数控机床电气控制

数控机床电气控制数控机床电气控制 课程习题分析与详解 三 课程习题分析与详解 三 1 简述伺服系统的组成 简述伺服系统的组成 2 步进电动机的转速和转向是如何控制的 步进电动机的转速和转向是如何控制的 3 步进电机驱动的环形脉冲分配器有何作用 它有 步进电机驱动的环形脉冲分配器有何作用 它有 哪些实现方式 哪些实现方式 4 简述直流伺服电动机的工作原理及其换向装置的 简述直流伺服电动机的工作原理及其换向装置的 作用 作用 5 变频器分为哪两大类 各有什么特点 变频器分为哪两大类 各有什么特点 6 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制 SPWM 变频器有什么特点 简变频器有什么特点 简 述其工作原理 述其工作原理 7 何谓主轴定向控制 简述其作用 何谓主轴定向控制 简述其作用 8 为什么数控机床主轴要进行分段无级变速控制 为什么数控机床主轴要进行分段无级变速控制 9 位置检测装置在数控机床控制中的主要作用是什 位置检测装置在数控机床控制中的主要作用是什 么么 10 何谓绝对式测量和增量式测量 间接测量和直 何谓绝对式测量和增量式测量 间接测量和直 接测量接测量 1 简述伺服系统的组成 简述伺服系统的组成 答 数控机床伺服系统一般由位置检测装置 位置控答 数控机床伺服系统一般由位置检测装置 位置控 制 伺服驱动装置 伺服电动机及机床进给传动链组制 伺服驱动装置 伺服电动机及机床进给传动链组 成 成 2 步进电动机的转速和转向是如何控制的 步进电动机的转速和转向是如何控制的 答 步进电动机受脉冲的控制 其转子的角位移量和答 步进电动机受脉冲的控制 其转子的角位移量和 转速严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比 改转速严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比 改 变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向 改变通电变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向 改变通电 频率可改变电动机的转速 频率可改变电动机的转速 3 步进电机驱动的环形脉冲分配器有何作用 它有 步进电机驱动的环形脉冲分配器有何作用 它有 哪些实现方式 哪些实现方式 答 环形脉冲分配器是用于控制步进电动机的通电方答 环形脉冲分配器是用于控制步进电动机的通电方 式的 其作用是将式的 其作用是将 CNC 装置送来的一系列指令脉冲装置送来的一系列指令脉冲 按照一定的循环规律依次分配给电动机的各相绕组 按照一定的循环规律依次分配给电动机的各相绕组 控制各相绕组的通电和断电 环形脉冲分配可采用硬控制各相绕组的通电和断电 环形脉冲分配可采用硬 件和软件两种方法实现 件和软件两种方法实现 4 简述直流伺服电动机的工作原理及其换向装置的 简述直流伺服电动机的工作原理及其换向装置的 作用 作用 答 直流电动机工作原理是建立在电磁力和电磁感应答 直流电动机工作原理是建立在电磁力和电磁感应 基础上的 是由于带电导体在磁场中受到电磁力的作基础上的 是由于带电导体在磁场中受到电磁力的作 用 如图题用 如图题 4 所示直流电动机模型 它包括三个部分 所示直流电动机模型 它包括三个部分 固定的磁极 电枢 换向片与电刷 当将直流电压加固定的磁极 电枢 换向片与电刷 当将直流电压加 到到 A B 两电刷之间 电流从两电刷之间 电流从 A 刷流人 从刷流人 从 B 刷流刷流 出 载流导体出 载流导体 ab 在磁场中受的作用力在磁场中受的作用力 F 按左手定则按左手定则 指向逆时针方向 同理 载流导体指向逆时针方向 同理 载流导体 cd 受到的作用力受到的作用力 也是逆时针方向的 因此 转子在电磁转矩的作用下也是逆时针方向的 因此 转子在电磁转矩的作用下 逆时针方向旋转起来 当电枢恰好转过逆时针方向旋转起来 当电枢恰好转过 90 时 电枢时 电枢 线圈处于中性面线圈处于中性面 此时线圈不切割磁力线此时线圈不切割磁力线 电磁转矩 电磁转矩 为零 但由于惯性的作用 电枢将继续转动 当电刷为零 但由于惯性的作用 电枢将继续转动 当电刷 与换向片再次接触时 导体与换向片再次接触时 导体 ab 和和 cd 交换了位置 因交换了位置 因 此 导体此 导体 ab 和和 cd 中的电流方向改变了 这就保证了中的电流方向改变了 这就保证了 电枢可以连续转动 电枢可以连续转动 从上面分析可知 要电磁转矩方向不变 导体从从上面分析可知 要电磁转矩方向不变 导体从 N 极转到极转到 S 极时 导体中的电流方向必须相应地改变 极时 导体中的电流方向必须相应地改变 换向片与电刷即实现这一任务的机械式换向片与电刷即实现这一任务的机械式 换向装置换向装置 图题图题 4 直流电动机模型直流电动机模型 5 变频器分为哪两大类 各有什么特点 变频器分为哪两大类 各有什么特点 答 变频器有交一交变频器 交一直一交变频器两大答 变频器有交一交变频器 交一直一交变频器两大 类 如图类 如图 4 23 所示 交一交变频器没有明显的中间所示 交一交变频器没有明显的中间 滤波环节 电网提供的交流电被直接变成可调频率与滤波环节 电网提供的交流电被直接变成可调频率与 电压的交流电 又称直接变频器 交一直一交变频器电压的交流电 又称直接变频器 交一直一交变频器 是先把电网提供的交流电转换为直流电 经中间滤波是先把电网提供的交流电转换为直流电 经中间滤波 后 再进行逆变 而转变为变频变压的交流电 故称后 再进行逆变 而转变为变频变压的交流电 故称 为间接变频器 直接变频器只需进行一次能量的变换 为间接变频器 直接变频器只需进行一次能量的变换 所以变换的效率高 工作可靠 但频率的变化范围有所以变换的效率高 工作可靠 但频率的变化范围有 限 多用于低频大容量的调速 间接变频器需进行两限 多用于低频大容量的调速 间接变频器需进行两 次电能的变换 所以变换效率低 但频率变换范围大 次电能的变换 所以变换效率低 但频率变换范围大 目前一般采用间接变频器 目前一般采用间接变频器 a 交一交变频器交一交变频器 b 交一直一交变频器交一直一交变频器 图题图题 5 两种类型的变频器两种类型的变频器 6 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制 SPWM 变频器有什么特点 简述变频器有什么特点 简述 其工作原理 其工作原理 答 正弦波脉宽调制答 正弦波脉宽调制 SPWM 变频器结构简单 电网变频器结构简单 电网 功率因数接近于功率因数接近于 1 且不受逆变器负载大小的影响 且不受逆变器负载大小的影响 系统动态响应快 输出波形好 使电机可在近似于正系统动态响应快 输出波形好 使电机可在近似于正 弦波的交变电压下运行 脉动转矩小 扩展了调速范弦波的交变电压下运行 脉动转矩小 扩展了调速范 围 提高了调速性能 因此 在数控机床的交流驱动围 提高了调速性能 因此 在数控机床的交流驱动 中广泛使用 中广泛使用 基本工作原理是先将基本工作原理是先将 50Hz 交流电经整流变压器变压交流电经整流变压器变压 得到所需电压 经二极管不可控整流和电容滤波 形得到所需电压 经二极管不可控整流和电容滤波 形 成恒定直流电压 而后送入由大功率晶体管构成的逆成恒定直流电压 而后送入由大功率晶体管构成的逆 变器主电路 输出三相电压和频率均可调整的等效于变器主电路 输出三相电压和频率均可调整的等效于 正弦波的脉宽调制波正弦波的脉宽调制波 SPWM 波波 即可拖动三相电机 即可拖动三相电机 运转 运转 7 何谓主轴定向控制 简述其作用 何谓主轴定向控制 简述其作用 答 主轴定向控制又称主轴准停控制 即当主轴停止答 主轴定向控制又称主轴准停控制 即当主轴停止 时能控制其停在固定位置 时能控制其停在固定位置 其作用如下 其作用如下 刀具交换刀具交换 在加工中心中 当主轴停转进行刀具交换时 主轴需在加工中心中 当主轴停转进行刀具交换时 主轴需 停在一个固定不变的位置上 从而保证主轴端面上的停在一个固定不变的位置上 从而保证主轴端面上的 键也在一个固定的位置 这样 换刀机械手在交换刀键也在一个固定的位置 这样 换刀机械手在交换刀 具时 能保证刀柄上的键槽对正主轴端面上的定位键 具时 能保证刀柄上的键槽对正主轴端面上的定位键 镗孔退刀镗孔退刀 在精镗孔退刀时 为了避免刀尖划伤已加工表面 采在精镗孔退刀时 为了避免刀尖划伤已加工表面 采 用主轴准停控制 使刀尖停在一个固定位置用主轴准停控制 使刀尖停在一个固定位置 X 轴或轴或 y 轴上轴上 以便主轴偏移一定尺寸后 使刀尖离开工 以便主轴偏移一定尺寸后 使刀尖离开工 件表面进行退刀 件表面进行退刀 8 为什么数控机床主轴要进行分段无级变速控制 为什么数控机床主轴要进行分段无级变速控制 数控机床主轴要采用分段无级变速控制 是为了既能数控机床主轴要采用分段无级变速控制 是为了既能 在低档时主轴输出大扭矩 又能在高档时主轴转速可在低档时主轴输出大扭矩 又能在高档时主轴转速可 达到最高转速的要求 达到最高转速的要求 9 位置检测装置在数控机床控制中的主要作用是什 位置检测装置在数控机床控制中的主要作用是什 么么 答 位置检测装置是数控系统的重要组成部分 在闭答 位置检测装置是数控系统的重要组成部分 在闭 环或半闭环控制的数控机床中 必须利用位置检测装环或半闭环控制的数控机床中 必须利用位置检测装 置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来 与给置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来 与给 定的控制值定的控制值 指令信号指令信号 进行比较 从而控制驱动元件进行比较 从而控制驱动元件 正确运转 使工作台正确运转 使工作台 或刀具或刀具 按规定的轨迹和坐标移按规定的轨迹和坐标移 动 动 10 何谓绝对式测量和增量式测量 间接测量和直接 何谓绝对式测量和增量式测量 间接测量和直接 测量测量 答 绝对式位置检测是 每个被测点的位置都从一个答 绝对式位置检测是 每个被测点的位置都从一个 固定的零点算起 增量式位置检测是 只测位移增量 固定的零点算起 增量式位置检测是 只测位移增量 每检测到位置移动一