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　　數(shù)控機(jī)床是數(shù)字掌控組織工作母機(jī)的概稱，是集當(dāng)代精密機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、排序機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、手動掌控技術(shù)、檢驗(yàn)技術(shù)、電力電子與B480A子技術(shù)、電機(jī)與新材料技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、光電技術(shù)等最新成就而構(gòu)成的機(jī)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(jī)，同時是兼?zhèn)涓呔?、高場效?yīng)、高效率、高智能化特點(diǎn)于一身的當(dāng)代設(shè)備。

　　數(shù)控機(jī)床是國防軍工、國民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵基礎(chǔ)裝備，它的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域遍及社會經(jīng)濟(jì)的各個應(yīng)用領(lǐng)域，是機(jī)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(chǔ)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展當(dāng)代關(guān)鍵工具。

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　　機(jī)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?jǐn)?shù)控機(jī)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(shù)水平產(chǎn)業(yè)發(fā)展還趕不上技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家。特別是數(shù)控機(jī)床是一個非常復(fù)雜的機(jī)電一體化掌控技術(shù)，涉及到許多技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，短期內(nèi)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(xiàng)任務(wù)。

目前，轉(zhuǎn)換器掌控掌控技術(shù)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(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域，而且在許多高科技應(yīng)用領(lǐng)域，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、大規(guī)模集成電路制造、辦公智能化設(shè)備、衛(wèi)星姿態(tài)掌控、雷達(dá)和各種軍用武器電控掌控技術(shù)、場效應(yīng)制造掌控技術(shù)以及智能化生產(chǎn)線等應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域也迅速產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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

　　轉(zhuǎn)換器掌控掌控技術(shù)用來精確地跟隨或Cadours某個過程的意見反饋掌控掌控技術(shù)。在很多情況下，轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)專指被掌控量（掌控技術(shù)的輸入量）是機(jī)械偏轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)速度、加速度的意見反饋掌控掌控技術(shù)，其作用是使輸入的機(jī)械偏轉(zhuǎn)（或轉(zhuǎn)角處）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的偏轉(zhuǎn)（或轉(zhuǎn)角處）。

轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的意見反饋掌控掌控技術(shù)沒有原則上的區(qū)別。轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)的主要各項(xiàng)任務(wù)是按照掌控命令明確要求，對信號進(jìn)行變換、調(diào)控和功率放大等處理，使驅(qū)動器輸入的轉(zhuǎn)矩、速度及邊線都能靈活方便的掌控。

　　1、數(shù)控機(jī)床掌控方案設(shè)計(jì)

　　1.1加工精度

　　精度是機(jī)床要確保的一項(xiàng)性能分項(xiàng)。邊線轉(zhuǎn)換器掌控掌控技術(shù)的邊線精度在很大程度上下定決心了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因而邊線精度是一個極為關(guān)鍵的分項(xiàng)。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(shù)中亞胺放大次方的大小，另一方面是對邊線檢驗(yàn)組件提出精度的明確要求。

　　因?yàn)樵陂]環(huán)掌控掌控技術(shù)中，對于檢驗(yàn)組件這類的數(shù)值和被檢驗(yàn)量的偏差是極難區(qū)分出來的，意見反饋檢驗(yàn)組件的精度對掌控技術(shù)的精度常常起著下定決心性的作用。可以說，數(shù)控機(jī)床的加工精度主要由檢驗(yàn)掌控技術(shù)的精度下定決心。

偏轉(zhuǎn)檢驗(yàn)掌控技術(shù)能夠量測的最小偏轉(zhuǎn)量稱做解析度。解析度不但依賴于檢驗(yàn)組件這類，也依賴于量測線路。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床、尤其是高精度或大中型數(shù)控機(jī)床時，要精心選用檢驗(yàn)組件。

　　所優(yōu)先選擇的量測掌控技術(shù)的解析度或脈沖當(dāng)量，一般明確要求比加工精度高一個數(shù)量級?？傊?，高精度的掌控掌控技術(shù)要有高精度的檢驗(yàn)組件作為確保。比如，數(shù)控機(jī)床中常用的直線感應(yīng)同步器的精度已僅約±0.0001mm，即0.1μm，精確度為0.05μm，多次重復(fù)精度0.2μm；而圓形感應(yīng)同步器的精度僅約0.5N，精確度0.05N，多次重復(fù)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(shù)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(shù)的亞胺放大次方是負(fù)面影響轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)的靜態(tài)、動態(tài)分項(xiàng)的關(guān)鍵參數(shù)之一。

一般情況下，數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)的放大次方取作20～30(1/S)。通常把K20的掌控技術(shù)稱為高放大次方或硬轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)，應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域于輪廓加工掌控技術(shù)。

　　假若為了不負(fù)面影響加工零件的表層溫度梯度和精度，期望正弦響應(yīng)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(shù)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(shù)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(shù)的放大次方愈高愈難。

當(dāng)輸入速度突變時，高放大次方可能導(dǎo)致輸入劇烈的變動，機(jī)械器要受到較大的沖擊，有的還可能引起掌控技術(shù)的靈活性問題。這是因?yàn)樵诟唠A掌控技術(shù)中掌控技術(shù)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(shù)也有一定的優(yōu)點(diǎn)，比如掌控技術(shù)調(diào)整比較容易，結(jié)構(gòu)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(shù)可靠性

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

　　對數(shù)控機(jī)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(qiáng)度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機(jī)床的使用功能，比如數(shù)控機(jī)床的各種機(jī)能，轉(zhuǎn)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(fù)設(shè)備或掌控技術(shù)，從一次故障到下一次故障的平均時間，數(shù)控機(jī)床常用它作為可靠性的定量分項(xiàng)。

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

　　目前數(shù)控機(jī)床因受組件質(zhì)量、工藝條件及費(fèi)用等限制，其可靠性還不很高。為了使數(shù)控機(jī)床能得到工廠的歡迎，要進(jìn)一步提高其可靠性，從而提高其使用價(jià)值。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)時，要按設(shè)計(jì)的技術(shù)明確要求和可靠性優(yōu)先選擇元器件，并按嚴(yán)格的測試檢驗(yàn)進(jìn)行篩選，在機(jī)械互鎖器等方面，要給予密切注意，盡量減少因機(jī)械部件引起的故障。

　　1.4調(diào)速范圍

在數(shù)控機(jī)床的加工中，轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)為了同時滿足高速快移和單步點(diǎn)動，明確要求進(jìn)給驅(qū)動具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。

　　單步點(diǎn)動作為一種輔助組織工作方式常常在組織工作臺的調(diào)整中使用。轉(zhuǎn)換器掌控技術(shù)在低速情況下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)進(jìn)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(shù)在很小的輸入下，電機(jī)克服不了這摩擦力而不能轉(zhuǎn)動。此外，還由于存在機(jī)械間隙，電機(jī)雖然轉(zhuǎn)動，但拖板并不移動，這些現(xiàn)象也可用“死區(qū)”來表達(dá)。

設(shè)死區(qū)范圍為a，則最低速度Vmin，應(yīng)滿足Vmin≥a，由于a≤dK，d為脈沖當(dāng)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(zhuǎn)換器掌控技術(shù)最高速度的優(yōu)先選擇要考慮到機(jī)床的機(jī)械允許界限和實(shí)際加工明確要求，高速度固然能提高生產(chǎn)率，但對驅(qū)動明確要求也就更高。此外，從掌控技術(shù)掌控角度看也有一個檢驗(yàn)與意見反饋的問題，尤其是在排序機(jī)掌控掌控技術(shù)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(jìn)給速度，mm/min；d為脈沖當(dāng)量，mm。又設(shè)D為調(diào)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(shù)要在tmin內(nèi)通過硬件或軟件完成邊線檢驗(yàn)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(zhuǎn)換器掌控技術(shù)，調(diào)速范圍D往往僅約到800～1000。當(dāng)今最先進(jìn)的水平是在脈沖當(dāng)量d=1μm的條件下，進(jìn)給速度從0～240m/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

　　2、數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)計(jì)

　　2.1運(yùn)動掌控卡

運(yùn)動掌控卡是一種上位掌控單元，可以掌控轉(zhuǎn)換器電機(jī)，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?shí)現(xiàn)多個轉(zhuǎn)換器電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)掌控的一種高性能的步進(jìn)/轉(zhuǎn)換器電機(jī)運(yùn)動掌控卡包括脈沖輸入、脈沖計(jì)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(jī)的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來掌控電機(jī)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(jì)數(shù)可用于編碼器的邊線意見反饋，提供機(jī)器準(zhǔn)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(diǎn)可用于語限位、原點(diǎn)開關(guān)等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域于工業(yè)智能化掌控應(yīng)用領(lǐng)域中需要精確定位、定長的邊線掌控掌控技術(shù)和基于PC的NC掌控掌控技術(shù)。具體就是將實(shí)現(xiàn)運(yùn)動掌控的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有轉(zhuǎn)換器電機(jī)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(jī)方便地調(diào)用。

　　運(yùn)動掌控卡不但要發(fā)送脈沖給電機(jī)驅(qū)動器，同時接受轉(zhuǎn)換器電機(jī)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(jìn)而掌控轉(zhuǎn)換器電機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器既要與運(yùn)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(yùn)動掌控卡時比較好的卡，轉(zhuǎn)換器刷新率可以達(dá)到明確要求，可以把編碼器意見反饋直接接到運(yùn)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(yùn)動掌控卡就是根據(jù)明確要求x-y平臺運(yùn)行的邊線，掌控電機(jī)運(yùn)動到準(zhǔn)確的邊線。

　　2.2PC總線

　　現(xiàn)有的放開式數(shù)控掌控技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案主要采用PC機(jī)和數(shù)控掌控技術(shù)結(jié)合的方法，PC機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信，人機(jī)交互等功能，數(shù)控掌控技術(shù)作為下位機(jī)將上位機(jī)輸入的運(yùn)行參數(shù)經(jīng)過處理交給執(zhí)行部件執(zhí)行，同時將檢驗(yàn)掌控技術(shù)的意見反饋信息上傳給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，各個模塊之間協(xié)調(diào)組織工作互不干擾，給掌控技術(shù)升級帶來了方便。

放開式掌控技術(shù)動態(tài)掌控器的核心是DSP，它具有運(yùn)算速度快，支持復(fù)雜運(yùn)動算法的特點(diǎn)，可以滿足高精度運(yùn)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(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域在運(yùn)動掌控掌控技術(shù)中，將多軸動態(tài)掌控卡插在PC機(jī)擴(kuò)展槽上，就可以組成高精度運(yùn)動掌控掌控技術(shù)，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(yùn)算速度和掌控響應(yīng)速度，將工控機(jī)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(shí)施整個掌控掌控技術(shù)的管理。

　　2.3驅(qū)動器

　　轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器是用來掌控轉(zhuǎn)換器電機(jī)的一種掌控器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)。目前主流的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為掌控核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的掌控算法，事項(xiàng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢驗(yàn)保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)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(jìn)行整流，得到相應(yīng)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(qū)動三相永磁式同步交流轉(zhuǎn)換器電機(jī)。功率驅(qū)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?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

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

　　驅(qū)動器是一個驅(qū)動放大組件，只是把上位機(jī)（如運(yùn)動掌控卡）發(fā)來的許多信號進(jìn)行放大，以致使電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)起來。MAC系列運(yùn)動掌控卡是基于總線的電機(jī)運(yùn)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，構(gòu)成高精度邊線掌控掌控技術(shù)或調(diào)速掌控技術(shù)。

　　可與PC機(jī)構(gòu)成主從式掌控結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)界面的管理和其它管理組織工作；而掌控卡負(fù)責(zé)運(yùn)動掌控方面的所有細(xì)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(yùn)動掌控功能。

　　3、轉(zhuǎn)換器掌控掌控技術(shù)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化的轉(zhuǎn)換器掌控掌控技術(shù)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從手動掌控理論的角度來分析,轉(zhuǎn)換器掌控掌控技術(shù)一般包括掌控器,被控對象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢驗(yàn)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(shù)的意見反饋信號進(jìn)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(jī)來實(shí)現(xiàn)。

　　3.2掌控器

　　掌控器通常是排序機(jī)或PID掌控電路,其主要各項(xiàng)任務(wù)是對比較組件輸入的偏差信號進(jìn)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(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動被控對象組織工作。機(jī)電一體化掌控技術(shù)中的執(zhí)行組件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)等。

　　3.4被控對象

　　機(jī)械參數(shù)量包括偏轉(zhuǎn)，速度，加速度，力，和力矩為被控對象。

　　3.5檢驗(yàn)環(huán)節(jié)

檢驗(yàn)環(huán)節(jié)是指能夠?qū)斎脒M(jìn)行量測并轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路。

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