現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)

前言

《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系列》包括六個分冊：《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》、《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》、《現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應用》、《現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷及維修》、《現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)》和《現(xiàn)代數(shù)控機床》，前五個分冊2001年1月初版，2005年1月再版；后一分冊2003年4月初版，2005年8月第2次印刷時列入《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系列》。該系列圖書出版以來，深受數(shù)控技術(shù)領域廣大師生和相關(guān)技術(shù)人員的歡迎。天津大學、天津工業(yè)大學、西安工業(yè)大學、廣東工業(yè)大學、蘭州理工大學等幾十所高等院校將其作為本科生或研究生教材，天津工業(yè)大學還將《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》作為博士生入學考試參考用書，許多從事數(shù)控技術(shù)的科技人員也將其作為常備的參考書，廣大讀者對該系列書籍給予很高的評價。前兩版各分冊市場銷售均超過3萬冊，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益，為我國飛速發(fā)展的數(shù)控事業(yè)做出了一定貢獻。根據(jù)讀者的反映及收集到的大量寶貴意見，結(jié)合數(shù)控技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，現(xiàn)再次對《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系列》進行修訂，出版第3版（《現(xiàn)代數(shù)控機床》出版第2版）。本次修訂對各分冊進行了較大幅度的修改和結(jié)構(gòu)調(diào)整，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1．力求反映數(shù)控技術(shù)的最新發(fā)展。如《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》：刪除了一部分陳舊的內(nèi)容，增加了介紹STEF’一NC標準的內(nèi)容、S‘數(shù)控系統(tǒng)的譯碼過程、DNc數(shù)控系統(tǒng)輸入方式、曲面插補和螺紋加工算法、s型加減速控制、自適應加減速控制、開放式數(shù)控系統(tǒng)接口等內(nèi)容；《現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應用》：在加工中心的編程部分，增加四軸、五軸加工中心編程內(nèi)容的介紹，同時增加大型cAD軟件中cAM部分的內(nèi)容，如。Pro,／E、Master CAM等；《現(xiàn)代數(shù)控機床》：更新了數(shù)控機床的新技術(shù)和最新發(fā)展趨勢，增加了并聯(lián)機床、多軸車削中心、復合加工中心等內(nèi)容，并結(jié)合參編作者的博士論文研究成果，更新了數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設計基本原則、數(shù)控機床的總體布局、數(shù)控機床的計算機輔助分析與設計等內(nèi)容；《現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷及維修》：對第2、8、9、10章進行較大改動，增加開放式數(shù)控系統(tǒng)維修的內(nèi)容，增加并重寫了信號的描述、常用數(shù)學變換、時域分析、頻域分析到頻譜分析、時間序列分析，以及故障檢測及常用診斷儀器儀表，精選了數(shù)控機床維修實例并增加了數(shù)控機床故障診斷技術(shù)的最新進展；《現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)》：對數(shù)控操作技術(shù)相關(guān)的知識如數(shù)控刀具、工件裝夾等作了較為詳細的闡述，并增加或更新了每一章節(jié)的內(nèi)容，在選用典型控制系統(tǒng)時，既考慮到目前國內(nèi)常用的系統(tǒng)，又體現(xiàn)科學性、先進性；《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》分冊已列入普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，結(jié)合最新成果進行了重新編寫。

內(nèi)容概要

　　數(shù)控伺服系統(tǒng)原理、半導體變流技術(shù)的基礎上，重點介紹了步進式伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、傳感器及檢測裝置，并介紹了位置伺服系統(tǒng)的典型實例。最后簡要介紹了數(shù)控機床伺服驅(qū)動與檢測新技術(shù)?！　　冬F(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)（第3版）》可作為機械設計制造及自動化專業(yè)數(shù)控技術(shù)及機械電子專業(yè)方向的本科生教材和參考書，也可供從事數(shù)控技術(shù)的工程技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

第1章  概述1.1  伺服系統(tǒng)的組成1.2  對伺服系統(tǒng)的基本要求1.3  伺服系統(tǒng)的分類1.3.1  按調(diào)節(jié)理論分類1.3.2  按使用的驅(qū)動元件分類1.3.3  按使用直流伺服電機和交流伺服電機分類1.3.4  按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類1.3.5  按反饋比較控制方式分類1.4  伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢1.4.1  伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.4.2  數(shù)控伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第2章  伺服控制基礎知識2.1  運算放大器的應用2.1.1  反相比例放大器2.1.2  反相比例加法運算放大器2.1.3  同相比例放大器2.1.4  積分運算放大器2.1.5  比例積分運算放大器2.1.6  運算放大器作為比較器使用2.2  電力半導體器件2.2.1  晶閘管(SCR)2.2.2  其他電力半導體器件介紹第3章  伺服系統(tǒng)常用傳感器及檢測裝置3.1  概述3.1.1  伺服系統(tǒng)檢測裝置的作用與要求3.1.2  伺服系統(tǒng)檢測裝置的分類3.2旋轉(zhuǎn)變壓器3.2.1結(jié)構(gòu)和工作原理3.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器的應用3.3  感應同步器3.3.1  基本原理3.3.2  結(jié)構(gòu)3.3.3  感應同步器的檢測系統(tǒng)3.3.4  感應同步器的特點3.3.5 感應同步器安裝使用的注意事項3.4  脈沖編碼器3.4.1  概述3.4.2  增量式光電脈沖編碼器3.4.3  絕對值式光電脈沖編碼器3.5光柵3.5.1  光柵的種類與精度3.5.2  工作原理3.5.3  光柵檢測裝置3.6  磁柵3.6.1  磁性標尺3.6.2  磁頭3.6.3  檢測電路3.7  測速發(fā)電機3.7.1  交流異步測速發(fā)電機3.7.2  直流測速發(fā)電機第4章  步進電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)4.1  步進電動機的種類結(jié)構(gòu)及其工作原理4.1.1  反應式步進電動機4.1.2  多段反應式步進電動機4.1.3  混合式步進電動機4.2  步進電動機的特性及選用4.2.1  步進電動機的運行性能4.2.2  步進電動機的選用4.3  步進電動機的控制與驅(qū)動4.3.1  步進電動機的控制方法4.3.2  步進電動機驅(qū)動電源設計4.3.3  步進電動機與微機的接口技術(shù)4.4  步進電動機的控制及其程序設計4.4.1  步進電動機控制信號的產(chǎn)生及標度變換4.4.2  步進電動機的運行控制及程序設計4.4.3  步進電動機的變速控制及程序設計第5章  直流伺服電動機及其速度控制5.1  直流(DC)伺服電動機概述5.1.1  直流伺服電動機的基本工作原理5.1.2  直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)5.1.3  直流伺服電動機的分類5.1.4  永磁直流伺服電動機5.1.5  對直流伺服電動機的要求及選用5.2  直流電力拖動控制系統(tǒng)的基本知識5.2.1  電力拖動系統(tǒng)的組成5.2.2  他勵直流電動機的起動5.2.3  他勵直流電動機的機械特性5.2.4  他勵直流電動機的人為特性5.2.5  直流電動機的調(diào)速方法5.2.6  直流力矩伺服電動機的特性5.2.7  電力拖動控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標5.3  直流電動機晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)5.3.1  具有轉(zhuǎn)速負反饋的單閉環(huán)晶閘管——電動機調(diào)速系統(tǒng)5.3.2  PI調(diào)節(jié)器與無靜差轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)5.3.3  晶閘管供電轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)5.4  晶體管直流脈寬(PwM)調(diào)速系統(tǒng)5.4.1  脈寬調(diào)制基本原理5.4.2  直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的控制電路5.4.3  H型倍頻單極式開關(guān)放大器工作分析5.5  脈寬調(diào)速系統(tǒng)實例5.5.1  脈寬調(diào)制雙環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)5.5.2  雙機雙軸兩相推挽斬波調(diào)速系統(tǒng)第6章  交流伺服電動機及其速度控制6.1  交流伺服電動機6.1.1  交流伺服電動機的分類和特點6.1.2  永磁交流伺服電動機6.1.3  交流伺服電動機的發(fā)展動向6.1.4  交流主軸電動機6.2  交流電動機調(diào)速原理6.2.1  交流調(diào)速的基本技術(shù)途徑6.2.2  異步電動機的等效電路及機械特性6.2.3  交流變頻調(diào)速系統(tǒng)基本分析6.3  變頻調(diào)速技術(shù)6.3.1  變頻器的分類與特點6.3.2  晶閘管交-直-交變頻器6.3.3  脈寬調(diào)制型(PwM)變頻器6.3.4  正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器6.4  交流電動機的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)6.4.1  概述6.4.2  矢量變換的運算功能及原理電路6.4.3  磁通的檢測6.5  矢量變換控制的SPWM調(diào)速系統(tǒng)6.6  無整流子電動機調(diào)速系統(tǒng)6.7  交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展動向第7章  位置伺服系統(tǒng)7.1  進給伺服系統(tǒng)的概述7.1.1  伺服系統(tǒng)常用的控制方式7.1.2  數(shù)控機床運動方式對伺服系統(tǒng)的要求7.1.3  檢測信號反饋比較方式7.2  進給伺服系統(tǒng)分析7.2.1  進給伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型7.2.2  進給伺服系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能分析7.2.3  前饋控制7.2.4  位置指令信號分析7.2.5  指令值的修正7.3  脈沖比較的進給伺服系統(tǒng)7.3.1  脈沖比較式進給位置伺服系統(tǒng)7.3.2  脈沖比較進給系統(tǒng)組成原理7.3.3 脈沖比較電路7.4  相位比較的進給伺服系統(tǒng)7.4.1  相位伺服進給系統(tǒng)組成原理7.4.2  脈沖調(diào)相器7.4.3  鑒相器7.5  幅值比較的進給伺服系統(tǒng)7.5.1  幅值伺服系統(tǒng)組成原理7.5.2  鑒幅器7.5.3  電壓-頻率變換器7.5.4  脈沖調(diào)寬式正余弦信號發(fā)生器7.6  數(shù)據(jù)采樣式進給伺服系統(tǒng)7.6.1  數(shù)據(jù)采樣式進給位置伺服系統(tǒng)一7.6.2  反饋補償式步進電動機進給伺服系統(tǒng)一第8章  直線伺服系統(tǒng)及新型驅(qū)動技術(shù)8.1  直線伺服系統(tǒng)概述8.1.1  直線伺服電動機的分類8.1.2  直線伺服系統(tǒng)的特點8.2  直線感應電動機8.2.1  直線感應電動機的基本工作原理8.2.2  直線交流伺服系統(tǒng)的控制方法8.3  直線伺服系統(tǒng)的應用8.3.1  直線伺服系統(tǒng)的原理和性能8.3.2  直線電動機的冷卻8.3.3  直線電動機的選擇8.4  新型驅(qū)動元件8.4.1  電滾珠絲桿8.4.2  電磁伸縮桿8.4.3  球電動機參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概述伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。在自動控制理論中，伺服系統(tǒng)叫做隨動控制系統(tǒng)，它與恒值控制系統(tǒng)相對應。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自CNC裝置的進給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復雜的機械運動，加工出所要求的復雜形狀工件。進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件問的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。它包含機械、電子、電機(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當高的技術(shù)性能指標的控制系統(tǒng)，的確是一個相當復雜的任務。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，CNC裝置的性能已相當優(yōu)異，并正在迅速向更高水平發(fā)展，而數(shù)控機床的最高運動速度、跟蹤及定位精度、加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)率及工作可靠性等技術(shù)指標，往往又主要決定于伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。數(shù)控機床的故障也主要出現(xiàn)在伺服系統(tǒng)上。可見提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對于數(shù)控機床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)之一。一般主軸驅(qū)動系統(tǒng)只要滿足主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能即可，但當要求機床有螺紋加工功能、準停功能和恒線速加工等功能時，就對主軸提出了相應的位置控制要求。此時，主軸驅(qū)動系統(tǒng)也可稱為主軸伺服系統(tǒng)，只不過控制較為簡單。位置控制系統(tǒng)通常分為開環(huán)和閉環(huán)控制兩種。開環(huán)控制不需要位置檢測與反饋；閉環(huán)控制需要有位置檢測與反饋環(huán)節(jié)，它是基于反饋控制原理工作的。

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《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》精選了數(shù)控機床維修實例并增加了數(shù)控機床故障診斷技術(shù)的最新進展；《現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)》：對數(shù)控操作技術(shù)相關(guān)的知識如數(shù)控刀具、工件裝夾等作了較為詳細的闡述，并增加或更新了每一章節(jié)的內(nèi)容，在選用典型控制系統(tǒng)時，既考慮到目前國內(nèi)常用的系統(tǒng)，又體現(xiàn)科學性、先進性；《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》分冊已列入普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，結(jié)合最新成果進行了重新編寫。

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