数控技术第4章(步进电机)
2019春西南大学《数控技术》[0937]作业题附答案
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1、数控机床的驱动执行部分是（）。
1.数控机床本体2.数控装置3.伺服系统4.控制介质与阅读装置2、刀位点是（）上的点。
1.刀具2.工件3.夹具3、闭环控制系统的位置反馈元件应（）。
1.装在电机轴/传动丝杆上2.装在执行部件上3.装在传动丝杆上4、改变步进电机定子绕组的通电顺序，则（）。
1.步进电机的脉冲当量发生变化2.转子的旋转方向发生变化3.步进电机的步距角发生变化4.步进电机转子转速发生变化5、逐点比较法是用（）来逼近曲线的。
1.折线2.直线3.圆弧和直线6、所谓插补就是根据输入线型和速度的要求（）。
1.实时分配各轴在每个插补周期内的位移量2.计算各轴下一插补周期的位移量3.实时计算刀具相对与工件的合成进给速度7、建立刀具长度正补偿的指令是（）。
1. G432. G443. G498、为确定工件在机床中的位置，要确定（）。
1.机床坐标系2.工件坐标系3.笛卡尔坐标系9、数控机床上交流伺服电机的变频调速常采用（）方式。
1.交-直-交变频调速2.交-交变频调速3.直-交-直变频调速4.直-直变频调速10、步进电动机的转速主要取决于（）。
1.电脉冲的总数2.电流的大小3.电脉冲的频率4.电压的高低多项选择题11、伺服系统是一种以（）为控制对象的自动控制系统。
1.功率2.机械位置或角度3.加速度4.速度12、数控机床适合加工（）。
1.大批量生产的标准件2.结构比较复杂精度要求高的零件3.加工批量小、改型频繁的零件4.多品种小批量生产的零件。
13、对于步进电机的特性，以下说法正确的是（）。
<br< span="" style="box-sizing: border-box;"></br<>1.启动频率(突跳频率)fq是反映步进电机快速性能的重要指标，若启动时的频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动，而造成失步；2.步进电机连续运行的工作频率fmax通常低于步进电机的启动频率fq；3.最大静态转矩Mjmax反应了步进电机的自锁能力；4.步进电机采用单相轮流通电方式与单双相轮流通电方式的步距角相同，采用双相轮流通电方式时步距角可减半。
第4章 点位控制与点位直线控制
进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控 制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信 号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。
• 位置控制：通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速
度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度。一般应 用于定位装置，如数控机床、印刷机械等等。
直流伺服电机的控制
调速方式：本驱动器提供三种调速方式
• 内部电位器调速：逆时针旋转驱动器面板上的电位器，电机 转速减小，顺时针则转速增大。
• 外部输入调速：
– 通过控制单元（如PLC、单片机等）输入模拟电平信号到“AVI” 端实现调速。调节范围0~10V对应0~3000转。
– 端子内也含有简单的RC滤波电路，因此可以接受PWM信号进 行调速控制。
闭环点位控制系统结构（图4-3）
高精度的点位控制系统大多使用测量装置构成闭环控制； 伺服系统的执行部件有直流伺服电机、液动机，双向油缸等。
4.1 点位控制与点位／直线切削控制的一般概念
直流伺服电机的控制
+I
Rf
+
U IE
a
-
Tn
G
Ra
If
Uf
-
直流他励电动机的机械特性
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
c
现代数控技术
第1章 数控系统概述 第2章 数控系统控制信号的构成 第3章 控制信号的输入 第4章 点位控制与点位/直线控制 第5章 连续轮廓控制 第6章 刀具补偿原理 第7章 加减速控制原理
第8章 数控系统的软硬件
现Байду номын сангаас数控技术
第4章 点位控制与点位/直线控制
步进电机控制技术
四、反应式步进电机的特性
动态稳定区：(-π+θse)<θ<(π+θse) a点与OA点之间的夹角θr称为稳定裕度(或裕量角)。裕量
角越大，电动机运行越稳定。
r se
2 Z r (mC 2) mZ r C mC
由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。 电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大，运
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构 和工作原理。
一、步进电机简介及结构
步进电动机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组
定子
转子
一、步进电机简介及结构
A IA
定子 转子
定子的六个磁 极上有控制绕组， 两个相对的磁极组 成一相。
注意：
这里的相和三 相交流电中的“相” 的概念不同。步进 电动机通的是直流 IB B 电脉冲，这主要是 指线圈的联接和组 数的区别。
冲的最高频率，它是步进电动机的一项重要技术指标。它的大小与电机本 身的参数、负载转矩、转动惯量及电源条件等因素有关，它是衡量步进电
动机快速性的重要技术指标。
1)按能起动的最短脉冲间隔时间tf便可决定电动机的起动频率fst，则 fst=1/tf
2)起动频率fst的大小与电动机的步距角θS有关。
3)电动机的最大静转矩Tsm越大，作用于电动机转子上的电磁转矩也越大， 使加速度越大，转子达到动稳定区所需时间也就越短，起动频率fst越高。
二、步进电机工作方式
三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。 工作过程：
A
B' 4 1 2 3 A'
机床数控技术(检测装置、伺服驱动系统)单元习题与答案
一、单项选择题1、编码器在数控机床中的应用有〔〕。
A.位移测量、转速测量与主轴掌握B.主轴掌握、转速测量与回参考点掌握C.位移测量、主轴掌握与回参考点掌握D.位移测量、主轴掌握、转速测量与回参考点掌握正确答案：D2、以下位置检测装置中，属模拟式位置检测装置的是〔〕。
A.旋转变压器B.接触式码盘C.光电编码器D.长光栅正确答案：A3、七位二进制接触式码盘的区分率为〔〕。
A.π/64B.π/256C.π/32D.π/128正确答案：A4、感应同步器滑尺上的正弦绕组和余弦绕组相距〔〕。
A.1/2 个节距B.1/4 个节距C.2 个节距D.1 个节距正确答案：B5、假设光栅尺的线纹密度为50 条/mm，经4 倍频鉴向计数电路处理后，其区分率为〔〕μm。
A.20B.5C.10D.2.5正确答案：B6、以下〔〕不属于通常所述的数控系统三环掌握构造中的伺服环路。
A.加速度环B.位置环C.电流环 D.速度环正确答案：A7、调速性能最好的电机是〔〕。
A.沟通电机B.直流电机C.步进电机D.直线电机正确答案：B8、以下不属于数控机床对主轴伺服系统的要求的是〔〕。
A.主轴与进给轴同步掌握B.角度分度掌握C.轴向定位掌握D.准停掌握正确答案：C9、以下方法能够实现他励直流伺服电机的调速，但是不经济且低速特性较软的是〔〕方式。
A.调整电枢电压UaB.调整电枢回路总电阻RaC.调整励磁磁通ΦD.调整转子线圈的相数正确答案：B10、在步进电机功率放大电路中，承受“高压建流、低压定流”工作方式的驱动电路是〔〕。
A.细分驱动电路B.调频调压电路C.凹凸电压驱动电路D.恒流斩波电路正确答案：C11、步进电动机的转速主要取决于〔〕。
A.电脉冲的总数B.电流的大小C.电脉冲的频率D.电压的凹凸正确答案：C12、设步进电机通电频率为1000Hz，步距角为0.1°，步进电机经过减速比为10 的齿轮减速后，通过螺距为3mm 的丝杠螺母副驱开工作台实现Z 向进给运动，则工件台的Z 方向的移动速度是〔〕m/min。
数控技术和应用作业指导书
数控技术和应用作业指导书第1章数控技术概述 (3)1.1 数控技术基本概念 (3)1.2 数控系统的组成与分类 (3)1.3 数控技术的发展与应用 (3)第2章数控编程基础 (4)2.1 数控编程的基本概念 (4)2.2 数控编程的方法与步骤 (4)2.3 数控编程的坐标系与指令 (5)第3章数控机床结构与原理 (5)3.1 数控机床的组成与分类 (5)3.1.1 按照控制轴数分类 (5)3.1.2 按照加工方式分类 (6)3.2 数控机床的机械结构 (6)3.2.1 床身 (6)3.2.2 立柱 (6)3.2.3 横梁 (6)3.2.4 滑板 (6)3.2.5 刀架 (6)3.2.6 工作台 (6)3.3 数控机床的电气系统 (6)3.3.1 电源系统 (7)3.3.2 数控系统 (7)3.3.3 驱动系统 (7)3.3.4 反馈系统 (7)3.3.5 保护系统 (7)第4章数控机床的进给系统 (7)4.1 进给系统的组成与分类 (7)4.2 伺服电动机及其控制 (7)4.3 进给系统的传动与调整 (8)第5章数控机床的主轴系统 (8)5.1 主轴系统的组成与分类 (8)5.2 主轴电动机及其控制 (9)5.3 主轴系统的调速与制动 (9)第6章数控机床的数控系统 (9)6.1 数控系统的组成与功能 (9)6.1.1 输入输出设备 (9)6.1.2 处理单元（CPU） (10)6.1.3 存储器 (10)6.1.4 位置控制单元 (10)6.1.5 伺服驱动单元 (10)6.1.6 可编程逻辑控制器（PLC） (10)6.1.7 功能概述 (10)6.2 数控系统的硬件结构 (10)6.2.1 处理单元（CPU） (10)6.2.2 存储器 (10)6.2.3 位置控制单元 (10)6.2.4 伺服驱动单元 (10)6.2.5 输入输出接口 (11)6.2.6 可编程逻辑控制器（PLC） (11)6.3 数控系统的软件结构 (11)6.3.1 系统软件 (11)6.3.2 应用软件 (11)6.3.3 驱动软件 (11)6.3.4 中间件 (11)6.3.5 数据库 (11)6.3.6 用户界面 (11)第7章数控机床的故障诊断与维修 (11)7.1 数控机床故障诊断方法 (11)7.1.1 望诊法 (11)7.1.2 听诊法 (12)7.1.3 问诊法 (12)7.1.4 检测法 (12)7.2 数控机床的维修流程与技巧 (12)7.2.1 维修流程 (12)7.2.2 维修技巧 (12)7.3 常见数控机床故障案例分析 (13)第8章数控加工工艺 (13)8.1 数控加工工艺的基本概念 (13)8.2 数控加工工艺的制定与优化 (13)8.3 数控加工工艺参数的确定 (14)第9章数控加工编程实例 (14)9.1 车削加工编程实例 (14)9.1.1 零件分析 (14)9.1.2 编程步骤 (14)9.1.3 加工程序 (14)9.2 铣削加工编程实例 (15)9.2.1 零件分析 (15)9.2.2 编程步骤 (15)9.2.3 加工程序 (15)9.3 钻削加工编程实例 (16)9.3.1 零件分析 (16)9.3.2 编程步骤 (16)9.3.3 加工程序 (16)第10章数控技术在现代制造业的应用 (17)10.1 数控技术在汽车制造业的应用 (17)10.2 数控技术在航空航天制造业的应用 (17)10.3 数控技术在模具制造业的应用 (18)10.4 数控技术在精密加工领域的应用 (18)第1章数控技术概述1.1 数控技术基本概念数控技术，即数字控制技术，是一种采用数字信息对机械运动进行控制的技术。
《数控技术》课后答案
第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。
数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。
开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。
驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。
闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。
位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。
3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。
3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。
数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。
开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。
开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。
半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。
这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。
闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。
闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。
3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。
从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。
按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。
按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。
在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。
数控技术知识点总结及考试练习资料
数控技术一、判断题(正确的画√，错误的画×,每题1分共10分）二、填空题（每空1分,共20分）三、选择题(10分，每小题1分）四、简答题（每题6分共30分）五、五、解释如下指令或名词含义（10X1分）六、六、编程题（10分）七、论述题（10分）第一章1．数字控制：是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。
数控技术采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术.它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
数控系统实现数字控制的装置。
它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。
CNC系统的核心是CNC装置。
2．数控机床的优势：3．数控技术的发展趋势：4．数控机床的组成5．数控机床的分类：一、按控制功能分类（点位控制数控系统；直线控制数控系统；轮廓控制数控系统）二、按工艺用途分类(金属切削类数控机床；金属形成类数控机床；特种加工数控机床;其它类型机床：如火焰切割数控机床、数控测量机、机器人等。
）三、按伺服驱动的方式分类（开环控制；半闭环控制；全闭环控制)NC,CNC,CAD、CAM、CAPP、FMC，FMS，CIMS的中文含义.第二章1．数控编程的方法常用的编程方法有手工编程、自动编程。
2．数控机床的机床坐标系和工件坐标系的概念，各坐标轴及其方向的规定.1）机床坐标系是机床上固定的坐标系。
工件坐标系是固定于工件上的笛卡尔坐标系。
2)①Z轴：规定与机床主轴线平行的坐标轴为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴的正向。
②X轴：对大部分铣床来讲，X轴为最长的运动轴，它垂直于轴，平行于工件装夹表面。
+X的方向位于操作者观看工作台时的右方。
③Y轴：对大部分铣床来讲，Y轴为较短的运动轴，它垂直于轴.在Z、X轴确定后，通过右手定则可以确定Y轴.④回转轴：绕X轴回转的坐标轴为A轴；绕Y轴回转的坐标轴为B轴；绕Z轴回转的坐标轴为C轴；方向的确定采用右手螺旋原则，大拇指所指的方向是+X、+Y或+Z的方向。
《数控技术》习题库
A、进给伺服系统；B、主轴伺服系统；C、液压伺服系统；D、数字伺服系统；
3、数控折弯机床按用途分是一种_____数控机床。
A、金属切削类；B、金属成型类；C、电加工;D、特殊加工类；
4、只有装备了________的数控机床才能完成曲面的加工。
A、点位控制；B、直线控制；C、轮廓控制；D、B—SURFACE控制
20.G00在指令机床运动时_________。
A、允许加工B、不允许加工C、由用户事先规定
21.G00指令实现的是_________。
A、点位控制功能B、直线控制功能C、轮廓控制功能
22.G01指令在控制数控机床运动时，其运动速度由_________。
A、F指令指定B、S指令指定C、NC系统预先设定的参数确定
A、m/min B、mm/min C、r/min
8.主轴转速指令S后的数字的单位为_________。
A、r/s B、mm/min C、r/min
9.在ISO标准中,各坐标轴的正方向是指_________。
A、刀具运动的方向
B、刀具相对与工件的运动方向
C、工件相对于刀具的运动方向
10.ISO标准规定，Z坐标为_________。
12.数控铣床在加工过程，NC系统所控制的总是。
A、零件轮廓的轨迹B、刀具中心的轨迹C、工件运动的轨迹
13.在采用刀具半径补偿功能加工零件的外轮廓，应采用.
A、左刀补B、右刀补C、根据走刀方向确定刀补方向
三、简答题：
1、试用框图说明CNC系统的组成原理，并解释各部分的作用.
2、从CNC装置中含CPU的多少以及CPU的作用来看，CNC装置分为几类？试简述每一个的特征
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三相三拍通电方式，步距角为
360 /(mzk) 360 /(3 401) 3
三相六拍通电方式，步距角为
360 /(mzk) 360 /(3 40 2) 1.5
1
4.3 进给电机及驱动
例：步进电机转子有40个齿，采用五相十拍通电方式，步进电机直 接经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，滚珠丝杠导程为6mm 求：（1）步进电机的步距角；（2）工作台的脉冲当量。
4.3 进给电机及驱动
步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定 的角度，即步距角；
改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；
步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快， 即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；
步进电动机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关， 可用下式表示：
360o 360 步距角: 0.9 mzk 5 40 2
一个进给脉冲，使步进电机旋转一个步距角α， 工作台走多少位移δ？（脉冲当量）
360 p 6 0.9 0.015mm P 360 360
2
例：步进电机转子有40个齿，采用五相十拍通电方式，步进电机通 过减速器减速后带动丝杠螺母，从而驱动工作台做直线运动，减速 器传动比i=0.5，滚珠丝杠导程为6mm求：（1）步进电机的步距角； （2）工作台的脉冲当量。
360o 360 步距角: 0.9 mzk 5 40 2
一个进给脉冲，使步进电机旋转一个步距角α， 丝杆的转角θ是多少？工作台走多少位移δ？（脉 冲当量）
n丝杆 丝杆 传动比 : i i 0.5 0.9 0.45 n电机 电机
360o 步距角 : mzk
三相三拍时，k=1；三相六拍时，k=2
m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2
0
Байду номын сангаас
常见的三相步进电机，每个定子极上均布5个齿，齿槽距相等，齿间 夹角9°。定子上均布40个齿，齿槽距相等，齿间夹角9°。 三相定子磁极和转子上相应的齿依次错开了1/3齿距，即3°。当A相 磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前（或滞 后）转子齿1/3齿距角，C相磁极齿超前（或滞后）转子齿2/3齿距角。
360 p 6 0.45 0.0075mm P 360 360
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