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　　數(shù)控機床是數(shù)字掌控組織工作母機的概稱，是集當代精密機械設計與制造技術、排序機技術、通訊技術、手動掌控技術、檢驗技術、電力電子與B480A子技術、電機與新材料技術、液壓與氣動技術、光電技術等最新成就而構成的機電一體化的高級眾所周知產(chǎn)品，作為加工制造業(yè)的組織工作母機，同時是兼?zhèn)涓呔?、高場效應、高效率、高智能化特點于一身的當代設備。

　　數(shù)控機床是國防軍工、國民經(jīng)濟中的關鍵基礎裝備，它的應用應用領域遍及社會經(jīng)濟的各個應用領域，是機械、電子、汽車、石化、建筑等職能部門的支柱產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也是能源、交通、材料、通訊等基礎產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展當代關鍵工具。

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　　機床

　　因而，各國都給予極大的重視，我省也毫不例外，歷年都采取一系列措施，支持數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但由于種種原因，我省的技術水平產(chǎn)業(yè)發(fā)展還趕不上技術先進的發(fā)達國家。特別是數(shù)控機床是一個非常復雜的機電一體化掌控技術，涉及到許多技術應用領域，短期內極難由少數(shù)幾個職能部門或單位完成如此艱巨的組織工作各項任務。

目前，轉換器掌控掌控技術不但在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中得到了廣泛的應用應用領域，而且在許多高科技應用領域，如激光加工、機器人、數(shù)控機床、大規(guī)模集成電路制造、辦公智能化設備、衛(wèi)星姿態(tài)掌控、雷達和各種軍用武器電控掌控技術、場效應制造掌控技術以及智能化生產(chǎn)線等應用領域中的應用應用領域也迅速產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　轉換器掌控技術是手動掌控掌控技術的關鍵組成部分，它的性能優(yōu)劣直接下定決心與負面影響著手動掌控掌控技術的快速性、靈活性和精確性，機、電、液的組合成為目前工業(yè)智能化的主要技術基礎。

　　轉換器掌控掌控技術用來精確地跟隨或Cadours某個過程的意見反饋掌控掌控技術。在很多情況下，轉換器掌控技術專指被掌控量（掌控技術的輸入量）是機械偏轉或偏轉速度、加速度的意見反饋掌控掌控技術，其作用是使輸入的機械偏轉（或轉角處）準確地跟蹤輸入的偏轉（或轉角處）。

轉換器掌控技術的結構組成和其他形式的意見反饋掌控掌控技術沒有原則上的區(qū)別。轉換器掌控技術的主要各項任務是按照掌控命令明確要求，對信號進行變換、調控和功率放大等處理，使驅動器輸入的轉矩、速度及邊線都能靈活方便的掌控。

　　1、數(shù)控機床掌控方案設計

　　1.1加工精度

　　精度是機床要確保的一項性能分項。邊線轉換器掌控掌控技術的邊線精度在很大程度上下定決心了數(shù)控機床的加工精度。因而邊線精度是一個極為關鍵的分項。為了確保有足夠的邊線精度，一方面是正確優(yōu)先選擇掌控技術中亞胺放大次方的大小，另一方面是對邊線檢驗組件提出精度的明確要求。

　　因為在閉環(huán)掌控掌控技術中，對于檢驗組件這類的數(shù)值和被檢驗量的偏差是極難區(qū)分出來的，意見反饋檢驗組件的精度對掌控技術的精度常常起著下定決心性的作用?？梢哉f，數(shù)控機床的加工精度主要由檢驗掌控技術的精度下定決心。

偏轉檢驗掌控技術能夠量測的最小偏轉量稱做解析度。解析度不但依賴于檢驗組件這類，也依賴于量測線路。在設計數(shù)控機床、尤其是高精度或大中型數(shù)控機床時，要精心選用檢驗組件。

　　所優(yōu)先選擇的量測掌控技術的解析度或脈沖當量，一般明確要求比加工精度高一個數(shù)量級。總之，高精度的掌控掌控技術要有高精度的檢驗組件作為確保。比如，數(shù)控機床中常用的直線感應同步器的精度已僅約±0.0001mm，即0.1μm，精確度為0.05μm，多次重復精度0.2μm；而圓形感應同步器的精度僅約0.5N，精確度0.05N，多次重復精度0.1N。

　　1.2亞胺掌控放大次方

　　在眾所周知的四階掌控技術中，減震系數(shù)x=1/2(KT)-?，速度平衡態(tài)數(shù)值e(∞)＝1/K，其中K為亞胺放大次方，工程上多稱作亞胺阻抗。顯然，掌控技術的亞胺放大次方是負面影響轉換器掌控技術的靜態(tài)、動態(tài)分項的關鍵參數(shù)之一。

一般情況下，數(shù)控機床轉換器機構的放大次方取作20～30(1/S)。通常把K20的掌控技術稱為高放大次方或硬轉換器掌控技術，應用應用領域于輪廓加工掌控技術。

　　假若為了不負面影響加工零件的表層溫度梯度和精度，期望正弦響應不產(chǎn)生振蕩，即明確要求是值域大許多，亞胺放大次方K就小許多；若從掌控技術的快速性出發(fā)，期望x優(yōu)先選擇小許多，即期望亞胺放大次方～增加些，同時K值的增大對掌控技術的平衡態(tài)精度也能有所提高。因而，對K值的選取是必需綜合考慮的問題。換句話說，并非掌控技術的放大次方愈高愈難。

當輸入速度突變時，高放大次方可能導致輸入劇烈的變動，機械器要受到較大的沖擊，有的還可能引起掌控技術的靈活性問題。這是因為在高階掌控技術中掌控技術靈活性對K值有值域范圍的明確要求。低放大次方掌控技術也有一定的優(yōu)點，比如掌控技術調整比較容易，結構簡單，對擾動不敏感，加工的表層溫度梯度好。

　　1.3掌控掌控技術可靠性

　　數(shù)控機床是一種高精度、高效率的智能化設備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為關鍵。可靠度是評價可靠性的主要定量分項之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的概率。

　　對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、組織工作條件及組織工作方式等，比如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，比如數(shù)控機床的各種機能，轉換器性能等。

平均故障(失效)間隔時間(MTBF)是指發(fā)生故障經(jīng)修理或更換零件還能繼續(xù)組織工作的可修復設備或掌控技術，從一次故障到下一次故障的平均時間，數(shù)控機床常用它作為可靠性的定量分項。

　　由于數(shù)控器采用微機后，其可靠性大大提高，所以轉換器掌控技術的可靠性就相對突出。它的故障主要來自轉換器組件及機械傳動部分。通常液壓轉換器掌控技術的可靠性比電氣轉換器掌控技術差，電磁閥、繼電器等電磁組件的可靠性較差，應盡量用無接觸點組件代替。

　　目前數(shù)控機床因受組件質量、工藝條件及費用等限制，其可靠性還不很高。為了使數(shù)控機床能得到工廠的歡迎，要進一步提高其可靠性，從而提高其使用價值。在設計轉換器掌控技術時，要按設計的技術明確要求和可靠性優(yōu)先選擇元器件，并按嚴格的測試檢驗進行篩選，在機械互鎖器等方面，要給予密切注意，盡量減少因機械部件引起的故障。

　　1.4調速范圍

在數(shù)控機床的加工中，轉換器掌控技術為了同時滿足高速快移和單步點動，明確要求進給驅動具有足夠寬的調速范圍。

　　單步點動作為一種輔助組織工作方式常常在組織工作臺的調整中使用。轉換器掌控技術在低速情況下實現(xiàn)平穩(wěn)進給，則明確要求速度要大于“死區(qū)”范圍。所謂“死區(qū)”指的是由于靜摩擦力的存在使掌控技術在很小的輸入下，電機克服不了這摩擦力而不能轉動。此外，還由于存在機械間隙，電機雖然轉動，但拖板并不移動，這些現(xiàn)象也可用“死區(qū)”來表達。

設死區(qū)范圍為a，則最低速度Vmin，應滿足Vmin≥a，由于a≤dK，d為脈沖當量(mm/脈沖)；K為亞胺放大次方，則：Vmin≥dK若取d=0.01mm/脈沖，K=30×1/S，則最低速度Vmin≥a=30×0.01mm/min=18mm/min轉換器掌控技術最高速度的優(yōu)先選擇要考慮到機床的機械允許界限和實際加工明確要求，高速度固然能提高生產(chǎn)率，但對驅動明確要求也就更高。此外，從掌控技術掌控角度看也有一個檢驗與意見反饋的問題，尤其是在排序機掌控掌控技術中，要考慮軟件處理的時間是否足夠。

　　由于fmax=fmax/d式中：fmax為最高速度的脈沖頻率，kHz；vmax為最高進給速度，mm/min；d為脈沖當量，mm。又設D為調速范圍，D=vmax/vmin，得

fmax=Dvmin/d=DKd/d=DK則為最小的間隔時間tmin，即tmin=1/DK。顯然，掌控技術要在tmin內通過硬件或軟件完成邊線檢驗與掌控的操作。對最高速度而言，vmax的值域是受到tmin的約束。

　　一個較好的轉換器掌控技術，調速范圍D往往僅約到800～1000。當今最先進的水平是在脈沖當量d=1μm的條件下，進給速度從0～240m/min范圍內連續(xù)可調。

　　2、數(shù)控機床硬件設計

　　2.1運動掌控卡

運動掌控卡是一種上位掌控單元，可以掌控轉換器電機，是基于PC總線，利用高性能微處理器（如DSP）及大規(guī)?？删幊唐骷崿F(xiàn)多個轉換器電機的多軸協(xié)調掌控的一種高性能的步進/轉換器電機運動掌控卡包括脈沖輸入、脈沖計數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸入、D/A輸入等功能，它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來掌控電機的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來掌控電機的邊線，它的脈沖輸入模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。

　　脈沖計數(shù)可用于編碼器的邊線意見反饋，提供機器準確的邊線，糾正傳動過程中產(chǎn)生的數(shù)值。數(shù)字輸入/輸入點可用于語限位、原點開關等。產(chǎn)品廣泛應用應用領域于工業(yè)智能化掌控應用領域中需要精確定位、定長的邊線掌控掌控技術和基于PC的NC掌控掌控技術。具體就是將實現(xiàn)運動掌控的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有轉換器電機掌控所需的各種速度、邊線掌控功能。這些功能能通過排序機方便地調用。

　　運動掌控卡不但要發(fā)送脈沖給電機驅動器，同時接受轉換器電機編碼器意見反饋的脈沖數(shù)，還接受光柵尺意見反饋信號，進而掌控轉換器電機的轉速。轉換器驅動器既要與運動掌控卡有數(shù)據(jù)線連接，其這類還要連接插座電源。

如果你的運動掌控卡時比較好的卡，轉換器刷新率可以達到明確要求，可以把編碼器意見反饋直接接到運動掌控卡，形成一個整體的閉環(huán)。若對對精度有很高的明確要求可以用雙閉環(huán)，運動掌控卡就是根據(jù)明確要求x-y平臺運行的邊線，掌控電機運動到準確的邊線。

　　2.2PC總線

　　現(xiàn)有的放開式數(shù)控掌控技術實現(xiàn)方案主要采用PC機和數(shù)控掌控技術結合的方法，PC機作為上位機實現(xiàn)較為復雜的網(wǎng)絡通信，人機交互等功能，數(shù)控掌控技術作為下位機將上位機輸入的運行參數(shù)經(jīng)過處理交給執(zhí)行部件執(zhí)行，同時將檢驗掌控技術的意見反饋信息上傳給上位機實現(xiàn)實時監(jiān)控，各個模塊之間協(xié)調組織工作互不干擾，給掌控技術升級帶來了方便。

放開式掌控技術動態(tài)掌控器的核心是DSP，它具有運算速度快，支持復雜運動算法的特點，可以滿足高精度運動掌控的明確要求，因而，以DSP為核心的多軸動態(tài)掌控卡越來越廣泛地應用應用領域在運動掌控掌控技術中，將多軸動態(tài)掌控卡插在PC機擴展槽上，就可以組成高精度運動掌控掌控技術，邊線意見反饋信號的采集、閉環(huán)掌控排序及掌控量的輸入均由動態(tài)掌控卡完成，極大的提高了運算速度和掌控響應速度，將工控機的資源從煩瑣的數(shù)據(jù)采集和排序中解決出來，從而可以更好的實施整個掌控掌控技術的管理。

　　2.3驅動器

　　轉換器驅動器是用來掌控轉換器電機的一種掌控器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達。目前主流的轉換器驅動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為掌控核心，可以實現(xiàn)比較復雜的掌控算法，事項數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢驗保護電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅動器的沖擊。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。

　　經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流轉換器電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

轉換器驅動器一般可以采用邊線、速度和力矩三種掌控方式，主要應用應用領域于高精度的定位掌控技術，目前是傳動技術的高端。編碼器（encoder）是將信號或數(shù)據(jù)進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。

　　驅動器是一個驅動放大組件，只是把上位機（如運動掌控卡）發(fā)來的許多信號進行放大，以致使電機可以運轉起來。MAC系列運動掌控卡是基于總線的電機運動掌控卡。

　　采用專用掌控芯片為核心器件，輸入輸入信號均為光電隔離，可與各種類型的步進電機驅動器連接，驅動步進電機，構成高精度邊線掌控掌控技術或調速掌控技術。

　　可與PC機構成主從式掌控結構：PC機負責人機界面的管理和其它管理組織工作；而掌控卡負責運動掌控方面的所有細節(jié)。用戶通過我們提供的動態(tài)鏈接庫可方便快速的開發(fā)出自己需要的運動掌控功能。

　　3、轉換器掌控掌控技術設計

機電一體化的轉換器掌控掌控技術的結構,類型繁多,但從手動掌控理論的角度來分析,轉換器掌控掌控技術一般包括掌控器,被控對象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢驗環(huán)節(jié),比較環(huán)節(jié)等五部分。

　　3.1比較環(huán)節(jié)

　　比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與掌控技術的意見反饋信號進行比較,以獲得輸入與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或排序機來實現(xiàn)。

　　3.2掌控器

　　掌控器通常是排序機或PID掌控電路,其主要各項任務是對比較組件輸入的偏差信號進行變換處理,以掌控執(zhí)行組件按明確要求動作。

　　3.3執(zhí)行環(huán)節(jié)

　　執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按掌控信號的明確要求,將輸入的各種形式的能量轉化成機械能,驅動被控對象組織工作。機電一體化掌控技術中的執(zhí)行組件一般指各種電機或液壓,氣動轉換器機構等。

　　3.4被控對象

　　機械參數(shù)量包括偏轉，速度，加速度，力，和力矩為被控對象。

　　3.5檢驗環(huán)節(jié)

檢驗環(huán)節(jié)是指能夠對輸入進行量測并轉換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的器,一般包括傳感器和轉換電路。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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