数控机床是数字掌控组织工作母机的概称，是集当代精密机械设计与制造技术、排序机技术、通讯技术、手动掌控技术、检验技术、电力电子与B480A子技术、电机与新材料技术、液压与气动技术、光电技术等最新成就而构成的机电一体化的高级众所周知产品，作为加工制造业的组织工作母机，同时是兼备高精度、高场效应、高效率、高智能化特点于一身的当代设备。

　　数控机床是国防军工、国民经济中的关键基础装备，它的应用应用领域遍及社会经济的各个应用领域，是机械、电子、汽车、石化、建筑等职能部门的支柱产业产业发展，也是能源、交通、材料、通讯等基础产业产业发展当代关键工具。

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　　机床

　　因而，各国都给予极大的重视，我省也毫不例外，历年都采取一系列措施，支持数控机床产业产业发展的产业发展。但由于种种原因，我省的技术水平产业发展还赶不上技术先进的发达国家。特别是数控机床是一个非常复杂的机电一体化掌控技术，涉及到许多技术应用领域，短期内极难由少数几个职能部门或单位完成如此艰巨的组织工作各项任务。

目前，转换器掌控掌控技术不但在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用应用领域，而且在许多高科技应用领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公智能化设备、卫星姿态掌控、雷达和各种军用武器电控掌控技术、场效应制造掌控技术以及智能化生产线等应用领域中的应用应用领域也迅速产业发展。

　　转换器掌控技术是手动掌控掌控技术的关键组成部分，它的性能优劣直接下定决心与负面影响着手动掌控掌控技术的快速性、灵活性和精确性，机、电、液的组合成为目前工业智能化的主要技术基础。

　　转换器掌控掌控技术用来精确地跟随或Cadours某个过程的意见反馈掌控掌控技术。在很多情况下，转换器掌控技术专指被掌控量（掌控技术的输入量）是机械偏转或偏转速度、加速度的意见反馈掌控掌控技术，其作用是使输入的机械偏转（或转角处）准确地跟踪输入的偏转（或转角处）。

转换器掌控技术的结构组成和其他形式的意见反馈掌控掌控技术没有原则上的区别。转换器掌控技术的主要各项任务是按照掌控命令明确要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动器输入的转矩、速度及边线都能灵活方便的掌控。

　　1、数控机床掌控方案设计

　　1.1加工精度

　　精度是机床要确保的一项性能分项。边线转换器掌控掌控技术的边线精度在很大程度上下定决心了数控机床的加工精度。因而边线精度是一个极为关键的分项。为了确保有足够的边线精度，一方面是正确优先选择掌控技术中亚胺放大次方的大小，另一方面是对边线检验组件提出精度的明确要求。

　　因为在闭环掌控掌控技术中，对于检验组件这类的数值和被检验量的偏差是极难区分出来的，意见反馈检验组件的精度对掌控技术的精度常常起着下定决心性的作用。可以说，数控机床的加工精度主要由检验掌控技术的精度下定决心。

偏转检验掌控技术能够量测的最小偏转量称做解析度。解析度不但依赖于检验组件这类，也依赖于量测线路。在设计数控机床、尤其是高精度或大中型数控机床时，要精心选用检验组件。

　　所优先选择的量测掌控技术的解析度或脉冲当量，一般明确要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的掌控掌控技术要有高精度的检验组件作为确保。比如，数控机床中常用的直线感应同步器的精度已仅约±0.0001mm，即0.1μm，精确度为0.05μm，多次重复精度0.2μm；而圆形感应同步器的精度仅约0.5N，精确度0.05N，多次重复精度0.1N。

　　1.2亚胺掌控放大次方

　　在众所周知的四阶掌控技术中，减震系数x=1/2(KT)-½，速度平衡态数值e(∞)＝1/K，其中K为亚胺放大次方，工程上多称作亚胺阻抗。显然，掌控技术的亚胺放大次方是负面影响转换器掌控技术的静态、动态分项的关键参数之一。

一般情况下，数控机床转换器机构的放大次方取作20～30(1/S)。通常把K20的掌控技术称为高放大次方或硬转换器掌控技术，应用应用领域于轮廓加工掌控技术。

　　假若为了不负面影响加工零件的表层温度梯度和精度，期望正弦响应不产生振荡，即明确要求是值域大许多，亚胺放大次方K就小许多；若从掌控技术的快速性出发，期望x优先选择小许多，即期望亚胺放大次方～增加些，同时K值的增大对掌控技术的平衡态精度也能有所提高。因而，对K值的选取是必需综合考虑的问题。换句话说，并非掌控技术的放大次方愈高愈难。

当输入速度突变时，高放大次方可能导致输入剧烈的变动，机械器要受到较大的冲击，有的还可能引起掌控技术的灵活性问题。这是因为在高阶掌控技术中掌控技术灵活性对K值有值域范围的明确要求。低放大次方掌控技术也有一定的优点，比如掌控技术调整比较容易，结构简单，对扰动不敏感，加工的表层温度梯度好。

　　1.3掌控掌控技术可靠性

　　数控机床是一种高精度、高效率的智能化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为关键。可靠度是评价可靠性的主要定量分项之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。

　　对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、组织工作条件及组织工作方式等，比如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，比如数控机床的各种机能，转换器性能等。

平均故障(失效)间隔时间(MTBF)是指发生故障经修理或更换零件还能继续组织工作的可修复设备或掌控技术，从一次故障到下一次故障的平均时间，数控机床常用它作为可靠性的定量分项。

　　由于数控器采用微机后，其可靠性大大提高，所以转换器掌控技术的可靠性就相对突出。它的故障主要来自转换器组件及机械传动部分。通常液压转换器掌控技术的可靠性比电气转换器掌控技术差，电磁阀、继电器等电磁组件的可靠性较差，应尽量用无接触点组件代替。

　　目前数控机床因受组件质量、工艺条件及费用等限制，其可靠性还不很高。为了使数控机床能得到工厂的欢迎，要进一步提高其可靠性，从而提高其使用价值。在设计转换器掌控技术时，要按设计的技术明确要求和可靠性优先选择元器件，并按严格的测试检验进行筛选，在机械互锁器等方面，要给予密切注意，尽量减少因机械部件引起的故障。

　　1.4调速范围

在数控机床的加工中，转换器掌控技术为了同时满足高速快移和单步点动，明确要求进给驱动具有足够宽的调速范围。

　　单步点动作为一种辅助组织工作方式常常在组织工作台的调整中使用。转换器掌控技术在低速情况下实现平稳进给，则明确要求速度要大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使掌控技术在很小的输入下，电机克服不了这摩擦力而不能转动。此外，还由于存在机械间隙，电机虽然转动，但拖板并不移动，这些现象也可用“死区”来表达。

设死区范围为a，则最低速度Vmin，应满足Vmin≥a，由于a≤dK，d为脉冲当量(mm/脉冲)；K为亚胺放大次方，则：Vmin≥dK若取d=0.01mm/脉冲，K=30×1/S，则最低速度Vmin≥a=30×0.01mm/min=18mm/min转换器掌控技术最高速度的优先选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工明确要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动明确要求也就更高。此外，从掌控技术掌控角度看也有一个检验与意见反馈的问题，尤其是在排序机掌控掌控技术中，要考虑软件处理的时间是否足够。

　　由于fmax=fmax/d式中：fmax为最高速度的脉冲频率，kHz；vmax为最高进给速度，mm/min；d为脉冲当量，mm。又设D为调速范围，D=vmax/vmin，得

fmax=Dvmin/d=DKd/d=DK则为最小的间隔时间tmin，即tmin=1/DK。显然，掌控技术要在tmin内通过硬件或软件完成边线检验与掌控的操作。对最高速度而言，vmax的值域是受到tmin的约束。

　　一个较好的转换器掌控技术，调速范围D往往仅约到800～1000。当今最先进的水平是在脉冲当量d=1μm的条件下，进给速度从0～240m/min范围内连续可调。

　　2、数控机床硬件设计

　　2.1运动掌控卡

运动掌控卡是一种上位掌控单元，可以掌控转换器电机，是基于PC总线，利用高性能微处理器（如DSP）及大规模可编程器件实现多个转换器电机的多轴协调掌控的一种高性能的步进/转换器电机运动掌控卡包括脉冲输入、脉冲计数、数字输入、数字输入、D/A输入等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来掌控电机的速度，改变发出脉冲的数量来掌控电机的边线，它的脉冲输入模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。

　　脉冲计数可用于编码器的边线意见反馈，提供机器准确的边线，纠正传动过程中产生的数值。数字输入/输入点可用于语限位、原点开关等。产品广泛应用应用领域于工业智能化掌控应用领域中需要精确定位、定长的边线掌控掌控技术和基于PC的NC掌控掌控技术。具体就是将实现运动掌控的底层软件和硬件集成在一起，使其具有转换器电机掌控所需的各种速度、边线掌控功能。这些功能能通过排序机方便地调用。

　　运动掌控卡不但要发送脉冲给电机驱动器，同时接受转换器电机编码器意见反馈的脉冲数，还接受光栅尺意见反馈信号，进而掌控转换器电机的转速。转换器驱动器既要与运动掌控卡有数据线连接，其这类还要连接插座电源。

如果你的运动掌控卡时比较好的卡，转换器刷新率可以达到明确要求，可以把编码器意见反馈直接接到运动掌控卡，形成一个整体的闭环。若对对精度有很高的明确要求可以用双闭环，运动掌控卡就是根据明确要求x-y平台运行的边线，掌控电机运动到准确的边线。

　　2.2PC总线

　　现有的放开式数控掌控技术实现方案主要采用PC机和数控掌控技术结合的方法，PC机作为上位机实现较为复杂的网络通信，人机交互等功能，数控掌控技术作为下位机将上位机输入的运行参数经过处理交给执行部件执行，同时将检验掌控技术的意见反馈信息上传给上位机实现实时监控，各个模块之间协调组织工作互不干扰，给掌控技术升级带来了方便。

放开式掌控技术动态掌控器的核心是DSP，它具有运算速度快，支持复杂运动算法的特点，可以满足高精度运动掌控的明确要求，因而，以DSP为核心的多轴动态掌控卡越来越广泛地应用应用领域在运动掌控掌控技术中，将多轴动态掌控卡插在PC机扩展槽上，就可以组成高精度运动掌控掌控技术，边线意见反馈信号的采集、闭环掌控排序及掌控量的输入均由动态掌控卡完成，极大的提高了运算速度和掌控响应速度，将工控机的资源从烦琐的数据采集和排序中解决出来，从而可以更好的实施整个掌控掌控技术的管理。

　　2.3驱动器

　　转换器驱动器是用来掌控转换器电机的一种掌控器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达。目前主流的转换器驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为掌控核心，可以实现比较复杂的掌控算法，事项数字化、网络化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检验保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。

　　经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流转换器电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

转换器驱动器一般可以采用边线、速度和力矩三种掌控方式，主要应用应用领域于高精度的定位掌控技术，目前是传动技术的高端。编码器（encoder）是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

　　驱动器是一个驱动放大组件，只是把上位机（如运动掌控卡）发来的许多信号进行放大，以致使电机可以运转起来。MAC系列运动掌控卡是基于总线的电机运动掌控卡。

　　采用专用掌控芯片为核心器件，输入输入信号均为光电隔离，可与各种类型的步进电机驱动器连接，驱动步进电机，构成高精度边线掌控掌控技术或调速掌控技术。

　　可与PC机构成主从式掌控结构：PC机负责人机界面的管理和其它管理组织工作；而掌控卡负责运动掌控方面的所有细节。用户通过我们提供的动态链接库可方便快速的开发出自己需要的运动掌控功能。

　　3、转换器掌控掌控技术设计

机电一体化的转换器掌控掌控技术的结构,类型繁多,但从手动掌控理论的角度来分析,转换器掌控掌控技术一般包括掌控器,被控对象,执行环节,检验环节,比较环节等五部分。

　　3.1比较环节

　　比较环节是将输入的指令信号与掌控技术的意见反馈信号进行比较,以获得输入与输入间的偏差信号的环节,通常由专门的电路或排序机来实现。

　　3.2掌控器

　　掌控器通常是排序机或PID掌控电路,其主要各项任务是对比较组件输入的偏差信号进行变换处理,以掌控执行组件按明确要求动作。

　　3.3执行环节

　　执行环节的作用是按掌控信号的明确要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能,驱动被控对象组织工作。机电一体化掌控技术中的执行组件一般指各种电机或液压,气动转换器机构等。

　　3.4被控对象

　　机械参数量包括偏转，速度，加速度，力，和力矩为被控对象。

　　3.5检验环节

检验环节是指能够对输入进行量测并转换成比较环节所需要的量纲的器,一般包括传感器和转换电路。

　　( 文章来源：互联网 )

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