数控机床测量反馈系统.
数控系统的组成及工作原理
数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交、直流主轴电动机、伺 服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进 给变速及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮。轴承和轴类零件数量大为 减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给丝杠。
4、高传动效率和无间隙传动装置
数控机床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进 给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵 敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械装 置主要有3种：滚珠丝杠副、静压蜗杆——蜗母条机构和预加载荷双齿轮－ 齿条。
机床基础部件又叫机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作 台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件 上，或者工作时在它的导轨上运动。
数控机床机械结构的主要特点
1、高刚度和高抗振性
机床刚度时机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。 提高数控机床结构刚度的措施 1）提高机床构件的静刚度和固有频率 改善薄弱环节的结构或布局，以 减少所承受的弯曲载荷和转矩负载。 2）改善机床结构的阻尼特性 3）用新材料和钢板焊接结构 2、减少机床的热变形的影响 3、驱动系统机械结构简化
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。 数控装置每发出一个脉冲，反映到机床坐标轴上的位移量，通常称为脉冲当量
3、效率指标 1）最高主轴转速和最大加速度
2）最大快移速度 4、可靠性指标
1）平均无故障工作时间 2）平均修复时间 3）固有可用度
二、数控机床的功能 1、控制功能
2、插补功能 3、准备功能 4、进给功能
数控机床的工作原理
数控机床加工工件，首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化，用 规定的代码格式编写加工程序，并储存到程序载体，然后用相应的输入装置 将所编的程序指令输入到CNC单元，CNC单元将程序译码、运算之后，向机 床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件， 并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的工件
数控铣床的结构和工作原理
数控铣床的结构和工作原理一、数控铣床的基本组成数控铣床最基本的组成包括I/O装置、数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置、辅助装置、机床本体共六部分。
下面将对这六部分进行具体介绍。
1、I/O装置I/O装置是用于数控加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入/输出。
键盘和显示器是数控设备必备的、最基本的I/O 装置。
作为数控系统的外围设备，台式计算机、便携式计算机是目前常用的I/O装置之一。
2、数控装置数控装置是数控系统的核心，它由I/O接口线路、控制器、运算器和存储器等组成。
数控装置的作用是将输入装置输入的数据通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算和处理后，输出各种信息和指令，用以控制机床的各部分进行规定的动作。
在这些控制信息和指令中，最基本的是经插补运算后生成的坐标轴进给速度、进给方向和进给位移量等指令，并提供给伺服驱动装置，经驱动器放大后，最终控制坐标轴的位移。
这些控制信息和指令直接决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。
3、伺服驱动装置伺服驱动装置通常由伺服放大器（也称驱动器、伺服单元）和执行机构等部分组成。
在数控机床上，一般都采用交流伺服电动机作为执行机构。
目前，在先进的高速加工机床上已经开始使用直线电动机。
另外，20世纪生产的数控机床中也有采用直流伺服电动机的简易数控机床，也有用步进电动机作为执行机构的。
伺服放大器它必须与驱动电动机配套使用。
4、测量反馈装置测量反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，其作用是通过现代化的测量元件（如脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅、磁尺和激光测量仪等），将执行元件或工作台等的实际速度和位移检测出来，反馈给伺服驱动装置或数控装置，补偿进给速度或执行机构的运动误差，以达到提高运动机构精度的目的。
测量装置检测信号反馈的位置，取决于数控系统的结构形式。
伺服内装式脉冲编码器、测速机以及直线光栅等都是较常用的检测部件。
数控机床测量反馈系统
特点
具有高精度、高效率、高可靠性的特 点，能够实现实时监测和反馈，有效 提高加工质量和效率。
系统的重要性
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提高加工精度
通过实时监测和反馈，能 够及时发现和纠正误差， 从而提高加工精度。
提升加工效率
系统能够实现自动化控制 ，减少人工干预，缩短加 工周期，提高加工效率。
保障生产安全
测量反馈系统可以监测机 床的工作状态，及时发现 异常情况，避免设备损坏 和生产事故的发生。
系统的发展历程
初期阶段
早期的数控机床测量反馈系统主要采用机械式测量装置，精度和 可靠性较低。
发展阶段
随着技术的进步，开始采用光电式和电容式测量装置，精度和可靠 性得到提高。
现代阶段
目前，数控机床测量反馈系统已经进入了智能化时代，采用多种传 感器和计算机技术实现高精度、高效率的监测和反馈。
为了充分利用数控机床测 量反馈系统的优势，操作 术的不断发展，操 作人员需要及时了解并掌 握最新的测量反馈技术和 系统升级。
跨部门协作
操作人员需要与生产、工 艺、质量等部门密切协作 ，共同制定加工方案和质 量控制标准。
系统维护与升级成本较高
专业维护团队
多传感器数据融合
通过集成多种传感器，如温度、压力 、振动等，实现多源数据的实时采集 和融合，提高加工过程的监测和控制 精度。
传感器优化配置
根据加工需求和工况特点，优化传感 器的配置和布局，提高数据采集的全 面性和准确性。
人机交互界面更加友好
图形化界面
采用图形化界面设计，提供直观、易用的操 作界面，降低操作难度，提高工作效率。
数控机床的工作原理及应用
数控机床的工作原理及应用
一、数控机床的工作原理
1. 数控机床通过计算机控制,按照加工程序对工件进行自动化加工。
2. 在计算机存储器内预先编制加工程序,并将程序以数字信号的形式输入数控设备。
3. 数控设备将数字信号解码,变换为机床可以执行的位置、速度等控制信号。
4. 这些信号通过执行机构驱动机床的主轴、Fixture等进行自动加工。
5. 在加工程序控制下,机床精确执行各种turning、drilling、milling等动作。
6. 通过程序可以重复加工复杂工件,不需要人工直接操作。
二、数控系统的组成
1. 程序存储器:存储加工程序,如打孔程序、铣槽程序。
2. 程序译码器:将程序转换为机床可执行的控制信号。
3. 驱动器:控制主轴转速、进给速率等。
4. 执行机构:带动主轴、Fixture等机械运动。
5. 反馈系统:监测执行效果,除错。
三、数控机床的应用
1. 高效自动化加工,提高加工精度。
2. 可连续不断地24小时运行,提高产量。
3. 加工复杂工件,实现多轴联动加工。
4. 编写灵活的加工程序,满足多品种和变批量需求。
5. 降低加工成本,广泛应用于航空、航天、汽车等制造业。
6. 一台数控机床可替代多台普通机床,降低设备投资。
综上所述,数控机床通过执行存储的数字化程序实现自动化加工,可连续高效加工复杂工件,大幅提高加工效率和质量,是现代制造业不可缺少的先进设备。
数控技术试题集+答案
填空题1、数控机床坐标系采用的是右手笛卡尔直角坐标系。
2、数控机床坐标系的正方向规定为增大刀刀具与工件距离的方向。
3、数控机床坐标系中Z轴的方向指的是与主轴平行的方向，其正方向是刀具远离工件的方向。
4、数控机床中旋转坐标有 A 轴、B 轴、 C 轴，其正方向的判断是用右手螺旋定则。
5、数控车床中X轴的方向是工件的径向，其正方向是远离工件的方向 .6、数控机床坐标系一般可分为机床坐标系和工件坐标系两大类。
7、数控机床坐标系按坐标值的读法不同可分为绝对坐标系和增量坐标系。
8、在绝对坐标系中所有刀具运动轨迹的坐标值都以坐标原点为计算基准,而增量坐标系中所有运动轨迹的坐标值都相对前一位置进行计算的。
9、数控系统的插补是指根据给定的数学函数，在理想的轨迹和轮廓上的已知点之间进行数据密化处理的过程。
10、大多数数控系统都具有的插补功能有直线插补和圆弧插补。
11、插补的精度是以脉冲当量的数值来衡量的。
12、所谓脉冲当量是指数控装置发出一个脉冲信号机床执行部件的位移量。
13、数控机床插补过程中的四个节拍是: 偏差差别、坐标进给、偏差计算、终点差别。
14、插补过程中终点判别的具体方法有：单向计数、双向计数、分别计数。
15、数控编程是从零件图样到获得数控机床所能识别的数控加工程序的全过程。
16、数控编程的步骤有工艺分析、数值计算、编写程序单、程序输入、程序检验和首件加工。
17、数控机床程序段的格式有固定程序段格式和可变程序段格式。
18、数控机床的编程方法有手动编程和自动编程。
19、以下指令的含义：G00 快速点定位；G01直线插补 ;G02 顺时针圆弧插补；G03 逆时针圆弧插补。
20、准备功能G代码有模态代码和非模态代码两大类.二、判断题1、数控加工程序是由若干程序段组成，而且一般常采用可变程序进行编程.（√）2、只需根据零件图样进行编程，而不必考虑是刀具运动还是工件运动。
（×）3、进给路线的确定一是要考虑加工精度，二是要实现最短的进给路线. （√）4、刀位点是刀具上代表刀具在工件坐标系的一个点,对刀时，应使刀位点与对刀点重合。
第6章 测量反馈系统
第6章测量反馈系统试题库一、填空：116.1.1 检测旋转位移传感器有 、圆光电编码器等。
[旋转变压器]6.1.1 按有无检测反馈装置将机床分为开环控制、半闭环控制、 机床。
[闭环控制]6.1.1闭环控制机床是具有 装置的机床。
[位置检测反馈]6.1.1 半闭环控制机床是具有 装置的机床。
[速度检测反馈]6.1.1位置检测装置按检测位置的不同分为直接检测和间接检测。
直接检测运动部件的实际位移用于 控制。
间接检测运动部件的实际位移用于 控制。
[闭环、半闭环]6.2.1 旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种 。
[小型交流电机]6.2.1 使用 作位置检测装置的半闭环进给系统，一方面用它作实际位移反馈信号，另一方面作测速信号。
[旋转变压器]6.3.1 直线感应同步器由定尺绕组、 绕组组成，两种绕组相位差1/4节距。
[滑尺]6.4.1检测直线位移传感器有 传感器、同步感应传感器等。
[光栅]6.4.1 莫尔条纹具有 、均化误差的作用。
[放大信号]6.5.1脉冲编码器是一种 位置检测元件，按照编码方式，可分为 和 两种。
[光学式、增量式、绝对式]二、单项选择：146.1.1 下列哪种伺服系统的精度最高：（） DA、开环伺服系统B、闭环伺服系统C、半闭环伺服系统D、闭环、半闭环系统6.1.1 下列哪种检测元件，不属于位置检测元件（） AA、测速发电机B、旋转变压器C、编码器D、光栅6.1.1 检测元件在数控机床中的作用是检测移位和速度，发送( )信号，构成闭环控制。
AA、反馈B、数字C、输出D、电流6.1.1闭环位置控制系统的检测元件安装在（）。
DA、运动驱动电机上B、机械传动元件上C、运动执行元件上D、运动执行元件、机床固定元件上6.1.1 闭环控制方式的移位测量元件应采用( )。
AA、长光栅尺B、旋转变压器C、圆光栅D、光电式脉冲编码器6.2.1旋转变压器的结构特点是( ) D6.3.1 下列哪种检测元件检测线位移（） CA、旋转变压器B、光电盘C、感应同步器D、无正确答案6.3.1 感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( )。
数控机床伺服系统的分类
数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。1.按用途和功能分：(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。
1）直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永流伺服电机。其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。2）交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。
(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。
2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。（2）电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。其优点是操作维护方便，可靠性高。其中，
数控机床误差实时补偿技术及应用
数控机床误差实时补偿技术及应用数控机床误差实时补偿技术是一种通过测量和监控机床的误差，然后通过算法和控制系统来实时修正这些误差的技术。
它可以显著提高机床的加工精度和稳定性，使得加工的零件更加精确和一致。
下面将介绍数控机床误差实时补偿技术的原理、方法和应用。
数控机床误差实时补偿技术的原理是基于机床的误差源和误差特点进行建模，并通过控制系统实时调整机床的运动轨迹来补偿这些误差。
机床的误差主要包括几何误差、动态误差和热误差等。
几何误差是由机床结构、加工刀具和工件等因素引起的，例如导轨的尺寸偏差、传动装置的误差等。
动态误差是由机床运动过程中的惯性力、弹性变形等因素引起的，例如加工过程中的振动和共振等。
热误差是由于机床在工作过程中产生的热源，例如主轴的热膨胀和冷却液的温度变化等。
数控机床误差实时补偿技术的方法一般包括两个步骤：误差测量和误差补偿。
误差测量是通过传感器或测量仪器实时检测机床的误差，并将其反馈给控制系统。
常用的测量方法包括激光干涉法、电容法和光栅尺等。
误差补偿是在控制系统中根据误差测量结果进行数学建模和分析，并根据补偿算法调整控制指令，使得机床的运动轨迹达到期望的精度。
数控机床误差实时补偿技术在实际应用中具有广泛的应用领域。
首先，它可以应用于航空航天领域的高精度零件加工。
航空航天零件对精度和质量要求非常高，数控机床误差实时补偿技术可以有效提高加工精度，降低零件的尺寸偏差和表面光洁度，从而提高航空航天产品的性能和可靠性。
其次，它可以应用于汽车制造领域的模具加工。
模具制造对精度和一致性要求较高，数控机床误差实时补偿技术可以有效减少模具的尺寸和形状偏差，提高模具的加工质量和寿命。
此外，它还可以应用于医疗器械制造、光学仪器加工等领域。
总之，数控机床误差实时补偿技术是一种通过测量和监控机床的误差，并通过控制系统实时调整机床运动轨迹的技术。
它可以显著提高机床的加工精度和稳定性，广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域，为实现高精度和高质量的零件加工提供了重要的技术手段。
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鉴相测量系统
其中，脉冲—位变换器的作用是将输入指令脉 冲转换成相位值，其原理框图如图6.7所示。
鉴相测量系统
脉冲加减法器是脉 冲—相位变换器的 关键部分，它完成 向基准脉冲中加入 或抵消脉冲的作用。
鉴相测量系统
图6.8中，基准通道分频器I输出的参考信号作 为相位基准供给励磁供电线路，再由励磁供电 线路分解成两个相位相差90°的方波，经滤波 放大得到正弦及余弦励磁电压供给滑尺的两个 绕组，如图6.9所示。
6.2 旋转变压器
一、旋转变压器的组成及工作原理
E kU A sin kU B cos
旋转变压器
二、相位工作方式
U A u m sin(t 0 ) U B u m cos(t 0 )
相位工作方式
转子绕组上感应电动势为：
E kU A sin kUB cos kum sin(t 0 ) sin kum cos(t 0 ) cos kum cost (0 )
感应同步器的组成及工作原理
感应同步器的u c u m cost
Es kum cost cos Ec kum sin t sin
u d Es Ec kum cost cos sin t sin kum cos(t )
二、 数控机床对检测装置的要求
（1）满足数控机床的精度和速度要求 （2）工作可靠 （3）便于安装和维护
三、数控检测装置的性能指标与要求
（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，数控用传感器要满足 高精度和高速实时测量的要求。 （2）分辨率 分辨率应适应机床精度和伺服系统 的要求。分辨率的提高，对提高系统性能指标、 提高运行平稳性都很重要。高分辨率传感器已 能满足亚微米和角秒级精度设备的要求。 （3）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。
第6章 数控机床测量反馈系统
数控机床测量反馈系统
概述 旋转变压器 感应同步器 光栅测量装置 脉冲编码器
6.1 概述
一、数控机床检测装置的分类
（1）直接测量和间接测量 若位置检测装置测量的对象就是被测量本身，即直线式测量直线 位移，旋转式测量角位移，该测量方式称为直接测量。直接测量 组成位置闭环伺服系统，其测量精度由测量元件和安装精度决定， 不受传动精度的直接影响，但检测装置要和行程等长，这对大型 机床是一个限制。 若位置检测装置测量出的数值通过转换才能得到被测量，如用旋 转式检测装置测量工作台的直线位移，要通过角位移与直线位移 之间的线性转换求出工作台的直线位移。这种测量方式称为间接 测量。间接测量组成位置半闭环伺服系统，其测量精度取决于测 量元件和机床传动链二者的精度。因此，为了提高定位精度，常 常需要对机床的传动误差进行补偿。间接测量的优点是测量方便 可靠，且无长度限制。
x x 2 2
感应同步器的组成及工作原理
（2）幅值工作方式
u s u m sin 0 sin t uc u m cos 0 sin t
Es kum sin 0 cos cost x Ec ku m cos 0 cos( ) cos t ku m cos 0 sin cos t
数控检测装置的性能指标与要求
（4）迟滞 对某一输入量，传感器的正行程的输 出量与反行程的输出量的不一致，称为迟滞。 数控伺服系统的传感器要求迟滞小。 （5）测量范围和量程 传感器的测量范围要满足 系统的要求，并留有余地。 （6）零漂与温漂 传感器的漂移量是其重要性能 标志，它反映了随时间和温度的变化，传感器 测量精度的微小变化。
数控机床检测装置的分类
（2）增量式测量和绝对式测量 增量式测量装置只测量位移增量，即工作台每 移动一个基本长度单位，检测装置便发出一个 检测信号，此信号通常是脉冲形式。增量式检 测装置均有零点标志，作为基准起点。数控机 床采用增量式检测装置时，在每次接通电源后 要回参考点操作，以保证测量位置的正确，大 多数数控机床采用这种测量方式。 绝对式测量是指被测的任一点位置都从一个固 定的零点算起，每一个测点都有一个对应的编 码，常以二进制数据形式表示。
数控机床检测装置的分类
（3）数字式测量和模拟式测量 数字式测量是以量化后的数字形式表示被测量。 得到的测量信号为脉冲形式，以计数后得到的 脉冲个数表示位移量。其特点是便于显示、处 理；测量精度取决于测量单位，与量程基本无 关；抗干扰能力强。 模拟式测量是将被测量用连续的变量来表示， 模拟式测量的信号处理电路较复杂，易受干扰， 数控机床中常用于小量程测量。
旋转变压器
三、幅值工作方式
幅值工作方式
转子绕组上感应电动势为：
kum sin( 0 ) sin t
E kU A sin kU B cos kum cos 0 sin sin t kum sin 0 cos sin t
6.3 感应同步器
一、感应同步器的组成及工作原理
鉴相测量系统
鉴相器的作用是鉴别指令信号与反馈信号相位， 并判断相位差的大小和方向。这里介绍一种使 用异或门和D触发器组成的鉴相器，如图6.10 所示。
鉴相测量系统
感应同步器测量系统
（2）鉴幅测量系统
6.4 光栅测量装置
2
u d Es Ec kum (sin 0 cos cos 0 sin ) cost kum sin( 0 ) cost
感应同步器
二、感应同步器测量系统
（1）鉴相测量系统 感应同步器鉴相测量系统包括脉冲一一相位变 换器、励磁供电线路、测量信号放大器和鉴相 器等。其原理框图如图6.6所示。