数控机床电气控制期末复习指导市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

数控机床电气控制数控机床电气控制期末复习指导期末复习指导第1页此次复习主要内容 1.介绍考试题目类型 2.按章节次序对考试重点以问答形式进行复习，以利于同学们掌握这门课程主要内容。在复习这些重点内容时，同学们应对教材中相关内容一起复习，这么印象愈加深刻第2页（一）、考题类型考题类型 为了同学们进行期末考试复习，我们在这里一起熟悉这次考题类型：一、单项选择题 1（）是用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）主电路自动控制电器，按其主触头经过电流种类不一样，分为交流、直流两种。A接触器 B继电器 C靠近开关答案：A第3页22工厂中电火花高频电源等都会产生强烈电磁波，这种工厂中电火花高频电源等都会产生强烈电磁波，这种高频辐射能量经过空间传输，被附近数控系统所接收。高频辐射能量经过空间传输，被附近数控系统所接收。假如能量足够，就会干扰数控机床正常工作，这种干假如能量足够，就会干扰数控机床正常工作，这种干扰称（扰称（）。）。A A信号传输干扰信号传输干扰 B B供电线路干扰供电线路干扰 C C 电磁波干扰电磁波干扰答案：答案：C C二、二、判断题判断题判断题判断题 （对认为正确题标注（对认为正确题标注（对认为正确题标注（对认为正确题标注“”“”、错题标注、错题标注、错题标注、错题标注“”“”）比如比如 1 1直线控制数控机床数控装置只要求能够准确地直线控制数控机床数控装置只要求能够准确地控制从一个坐标点到另一个坐标点定位精度，而不论控制从一个坐标点到另一个坐标点定位精度，而不论是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。（）答案：答案：()第4页2对于较大容量（大于10KW）电动机，因起动电流大（可达额定电流47倍），普通采取减压起动方式来降低起动电流。（）答案：()三、简答题 1PLC硬件由哪几部分组成？答：PLC内部硬件由中央处理单元（CPU）、存放器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。第5页四、分析题 1增量式光电编码器原理示意如图所表示，试分析其进行角度测量原理。并回答为何要用两个光电管进行光信号检测？第6页 答：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明暗改变，使光电管电阻值改变，这么就把光线明暗改变转变成电信号强弱改变，而这个电信号强弱改变近似于正弦波信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。经过计数器计量脉冲数目，即可测定旋转运动角位移。用两个光电管进行光信号检测，是为了使光敏元件产生两组电信号，该信号彼此相差90相位，用于辨向。第7页（二）、下面是同学们必须掌握知识点，在复习中一定（二）、下面是同学们必须掌握知识点，在复习中一定要全方面了解要全方面了解第第1 1章章 绪论绪论一、数控机床进行加工时，对机床运动进行控制，归纳一、数控机床进行加工时，对机床运动进行控制，归纳起来可分为哪几个类别控制？起来可分为哪几个类别控制？答：数控机床进行加工时，数控系统必须按照工件加工答：数控机床进行加工时，数控系统必须按照工件加工要求对机床运动进行控制，归纳起来可分为三种类要求对机床运动进行控制，归纳起来可分为三种类别控制：别控制：1 1主轴控制主轴控制 主轴运动和普通机床一样，主轴运动主轴运动和普通机床一样，主轴运动主要完成工件切削任务。主要完成工件切削任务。2 2进给控制进给控制 即用电气自控驱动替换了人工机械驱即用电气自控驱动替换了人工机械驱动，数控机床进给运动是由进给伺服系统完。动，数控机床进给运动是由进给伺服系统完。3 3辅助控制辅助控制 数控系统对加工程序处理后输出控制数控系统对加工程序处理后输出控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外，还要对信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外，还要对机床各种开关状态进行控制，这部分功效普通由可机床各种开关状态进行控制，这部分功效普通由可编程序逻辑控制器实现。编程序逻辑控制器实现。第8页图图1.31.3数控机床基本组成数控机床基本组成 二、数控机床控制系统由哪几部分组成？答：数控机床控制系统基本组成包含输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置，如图1.3所表示。第9页三、数控机床有哪几个分类方式？并说明是怎样分类。三、数控机床有哪几个分类方式？并说明是怎样分类。答：答：1 1、按被控制对象运动轨迹进行分类、按被控制对象运动轨迹进行分类 1 1）点位控制数控机床）点位控制数控机床 点位控制数控机床数控装置点位控制数控机床数控装置只要求能够准确地控制从一个坐标点到另一个坐标点定只要求能够准确地控制从一个坐标点到另一个坐标点定位精度，而不论是按什么轨迹运动，在移动过程中不进位精度，而不论是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。行任何加工。2 2）直线控制数控机床）直线控制数控机床 直线控制数控机床普通要在两点间移动同时进行加工，直线控制数控机床普通要在两点间移动同时进行加工，所以不但要求有准确定位功效，还要求从一点到另一点所以不但要求有准确定位功效，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动速度也要进行控制。之间按直线规律运动，而且对运动速度也要进行控制。3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床含有轮廓控制轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床含有轮廓控制功效。其特点是能同时控制两个以上轴，含有插补功效。功效。其特点是能同时控制两个以上轴，含有插补功效。它不但控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每它不但控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点位置和速度，加工出任意形状曲线或曲面组成复杂一点位置和速度，加工出任意形状曲线或曲面组成复杂零件。零件。第10页 2 2、按控制方式分类、按控制方式分类 1 1）开环控制数控机床）开环控制数控机床 这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出指令信这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出指令信号流程是单向，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机号流程是单向，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机性能，开环数控机床所用电动机主要是步进电动机。性能，开环数控机床所用电动机主要是步进电动机。2 2）闭环控制系统）闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床运动部件上安装位置测量装置。闭环控制系统是指在机床运动部件上安装位置测量装置。伺服系统采取交伺服电动机、直流伺服电动机。伺服系统采取交伺服电动机、直流伺服电动机。3 3）半闭环控制系统）半闭环控制系统 半闭环控制系统是在开环系统丝杠上或进给电动机轴上半闭环控制系统是在开环系统丝杠上或进给电动机轴上装有角位移检测装置。位置检测元件不直接安装在进给装有角位移检测装置。位置检测元件不直接安装在进给坐标最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件位置坐标最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件位置转换转换(称为间接测量称为间接测量)。第11页第2章 数控机床强电控制电路一、低压断路器作用是什么？答：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电气设备。所以，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。二、交流接触器作用是什么？答：接触器是一个用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）主电路自动控制电器。接触器按其主触头经过电流种类不一样，分为交流、直流两种，机床上应用最多是交流接触器。第12页 三、继电器作用是什么？电流继电器与电压继电器在结三、继电器作用是什么？电流继电器与电压继电器在结构上主要区分是什么？构上主要区分是什么？答：继电器是一个依据某种输入信号改变，而接通或断开答：继电器是一个依据某种输入信号改变，而接通或断开控制电路，实现控制目标电器。继电器输入信号能够是控制电路，实现控制目标电器。继电器输入信号能够是电流、电压等电学量，也能够是温度、速度、时间、压电流、电压等电学量，也能够是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触头动作（断开或闭合）。力等非电量，而输出通常是触头动作（断开或闭合）。电流继电器与电压继电器在结构上区分主要是线圈不电流继电器与电压继电器在结构上区分主要是线圈不一样。电流继电器线圈匝数少、导线粗，与负载串联以一样。电流继电器线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反应电路电流改变。电压继电器线圈匝数多、导线细，反应电路电流改变。电压继电器线圈匝数多、导线细，与负载并联以反应其两端电压。与负载并联以反应其两端电压。中间继电器实际上也是一个电压继电器，只是它含有中间继电器实际上也是一个电压继电器，只是它含有数量较多、容量较大触点，起到中间放大作用。数量较多、容量较大触点，起到中间放大作用。第13页 四、靠近开关作用是什么？四、靠近开关作用是什么？答：答：靠近开关又称无触点行程开关。当运动着物体在一靠近开关又称无触点行程开关。当运动着物体在一定范围内与之靠近时，靠近开关就会发生物体靠近而定范围内与之靠近时，靠近开关就会发生物体靠近而“动作动作”信号，以不直接接触方式控制运动物体位置。信号，以不直接接触方式控制运动物体位置。靠近开关多为三线制。三线制靠近开关有二根电源线靠近开关多为三线制。三线制靠近开关有二根电源线（通常为（通常为24V24V）和一根输出线。输出有常开、常闭两种）和一根输出线。输出有常开、常闭两种状态。状态。五、热继电器作用是什么？五、热继电器作用是什么？答：热继电器是利用电流热效应原理来切断电路保护电器，答：热继电器是利用电流热效应原理来切断电路保护电器，主要用于电动机或其它负载过载保护。当负载电流超出主要用于电动机或其它负载过载保护。当负载电流超出整定电流值并经过一定时间后，发烧元件所产生热量使整定电流值并经过一定时间后，发烧元件所产生热量使双金属片受热弯曲，带动动触点与静触点分断，切断电双金属片受热弯曲，带动动触点与静触点分断，切断电动机控制回路，使接触器线圈断电释放，从而断开主电动机控制回路，使接触器线圈断电释放，从而断开主电路，实现对电动机过载保护。由此可见，热继电器因为路，实现对电动机过载保护。由此可见，热继电器因为热惯性，当电路短路时不能马上动作使电路马上断开，热惯性，当电路短路时不能马上动作使电路马上断开，所以不能作短路保护。所以不能作短路保护。第14页 六、电气控制线路电路图普通有哪几类？六、电气控制线路电路图普通有哪几类？答：答：电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布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置图和电气安装接线图 1.1.电气原理图电气原理图 电气原理图是表示全部电器元件导电部件和接线电气原理图是表示全部电器元件导电部件和接线端子之间相互关系。端子之间相互关系。2.2.电器元件布置图电器元件布置图 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实际安装位置，为机械电气控制备上和电气控制柜中实际安装位置，为机械电气控制设备制造、安装、维修提供必要资料。设备制造、安装、维修提供必要资料。3.3.电器安装接线图电器安装接线图 电气安装接线图是用要求图形符号，依据原理图，按电气安装接线图是用要求图形符号，依据原理图，按各电器元件相对位置绘制实际接线图，它清楚地表明各电器元件相对位置绘制实际接线图，它清楚地表明了各电器元件相对位置和它们之间电路连接详细信息。了各电器元件相对位置和它们之间电路连接详细信息。第15页 七、三相异步电动机在何种情况下采取直接起动？三相异步电动机在何种情况下采取直接起动？答：答：为了减小起动电流，电动机在起动时应采取适当办为了减小起动电流，电动机在起动时应采取适当办法。三相笼型电动机有直接起动（全电压起动）和间法。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。直接起动是一个简单、接起动（降压起动）两种方式。直接起动是一个简单、可靠、经济起动方式，适合小容量电动机。对于较大可靠、经济起动方式，适合小容量电动机。对于较大容量（大于容量（大于10KW10KW）电动机，因起动电流大（可达额定）电动机，因起动电流大（可达额定电流电流4 47 7倍），普通采取减压起动方式来降低起动电倍），普通采取减压起动方式来降低起动电流。流。第16页第3章 数控装置（CNC）结构一、数控装置是如何构成？答：目前数控装置都是基于微型计算机硬件和软件来实现其功能，它一方面具有一般微型计算机基本结构，其次，必须编写相应系统软件来指挥和协调硬件工作，两者缺一不可。CNC装置软件由管理软件和控制软件两部分组成。二、数控装置硬件有哪几种结构类型？答：数控装置是整个数控系统核心，其硬件结构 1：按CNC装置中各印刷电路板插接方式可以分为大板式结构和功能模块式结构；2：按CNC装置硬件制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；3：按CNC装置中微处理个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。第17页三、什么是数控系统干扰？三、什么是数控系统干扰？答：答：数控系统干扰普通是指那些与信号无关，在信号输数控系统干扰普通是指那些与信号无关，在信号输入、传输和输出过程中出现一些不确定有害电气瞬变现入、传输和输出过程中出现一些不确定有害电气瞬变现象。这些瞬变现象会使数控系统中数据在传输过程中发象。这些瞬变现象会使数控系统中数据在传输过程中发生改变，增大误差，使局部装置或整个系统出现异常情生改变，增大误差，使局部装置或整个系统出现异常情况，引发故障。况，引发故障。四、数控机床有哪些抗干扰办法？四、数控机床有哪些抗干扰办法？答：答：1.1.降低供电线路干扰降低供电线路干扰 数控机床安置要远离中频、高频电气设备；要防止大数控机床安置要远离中频、高频电气设备；要防止大功率起动、停顿频繁设备，电火花设备同数控机床位于功率起动、停顿频繁设备，电火花设备同数控机床位于同一供电干线上，最好是采取独立动力线供电。同一供电干线上，最好是采取独立动力线供电。第18页2.2.降低机床控制中干扰降低机床控制中干扰3.3.屏蔽屏蔽 屏蔽技术利用金属材料制成容器，将需要防护电路屏蔽技术利用金属材料制成容器，将需要防护电路或线路包在其中，能够预防电场或磁场耦合干扰。或线路包在其中，能够预防电场或磁场耦合干扰。4.4.确保确保“接地接地”良好良好 “接地接地”是数控机床安装中一项关键抗干扰技术是数控机床安装中一项关键抗干扰技术办法。电网许多干扰都是经过办法。电网许多干扰都是经过“接地接地”这条路径对这条路径对机床起作用。机床起作用。第19页第第4 4章章 数控机床伺服驱动数控机床伺服驱动一、闭环伺服系统由哪两个环组成？一、闭环伺服系统由哪两个环组成？答：闭环伺服系统普通结构通常有位置环和速度环组成。答：闭环伺服系统普通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单元部件，它由伺服电速度环速度控制单元是一个独立单元部件，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位置控制、位置检测装置及位置反馈组环由数控系统中位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。成。二、试阐述步进电动机基本结构和工作原理二、试阐述步进电动机基本结构和工作原理答：答：步进电动机是一个将电脉冲信号转换为机械角位移步进电动机是一个将电脉冲信号转换为机械角位移机电执行元件。机电执行元件。图图4.2a)4.2a)为三相反应式步进电动机结构图。它是由转子、为三相反应式步进电动机结构图。它是由转子、定子及定子绕组所组成。定子上有六个均布磁极，直径定子及定子绕组所组成。定子上有六个均布磁极，直径方向相正确两个极上线圈串联，组成电动机一相控制绕方向相正确两个极上线圈串联，组成电动机一相控制绕组。下面我们分析步进电动机工作原理：组。下面我们分析步进电动机工作原理：第20页 图图4.2b)4.2b)所表示为反应式步进电动机工作原理示意图。所表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，定子上有其定子、转子是用硅钢片等软磁材料制成，定子上有A A、B B、C C三对磁极，分别绕有三对磁极，分别绕有A A、B B、C C三相绕组。三对磁极三相绕组。三对磁极在空间上相互错开在空间上相互错开120120。转子上有。转子上有4 4个齿，无绕组，它个齿，无绕组，它在定子磁场中被磁化而展现极性。当定子在定子磁场中被磁化而展现极性。当定子A A相绕组通电相绕组通电时，形成以时，形成以A-AA-A为轴线磁场，转子受磁场拉力作用而产为轴线磁场，转子受磁场拉力作用而产生转矩，使转子生转矩，使转子1 1、3 3齿和定子齿和定子AAAA极对齐，如图极对齐，如图4.2b)4.2b)所表示；当所表示；当A A相断电、相断电、B B相绕组通电时，以相绕组通电时，以B-BB-B为轴线磁为轴线磁场使转子场使转子2 2、4 4齿和定子齿和定子B-BB-B极对齐，转子将在空间逆时极对齐，转子将在空间逆时针转过针转过3030角；当角；当B B相断电，相断电，C C相绕组通电时，相绕组通电时，以以C-CC-C为为轴线磁场使转子轴线磁场使转子1 1、3 3齿和定子齿和定子C-CC-C极对齐，转子将在空极对齐，转子将在空间又逆时针转过间又逆时针转过3030角。如此按角。如此按ABCAABCA次序通电，次序通电，转子就会不停地按逆时针方向转动；如按转子就会不停地按逆时针方向转动；如按ACBAACBA次序通电，转子就会不停地按顺时针方向转动。次序通电，转子就会不停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，用转动一步，每步转过角度叫步距角，用 表示。表示。第21页 图图4 42 2反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理第22页 图图4.54.5步进电动机控制驱动电路步进电动机控制驱动电路 三、步进电动机驱动装置由哪两部分组成？三、步进电动机驱动装置由哪两部分组成？答：步进电机运行性能，不但与步进电机本身和负载相答：步进电机运行性能，不但与步进电机本身和负载相关，而且与配套驱动装置有着十分亲密关系。步进电关，而且与配套驱动装置有着十分亲密关系。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，如图两大部分组成，如图4.54.5所表示。其中，步进电动机功所表示。其中，步进电动机功率放大驱动电路完成由弱电到强电转换和放大，也就率放大驱动电路完成由弱电到强电转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需含有一定功率是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需含有一定功率电流信号。电流信号。第23页四、进给伺服装置和主轴伺服装置分别采取什么伺服电四、进给伺服装置和主轴伺服装置分别采取什么伺服电动机？并比较直流与交流伺服电动机优劣。动机？并比较直流与交流伺服电动机优劣。答：主轴伺服装置普通采取交流异步伺服电动机，进给答：主轴伺服装置普通采取交流异步伺服电动机，进给 伺服装置普通采取永磁同时伺服电动机。伺服装置普通采取永磁同时伺服电动机。惯用位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流惯用位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。伺服电机。因为直流伺服电动机存在着一些固有缺点，因为直流伺服电动机存在着一些固有缺点，（比如，（比如，有电刷，限制了转速提升，而且结构复杂，价格贵有电刷，限制了转速提升，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，点，且转子惯量较直流电动机小，使得动态响应好，所以，交流伺服系统得到了快速发展，已经形成时尚。所以，交流伺服系统得到了快速发展，已经形成时尚。从从2020世纪世纪8080年代后期开始，大量使用交流伺服系统，年代后期开始，大量使用交流伺服系统，当前，已基本取代了直流电动机。当前，已基本取代了直流电动机。第24页五、试阐述交流伺服电动机工作原理。并分析如图五、试阐述交流伺服电动机工作原理。并分析如图4.204.20所表示所表示 夹角与负载转矩关系。夹角与负载转矩关系。答：答：如图如图4.204.20所表示，交流伺服电动机转子是一个含所表示，交流伺服电动机转子是一个含有两个极永磁体有两个极永磁体(也能够是多极也能够是多极)。按照电动机学原。按照电动机学原理，当同时型电动机定子三相绕组接通三相交流电理，当同时型电动机定子三相绕组接通三相交流电源时，就会产生旋转磁场源时，就会产生旋转磁场(Ns(Ns，Ss)Ss)以同时转速以同时转速nsns逆逆时针方向旋转。依据两异性磁极相吸原理，定子磁时针方向旋转。依据两异性磁极相吸原理，定子磁极极Ns(Ns(或或Ss)Ss)紧紧吸住转子，以同时转速紧紧吸住转子，以同时转速nsns在空间旋在空间旋转，即转子和定子磁场同时旋转。转，即转子和定子磁场同时旋转。当转子加上负载转矩后，转子磁极轴线将落后定子当转子加上负载转矩后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个磁场轴线一个 夹角。转子负载转矩增大时，定子磁夹角。转子负载转矩增大时，定子磁极轴线与转子磁极轴线间夹角极轴线与转子磁极轴线间夹角 增大；当负载转矩减增大；当负载转矩减小时小时 角减小。角减小。第25页图图4.204.20永磁式同时型电动机工作原理永磁式同时型电动机工作原理 第26页 六、交流同时电动机是怎样进行变频调速？答：由电动机学基本原理可知，交流电动机同时转速为 n0 0 60f1 1/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；从上面公式能够看出：平滑改变定子供电频率f1而使转速平滑改变，这就是变频调速方法。这是交流电动机一个理想调速方法。当前，数控机床主要采取变频调速等先进交流调速技术。第27页 七、七、正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制(SPWM)(SPWM)变频器采取主要理论基础是什变频器采取主要理论基础是什么？并以此阐述正弦波脉宽调制么？并以此阐述正弦波脉宽调制(SPWM)(SPWM)逆变器基本原逆变器基本原理。理。答：在采样控制理论中有一个主要结论，冲量答：在采样控制理论中有一个主要结论，冲量(窄脉冲面积窄脉冲面积)相等而形状不一样窄脉冲加在含有惯性步骤上时，其相等而形状不一样窄脉冲加在含有惯性步骤上时，其效果基本相同。电动机就是一个惯性步骤，该结论是效果基本相同。电动机就是一个惯性步骤，该结论是SPWMSPWM控制主要理论基础。控制主要理论基础。SPWM SPWM逆变器输出是正弦脉宽调制波逆变器输出是正弦脉宽调制波,如图如图4.24b)4.24b)所所表示。其工作原理是若把一个正弦半波分成表示。其工作原理是若把一个正弦半波分成N N等分，然等分，然后把每一等分正弦曲线与横坐标轴所包围面积，都用一后把每一等分正弦曲线与横坐标轴所包围面积，都用一个与此面积相等等高矩形脉冲来代替，这么可得到个与此面积相等等高矩形脉冲来代替，这么可得到N N个个等高而不等宽脉冲序列。依据上述冲量相等效果相同原等高而不等宽脉冲序列。依据上述冲量相等效果相同原理，该矩形脉冲序列与正弦半波是等效。假如对正弦波理，该矩形脉冲序列与正弦半波是等效。假如对正弦波负半周也做一样处理，即可得到对应负半周也做一样处理，即可得到对应2N2N个脉冲，这就是个脉冲，这就是与正弦波等效正弦脉宽调制波，如图与正弦波等效正弦脉宽调制波，如图4.244.24所表示。所表示。经经过对等效正弦脉宽调制波脉冲调制，就相当于调整了输过对等效正弦脉宽调制波脉冲调制，就相当于调整了输出正弦波频率。出正弦波频率。第28页 a)a)正弦波正半波正弦波正半波 b)b)等效等效SPWMSPWM波形波形 图图4.244.24与正弦波等效与正弦波等效SPWMSPWM波形波形第29页 八、当前交流主轴驱动中普通采取什么电动机？主轴定向控制作用是什么？答：当前交流主轴驱动中均采取笼型异步电动机。笼型异步电动机由有三相绕组定子和有笼条转子组成。主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停顿时能控制其停在固定位置，对M06和M19指令有效。其作用以下。在加工中心中进行刀具交换 在精镗孔退刀时，为了防止刀尖划伤已加工表面第30页第第5 5章章 数控机床位置检测装置数控机床位置检测装置 一、数控机床对检测装置基本要求是什么？一、数控机床对检测装置基本要求是什么？1 1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床工作环）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床工作环境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这么恶劣环境下工作稳定，而且受环境温度影响小，够在这么恶劣环境下工作稳定，而且受环境温度影响小，能够抵抗较强电磁干扰。能够抵抗较强电磁干扰。2 2）满足精度和速度要求。为确保数控机床精度）满足精度和速度要求。为确保数控机床精度和效率，检测装置必须含有足够精度和检测速度，位置和效率，检测装置必须含有足够精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床分辨率一个数量级。检测装置分辨率应高于数控机床分辨率一个数量级。3 3）安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应）安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用环境限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调用环境限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调试。尽可能选取价格低廉，性能价格比高检测装置。试。尽可能选取价格低廉，性能价格比高检测装置。数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置精度，所以，位置检测装置是数控机床床位置检测装置精度，所以，位置检测装置是数控机床关键部件之一，它对于提升数控机床加工精度有决定性关键部件之一，它对于提升数控机床加工精度有决定性作用。作用。第31页 二、惯用位置检测装置是怎样进行分类？二、惯用位置检测装置是怎样进行分类？答：依据位置检测装置安装形式和测量方式答：依据位置检测装置安装形式和测量方式,数控机床测数控机床测量方式可按以下几个方式分类：量方式可按以下几个方式分类：1 1绝对式和增量式绝对式和增量式 按检测量测量基准，可分为绝对式按检测量测量基准，可分为绝对式和增量式测量和增量式测量 绝对式位置检测是：每个被测点位置都从一个固定零绝对式位置检测是：每个被测点位置都从一个固定零点算起。点算起。增量式位置检测是：只测位移增量，每检测到位置移增量式位置检测是：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，经过脉冲计数便动一个基本单位时，输出一个脉冲波，经过脉冲计数便可得到位移量。可得到位移量。2.2.直接测量和间接测量直接测量和间接测量 按被测量和所用检测元件位置按被测量和所用检测元件位置关系，可分为直接测量和间接测量。关系，可分为直接测量和间接测量。若位置检测装置所测量对象就是被测量本身，叫做直接若位置检测装置所测量对象就是被测量本身，叫做直接测量。采取安装在电机或丝杠轴端回转型检测元件间接测量。采取安装在电机或丝杠轴端回转型检测元件间接测量机床直线位移检测方法，叫做间接测量。测量机床直线位移检测方法，叫做间接测量。第32页 三、位置检测装置惯用性能指标有哪些？三、位置检测装置惯用性能指标有哪些？答：答：位置检测装置安装在伺服驱动系统中，因为所测量位置检测装置安装在伺服驱动系统中，因为所测量各种物理量是不停改变，所以传感器测量输出必须能准各种物理量是不停改变，所以传感器测量输出必须能准确、快速地跟随并反应这些被测量改变。位置检测装置确、快速地跟随并反应这些被测量改变。位置检测装置主要性能指标包含以下几项内容。主要性能指标包含以下几项内容。1.1.精度精度 符合输出量与输入量之间特定函数关系准确符合输出量与输入量之间特定函数关系准确程度称作精度，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要求。数控机床加工精度，在很大程度上取决实时测量要求。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精度。于数控机床位置检测装置精度。2.2.分辨率分辨率 位置检测装置能检测最小位置改变量称作位置检测装置能检测最小位置改变量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服系统要求。分辨分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服系统要求。分辨率高低，对系统性能和运行平稳性含有很大影响。普通率高低，对系统性能和运行平稳性含有很大影响。普通按机床加工精度按机床加工精度1 13 31 11010选取检测装置分辨率。选取检测装置分辨率。3.3.灵敏度灵敏度 输出信号改变量相对于输入信号改变量比输出信号改变量相对于输入信号改变量比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏度高，而且输出、值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏度高，而且输出、输入关系中各点灵敏度应该是一致。输入关系中各点灵敏度应该是一致。第33页四、试阐述旋转编码器工作原理。四、试阐述旋转编码器工作原理。答：答：旋转编码器是一个旋转式角位移检测装置，在数控旋转编码器是一个旋转式角位移检测装置，在数控机床中得到了广泛使用。旋转编码器通常安装在被测轴机床中得到了广泛使用。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上，随被测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字(脉冲脉冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器，这种测量方信号，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。式没有累积误差。旋转编码器也可用来检测转速。图图5.25.2增量式光电编码器外形结构图增量式光电编码器外形结构图第34页 当光电盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个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明暗改变，使光电缝隙，光电管就会感受到一次光线明暗改变，使光电管电阻值改变，这么就把光线明暗改变转变成电信号管电阻值改变，这么就把光线明暗改变转变成电信号强弱改变，而这个电信号强弱改变近似于正弦波信号，强弱改变，而这个电信号强弱改变近似于正弦波信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。经过计数经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。经过计数器计量脉冲数目，即可测定旋转运动角位移；经过计器计量脉冲数目，即可测定旋转运动角位移；经过计量脉冲频率，即可测定旋转运动转速，测量结果能够量脉冲频率，即可测定旋转运动转速，测量结果能够经过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系统中。经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增量式光电编码器外形结构见图5.25.2。实际应用光。实际应用光电编码器光栏板上有两组条纹电编码器光栏板上有两组条纹A A、A A和和B B、B B，A A组与组与B B组组条纹彼此错开条纹彼此错开1 14 4节距，两组条纹相对应光敏元件所节距，两组条纹相对应光敏元件所产生信号彼此相差产生信号彼此相差9090相位，用于辨向。相位，用于辨向。另外，在光电码盘里圈里还有一条透光条纹另外，在光电码盘里圈里还有一条透光条纹C(C(零标零标 志刻线志刻线)，用以每转产生一个脉冲，该脉冲信号又称零，用以每转产生一个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。标志脉冲，作为测量基准。第35页第第6 6章章 数控机床可编程控制器（数控机床可编程控制器（PLCPLC）一、最初，可编程控制器是用来替换哪些传统电器？一、最初，可编程控制器是用来替换哪些传统电器？当前它普通用来实现数控机床是哪些控制功效？当前它普通用来实现数控机床是哪些控制功效？答：传统继电接触器控制含有结构简单、易于掌握、价答：传统继电接触器控制含有结构简单、易于掌握、价格廉价等优点，在工业生产中应用甚广。不过，这些格廉价等优点，在工业生产中应用甚广。不过，这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功效少，控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功效少，尤其是传统继电器尤其是传统继电器接触器控制采取是固定接线方式，接触器控制采取是固定接线方式，一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路和连线安一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路和连线安装，不利于产品更新换代，当前大都用可编程控制器装，不利于产品更新换代，当前大都用可编程控制器取代。取代。可编程控制器用来实现控制数控机床主轴起停、换可编程控制器用来实现控制数控机床主轴起停、换刀、冷却液开停等辅助控制功效。刀、冷却液开停等辅助控制功效。第36页二、可编程序控制器主要特点有哪些？二、可编程序控制器主要特点有哪些？答：答：1.1.可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 工业生产普通对控制设备可靠性有很高要求：要能够在工业生产普通对控制设备可靠性有很高要求：要能够在恶劣环境中可靠地工作，控制设备应含有很强抗干扰能恶劣环境中可靠地工作，控制设备应含有很强抗干扰能力。力。2.2.控制系统组成简单、通用性强控制系统组成简单、通用性强 PLC PLC是一个存放程序控制器，其输入和输出设备与继电是一个存放程序控制器，其输入和输出设备与继电接触器控制系统类似，但它们可直接连接在接触器控制系统类似，但它们可直接连接在PLCI/OPLCI/O端。端。3.3.编程简单、使用、维护方便编程简单、使用、维护方便 编程简单是编程简单是PLCPLC优于微机另一特点。优于微机另一特点。PLCPLC设计宗旨之一是设计宗旨之一是方便使用，当前大多数方便使用，当前大多数PLCPLC均可采取与实际电路接线图均可采取与实际电路接线图非常靠近梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌非常靠近梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌握，只要含有一定电工和工艺知识人就可在短时间内学握，只要含有一定电工和工艺知识人就可在短时间内学会。会。第37页 4.4.组合方便、功效强、应用范围广组合方便、功效强、应用范围广 当代当代PLCPLC不但含有逻辑运算、定时、计数、步进等功效，不但含有逻辑运算、定时、计数、步进等功效，而且还能完成而且还能完成A/DA/D（模拟量（模拟量/数字量）、数字量）、D/AD/A（数字量（数字量/模拟量）转换，数字运算和数据处理以及通信联网、生模拟量）转换，数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程控制等。产过程控制等。5.5.体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低 PLC PLC采取了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，采取了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约同时功耗也很低，空载功耗约l.2Wl.2W。三、三、PLC PLC程序是用什么方式表示？程序是用什么方式表示？答：答：PLC PLC备有各种编程语言，供用户选取。因为备有各种编程语言，供用户选取。因为PLCPLC是为是为在工业环境中应用而设计，对在工业环境中应用而设计，对PLCPLC编程时能够不考虑其编程时能够不考虑其内部复杂结构，也无须使用计算机编程语言，而把内部复杂结构，也无须使用计算机编程语言，而把PLCPLC内部看作是由许多内部看作是由许多“软继电器软继电器”等逻辑部件组成。利用等逻辑部件组成。利用PLCPLC所提供编程语言，按照用户不一样控制任务和要求所提供编程语言，按照用户不一样控制任务和要求编制不一样应用程序，这就是编制不一样应用程序，这就是PLCPLC应用程序设计。应用程序设计。第38页四、四、PLCPLC中惯用编程语言有哪些？中惯用编程语言有哪些？答：答：1.1.梯形图编程梯形图编程 梯形图是各种梯形图是各种PLCPLC通用一个图形编程语言，在形式上类通用一个图形编程语言，在形式上类似于继电器控制电路。它直观、易懂，是当前应用最多似于继电器控制电路。它直观、易懂，是当前应用最多一个编程语言。一个编程语言。2.2.语句表编程语句表编程 语句表又叫做指令表，在形式上类似于计算机汇编语语句表又叫做指令表，在形式上类似于计算机汇编语言。它是用指令助记符来编程，通常一条指令由步序号、言。它是用指令助记符来编程，通常一条指令由步序号、助记符和元件号三部分组成。助记符和元件号三部分组成。第39页四、S7-200 PLC基本指令举例 二进制逻辑操作说明：下列图中，左边为梯形图编程表示方式，右边