數(shù)控操作工人培訓(xùn)教程

數(shù)控操作工人培訓(xùn)教程

站長(zhǎng)

集團(tuán)公司工人培訓(xùn)教材

數(shù)控操作工人培訓(xùn)教程

*更多有關(guān)資料請(qǐng)?jiān)L咨詢：http:〃”這方熱土”專欄。

講在前面

隨著運(yùn)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)操縱理論的高速進(jìn)展，以運(yùn)算機(jī)技術(shù)為核心的

自動(dòng)操縱系統(tǒng)在設(shè)備上的應(yīng)用也越來越廣泛。如運(yùn)算機(jī)檢測(cè)、CNC（運(yùn)算

機(jī)數(shù)字操縱）、CAM（運(yùn)算機(jī)輔助制造）、CIMS（運(yùn)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）、

機(jī)器人技術(shù)等。這些都大大地延伸了現(xiàn)代工業(yè)中自動(dòng)化設(shè)備的制造能力，

從而也促進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)日新月異的進(jìn)展。

技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了我們企業(yè)的進(jìn)步，但對(duì)人的素養(yǎng)也隨之提出了更高

的要求。專門明顯，只有把握了先進(jìn)技術(shù)的人，才能更好地駕御這些高技

術(shù)的設(shè)備，使它們以最大的效能為我們服務(wù)。

NC（數(shù)字操縱）技術(shù)是近半個(gè)世紀(jì)中逐步成熟和進(jìn)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)

的設(shè)備制造技術(shù)。運(yùn)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展和在NC技術(shù)中的應(yīng)用，給它帶來了革

命性的變革，并形成了現(xiàn)在的CNC（運(yùn)算機(jī)數(shù)字操縱）技術(shù)。近年來，采納C

NC系統(tǒng)的設(shè)備已越來越多地走進(jìn)我們的工廠，并逐年保持高速增長(zhǎng)的趨

勢(shì)。它們都在我們工廠的關(guān)鍵工序中起著舉足輕重的作用，其狀態(tài)的好壞

和使用狀況直截了當(dāng)關(guān)聯(lián)到我們產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的聲譽(yù)。

要充分發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，我們就必須培養(yǎng)出一批高素養(yǎng)的操作工

人隊(duì)伍。為了達(dá)到那個(gè)目的，我們編寫了這本《數(shù)控操作工人培訓(xùn)教程》。

本教材的取材完全結(jié)合我們工廠的實(shí)際，書中的專門多素材都來源于

我們工廠里正在服役的設(shè)備。考慮國(guó)內(nèi)應(yīng)用日本FANUC（法那克）公司和

德國(guó)SIEMENSE（西門子）公司數(shù)控產(chǎn)品較多這一實(shí)際情形，本教材以FA

NUC系統(tǒng)為主線，并適當(dāng)介紹了SIEMENSE系統(tǒng)。

然而，對(duì)具體數(shù)控系統(tǒng)的介紹決不是我們的真正目的，我們的真正方

法是憑籍對(duì)這些系統(tǒng)的講解，達(dá)到對(duì)數(shù)控設(shè)備差不多理論和共性知識(shí)的把

握。這些知識(shí)包括系統(tǒng)的構(gòu)成、原理、參數(shù)、編程、操作、診斷、調(diào)整等

等，它們差不多上我們?cè)O(shè)備使用中至關(guān)重要的?？傮w內(nèi)容的安排注意保持

了有用性和系統(tǒng)性。

教材的第六章《數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)》由一汽集團(tuán)轎車股份公司二發(fā)

廠張大有同志編寫，其余各章均由一汽集團(tuán)轎車股份公司生產(chǎn)部陳剛同志

編寫。編寫中部分參照了制造商提供的有關(guān)產(chǎn)品的英文講明書和極少地參

考了有關(guān)同類書籍，在那個(gè)地點(diǎn)恕不一一提及。本教材僅做集團(tuán)公司內(nèi)部

工人培訓(xùn)使用，并無贏利和對(duì)社會(huì)公布發(fā)表之目的，因此當(dāng)無剽竊之嫌。

觸忌之處，尚請(qǐng)見諒。

集團(tuán)公司外部使用和翻印本教材，需經(jīng)作者許可。未經(jīng)許可擅自

翻印者，作者保持追究法律責(zé)任的權(quán)益。

2002-9-27

第一章:數(shù)控機(jī)床概論

第一節(jié):從人自身來認(rèn)識(shí)電腦

沒有學(xué)習(xí)過電腦的人都覺得電腦專門奇異。事實(shí)上，電腦之因此

稱為''電腦"，正是對(duì)人腦模擬和再現(xiàn)的結(jié)果。從人腦的角度來明白得電腦,

我們就會(huì)發(fā)覺，認(rèn)識(shí)它并不是想象的那么難。

人腦有那些能力

為了明白得電腦，我們不妨先摸索一下，人腦都具備哪些能力？

1.思維：人腦第一個(gè)有分析、運(yùn)算、推理、歸納的能力，即邏輯思

維與算術(shù)思維能力。

2.信息儲(chǔ)存：即經(jīng)歷信息的能力。

3.人體五覺的中樞：即感知環(huán)境的能力。

4.全身的指揮中心：即行為操縱能力。

電腦如何實(shí)現(xiàn)這些能力

那么，作為電腦，它是如何樣去再現(xiàn)這些能力的呢？

1.思維的再現(xiàn)一一CPU

電腦使用CPU來完成思維和操縱，CPU又叫做中央處理單元，是

運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的核心，用于進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算及系統(tǒng)的綜合操縱等。

2.經(jīng)歷載體一一儲(chǔ)備介質(zhì)

是運(yùn)算機(jī)用于儲(chǔ)備信息、數(shù)據(jù)的媒體。它們包括：

儲(chǔ)備器、硬盤、磁帶、軟盤、光盤、紙帶等。

3.電腦的感官一一輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是電腦用于同意指令、數(shù)據(jù)、信息的裝置。

常見輸入設(shè)備有:鍵盤、掃描器、鼠標(biāo)器、紙帶機(jī)、磁帶機(jī)、數(shù)字

攝像機(jī)等。

4.行為的輸出一一輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是電腦用于輸出操縱結(jié)果的裝置。

常見輸出設(shè)備有:CRT、打印機(jī)、繪圖機(jī)等。

第二節(jié)：一般意義上的運(yùn)算機(jī)

一.硬件結(jié)構(gòu)

由以上介紹能夠看出，一個(gè)運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的差不多結(jié)構(gòu)要緊由四部分

組成:即CPU、儲(chǔ)備器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

如下圖所示。

輸入中央處理輸出

>單元

設(shè)備設(shè)備

CPU

75―

圖1-1：運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的差不多結(jié)構(gòu)

實(shí)際上的電腦比上述介紹還要復(fù)雜得多，它一樣還包括如電源、主版

等構(gòu)件。

二.運(yùn)算機(jī)的軟件

（一）.運(yùn)算機(jī)軟件的差不多分類

運(yùn)算機(jī)軟件是人為編寫的用于操縱運(yùn)算機(jī)工作的程序。它分為：

1.系統(tǒng)軟件：用于運(yùn)算機(jī)的系統(tǒng)資源治理，是運(yùn)算機(jī)軟件系統(tǒng)的核心。

例如：臺(tái)式機(jī)各版本的DOS系統(tǒng)等。

2.編譯軟件：用于開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。利用它能夠編寫和調(diào)試應(yīng)用

軟件，并翻譯成系統(tǒng)軟件能明白得的代碼文件。

例如：各類語言工具、機(jī)床設(shè)備上所包含的專用設(shè)備操縱程序的

編譯治理程序等。

3.應(yīng)用軟件：是由編譯軟件編譯執(zhí)行的，建立在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上的，

滿足用戶某些特定需要的軟件。

例如：各類設(shè)備由制造廠開發(fā)的操作平臺(tái)軟件、辦公軟件（微軟OFFI

CE）、財(cái)務(wù)軟件、運(yùn)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、游戲軟件等。

（二）.語言工具的級(jí)不

1.機(jī)器語言：運(yùn)算機(jī)CPU能直截了當(dāng)識(shí)不的代碼級(jí)語言。其表面形

式為二進(jìn)制數(shù)字代碼。

如：11001011,00110011等。

這類語言無須編譯，運(yùn)算機(jī)能夠直截了當(dāng)執(zhí)行。

2.匯編語言：用字母等符號(hào)來代替機(jī)器語言，以便人為編輯和識(shí)不的

符號(hào)級(jí)語言。

如：LDA,08H

ADDA,C

等。

這類語言必須編譯成機(jī)器語言，才能被運(yùn)算機(jī)執(zhí)行。

3.高級(jí)語言

用語句化、結(jié)構(gòu)化的命令形式編寫的語言。

這類語言的每一個(gè)語句都能完成一系列機(jī)器或匯編語言所執(zhí)行的特定

功能，而且由于書寫形式更接近生活化語言，因此使編程變得更直觀和簡(jiǎn)

單。

例如：C語言、BASIC語言、JAVA語言等。這些語言同樣需要通過編

譯才能被運(yùn)算機(jī)識(shí)不和執(zhí)行。

4.專用語言

利用以上語言形式開發(fā)的，更接近于特定用戶使用環(huán)境的編程語言。

PLC、數(shù)控、機(jī)器人等的編程等都屬于這類特定的語言。它同樣要被編

譯后執(zhí)行，但它一樣是被運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成的。

第三節(jié)：運(yùn)算機(jī)中常用的進(jìn)制和編碼方法

下面介紹的是設(shè)備參數(shù)中涉及到的部分進(jìn)制和編碼方法。

一.運(yùn)算機(jī)的進(jìn)制

所謂進(jìn)制是指數(shù)量運(yùn)算的一種進(jìn)位法則。

我們?nèi)粘Ｋ褂玫氖鞘M(jìn)制。但在運(yùn)算機(jī)中，除十進(jìn)制外，我們也常

用到其它進(jìn)制。

亦即：

下面，我們介紹利用這幾種進(jìn)制進(jìn)行編碼的常用方法。

常用代碼

運(yùn)算機(jī)中，經(jīng)常用到的代碼有：

（—）.二進(jìn)制代碼

計(jì)數(shù)符號(hào)—-0、1

如：1101100k10100001等。

（二）.八進(jìn)制代碼

計(jì)數(shù)符號(hào)一0、1、2、3、4、5、6、7

如7523、6432等。

（三）.十進(jìn)制代碼

計(jì)數(shù)符號(hào)一一0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

如：8923、7621等。

（四）.十六進(jìn)制代碼

計(jì)數(shù)符號(hào)：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F

如1A3D、1FC4等。

（五）.BCD代碼

用二進(jìn)制表示的十進(jìn)制代碼。這種代碼種類有多種，BCD代碼是其中

最常用的一種。

計(jì)數(shù)符號(hào)是使用四位二進(jìn)制代碼來表示一位十進(jìn)制數(shù)，即：

0000：00001：10010：20011：30100：4

0101：50110：60111：71000：81001：9

例：0011例00表示38。

三.代碼到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

前面介紹的任何代碼都能夠折算成十進(jìn)制數(shù)值。下面介紹其折算方法:

（一）.二進(jìn)制代碼到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換結(jié)果=位0'20+位IX21+位2X22+位3X23+……

（二）.八進(jìn)制代碼到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換結(jié)果=位0X80+位1X81+位2X82+位3X83+……

（三）.十六進(jìn)制代碼到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換結(jié)果=位OX160+位1X161+位2X162+位3X163+……

（四）.BCD代碼到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

能夠按照代碼定義直截了當(dāng)讀出結(jié)果。

第四節(jié)：個(gè)人電腦的差不多知識(shí)

本節(jié)通過簡(jiǎn)單介紹個(gè)人運(yùn)算機(jī)的差不多硬件、軟件及常規(guī)操作功

能等入門知識(shí)，使讀者對(duì)個(gè)人運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)最差不多的了解。但僅僅

局限于這一點(diǎn)點(diǎn)概念性的東西，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

一.個(gè)人電腦的差不多硬件

當(dāng)前的個(gè)人電腦大體包括下面這些硬件設(shè)備：

1.CPU

電腦的操縱核心，負(fù)責(zé)完成所有的運(yùn)算和操縱。

2.主板

主板是CPU、內(nèi)存和接口板卡的連接母板。

主板相伴著CPU制造技術(shù)的進(jìn)展，性能和品種也隨之高速進(jìn)展。

3.硬盤驅(qū)動(dòng)器

是用于儲(chǔ)備程序文件的要緊載體。

硬盤最初推向市場(chǎng)時(shí)，容量?jī)H10M左右?，F(xiàn)在的硬盤，市場(chǎng)上100G

以上的硬盤差不多專門常見了，容量整整提升了一萬倍以上。而且，存取

速度也有極大的提升。硬盤作為運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)必不可少的一個(gè)重要部件，其

性能和整機(jī)性能有著密不可分的關(guān)系。

4.內(nèi)存條

用于儲(chǔ)備運(yùn)算機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的器件。

內(nèi)存具備比硬盤、光盤、軟盤等快得多的存取速度，直截了當(dāng)被用來

儲(chǔ)備運(yùn)算機(jī)運(yùn)算和操縱的中間數(shù)據(jù)，也能夠作為硬盤、光盤數(shù)據(jù)存取的緩

沖區(qū)，因此內(nèi)存越多，運(yùn)算機(jī)運(yùn)算速度越高。個(gè)人電腦內(nèi)存從早期的幾百K

到現(xiàn)在常規(guī)配置的幾百M(fèi),提升了上千倍。而且，主板、硬盤、顯示卡等

都配置了越來越大的專用內(nèi)存。

5.顯示卡和顯示器

顯示卡是CPU和顯示器的操縱接口。

顯示器則用作運(yùn)算機(jī)通過屏幕顯示方式向操作者反饋信息的工具。

目前常用的顯示器有一般CRT顯示器和液晶顯示器兩種。

隨著顯示卡和顯示器的技術(shù)進(jìn)展，顯示辨論率和速度越來越高。最初

采納的是單色顯示器，現(xiàn)在高辨論率的彩色顯示器差不多專門普及了，綠

色環(huán)保的節(jié)能型顯示器則更多地考慮了人性化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

6.機(jī)箱和電源

機(jī)箱即主機(jī)的外殼部分。

電源向系統(tǒng)提供各類級(jí)不的工作電壓。它是運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的工作動(dòng)力來

源。

7.軟盤驅(qū)動(dòng)器和軟盤

軟盤驅(qū)動(dòng)器又叫軟驅(qū)，用于讀寫軟磁盤。

軟盤是一種可移動(dòng)式的磁性儲(chǔ)備介質(zhì)。以往有3寸和5寸兩種，目前

要緊使用3寸軟盤，容量為1.44M。它通過磁頭來進(jìn)行讀寫。

8.光盤驅(qū)動(dòng)器和光盤

光盤驅(qū)動(dòng)器又叫光驅(qū)，用于讀取光盤數(shù)據(jù)。

可寫光盤的光驅(qū)稱為光盤刻錄機(jī)。

光盤是用于記載程序和數(shù)據(jù)的光敏介質(zhì)，用光頭進(jìn)行讀寫。盡管容量

大得多的DVD光盤差不多不再生疏，但目前用得最多的依舊650M的CD

ROMo

9.聲卡和音箱

聲卡是運(yùn)算機(jī)用于向音箱傳送聲音的接口，用于把聲音數(shù)碼信號(hào)轉(zhuǎn)換

為真正的聲音信號(hào)。

音箱即發(fā)聲設(shè)備。

當(dāng)前的聲音設(shè)備，差不多能錄制和再現(xiàn)質(zhì)量專門高的聲音品質(zhì)。

10.打印機(jī)

把運(yùn)算機(jī)文本以書面形式輸出的工具。

目前的打印機(jī)有激光、噴墨、針式幾種類型。其中，質(zhì)量最好的是激

光打印機(jī)，最差的則是針式打印機(jī)。

11.鍵盤

鍵盤是應(yīng)用最廣泛的手工輸入工具。用它能夠向運(yùn)算機(jī)輸入各種命令

和進(jìn)行文本編輯、制圖等一系列操作。

12.鼠標(biāo)

鼠標(biāo)也是使用專門廣泛的輸入工具之一。它能夠執(zhí)行部分鍵盤功能，

專門是適用于各種命令的輸入和圖形編輯。在WINDOWS操作系統(tǒng)及其應(yīng)

用軟件中，鼠標(biāo)是必要的工具。

二.個(gè)人電腦軟件

差不多與前面介紹的軟件情形相同。

目前設(shè)備上使用的操作系統(tǒng)有DOS和WINDOWS兩種。

每臺(tái)機(jī)床設(shè)備都有自己的編譯程序、應(yīng)用軟件和專用語言開發(fā)環(huán)境。

三.常用個(gè)人電腦的操作概念

(―).名目結(jié)構(gòu)和文件

1.名目結(jié)構(gòu)

名目結(jié)構(gòu)：運(yùn)算機(jī)中由用戶載入的文件內(nèi)容的儲(chǔ)備結(jié)構(gòu)。

它采納樹狀名目結(jié)構(gòu)，各軟件都有自己的專用名目。如此做的目的是

便于查詢和執(zhí)行時(shí)互不干涉。

利用運(yùn)算機(jī)的“我的電腦”和“資源治理器”等工具，能夠?qū)ｉT方便

地查詢和掃瞄名目結(jié)構(gòu)及其文件系統(tǒng)。

名目：名目結(jié)構(gòu)中每一級(jí)叫做一個(gè)名目。在WINDOWS中，名目也叫

做文件夾。

名目名：每個(gè)名目都有一個(gè)用于識(shí)不的名目名。能夠用字母、數(shù)字、

漢字、部分專門符號(hào)等組成。

2.文件

文件：運(yùn)算機(jī)向硬盤、軟盤等載體儲(chǔ)備信息的最小組織形式。它類似

于一篇篇的文稿，因此叫做文件。

文件名：文件的名稱。同樣可用字母、數(shù)字、漢字、部分專門符號(hào)等

組成。

文件名由差不多名和擴(kuò)展名兩部分構(gòu)成。

XXXXXXXX.XXX

差不多名擴(kuò)展名

早期的DOS操作系統(tǒng)差不多名限制長(zhǎng)度為8個(gè)英文字符或4個(gè)漢字，

擴(kuò)展名為3個(gè)英文字符和1個(gè)漢字。目前使用的WINDOWS98、WINDOW

S2000等系統(tǒng)的差不多名最多可達(dá)255個(gè)字符。

（二）.窗口和菜單

所謂窗口，即用戶所能看到的屏幕顯示界面。

WINDOWS把圖標(biāo)平面鋪設(shè)的顯示界面叫做“桌面

菜單：運(yùn)算機(jī)命令的一種可視化顯示形式。常用的菜單是下拉式菜單。

利用鍵盤和鼠標(biāo)來操作菜單，能夠向運(yùn)算機(jī)發(fā)出各種命令。

（三）?圖標(biāo)

圖標(biāo)是目前軟件中放置在桌面上的圖形標(biāo)記。它往往代表一個(gè)名目或

一個(gè)文件，操作它能夠打開文件或進(jìn)入下級(jí)名目。

（四）.差不多文件治理操作

最差不多的文件治理操作有：

1.創(chuàng)建名目和新文件

2.復(fù)制、剪切、粘貼和發(fā)送

3.打開文件和編輯

4.文件和名目更名

等等。

作為一個(gè)數(shù)控操作人員，差不多的個(gè)人運(yùn)算機(jī)操作知識(shí)是必須具備的。

建議讀一些這方面的書籍并進(jìn)行一些實(shí)踐。

第五節(jié)：廣義的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用

廣義的運(yùn)算機(jī)決不僅僅是我們辦公桌上的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)。個(gè)人電腦只是

運(yùn)算機(jī)的諸多應(yīng)用形式之一。我們將通過下面的敘述，關(guān)心您感受到運(yùn)算

機(jī)系統(tǒng)在我們的工作和生活中的應(yīng)用是多么廣泛。

（一）.個(gè)人運(yùn)算機(jī)及其應(yīng)用

個(gè)人電腦是要緊用于辦公、娛樂的專用運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)。

它能做什么?不由你不信！

1.企業(yè)治理:打字、財(cái)務(wù)、資料治理等。

2.設(shè)計(jì):CAD制圖、生產(chǎn)模擬、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。

3.分析運(yùn)算:如工程模擬、股票分析等。

4.音像功能：能夠播放和處理聲音、音樂、歌曲、圖片、影像等。

5.電子鴉片：即令許多人如癡如醉的電子游戲。

6.生活治理:家庭財(cái)務(wù)、檔案等。

7.家庭教師：大量的家教軟件開發(fā)使得利用運(yùn)算機(jī)學(xué)習(xí)各種知識(shí)成為可

能。

8.圖書館:電子圖書與圖書無紙化。

10.網(wǎng)絡(luò)：我們差不多有了多種形式的上網(wǎng)方式，你能夠通過運(yùn)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)查詢信息、公布信息、發(fā)送郵件、召開會(huì)議、收看節(jié)目，找網(wǎng)友聊

談天，玩玩游戲等。這條信息的高速公路縮短了人與人之間的距離，把地

球真正變成了一個(gè)村落。或許，坐在家里工作和讀書的生活，也可不能太

遠(yuǎn)了吧！

（二）.工業(yè)領(lǐng)域的專用運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)

A.數(shù)控系統(tǒng)

各類數(shù)控機(jī)床、加工中心上的運(yùn)算機(jī)數(shù)字操縱系統(tǒng)確實(shí)是一臺(tái)或

幾臺(tái)運(yùn)算機(jī)，只只是它們操縱的目標(biāo)是設(shè)備加工過程和尺寸。

B.PLC系統(tǒng)

PLC即電氣操縱的可編程序操縱器，它用于機(jī)床的動(dòng)作過程操縱。

C.變頻器、電機(jī)愛護(hù)器

操縱電機(jī)的變頻器和電機(jī)愛護(hù)器差不多上專用的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)，多數(shù)使

用單片運(yùn)算機(jī)。

D.各種測(cè)量系統(tǒng)

現(xiàn)在的復(fù)雜測(cè)量系統(tǒng)，如在線量?jī)x、過程測(cè)控等，差不多是建立在單

片運(yùn)算機(jī)或工業(yè)操縱運(yùn)算機(jī)基礎(chǔ)上的專用測(cè)量系統(tǒng)。

E.新興的各種智能電器

由于運(yùn)算機(jī)產(chǎn)品的成本日益下降，現(xiàn)在使用運(yùn)算機(jī)作為操縱核心的電

器產(chǎn)品越來越多，如變壓器、動(dòng)力配電設(shè)備、顯示外表等。

（三）.生活中的專用運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)

各種汽車電器、數(shù)字電視、VCD機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、

全自動(dòng)洗衣機(jī)、微波爐等，都有運(yùn)算機(jī)的影子。運(yùn)算機(jī)正在越來越廣泛地

進(jìn)入我們的生活空間。

第六節(jié):數(shù)控機(jī)床的概念及其差不多特點(diǎn)

一.數(shù)控機(jī)床的概念

顧名思義，數(shù)控機(jī)床即數(shù)字操縱機(jī)床。其核心操縱部分全部由數(shù)

字電路構(gòu)成。它是由數(shù)字電路操縱機(jī)床加工過程并實(shí)現(xiàn)需要的工藝參數(shù)的

專用設(shè)備。

早期的數(shù)控機(jī)床操縱系統(tǒng)完全用硬件一一數(shù)字電路芯片構(gòu)成。由于電

腦技術(shù)的高速進(jìn)展，數(shù)控機(jī)床的操縱部分已完全被運(yùn)算機(jī)取代，且功能大

大加大。能夠講，加工中心的進(jìn)展完全得益于運(yùn)算機(jī)的應(yīng)用。電腦的強(qiáng)大

功能有效地提升了機(jī)床的加工能力。

而且，由于運(yùn)算機(jī)運(yùn)算速度的進(jìn)展，數(shù)控機(jī)床操縱部件也逐步走向數(shù)

字化、智能化。

二.數(shù)控機(jī)床的差不多功能.

從如下的功能中能夠讓我們更全面地了解數(shù)控機(jī)床。

1.操縱加工過程的刀架移動(dòng)速度和軌跡，實(shí)現(xiàn)多象限聯(lián)動(dòng)操縱或單

獨(dú)操縱。

2.關(guān)聯(lián)或獨(dú)立操縱坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)速和位置。

3.實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架、刀具庫的加工操縱。

4.外圍動(dòng)作的操縱（M、S、T功能）。

5.PLC功能。

6.系統(tǒng)自診斷功能。

7.良好的人機(jī)界面（圖形用戶接口GUI）。

8.和其它運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，互換數(shù)據(jù)信息和獵取關(guān)心。

三.數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

（一）.零件加工可編程

由于加工零件的形狀可用程序編制，使得一機(jī)能夠多用。在儲(chǔ)備

器中可儲(chǔ)備多個(gè)零件的加工程序，加工時(shí)只要適當(dāng)調(diào)整夾具和刀具即可變

更加工內(nèi)容。

（二）.加工工藝參數(shù)的柔性調(diào)整

各種加工工藝參數(shù)，如刀具偏差、進(jìn)刀速度、主軸轉(zhuǎn)速、行程極

限、傳動(dòng)間隙等均能夠隨時(shí)調(diào)整。

（三）.可實(shí)現(xiàn)良好的加工精度

隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)展，各類加工參數(shù)調(diào)整的柔性化，大大地簡(jiǎn)化

了機(jī)床機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)。典型的一個(gè)數(shù)控“軸”，機(jī)械部分只剩下一套絲杠

和一個(gè)工作臺(tái)。加上電氣系統(tǒng)的進(jìn)展已明顯超出實(shí)際加工能力的需要，這

就為提升加工精度奠定了好的基礎(chǔ)。

四.數(shù)控機(jī)床的適用范疇

對(duì)數(shù)控設(shè)備比較經(jīng)濟(jì)的使用觀點(diǎn)是，用于具有小批量和產(chǎn)品多變

性的場(chǎng)合，不適合大批量的流水作業(yè)。但現(xiàn)在的企業(yè)在生產(chǎn)線上使用數(shù)控

設(shè)備的已越來越多，其代價(jià)是要付出昂貴的設(shè)備費(fèi)用，而獲得單一的功能。

但由于其優(yōu)良的加工精度，在大批量流水作業(yè)中使用也越來越多。

第七節(jié)：如何學(xué)好數(shù)控設(shè)備知識(shí)

—,注重基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)

由于數(shù)控技術(shù)理論上較為深?yuàn)W，要把握這門技術(shù)，就必須注重基礎(chǔ)理

論的學(xué)習(xí)。

二.從電氣、工藝、機(jī)械結(jié)構(gòu)幾個(gè)方面綜合學(xué)習(xí)

數(shù)控技術(shù)是一門集運(yùn)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)操縱技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、工程力學(xué)、

加工工藝學(xué)等于一體的學(xué)科，因此，獨(dú)立地想從單方面去了解數(shù)控設(shè)備是

不可能的。只有把這些方面結(jié)合起來學(xué)習(xí)，才能完整地把握它。

三.結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)方法

數(shù)控機(jī)床是一套復(fù)雜的系統(tǒng)，操縱邏輯性和關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。因此，把握系

統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，熟知各個(gè)部分的作用和特點(diǎn)，對(duì)更好地使用和愛護(hù)數(shù)控機(jī)

床就顯得專門重要。這種結(jié)構(gòu)化的思維在機(jī)床調(diào)整和修理中是專門有益處

的。

四.了解數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)展趨勢(shì)

世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是1952年由美國(guó)的Parsons（帕森斯）公司和

麻省理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的，用于直升機(jī)制造的三坐標(biāo)數(shù)控銃床。而我國(guó)最

早的數(shù)控系統(tǒng)研制是從1958年開始的。

目前，數(shù)控機(jī)床和可編程序操縱器（PLC）、工業(yè)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并

列為工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)展的四個(gè)方向之一。而其本身，也經(jīng)歷了日新月異的進(jìn)

展。

數(shù)控系統(tǒng)本身就經(jīng)歷了分立元件、集成電路、小型機(jī)、專用微型機(jī)系

統(tǒng)，直到現(xiàn)在建立在個(gè)人電腦操作平臺(tái)基礎(chǔ)上的操縱系統(tǒng)如此一系列的進(jìn)

展時(shí)期。其功能也越來越強(qiáng)，速度越來越快，指令集越來越豐富。輸入儲(chǔ)

備介質(zhì)也由最早的紙帶進(jìn)展到現(xiàn)在的硬盤、軟盤、各種類型的儲(chǔ)備器等多

種介質(zhì)。

在運(yùn)算機(jī)技術(shù)高速進(jìn)展的基礎(chǔ)上，操縱系統(tǒng)的各個(gè)部分，如接口、驅(qū)

動(dòng)器、操作面板等也逐步智能化，數(shù)控系統(tǒng)由單一的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)變成了多

運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)分工協(xié)作，從而使系統(tǒng)的整體性能大幅度地提升。

伺服系統(tǒng)隨著電機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)展，也經(jīng)歷了步進(jìn)伺服、直流伺服、

交流伺服幾個(gè)過程。而交流伺服又經(jīng)歷了交流模擬伺服和交流數(shù)字伺服兩

個(gè)時(shí)期。伺服系統(tǒng)的進(jìn)展為機(jī)床的精度提升奠定了操縱基礎(chǔ)。

機(jī)械系統(tǒng)同樣經(jīng)歷了龐大的進(jìn)展，刀庫由最早的簡(jiǎn)單刀架倒現(xiàn)在復(fù)雜

的刀庫治理系統(tǒng)，工作臺(tái)由單一工作臺(tái)到多工作臺(tái)的自動(dòng)交換系統(tǒng)，由于

新材料和新工藝的進(jìn)展，傳動(dòng)系統(tǒng)精度也日益提升。從而為機(jī)床整體性能

和精度的提升制造了良好的前提條件。

數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用也由最早的單機(jī)工作逐步進(jìn)展到由一臺(tái)

運(yùn)算機(jī)為多臺(tái)數(shù)控機(jī)床編程的運(yùn)算機(jī)直截了當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)（DNC）,兼DNC

系統(tǒng)、自動(dòng)輸料、生產(chǎn)治理系統(tǒng)于一體的柔性制造系統(tǒng)（FMS）,集產(chǎn)品開

發(fā)設(shè)計(jì)、制造過程、生產(chǎn)治理、市場(chǎng)分析和財(cái)務(wù)治理等于一體的運(yùn)算機(jī)集

成制造系統(tǒng)（CIMS）。完全能夠講，數(shù)控設(shè)備將是今后工廠自動(dòng)化的重要

基礎(chǔ)。

第二章:數(shù)控機(jī)床的差不多構(gòu)成

第一節(jié)：數(shù)控機(jī)床的操縱結(jié)構(gòu)

典型的數(shù)控機(jī)床操縱系統(tǒng)如下圖所示:

（鍵盤、手輪等）

噪作設(shè)備UPLC系統(tǒng)=機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)

圖2-1：數(shù)控機(jī)床的操縱結(jié)構(gòu)圖

其中：

1.數(shù)控系統(tǒng)：包括上述的CPU、儲(chǔ)備器、輸入輸出接口及其他的一些

專用電路,是機(jī)床的操縱中心。

2.PLC系統(tǒng)：又稱可編程序操縱器，用于機(jī)床各部件的整體動(dòng)作邏輯

組織和操縱。

3.驅(qū)動(dòng)電路：屬于輸出設(shè)備，用于將數(shù)控系統(tǒng)的操縱指令放大和轉(zhuǎn)

化為電動(dòng)機(jī)的鼓舞信號(hào)，操縱電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

5.反饋器件：用于測(cè)量工作臺(tái)的位移量或旋轉(zhuǎn)角度。

6.反饋電路：負(fù)責(zé)反饋器件測(cè)量信號(hào)的處理轉(zhuǎn)換，最終回送給數(shù)控系

統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行位置和速度運(yùn)算。

7.操作設(shè)備：操作者向操縱系統(tǒng)發(fā)送指令的工具。如鍵盤、手輪。

8.顯示器：數(shù)控系統(tǒng)通過屏幕顯示方式向操作者反饋信息的工具。

第二節(jié):數(shù)控系統(tǒng)

一.數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的操縱核心

包括CPU、儲(chǔ)備器、輸入輸出接口及其他的一些專用電路，是機(jī)

床的操縱中心。它要緊完成如下操縱任務(wù)：

儲(chǔ)備系統(tǒng)治理程序、數(shù)控功能治理程序、用戶應(yīng)用軟件環(huán)境、零件加

工程序、各類參數(shù)及工藝數(shù)據(jù)等。

按照操作人員的指令操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成零件加工和調(diào)整等操作。

操縱外部設(shè)備，完成人機(jī)的相互交流。

通過外部接口或網(wǎng)絡(luò)，和其它運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

數(shù)控系統(tǒng)的種類專門多,但國(guó)內(nèi)比較常用的數(shù)控系統(tǒng)有日本FANU

C系統(tǒng)、德國(guó)SIEMENS系統(tǒng)、美國(guó)GE-FANUC系統(tǒng)等。

二.FANUC系統(tǒng)簡(jiǎn)介

FANUC系統(tǒng)的典型構(gòu)成如下：

1.數(shù)控主板：用于核心操縱、運(yùn)算、儲(chǔ)備、伺服操縱等。新主板集

成了PLC功能。

2.PLC板：用于外圍動(dòng)作操縱。新系統(tǒng)的PLC板差不多和數(shù)控主

板集成到一起。

3.1/0板：早期的I/O板用于數(shù)控系統(tǒng)和外部的開關(guān)信號(hào)交換。新

型的I/O板要緊集成了顯示接口、鍵盤接口、手輪接口、操作面板接口及R

S232接口等。

4.MMC板：人機(jī)接口板。這是個(gè)人電腦化的板卡，不是必須匹配的。

本身帶有CRT、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、軟驅(qū)、鼠標(biāo)、儲(chǔ)備卡及串行、并行接口。

5.CRT接口板：用于顯示器接口。新系統(tǒng)中，CRT接口被集成到I/O板

上。

另外，還提供其他一些可選板卡等。

以FANUC-21系統(tǒng)為例，典型配置包括主板、I/O板和MMC板。

S.SIEMENS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SIEMENS系統(tǒng)的典型構(gòu)成，以SIEMMENS840c為例，包括：

1.中央服務(wù)板：用于系統(tǒng)的綜合操縱。

2.NC-CPU板：用于加工的數(shù)字操縱。

3.PLC-CPU板：用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PLC系統(tǒng)，操縱外圍動(dòng)作。

4.MMC-CPU板：用于和外部設(shè)備通訊，功能與FANUC的MMC板類

似。

5.A/D、D/A板：用于模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換。

按照我們的使用體會(huì)，就中國(guó)目前的工業(yè)環(huán)境而言，日本的數(shù)控

系統(tǒng)性能價(jià)格比更具有優(yōu)勢(shì)。它們?cè)谖覀兊墓S使用環(huán)境中，性能相對(duì)更

加穩(wěn)固，而且價(jià)格也比較合理。其使用特點(diǎn)也更符合中國(guó)人的適應(yīng)。

第三節(jié):執(zhí)行機(jī)構(gòu)

就象人一樣，只有給電腦裝上“四肢”，數(shù)控系統(tǒng)才能完成實(shí)際加

工工作。而那個(gè)地點(diǎn)的“四肢”，確實(shí)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

一.那些部分屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指把數(shù)控系統(tǒng)的加工命令轉(zhuǎn)換為實(shí)際加工

過程的中間機(jī)構(gòu)，它包括：

1.驅(qū)動(dòng)電路：用于將數(shù)控系統(tǒng)的操縱指令放大和轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)的鼓

舞信號(hào)，操縱電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

數(shù)控機(jī)床常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有三種，即步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流

伺服電機(jī)。

3.由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)：如工作臺(tái)、刀架、主軸及其傳動(dòng)系

統(tǒng)等。

4.測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量伺服軸的實(shí)際直線位移和角位移。

二.對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求

數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須具備下述特點(diǎn)，才能滿足加工過程的精度要

求:

1.具備高度的可操縱性。

所謂可操縱性，亦即執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)給定的速度和位移量的跟蹤

靈敏度和精度。不管數(shù)控系統(tǒng)的給定速度如何變化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)都必須實(shí)現(xiàn)

快速跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出位置命令時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要高精度地到達(dá)給定的位置。

能夠講，可操縱性是數(shù)控機(jī)床滿足加工精度的重要前提。

2.具備良好的抗擾動(dòng)能力。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)在遇到外界干擾，如負(fù)荷、電壓等的變化時(shí)，必須有強(qiáng)的抗

擾動(dòng)能力，保持相對(duì)穩(wěn)固的速度。否則，就會(huì)直截了當(dāng)阻礙加工的表面質(zhì)

量和精度。

3.能專門好地適應(yīng)環(huán)境的變化。

不管是機(jī)械結(jié)構(gòu)，依舊電氣系統(tǒng)，都要求對(duì)環(huán)境的變化，如溫度、濕

度、灰塵等，具備良好的適應(yīng)性。為此，機(jī)械系統(tǒng)，專門是傳動(dòng)系統(tǒng)必須

有好的剛性和防護(hù)，環(huán)境變化時(shí)變形要小。電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則要對(duì)各種元

件的選擇、補(bǔ)償、防護(hù)等予以綜合考慮。

第四節(jié)：步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是最早廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的一種電機(jī)，現(xiàn)在盡管在數(shù)

控機(jī)床上已專門少使用，但由于其具備良好的經(jīng)濟(jì)性，在專門多要求定位

操縱精度不高的場(chǎng)合，仍舊而且將長(zhǎng)期被采納。

一.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

下圖是三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2-2：三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

和一般電機(jī)一樣，它包括定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁繞組幾個(gè)部分。

所謂定子，即電機(jī)外殼和勵(lì)磁磁極，是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。

轉(zhuǎn)子是指旋轉(zhuǎn)部分，由它驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

勵(lì)磁繞組繞在定子上，由符合要求的電流信號(hào)進(jìn)行鼓舞，產(chǎn)生勵(lì)磁磁

場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

除三相電機(jī)外，還有四相電機(jī)、五相電機(jī)等。

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子又有電磁式和永磁式兩種。

二.步進(jìn)電機(jī)的工作原理

下面是三相步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，從它我們能夠了解其工作原理。

圖2-3：步進(jìn)電機(jī)的原理示意圖

上圖中，（a）為A相送電勵(lì)磁，使之產(chǎn)生一個(gè)從上向下的磁場(chǎng)，在磁

場(chǎng)作用下，將把轉(zhuǎn)子離垂直磁場(chǎng)最近的齒1、3吸引到A極鄰近。（b）為B

相送電，產(chǎn)生一個(gè)以B磁極為軸心的磁場(chǎng)，這時(shí)2、4齒離磁軸最近，從而

被吸引到B磁極。同理，當(dāng)C相勵(lì)磁時(shí)，1、3齒又被吸引到C磁極。當(dāng)A

相再送電時(shí)，2、4齒被吸引到A磁極。如此循環(huán)往復(fù)，電機(jī)在磁極的

順序輪番勵(lì)磁下，使轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

從上面能夠看出，轉(zhuǎn)子是單步式旋轉(zhuǎn)的，因此我們稱這種電機(jī)為步進(jìn)

電機(jī)。

實(shí)際的步進(jìn)電機(jī)，其工作原理與此類似，只要定、轉(zhuǎn)子齒距角保持規(guī)

定的比例（2/3）并均布，就能連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

三.步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式

步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式有整步、半步、細(xì)分步三種。下面，以三相

電機(jī)為例予以介紹。

1.整步方式

勵(lì)磁順序:AfB—CfA->…。

勵(lì)磁方法和二中介紹的原理完全相同。磁場(chǎng)切換每次跨過一個(gè)極距，

因此稱為整步勵(lì)磁方式。這種勵(lì)磁方法轉(zhuǎn)子每次的移動(dòng)角度是最大的。

勵(lì)磁波形為：

A相

B相

C相_________________________________

圖2-4：整步勵(lì)磁方式波形圖

對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)來講，這種勵(lì)磁方式需要三拍完成一個(gè)循環(huán)，又

稱為三相三拍方式。由于每次只勵(lì)磁一個(gè)磁極，故又稱為1P方式。

2.半步方式

勵(lì)磁順序：AfABfBfBCfC—CAfA...。

即磁場(chǎng)切換時(shí)，每次切換半個(gè)極距，因此稱為半步勵(lì)磁方式。這種勵(lì)

磁方法轉(zhuǎn)子每次的移動(dòng)角度是整步方式的一半，因而精度比整步方式高，

但速度卻被降低。

勵(lì)磁波形為：

A相

B相

C相

圖2-5：半步勵(lì)磁方式波形圖

對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)來講，這種勵(lì)磁方式需要六拍完成一個(gè)循環(huán)，又稱

為三相六拍方式。由于每次勵(lì)磁一或兩個(gè)磁極，故又稱為1-2P方式。

3.細(xì)分步方式

把一個(gè)整步通過操縱勵(lì)磁過程細(xì)分成多步完成的方式。

這種勵(lì)磁方式在切換磁極時(shí)，電流不是一次性加入或切除的，而

是前一磁極逐步減少，后一磁極則逐步增加。當(dāng)前一磁極電流減到零時(shí)，

后一磁極電流也加到最大。從合成的磁場(chǎng)來看，磁軸將從前一磁極逐步慢

慢移動(dòng)到后一磁極。如此磁極切換過程能夠分成多步完成，即所謂細(xì)分步

勵(lì)磁。

目前生產(chǎn)中，用到的細(xì)分能夠達(dá)到幾百步，細(xì)分步技術(shù)有效地提升

了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度，因此也將犧牲系統(tǒng)的速度。

四.步進(jìn)電機(jī)的步距角

步進(jìn)電機(jī)的步距角即電機(jī)轉(zhuǎn)子每次勵(lì)磁產(chǎn)生的機(jī)械轉(zhuǎn)角。

步距角：a=360°/mZK

m:電機(jī)相數(shù)。

Z:轉(zhuǎn)子齒數(shù)。

K:細(xì)分步數(shù)。整步K=l,半步K=2。

五.步進(jìn)電機(jī)的操縱方法

通過上面原理和勵(lì)磁方法的分析，我們能夠發(fā)覺步進(jìn)電機(jī)的操縱能夠

按下述方法進(jìn)行：

位移量：由于步進(jìn)電機(jī)的步距角是固定的，因此，位移量能夠簡(jiǎn)單地

折算成勵(lì)磁脈沖個(gè)數(shù)。如此，無須位置反饋，即能夠通過發(fā)出固定的勵(lì)磁

脈沖數(shù)來操縱工作臺(tái)做特定的位移運(yùn)動(dòng)。

第五節(jié)：直流伺服電機(jī)

直流伺服電機(jī)實(shí)質(zhì)上確實(shí)是一臺(tái)專門的直流電機(jī)。它是數(shù)控機(jī)床

的第二代驅(qū)動(dòng)電機(jī)，現(xiàn)在服役的設(shè)備中，還有相當(dāng)部分的數(shù)控機(jī)床采納這

種電機(jī)。但從二十世紀(jì)九十年代起，它就差不多開始逐步被交流伺服電機(jī)

取代。

一.直流伺服電機(jī)的原理及一樣結(jié)構(gòu)

下面是直流伺服電機(jī)的示意圖。

圖2-6:直流電機(jī)原理示意圖

直流伺服電機(jī)的定子磁極一樣采納天然磁鐵。如圖，N、S構(gòu)成一對(duì)磁

極，形成由上到下的恒定磁場(chǎng)。如果在轉(zhuǎn)子表面沿軸向粘上多層獨(dú)立分匝

的繞組（圖中只畫出了其中一匝），并通以圖示方向的電流，則按照左手定

則，繞組將受到逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)力，而使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

從圖中我們還可看到，在直流電機(jī)中，每匝繞組中的電流要每180度

換向一次，即上半周和下半周方向相反。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流由電刷提供,

換向則由和電機(jī)軸同軸安裝的換向器完成。

直流電機(jī)為改善換向性能，排除換向時(shí)電流斷續(xù)時(shí)產(chǎn)生火花，一樣還

設(shè)置換向磁極。

因此一般的直流電機(jī)除外殼外，還包括定子磁極、換向磁極、轉(zhuǎn)子（又

叫電樞）、電刷、換向器等部分。

二.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類

1.小慣量直流電機(jī)

這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)

慣量與轉(zhuǎn)子直徑平方成正比，同時(shí)電磁扭矩又與轉(zhuǎn)子切割磁力線的有效長(zhǎng)

度成正比，因此如此做能夠有效地提升伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力和可操縱性能。

事實(shí)上，前面介紹的原理確實(shí)是以這種電機(jī)為原型的。

其特點(diǎn)是：

*.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，約為一般電機(jī)的1/10。

*.反應(yīng)快，有良好的換向性能。

*.速度平均性好,專門低速時(shí)，更具優(yōu)勢(shì)。

*.扭矩大，最大扭矩約為額定值的10倍。

2.直流印刷電機(jī)

這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子由多層同軸的玻璃膠布板圓盤形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，每層

圓盤印刷有銅箔繞組。由于如此能夠有效地提升繞組的作用力矩，且轉(zhuǎn)子

質(zhì)量輕，因而能夠得到較大的扭矩。

其特點(diǎn)是：

*.電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

*.電機(jī)繞組全部和空氣接觸，散熱好，因而過載能力強(qiáng)。

*.圓盤可由玻璃絲布板等非金屬材料構(gòu)成，既輕又具有小的電磁慣

性，因此具有好的換向性能和調(diào)速性能。

3.杯形轉(zhuǎn)子直流電機(jī)

這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子做成空心杯，從而有效地減少了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提升

了可控性。

4.寬調(diào)速直流電機(jī)

這種電機(jī)有意保留較大的轉(zhuǎn)子慣性，靠提升扭矩來提升響應(yīng)速度。

因此功率能夠做得專門大，適用于大負(fù)載和要求有專門配重的場(chǎng)合。

三.直流伺服電機(jī)的調(diào)速和換向

直流伺服電機(jī)的調(diào)速一樣通過調(diào)劑定子電壓的方法來實(shí)現(xiàn)，其調(diào)

速特性為:

U1

U2

U3

U1>U2>U3

M

圖2-7.直流伺服電機(jī)的調(diào)速

可見，只要改變電樞電壓，轉(zhuǎn)速即能夠得到調(diào)劑。

直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的變化則由電樞電壓的極性操縱。只要改變電

樞電壓極性，即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

第六節(jié)：交流伺服電機(jī)

交流伺服電機(jī)是近年來廣泛采納的一種伺服電機(jī)。事實(shí)上，這種

電機(jī)的操縱遠(yuǎn)比直流伺服電機(jī)復(fù)雜，但由于其電機(jī)愛護(hù)簡(jiǎn)單，操縱電路穩(wěn)

固，而得到越來越普遍的應(yīng)用。

一.交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

交流伺服電機(jī)按相數(shù)分為單相電機(jī)和三相電機(jī)兩種。單相電機(jī)使用單

相電源，三相電機(jī)使用三相電源。

原理上，兩種電機(jī)差不多上使用符合特定要求的電源對(duì)定子繞組進(jìn)行

勵(lì)磁，并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

（一）.單相交流伺服電機(jī)

單相交流伺服電機(jī)的定子有兩套磁極，其相應(yīng)繞組分不叫做勵(lì)磁繞組

和操縱繞組。

兩個(gè)繞組的布置在空間上相差90度，即垂直。如下圖所示：

勵(lì)

磁

繞

操

組

縱

繞

組

圖2-8.單相交流伺服電機(jī)原理示意圖

加在兩個(gè)繞組上的勵(lì)磁電壓相位上相差90度，即:

勵(lì)磁電壓：ul=Umlsinot

操縱電壓：u2=Um2cos3t

其波形為：

磁場(chǎng)方向一t-?1x一

圖2-9.單相交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成

從兩個(gè)波形的各特點(diǎn)點(diǎn)電壓和磁極空間布置情形，按照右手定則，能

夠判定這些點(diǎn)磁場(chǎng)方向如圖2-9所示。從圖中能夠發(fā)覺定子磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的。

那個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而使電機(jī)工作。

（二）.三相交流伺服電機(jī)

三相交流伺服電機(jī)的磁極有三對(duì)，空間各相差120度，勵(lì)磁電壓的相

位也相差120度。如此的勵(lì)磁同樣能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

由于三相電機(jī)的原理相對(duì)復(fù)雜，考慮操作人員的實(shí)際情形，那個(gè)地點(diǎn)

不進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（三）.交流伺服電機(jī)的物理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一樣交流伺服電機(jī)也采納鼠籠轉(zhuǎn)子，與一般異步電機(jī)類似。

專門要求輕轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的場(chǎng)合，能夠使用空心杯轉(zhuǎn)子。杯壁厚度小于0.5

毫米。為提升磁耦合成效，在杯中加入了內(nèi)定子。

二.交流伺服電機(jī)的調(diào)速和換相

（一）.單相交流伺服電機(jī)

對(duì)單相交流伺服電機(jī)來講，通過調(diào)劑勵(lì)磁電壓的幅值或兩個(gè)電壓的相

位差來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。前者叫做幅值操縱，后者稱為相位操縱。

換向只要改變操縱電壓與勵(lì)磁電壓的相位超前關(guān)系即可。

當(dāng)操縱電壓等于零時(shí)，電機(jī)停止。

（二）.三相交流伺服電機(jī)

這種電機(jī)的操縱方法有矢量變換和直截了當(dāng)PWM操縱等，操縱比單相

電機(jī)復(fù)雜得多，不予贅述。

第七節(jié)：驅(qū)動(dòng)操縱系統(tǒng)

由于三種伺服電機(jī)的顯現(xiàn)，也因而產(chǎn)生了三種伺服驅(qū)動(dòng)操縱系統(tǒng)。

即所謂：步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。

一.步進(jìn)伺服系統(tǒng)

步進(jìn)伺服系統(tǒng)是較早期的系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)要緊顯現(xiàn)在70年代，現(xiàn)在一些要

求定位精度不高的場(chǎng)合仍在使用。

步進(jìn)伺服系統(tǒng)的操縱框圖如下：

圖2-10.步進(jìn)伺服系統(tǒng)框圖

圖中，操縱系統(tǒng)即數(shù)控系統(tǒng)的核心操縱部分。它給出一個(gè)脈沖列，脈

沖頻率決定了電機(jī)的速度，頻率越高，速度越高。脈沖數(shù)量則決定了實(shí)際

位移量。

環(huán)形分配器是把單一脈沖列按照電機(jī)各相勵(lì)磁要求分成多個(gè)脈沖列。

功率放大部分把多個(gè)脈沖列進(jìn)行放大，最后驅(qū)動(dòng)電機(jī)的各相繞組，使

電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。

從成本經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和利于愛護(hù)方面來講，步進(jìn)系統(tǒng)是最具優(yōu)勢(shì)的。

但其定位精度和平穩(wěn)性有較明顯缺陷，而且系統(tǒng)易受到干擾。近年來，由

于國(guó)外對(duì)大功率步進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)的研究，步進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用又有復(fù)原的趨勢(shì)。

二.直流伺服系統(tǒng)

直流伺服系統(tǒng)是較步進(jìn)系統(tǒng)高一級(jí)的系統(tǒng)，八十年代在我國(guó)得到廣泛

應(yīng)用，而且現(xiàn)在仍有一部分在服役中。

直流伺服系統(tǒng)的典型框圖如下圖所示：

圖2-11.直流伺服系統(tǒng)框圖

上述系統(tǒng)中，要緊有如下環(huán)節(jié)：

1.速度調(diào)劑：速度給定由數(shù)控系統(tǒng)獲得，速度調(diào)劑器把給定速度和反

饋的速度做比較，以操縱輸出使電機(jī)速度穩(wěn)固。

2.電流調(diào)劑：經(jīng)速度調(diào)劑輸出的信號(hào)和實(shí)際負(fù)載的大?。娏餍盘?hào)反

饋）做比較，以調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓的高低，抑制負(fù)載變化對(duì)電機(jī)速度的阻

礙。

3.速度反饋：用測(cè)速元件測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，送給速度調(diào)劑器判定

實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的誤差。

4.電流反饋：用測(cè)流元件測(cè)量電機(jī)的電流，間接測(cè)知負(fù)載的變化，送

給電流調(diào)劑器與其給定信號(hào)做比較，以操縱電機(jī)的電壓而使速度穩(wěn)固。

5.可控硅觸發(fā)電路：把電流調(diào)劑器輸出的信號(hào)用做操縱信號(hào)，按照前

面操縱結(jié)果向三相可控硅電路的各可控硅（12個(gè)）輸出多組符合要求的脈

沖列，操縱可控硅組向電機(jī)提供合適的電壓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

直流伺服系統(tǒng)調(diào)速范疇寬，操縱平穩(wěn)，精度也較高。但成本較步進(jìn)系

統(tǒng)高，其電機(jī)需經(jīng)常愛護(hù)，操縱系統(tǒng)受溫度、濕度等環(huán)境因素阻礙大。

三.交流伺服系統(tǒng)

交流伺服系統(tǒng)較直流伺服系統(tǒng)又進(jìn)了一步，國(guó)內(nèi)要緊在90年代開始普

及。交流伺服系統(tǒng)是數(shù)控伺服系統(tǒng)進(jìn)展的趨勢(shì)，現(xiàn)在所有新定購的數(shù)控設(shè)

備差不多上全部是交流伺服系統(tǒng)。

交流伺服系統(tǒng)的操縱要復(fù)雜得多。目前最典型的是“矢量變換”操縱

系統(tǒng)，差不多思想是把三相交流伺服電機(jī)等效成直流電機(jī)，進(jìn)行操縱運(yùn)算,

最后再折算到三相交流電機(jī)的三相勵(lì)磁，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電機(jī)的操縱。

由于其操縱過于復(fù)雜，此處不予以介紹。

交流伺服系統(tǒng)成本最高。然而，不管是操縱精度，依舊系統(tǒng)穩(wěn)固性，

差不多上三種系統(tǒng)中最好的。這種系統(tǒng)的故障率明顯較另外兩種系統(tǒng)少得

多。正是由于有了這些優(yōu)點(diǎn)，它得到越來越廣泛的應(yīng)用。

第八節(jié)：測(cè)量反饋系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的測(cè)量反饋系統(tǒng)是為測(cè)知實(shí)際操縱輸出的大小變化，與給定

比較以對(duì)操縱誤差進(jìn)行校正而設(shè)計(jì)的。由于數(shù)控系統(tǒng)的位置測(cè)量器件種類

專門多，那個(gè)地點(diǎn)只就光電脈沖編碼器和感應(yīng)同步器做簡(jiǎn)單介紹。

一.光電脈沖編碼器

A.相對(duì)式光電脈沖編碼器

A

接

光敏元件收A*

整

B

□形

□

電B*

口路

Z

Z*

圖2-12.相對(duì)式光電脈沖編碼器原理圖

相對(duì)式光電脈沖編碼器是一種光學(xué)器件。它由光源發(fā)光，一片透鏡收

集光源光線并投射到與電機(jī)同軸安裝的光電盤上。光電盤上刻有等距離的

透光條紋，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)光敏元件將各自接收到一個(gè)光電脈沖列。這

三個(gè)脈沖列經(jīng)后續(xù)電路整理，變成我們需要的A、A*、B、B*、Z、Z*六組

信號(hào)。

以上信號(hào)中A、A*、B、B*用于運(yùn)算位移量，由外圈透光條紋和上面

兩個(gè)光敏元件產(chǎn)生。Z、Z*用來做位置基準(zhǔn)，由里圈的一個(gè)粗條紋和下面的

光敏元件產(chǎn)生。其波形圖為圖2-13所示。

由上圖能夠看出，位移脈沖信號(hào)電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)有多個(gè)。電機(jī)每轉(zhuǎn)的

脈沖數(shù)稱為“線數(shù)基準(zhǔn)信號(hào)電機(jī)每轉(zhuǎn)則只有一個(gè)。

編碼器的精度可分為50-10000線等多種。

帶有*號(hào)的信號(hào)和原信號(hào)相位差180度。A、B信號(hào)間相差90度，由A、

B信號(hào)哪一個(gè)超前能夠判定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

90°

AJJHLTmj-LfTTmjn---^jn_n

B__i_n_n_n__n_n_n_n-^_T_Ln

B*_n_n_n_n_rLnr"Ln：_n_n

Z-

Z*

圖2-13.相對(duì)式光電編碼器信號(hào)波形圖

從上述介紹我們能夠看出，這種器件能夠在先算知每個(gè)脈沖的等

效位移后，通過對(duì)脈沖計(jì)數(shù)來測(cè)量機(jī)械部件的實(shí)際位移量。目前數(shù)控設(shè)備

的反饋器件大多數(shù)是這種編碼器。

B.絕對(duì)式光電脈沖編碼器

絕對(duì)式光電編碼器與相對(duì)式不同，它不但能夠測(cè)得位移量，而且能夠

運(yùn)算機(jī)械部件的當(dāng)前絕對(duì)位置。其信號(hào)測(cè)量原理差不多與相對(duì)式編碼器相

同，所不同的是其光電碼盤刻錄的透光縫是編碼了的，光敏元件個(gè)數(shù)也與

編碼的位數(shù)相同。圖2-14給出了一個(gè)四位編碼盤的示意圖。

圖2-14.四位編碼盤示意圖

上圖中，透光為1,遮光為0。從0000開始，順時(shí)針方向的編碼分不

為0001、0010、0011、…、1111,即為BCD編碼。

按照那個(gè)編碼盤讀出的四列信號(hào)，我們能夠準(zhǔn)確判定機(jī)床電機(jī)軸和絲

杠的當(dāng)前角度位置，因此叫做絕對(duì)式編碼器。通過計(jì)數(shù)我們也能夠得到機(jī)

床實(shí)際的位移量。

二.感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器也是一種位置測(cè)量器件，專門在裝備有數(shù)顯設(shè)備的機(jī)床上

使用較多。

其差不多結(jié)構(gòu)由定尺和滑尺組成。定尺上腐蝕有一組矩形銅繞組，而

滑尺上腐蝕有兩組，其中一組叫做正弦繞組，另一組叫做余弦繞組。

圖2-15.感應(yīng)同步器的原理圖

它應(yīng)用了電磁感應(yīng)的原理。當(dāng)在滑尺繞組加入勵(lì)磁：

正弦繞組：Us=Umcos3t

余弦繞組：Uc=Umsin3t

時(shí)，定尺中的輸出電壓為：

Uoc=KUmsin(wt+9)

其中，K為電磁耦合系數(shù)，0=2nX位移量/T,T又稱為節(jié)距。

可見，輸出電壓是位移量的函數(shù)。通過判定0角的大小也能夠判定當(dāng)

前機(jī)床的絕對(duì)位置。因此，這也是一種絕對(duì)式位置測(cè)量器件。

三.其它測(cè)量器件簡(jiǎn)介

測(cè)量位置的器件還有專門多。其中使用較多的還有光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、

磁柵等。我們不再一一介紹。

第九節(jié):差不多外設(shè)

數(shù)控系統(tǒng)常用的外圍器件有顯示器、鍵盤、軟驅(qū)、打印機(jī)、編程

設(shè)備、手搖編碼器等，它們統(tǒng)稱為運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的外部設(shè)備。

一.一般外設(shè)

這類設(shè)備即CRT、鍵盤、軟驅(qū)、打印機(jī)等，它們是人機(jī)交流的重

要工具。第一章中差不多有所介紹，此處不予以重述。

二.編程設(shè)備

（一）.紙帶機(jī)

在七十到八十年代，紙帶機(jī)是一種重要的編程和程序輸入設(shè)備。它把

程序和數(shù)據(jù)用經(jīng)編碼后的八位穿孔制作在紙帶上。國(guó)際上還專門制定了IS

0紙帶指令標(biāo)準(zhǔn)。后來隨著儲(chǔ)備介質(zhì)的容量、性能、種類的飛速進(jìn)展，紙

帶機(jī)差不多逐步被剔除。

（二）.專用編程器

繼紙帶機(jī)之后，數(shù)控設(shè)備的編程由數(shù)控設(shè)備廠家開發(fā)的各類專用編程

器取代。這類編程器實(shí)際上是一種專用運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)，沒有通用性，價(jià)格昂

貴，每臺(tái)幾萬元到幾十萬元不等。目前還有大量的這類編程設(shè)備在使用中。

（三）.個(gè)人電腦編程

利用一般個(gè)人臺(tái)式電腦或筆記本電腦，加載必要的軟件和接口，實(shí)現(xiàn)

對(duì)數(shù)控設(shè)備的編程和程序數(shù)據(jù)治理，這是近幾年進(jìn)展起來的一種新型編程

工具。由于個(gè)人電腦資源廣泛，能夠幸免重復(fù)投資。我們只要購買數(shù)控設(shè)

備廠家的專用編程軟件和必要的接口，即可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的程序和數(shù)

據(jù)編輯、備份、重裝等操作。

三.手搖脈沖編碼器

這是一種由操作工人操縱的，命令工作臺(tái)作定量進(jìn)給的器件。

它實(shí)際上也是一種光電脈沖編碼器，二者的原理差不多相同。區(qū)不無

過于驅(qū)動(dòng)來源不一樣，一為設(shè)備電機(jī)，一為人為手搖而已。它把輸出脈沖

送到數(shù)控系統(tǒng)，使機(jī)床按照設(shè)置的脈沖當(dāng)量（每個(gè)脈沖的走刀量或轉(zhuǎn)角）

進(jìn)行走刀或旋轉(zhuǎn)操作。

第十節(jié):位置隨動(dòng)系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)

所謂位置隨動(dòng)系統(tǒng)，是指對(duì)指定位置指令進(jìn)行位置動(dòng)態(tài)跟蹤的系統(tǒng)。

弄清其概念，對(duì)數(shù)控機(jī)床的整體明白得是有益的。

一.給定與反饋

給定：是指一個(gè)操縱系統(tǒng)的指定目標(biāo)輸入信號(hào)。對(duì)數(shù)控機(jī)床來講，它

由數(shù)控系統(tǒng)給出，由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處理并執(zhí)行。

反饋：把操縱目標(biāo)輸出量的一部分或全部反送到給定輸入端，與給定

信號(hào)進(jìn)行比較，共同參與對(duì)輸出量的操縱，以排除操縱誤差。

給定量輸出量

Q——>主操縱通路

反饋量

反饋電路

圖2-16.簡(jiǎn)單的給定與反饋系統(tǒng)圖

例如，我們生活中用到的各種溫度操縱系統(tǒng)（熱水器、電水壺等）確

實(shí)是如此一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。

二.閉環(huán)與開環(huán)系統(tǒng)

（一）.開環(huán)系統(tǒng)

沒有反饋，目標(biāo)輸出量完全按照操縱系統(tǒng)的給定直截了當(dāng)執(zhí)行的系統(tǒng)。

給定量輸出量

》主操縱通路

圖2-17.開環(huán)系統(tǒng)框圖

典型的如開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)，其位置和速度差不多上按照給定進(jìn)行輸出。

這種系統(tǒng)在發(fā)生偏差時(shí)，無法自動(dòng)檢測(cè)，因而也就無法進(jìn)行自動(dòng)校正。

（二）.半閉環(huán)系統(tǒng)

有反饋裝置，但反饋不直截了當(dāng)來自于實(shí)際目標(biāo)輸出量的系統(tǒng)。

當(dāng)前使用的所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控設(shè)備的工作臺(tái)操縱差不多差不多上這種系

統(tǒng)。它的反饋取自電機(jī)端的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，而不是實(shí)際工作臺(tái)的位移量。即反

饋量中未包含傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差，因此只能確實(shí)是半閉環(huán)系統(tǒng)。

下面是這種系統(tǒng)的框圖：

圖2-18.半閉環(huán)系統(tǒng)框圖

（三）.全閉環(huán)系統(tǒng)

有反饋裝置，且反饋來自于實(shí)際輸出量的系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)床的部分要求周密加工的系統(tǒng)使用了這種操縱結(jié)構(gòu)。如做周密

形線加工的工作臺(tái)。

真正的全閉環(huán)系統(tǒng)由于操縱上要求較高，因此，應(yīng)用不不多。

其框圖如下所示：

圖2-19.全閉環(huán)系統(tǒng)框圖

三.位置隨動(dòng)系統(tǒng)的三個(gè)環(huán)

典型的位置隨動(dòng)系統(tǒng)一樣都有如此三套反饋系統(tǒng)：位置環(huán)、速度環(huán)、

電流環(huán)。這三個(gè)反饋環(huán)路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)固的位置操縱系統(tǒng)。

（一）.三環(huán)系統(tǒng)的操縱框圖

下圖給出了數(shù)控機(jī)床典型的三環(huán)系統(tǒng)框圖。

圖2-20.三環(huán)系統(tǒng)框圖

圖中，轉(zhuǎn)換電路的作用是把速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)。

（二）.三個(gè)環(huán)的各自作用

1.位置精度的實(shí)現(xiàn)一一位置環(huán)

處于反饋環(huán)路的最外圈，由位置測(cè)量器件把測(cè)到的實(shí)際位置反饋到數(shù)

控系統(tǒng)，與給定的位置指令進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)精確位置跟蹤操縱。

2.速度波動(dòng)的操縱——速度環(huán)

處于三個(gè)環(huán)路的中間，其任務(wù)是測(cè)量電機(jī)的實(shí)際速度，與數(shù)控系統(tǒng)的

速度給定進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)對(duì)給定速度的跟蹤并抑制速度波動(dòng)，達(dá)到對(duì)速

度的精確平滑操縱。

3.負(fù)荷變化的適應(yīng)——電流環(huán)

電流環(huán)是三個(gè)環(huán)的內(nèi)環(huán)，其作用是通過測(cè)量電機(jī)的電流變化來間接得

到實(shí)際加工負(fù)載的波動(dòng)狀況，再與電流環(huán)給定量進(jìn)行比較，從而通過調(diào)劑

操縱抑制它給速度造成的可能擾動(dòng)。

四.反饋與給定的“權(quán)”（CMR/DMR）

之因此介紹“權(quán)”的概念，是因?yàn)樗窍到y(tǒng)的重要參數(shù)之一。

一樣來講，給定量的單位和反饋量的單位必須統(tǒng)一，如此才能進(jìn)行比

較運(yùn)算。原則上，一個(gè)穩(wěn)固的操縱系統(tǒng)，反饋量和給定量應(yīng)該完全相等。

然而由于操縱系統(tǒng)自身硬件和軟件參數(shù)設(shè)計(jì)的緣故，給定量和反饋到數(shù)控

系統(tǒng)的反饋量可能大小有大的差異，即“權(quán)”不同，這就使兩個(gè)量不具備

比較的前提條件。為了解決那個(gè)咨詢題，數(shù)控系統(tǒng)給出了兩個(gè)參數(shù)：

CMR：命令乘法倍率。

DMR：檢測(cè)乘法倍率。

適當(dāng)設(shè)置這兩個(gè)參數(shù)使得一個(gè)穩(wěn)固系統(tǒng)滿足如下關(guān)系：

給定量XCMR=反饋量XDMR

通過這兩個(gè)參數(shù)校正后，給定和反饋即能夠進(jìn)行同權(quán)的比較運(yùn)罷了。

第三章:數(shù)控編程原理及規(guī)范

第一節(jié):差不多編程規(guī)范

一.數(shù)控坐標(biāo)系

(-).笛卡兒坐標(biāo)系

數(shù)控坐標(biāo)系采納笛卡兒坐標(biāo)系。其定義方法如下:

1丫

B

OX

CA

z

圖3-1.笛卡兒坐標(biāo)系的確定

笛卡兒坐標(biāo)系中，直線軸能夠用右手定則確定正方向：右手手心對(duì)著

判定者，拇指向右為X+,食指向上Y+,中指向后為Z+。

旋轉(zhuǎn)軸的正向能夠用右手螺旋定則判定：圍繞X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)軸分不

為A、B、Co右手握住直線軸，拇指指向箭頭方向，則四指方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸

的正方向。

直線坐標(biāo)軸的走向一樣沿著工作臺(tái)的實(shí)際走刀方向。每一個(gè)由數(shù)控操

縱的工作臺(tái)能夠定義為一個(gè)直線坐標(biāo)軸。當(dāng)一個(gè)方向上有超過一個(gè)坐標(biāo)軸

時(shí)，能夠叫做XI、X2、Yl、Y2等。由數(shù)控操縱的每一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也能夠

定義為一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸也能夠稱為Al、A2、Bl、B2等。

（二）.絕對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)

數(shù)控程序中，下一個(gè)走刀目標(biāo)點(diǎn)的直角坐標(biāo)能夠用它在坐標(biāo)系中的絕

對(duì)位置坐標(biāo)來表示，稱為絕對(duì)坐標(biāo)。絕對(duì)坐標(biāo)寫作X_、Y_、Z_,位置

寫坐標(biāo)值。

還有一種表示下一個(gè)走刀目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)的方法，即用目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)有關(guān)于

當(dāng)前位置的坐標(biāo)增量來表示，它稱為相對(duì)坐標(biāo)。相對(duì)坐標(biāo)用U_、V_、W_

等表示。（當(dāng)用G90引導(dǎo)時(shí)，也可用X_、Y_、Z_來表示，見《數(shù)控機(jī)床的

有用編程技術(shù)》一章。）

二.數(shù)控坐標(biāo)系的建立

（一）.編程確定

用G92命令。這是一條專門用于建立坐標(biāo)系的命令，通過給出當(dāng)前刀

具位置坐標(biāo)來間接建立坐標(biāo)系。那個(gè)坐標(biāo)系我們又稱之為工件坐標(biāo)系。

例如：G92XI00.00Z150.00LF

那個(gè)程序段建立了一個(gè)坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)在刀具（刀尖）當(dāng)前位置X

負(fù)向100.00mm和Y負(fù)向150.0mm的位置上。

（二）.自動(dòng)坐標(biāo)系.

從參數(shù)系統(tǒng)中給出機(jī)床參考點(diǎn)（機(jī)床的絕對(duì)基準(zhǔn)，后面有介紹）

的坐標(biāo)以建立坐標(biāo)系，以后的走刀按照該坐標(biāo)系進(jìn)行。那個(gè)坐標(biāo)系也叫做

機(jī)床坐標(biāo)系。

如FANUC-3T系統(tǒng)的這兩個(gè)參數(shù)是:76&77,但參數(shù)12.7位需置為1

（承諾使用自動(dòng)坐標(biāo)系）。

（三）.數(shù)控機(jī)床的“軸”

1.幾何軸:即笛卡兒坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸。

2.物理軸:一樣指伺服裝置，包括伺服放大器、電機(jī)及反饋器件，構(gòu)

成一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

三.插補(bǔ)原理

數(shù)學(xué)上對(duì)加工軌跡進(jìn)行靠近的方法叫做插補(bǔ)運(yùn)算。它是在坐標(biāo)系內(nèi)完

成的。

下面以逐點(diǎn)比較法為例進(jìn)行講明。