2006-04-05 21:40:59第 五 章　数控机床及工业机器人　　 第一节　数控机床　　数控技术，即NC（Numerical Control）技术，是指用数字化信息（数字量及字符）发出指令并实现自动控制的技术。　　计算机数控（Computerized Numerical Control,简写为CNC）是指用计算机实现部分或全部基本数控功能。　　一、数控加工原理　　数控加工将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、刀具选择、冷却液供给、进给、起停等）以及工件的形状尺寸用程序表示，再由数控装置对输入的信息进行处理和运算，然后由数控装置按照零件加工程序的要求控制机床伺服驱动系统，实现刀具与工件的相对运动，完成零件加工。 　　当被加工工件改变时，除了重新装夹工件和更换刀具外，只需更换程序。在进行曲线轮廓加工时，只要知道曲线的种类、起点、终点以及速度等，就可以根据给定的数字函数，如线性函数、圆函数或高次曲线函数，在曲线的起点和终点之间进行数据点的密化，确定一些中间点，从而加工出给定的曲线轮廓，这种方法称为插补。插补算法是数控加工技术中的一个基本问题。　　目前常用的插补算法有两大类：以脉冲形式输出的脉冲增量法，它适合于以步进电动机作为驱动元件的开环伺服驱动系统；以数字时形式输出的数字增量法，它适合于以交、直流伺服电动机作为驱动元件的闭环（或半闭环）伺服驱动系统。 　　要实现数控加工必须：　　1.具有一个既能接受零件图样加工要求信息，又能按照一定的数学模型进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度控制指令的数字计算机，即控制装置；　　2.具有能够快速响应,并具有足够功率的伺服驱动装置；　　3.具有能够满足上述加工方式的机床主机，辅助装置和刀具。　　二、数控机床的组成　　数控机床分成两大部分，即CNC系统和机床主机（包括辅助装置）。　　（一）CNC系统　　CNC系统由程序、输入输出（L/O）设备、CNC装置及主轴、进给驱动装置组成。 　　零件加工程序是CNC系统的重要组成部分。　　输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、打印、显示等。简单的输入输出设备只包括健盘、米字管和数码管等。一般的输入输出设备除了人机对话编程健盘和阴极射线管（CRT）显示器或液晶显示器（LCD）外，还包括纸带、磁带或磁盘输入机、穿孔机和电传机等。高级的输入输出设备还包括自动编程机乃至CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）系统。　　CNC装置是CNC系统的核心部件，它由三部分组成，即计算机（硬件和软件）、可编程序控制器（PLC）和接口电路。　　主轴驱动装置用于控制主轴的旋转运动，实现在宽范围内速度连续可调，并在每种速度下都能提供切削所需要的功率。 　　进给驱动装置用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，提供切削过程中所需要的扭矩，并可以任意调节运动速度，再配以位置控制系统，可实现对工作台和刀具位置的精确控制。　　（二）主机　　为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，其机械结构具以下一些特点：　　1.高刚度和高抗振性。提高机床静刚度和固有频率，改进机床结构的阻尼特性是提高机床动刚度和抗振性的有效方法。　　通过机床结构、筋板的合理布局，例如加大主轴的支承轴径，缩短主轴端部的受力悬伸段，床身采用钢板焊接结构等方法来提高刚度。采用新材料，特殊结构也可以提高动刚度和抗振能力。 　　2.减小机床热变形。为了减小热变形常采取以下措施：采用热对称结构及热平衡措施；对于发热部件（如主轴箱、静压导轨液压油等）采取散热、风冷、液冷等控制温升；对切削部位采取强冷措施；专门采用热位移补偿，即预测热变形规律建立数学模型存入计算机，来进行实时补偿。　　3.采用滚动导轨、静压导轨、滚珠丝杠、塑料滑动导轨等高效率、无间隙、低摩擦传动。　　4.简化的机械传动结构。采用高性能、宽调速范围的交直流主轴电动机和伺服电动机，使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化，提高传动精度和可靠性。 　　为了保证数控机床正常运行，必须配备必要的辅助装置，包括：液压、气动装置，交换工作台，数控转台，数控分度头，排屑装置，刀具及其监控检测装置等。　　三、数控机床的分类　　（一）按照能够控制刀具与工件间相对运行的轨迹　　1.点位控制（或位置控制）数控机床。只能控制工作台（或刀具）从一个位置（点）精确地移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行加工，各个运动轴可以同时移动，也可以依次移动。数控镗床、钻床、冲床。　　 　　2.轮廓控制数控机床。能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制，不仅控制轮廓的起点和终点，而且还要控制轨迹上每一点的速度和位置，因而能够加工曲线（或曲面）。 　　数控车床、铣床、磨床、电加工机床和加工中心等。　　（二）按照伺服驱动系统的控制方式　　1.开环控制数控机床。这类数控机床不带位置检测反馈装置。CNC装置输出的指令脉冲经驱动电路的功率放大，驱动步进电动机转动，再经传动机构带动工作台移动。　　 　　2.闭环控制数控机床。这类数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置安装要机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置，并与CNC装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。　　 　　3.半闭环控制数控机床。　　 　　总结：　　1.开环控制数控机床。这类数控机床不带位置检测反馈装置。开环控制的数控机床工作比较稳定，反应快，调试方便，维修简单，但控制精度和速度都比较低，这类数控机床多为经济型。　　2.闭环控制数控机床。这类数控机床带有位置检测反馈装置。闭环控制数控机床由于能够减小乃至于消除由于传动部件制造、装配所带来的误差，因而可以获得很高的加工精度。但环内包含的机械传动环节比较多，其中不少参数和特性都是可变的，有一些还是非线性的。如果设计、调整不当，将会造成系统的不稳定。如果不是精度要求很高的数控机床，一般不采用这种控制方式。　　3.半闭环控制数控机床。将检测元件安装在电动机的端头或丝杠的端头，则为半闭环控制数控机床。由于半闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，所以可以获提比较稳定的控制特性。其控制精度虽不如闭环控制数控机床那样高，但调试比较方便，因而广泛采用。　　（三）按照加工方式分类　　1.金属切削类。属于此类的有数控车床、钻床、铣床、镗床、磨床、齿轮加工机床和加工中心等。　　加工中心是有刀库，并且能够自动换刀的数控机床。其中，包括镗铣类加工中心和车削中心。　　镗铣类加工中心主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能进行铣、镗、钻、攻丝等工序，工件一次装夹后，能自动地完成或接近完成工件各面的所有加工工序。　　车削中心以轴类零件为主要加工对象，它一般具有C轴控制（具有位置控制功能的附加主轴驱动控制），除可进行车削、镗削外，还可进行端面和周面上任意部位的钻削、铣削和攻丝加工。有的还可以进行各种曲面的铣削加工。　　 　　2.金属成型类。该类包括数控折弯机、弯管机、冲床、回转压力机等。　　3.特种加工类。数控特种加工机床包括数控线切割机床、电火花加工机床及激光切割机等。　　4.其他类。如数控火焰切割机床、三坐标测量机等。 　　（四）按照CNC装置的功能水平分类　　按照CNC装置的功能水平可大致把数控机床分为高、中、低（经济型）三档。大体上可从分辨率、进给速度、伺服系统、同时控制轴数（联动轴数）、通信功能、显示功能、有无PLC及主CPU水平等几方面加以区分。　　表5－1　　　按CNC装置功能水平分类表 功能
高档
中档
低档
分辨率（μm）
0.1
1
10
进给速度（ mm/min）
15∽100
15∽24
＜ 15
伺服系统
交、直流伺服电动机驱动的闭环、半闭环控制伺服系统
功率步进电动机驱动的开环控制伺服系统
同时控制轴数
3∽5轴
2轴（3轴直线）
通信功能
带 MAP（或相当）网卡、可以进网
RS－232C、RS－422或DNC通信接口
无或 RS－232C通信接口
显示功能
可以进行三维图形显示
CRT（LCD）字符、图形显示
LED显示或CRT字符显示
有无 PLC
有
无
主 CPU
16位、32位、64位，主流为32位
8位，也有16位
　　四、数控机床的特点　　1.能加工复杂型面；　　2.更高的精度和稳定的质量；　　3.很高的生产率；　　4.广泛的适应性；　　5.一机多用；　　6.可以大大减少在制品数量，提高经济效益；　　7.可以改善生产环境，大大减轻操作者的劳动强度；　　8.可实现精确的成本核算和生产进度安排；　　9.是实现柔性自动加工的主要设备，也是发展柔性生产和计算机集机制造的基础。　　第二节　CNC装置　　一、CNC装置所具备的功能　　CNC装置是CNC系统的核心部件，它由三部分组成，即计算机（硬件和软件）、可编程序控制器（PLC）和接口电路。　　它的功能是：根据输入的零件加工程序、数据和参数，完成数值计算和逻辑判断，进行输入、输出控制。　　1.控制功能。指能够控制的轴数及同时控制（即联动）的轴数。控制和轴数有2轴、3轴、4轴、5轴，可多达到24轴。同时控制轴数可以是2轴、3轴、直至6轴。　　2.准备功能，也称G功能。包括机床基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、程序暂停、基准点返回、固定循环、米-英制转换等。　　3.插补功能。现代CNC装置多通过软件或软、硬件相结合实现插补功能。　　4.进给功能。包括切削进给速度（每分钟进给量）、同步进给速度（主轴每转的进给量）、快递进给及进给率（0%～200%变化，每档10%）。　　5.主轴功能，包括主轴每分钟转数的设定，正、反转及准停等。　　6.辅助功能。包括主轴的起、停，冷却液的通、断，刀具交换的起、停等。　　7.选刀及工作台分度功能。　　8.固定循环功能。用于螺纹加工、钻孔、深孔钻削、镗孔及攻丝等工序。固定循环程序相当于一个指令束，可以大大减少程编工作量。　　9.补偿功能。包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。 　　10.字符、图形显示功能。配置CRT或LCD显示器，实现零件程序、参数显示，刀具位置显示，机床状态及报警显示等。有些CNC装置还可以进行刀具轨迹的静态图形及三维图形显示。　　11.诊断功能。随时检查不正确事件的发生，出现故障可显示、查询和定位。　　12.通信功能。备有串行通信接口，DNC接口，有的CNC装置还配有网卡，可方便地接入MAP工业局域网、以太网等。　　13.在线自动编程功能。有些CNC装置具有会话式自动编程功能、蓝图编程功能、参数编程功能或几何工艺语言（CTL）编程功能。有的自动编程系统可以自动选择刀具和切削刀量，使编程变得十分方便。 　　以上所述各功能中、前8个功能属于CNC装置的基本功能配置，而后5个功能属于选择功能，用户可根据需要加以选用。　　二、CNC装置的硬件结构　　（一）单微处理器结构与多微处理器结构CNC装置　　CNC装置是在硬件支持下，执行软件来进行工作的。其控制功能在相当大的程度上取决于硬件结构。早期的CNC装置、经济型CNC装置控制功能不十分复杂，大都采用单微处理器结构。现代CNC装置多采用多微处理器结构，以满足高速化、复合化、智能化、系统化等要求。　　1.单微处理器结构CNC装置。单微处理器

　　 　复习指导一
　　（二）、下面是同学们必须掌握的知识点，在复习中一定要真正理解，并能灵活运用。图号为教材中的图号
　　第1章绪论
　　一、数控机床进行加工时，对机床的运动进行控制，归纳起来可分为哪几种类别的控制？
　　答：数控机床进行加工时，数控系统必须按照工件加工的要求对机床的运动进行控制，归纳起来可分为三种类别的控制：
　　1、主轴控制主轴运动和普通机床一样，主轴运动主要完成工件的切削任务。
　　2、进给控制即用电气自控驱动替代了人工机械驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服系统完的。
　　3、辅助控制数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种开关状态进行控制，这部分功能一般由可编程序逻辑控制器（PLC）实现。
　　图1.3数控机床的基本组成
　　（注：此处图1.3指教材的图，请同学们结合教材进行阅读，以下类同）
　　二、数控机床控制系统由哪几部分组成？
　　答：数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置，如图1.3所示。
　　三、数控机床有哪几种分类方式？并说明是如何分类的。
　　答： 1、按被控制对象运动轨迹进行分类
　　1）位控制的数控机床
　　点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。
　　2）直线控制的数控机床
　　直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。
　　图1.5点位控制的切削加工图1.6直线控制切削加工
　　3）轮廓控制的数控机床
　　轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。
　　图1.7轮廓控制切削加工
　　2、按控制方式分类
　　1）开环控制数控机床
　　这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环数控机床所用的电动机主要是步进电动机。
　　2）闭环控制系统
　　闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。伺服系统采用交伺服电动机、直流伺服电动机。
　　3）半闭环控制系统
　　半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换（称为间接测量）。
　　复习指导二
　　第2章　数控机床强电控制电路
　　一、低压断路器的作用是什么？
　　答：低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。因此，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。
　　二、接触器的作用是什么？
　　答：接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是交流接触器。
　　三、继电器的作用是什么？电流继电器与电压继电器在结构上的主要区别是什么？
　　答：继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电学量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触头的动作（断开或闭合）。
　　电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并联以反映其两端的电压。
　　中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大的作用。
　　四、接近开关作用是什么？
　　答：接近开关又称无触点行程开关。当运动着的物体在一定范围内与之接近时，接近开关就会发生物体接近而“动作”的信号，以不直接接触方式控制运动物体的位置。
　　接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线（通常为24V）和一根输出线。输出有常开、常闭两种状态。
　　五、热继电器作用是什么？
　　答：热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的过载保护。当负载电流超过整定电流值并经过一定时间后，发热元件所产生的热量使双金属片受热弯曲，带动动触点与静触点分断，切断电动机的控制回路，使接触器线圈断电释放，从而断开主电路，实现对电动机的过载保护。由此可见，热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。
　　六、电气控制线路电路图一般有哪几类？
　　答：电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图
　　1．电气原理图
　　电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接线端子之间的相互关系。根椐便于阅读和分析线路及简单清晰的原则，采用标准电气元件图形符号绘制。
　　2．电器元件布置图
　　电气元件布置图主要用来表明各种电气元件在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，为机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。
　　3．电器安装接线图
　　电气安装接线图是用规定的图形符号，根据原理图，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图，它清楚地表明了各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接的详细信息。
　　七、三相异步电动机在何种情况下采用直接起动？
　　答：为了减小起动电流，电动机在起动时应采用适当的措施。三相笼型电动机有直接起动（全电压起动）和间接起动（降压起动）两种方式。直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，适合小容量电动机。对于较大容量（大于10KW）的电动机，因起动电流大（可达额定电流的4～7倍），一般采用减压起动方式来降低起动电流。
　　复习指导四
　　第4章数控机床的伺服驱动
　　一、闭环伺服系统的由哪两个环组成？
　　答：闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环速度控制单元是一个独立的单元部件，它由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。
　　二、试阐述步进电动机的基本结构和工作原理
　　答：步进电动机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件。
　　图4.2a)为三相反应式步进电动机的结构图。它是由转子、定子及定子绕组所组成。定子上有六个均布的磁极，直径方向相对的两个极上的线圈串联，构成电动机的一相控制绕组。下面我们分析步进电动机的工作原理：
　　图4.2b)所示为反应式步进电动机工作原理示意图。其定子、转子是用硅钢片等软磁材料制成的，定子上有A、B、C三对磁极，分别绕有A、B、C三相绕组。三对磁极在空间上相互错开120°。转子上有4个齿，无绕组，它在定子磁场中被磁化而呈现极性。当定子A相绕组通电时，形成以A-A′为轴线的磁场，转子受磁场拉力作用而产生转矩，使转子的1、3齿和定子的A—A’极对齐，如图4.2b)所示；当A相断电、B相绕组通电时，以B-B′为轴线的磁场使转子的2、4齿和定子的B-B′极对齐，转子将在空间逆时针转过30°角；当B相断电，C相绕组通电时，以C-C′为轴线的磁场使转子的1、3齿和定子的C-C′极对齐，转子将在空间又逆时针转过30°角。如此按A→B→C→A的顺序通电，转子就会不断地按逆时针方向转动；如按A→C→B→A的顺序通电，转子就会不断地按顺时针方向转动。
　　从一相通电换到另一相通电，叫一拍；每一拍转子转动一步，每步转过角度叫步距角，用α表示。
　　图4．2反应式步进电动机工作原理
　　三、步进电动机的驱动装置由哪两部分组成？
　　答：步进电机的运行性能，不仅与步进电机本身和负载有关，而且与配套的驱动装置有着十分密切的关系。步进电动机驱动装置由脉冲分配器、功率放大电路两大部分组成，如图4.5所示。其中，步进电动机功率放大驱动电路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号。
　　图4.5步进电动机控制驱动电路
　　四、进给伺服装置和主轴伺服装置分别采用什么伺服电动机？数控机床常用的位移执行机构有哪些种类？并比较直流与交流伺服电动机的优劣。
　　答：主轴伺服装置一般采用交流异步伺服电动机，进给伺服装置一般采用永磁同步伺服电动机。
　　常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。
　　由于直流伺服电动机存在着一些固有的缺点，（比如，有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格贵），使其应用环境受到限制。交流伺服电动机没有这些缺点，且转子惯量较直流电动机小，使得动态响应好，因此，交流伺服系统得到了迅速发展，已经形成潮流。从20世纪80年代后期开始，大量使用交流伺服系统，目前，已基本取代了直流电动机。
　　五、试阐述交流伺服电动机的工作原理。并分析如图4.20所示的θ夹角与负载转矩的关系。
　　答：如图4.20所示，交流伺服电动机的转子是一个具有两个极的永磁体(也可以是多极的)。按照电动机学原理，当同步型电动机的定子三相绕组接通三相交流电源时，就会产生旋转磁场(Ns，Ss)以同步转速ns逆时针方向旋转。根据两异性磁极相吸的原理，定子磁极Ns(或Ss)紧紧吸住转子，以同步转速ns在空间旋转，即转子和定子磁场同步旋转。
　　当转子加上负载转矩后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ夹角。转子的负载转矩增大时，定子磁极轴线与转子磁极轴线间的夹角θ增大；当负载转矩减小时θ角减小。
　　图4.20永磁式同步型电动机的工作原理
　　六、交流同步电动机是如何进行变频调速的？
　　答：由电动机学基本原理可知，交流电动机的同步转速为
　　n0＝ 60f1/p (r/min)
　　式中f1——定子供电频率，单位Hz；
　　P——电动机定子绕组磁极对数；
　　从上面的公式可以看出：平滑改变定子供电频率f1而使转速平滑变化，这就是变频调速方法。这是交流电动机的一种理想调速方法。目前，数控机床主要采用变频调速等先进交流调速技术。
　　七、正弦波脉宽调制(SPWM)变频器采用的重要理论基础是什么？并以此阐述正弦波脉宽调制(SPWM) 逆变器的基本原理。
　　答：在采样控制理论中有一个重要结论，冲量(窄脉冲的面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。电动机就是一个惯性的环节，该结论是SPWM控制的重要理论基础。
　　SPWM逆变器输出的是正弦脉宽调制波,如图4.24b)所示。其工作原理是若把一个正弦半波分成N等分，然后把每一等分的正弦曲线与横坐标轴所包围的面积，都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，这样可得到N个等高而不等宽的脉冲序列。根据上述冲量相等效果相同的原理，该矩形脉冲序列与正弦半波是等效的。如果对正弦波的负半周也做同样处理，即可得到相应的2N个脉冲，这就是与正弦波等效的正弦脉宽调制波，如图4.24所示。通过对等效的正弦脉宽调制波的脉冲调制，就相当于调整了输出的正弦波频率。
　　复习指导五
　　第5章　数控机床的位置检测装置
　　一、数控机床对检测装置的基本要求是什么？
　　1、稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。
　　2、满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率一个数量级。
　　3、安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调试。尽量选用价格低廉，性能价格比高的检测装置。
　　数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度，因此，位置检测装置是数控机床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用。
　　二、常用位置检测装置是如何进行分类的？
　　答：根据位置检测装置安装形式和测量方式, 数控机床测量方式可按以下几种方式分类：
　　1、绝对式和增量式按检测量的测量基准，可分为绝对式和增量式测量
　　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，每检测到位置移动一个基本单位时，输出一个脉冲波，通过脉冲计数便可得到位移量。
　　2、直接测量和间接测量按被测量和所用检测元件的位置关系，可分为直接测量和间接测量。
　　若位置检测装置所测量的对象就是被测量本身，叫做直接测量。采用安装在电机或丝杠轴端的回转型检测元件间接测量机床直线位移的检测方法，叫做间接测量。
　　三、位置检测装置常用的性能指标有哪些？
　　答：位置检测装置安装在伺服驱动系统中，由于所测量的各种物理量是不断变化的，因此传感器的测量输出必须能准确、快速地跟随并反映这些被测量的变化。位置检测装置的主要性能指标包括如下几项内容。
　　1、精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度，数控机床用传感器要满足高精度和高速实时测量的要求。数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度。
　　2、分辨率位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求。分辨率的高低，对系统的性能和运行平稳性具有很大的影响。一般按机床加工精度的1／3～1／10选取检测装置的分辨率。
　　3、灵敏度输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏度高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该是一致的。
　　四、试阐述旋转编码器的工作原理。
　　答：旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机床中得到了广泛的使用。旋转编码器通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字(脉冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器，这种测量方式没有累积误差。旋转编码器也可用来检测转速。
　　图5.2增量式光电编码器外形结构图
　　当光电盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙，光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。通过计数器计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移；通过计量脉冲的频率，即可测定旋转运动的转速，测量结果可以通过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系统中。
　　增量式光电编码器外形结构见图5.2。实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹A、A和B、B，A组与B组的条纹彼此错开1／4节距，两组条纹相对应的光敏元件所产生的信号彼此相差90°相位，用于辨向。
　　此外，在光电码盘的里圈里还有一条透光条纹C(零标志刻线)，用以每转产生一个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。
　　复习指导六
　　第6章　数控机床的可编程控制器（PLC）
　　一、最初，可编程控制器是用来替代哪类传统控制电器的？目前它一般用来实现数控机床的哪类控制功能？
　　答：传统的继电接触器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是，这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是传统的继电器—接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路和连线安装，不利于产品的更新换代，目前大都用可编程控制器取代。
　　可编程控制器用来实现控制数控机床的主轴起／停、换刀、冷却液开／停等辅助控制功能。
　　二、PLC的硬件主要由哪几部分组成？
　　答：PLC内部硬件结构框图如图6.1所示。硬件主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。
　　三、可编程序控制器的主要特点有哪些？
　　答：1、可靠性高、抗干扰能力强
　　工业生产一般对控制设备的可靠性有很高的要求：要能够在恶劣的环境中可靠地工作，控制设备应具有很强的抗干扰能力。
　　2、控制系统构成简单、通用性强
　　PLC是一种存储程序控制器，其输入和输出设备与继电接触器控制系统类似，但它们可直接连接在PLC的I/O端。
　　3、编程简单、使用、维护方便
　　编程简单是PLC优于微机的另一特点。PLC的设计宗旨之一是方便使用，目前大多数的PLC均可采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌握，只要具有一定电工和工艺知识的人就可在短时间内学会。
　　4、.组合方便、功能强、应用范围广
　　现代的PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能，而且还能完成A/D（模拟量/数字量）、D/A（数字量/模拟量）转换，数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程控制等。
　　5、体积小、重量轻、功耗低
　　PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约l.2W。
　　四、简述PLC的梯形图程序中的“软继电器”的意义？
　　答：1、梯形图中仍然采用了“继电器”这一名称，但它们不是真正的物理继电器，而是PLC内部的编程元件，称为“软继电器”。每一个编程元件与PLC元件映像器的一个存储单元对应，当相应存储单元为“l”时，表示继电器线圈“通电”，则其动合触点闭合，动断触点断开，反之亦然。
　　2、继电器控制电路中继电器触点作为客观存在的物理触点，其数量是有限的。而梯形图中触点的状态实际是指PLC内部相应存储单元的状态，而存储单元的状态是可以无限次读取的，所以梯形图中“软继电器”的触点在编程时可无限次使用，但一般情况下，某个编号的继电器线圈只能使用一次。
　　五、PLC中最常用的编程语言有哪二种？
　　答：1、梯形图编程
　　梯形图是各种PLC通用的一种图形编程语言，在形式上类似于继电器控制电路，它直观、易懂，是目前应用最多的一种编程语言。
　　2、语句表编程
　　语句表又叫做指令表，在形式上类似于计算机汇编语言，它是用指令的助记符来编程的，通常一条指令由步序号、助记符和元件号三部分组成。
　　六、 S7-200 PLC基本指令举例
　　二进制逻辑操作基本实例及说明：
　　1、下图中，左边为梯形图编程表达方式，右边为语句表编程表达方式。
　　图6.10 装载位操作指令的应用示例
　　如图6.10所示的逻辑操作指令功能是：当输入点I0.0与输入点I 0.1的状态都为“1”（即接通状态）时，输出Q 0.0为“l”，上面的输入点I0.0与输入点I 0.1的逻辑关系为“与”；而输入点I0.0或输入点I0.1只要某一个为“l”状态，即可使Q 0.2输出“l”，这时输入点I0.0与输入点I 0.1的逻辑关系为“或”。
　　2、例6-1：分析图6.13左图所示的梯形图，写出对应的指令表。
　　图6.13复杂逻辑关系及程序表达方法
　　分析：图6.13所示的程序中第一段为“或”装载关系，第二段为“与”装载关系。也就是说：第一段的OLD指令把两个串联环节“并联”起来，而第二段的ALD指令把两个并联环节“串联”起来。
　　3、置位／复位指令S／R（Set／Reset）
　　图6.14所示为S／R指令应用，实例中，当I0.O、I0.1都为低电平时，QO.O保持原来的状态；当I0.O、I0.1有一个高电平时，高电平的信号影响Q0.O的状态；当I0.0、I0.1都为高电平时，写在后面的指令优先影响Q0.0的状态。
　　图6.14 S／R为指令应用。