因造