开环数控系统驱动与控制的设计 - 副本.doc

开环数控系统驱动与控制的设计课程设计计算书 计 算 项 目设计计算内容及结果 主要结果第一章 数控机床第一节 数控机床的发展历程数控机床的发展是伴随着电子技术、信息的发展，其发展历程经历了硬件数控（NC）阶段和计算机数控（CNC）阶段。 硬件数控（）阶段年，麻省理工学院研制的三坐标联动插补运算采用脉冲乘法器的数控系统为第一代数控机床。年，晶体管以其体积小，性能稳定取代以前的电子管，晶体管数控机床为第二代。年三月，美国。公司发明了带有自动换刀装置和刀库的数控机床，称为加工中心。年，集成电路的出现，大大缩小了电路的体积，并且功耗低，可靠性高，集成电路数控机床为第三代数控机床。 计算机数控（）阶段年，小型计算机取代硬件逻辑控制电路，小型计算机控制的数控机床为第四代数控机床。年前后，美国公司开发和使用了微处理器，微处理器数控机床为第五代数控机床。年后，基于的数控机床为第六代数控机床。第二节数控机床的伺服系统伺服系统是数控机床的重要组成部分。其主要功能是，接受来自数控装置的指令来控制电动机驱动机床的各运动部件，从而准确地控制它们的速度和位置，达到加工出所需工件的外形和尺寸的最终目标。伺服系统由伺服电机、驱动信号控制转换电路、电工电子驱动放大模块、位置调节单元、速度调节单元、电流调节单元、检测装置等组成如图1.1所示图1.1 伺服系统的组成按伺服调节理论，伺服系统可分为开环、闭环和半闭环系统。开环型采用步进电动机驱动，它无检测元件，也无反馈回路，所以控制方式比较简单，但由于精度难以保证、切削力小等原因，仅在要求不高的经济型数控机床上得到广泛应用。而闭环采用直流、交流伺服电动机驱动，它装在各式各样的速度、位置检测元件，并使用不同的反馈元件。半闭环方式是从电动机轴上进行位置检测，因此它能够有效地控制电动机的转速和电动机的轴位移，然后再通过滚珠丝杠之类的传动机构，把它转换成工作台或其他移动部件的直线运动。半闭环方式的优点半闭环环短路、刚性好、间隙小，即机械系统的非线性因素对系统的稳定性影响较小，因此稳定性好，快速性好，动态精确高。缺点是如果机械传动部分误差过大或者是器误差值又不稳定，那么就难以补偿，所以半闭环系统只适于中小型机床。第二章 步进电动机伺服系统第一节 步进电动机及驱动系统步进电动机及驱动系统主要用于数控机床的开环伺服控制。开环伺服控制是指机床运动部件的位移没有检测装置，数控装置发出的信号是单向的。由单片机或微机控制的数控装置发出的指令脉冲信号，经过环形分配器、功率放大器、步进电机、减速齿轮箱、丝杠螺母副转换成工作台的移动。步进电动机是将电脉冲信号转换成角位移的电磁机械。其转子的转角与输入电脉冲数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数成正比。在步进电动机负载能力允许下，这种线性关系不会因负载变化等因素而变化，所以可以在较宽的范围内，通过对脉冲和数量的控制，实现对机械运动速度和位置的控制。步进电动机属于同步进电动机一类的控制电机，电动机的位移量与输入脉冲严格成比例，输入一个脉冲信号，电动机就旋转一个规定的角度（称步矩角），只要控制输入脉冲的数量、频率、各绕组接通电源的次序，就可以得到所控制电动机的转角或位移量、速度以及运动方向。与直流伺服及交流伺服电动机不同，步进电动机在使用时，无需通过位移传感器的反馈信号来控制其运动位置，因此步进电动机特别适用于开环控制的场合。由于控制简单、运动可价格较低，步进电动机被广泛用于各种机电控制装置中。另外，由于对应一个输入脉冲信号，步进电动机就转动一个步矩角，而每种步进电动机的步矩角是一定的，因此步进