數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)踐指南
定 價(jià):25 元
叢書名:普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材
- 作者:徐學(xué)武,姜歌東 編
- 出版時(shí)間:2014/1/1
- ISBN:9787111444916
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TG659
- 頁(yè)碼:344
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
《數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)踐指南/普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材》是高等工科院校本科生數(shù)控技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教材,主要內(nèi)容分為兩部分:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);A(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分安排8個(gè)實(shí)驗(yàn),采用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的形式,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器操作方法、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)觀察與思考、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求等。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分安排3個(gè)實(shí)驗(yàn),是課程實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充及提高,供學(xué)有余力及對(duì)數(shù)控技術(shù)有濃厚興趣的學(xué)生選做。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教材采取實(shí)驗(yàn)介紹的方式,提供同學(xué)必需的知識(shí)擴(kuò)充及各項(xiàng)目目前已有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),啟發(fā)學(xué)生在此基礎(chǔ)上提高、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)或凝練成新的實(shí)驗(yàn)課題。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分包括知識(shí)擴(kuò)充、實(shí)驗(yàn)介紹及思考提示等。
《數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)踐指南/普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材》可供四年制機(jī)械工程及自動(dòng)化和車輛工程專業(yè)本科生選用,也可以作為研究生實(shí)驗(yàn)和數(shù)控技術(shù)培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)教材。本教材可供相關(guān)專業(yè)教師和研究生參考,亦可作為高級(jí)數(shù)控加工技工的自修教材。
數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速,不斷融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)等,已成為機(jī)械制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)方面的教材很多,但有關(guān)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)方面的教材并不多見;而且大多數(shù)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)受限于學(xué)時(shí)及設(shè)備,以數(shù)控加工編程為主。根據(jù)作者多年的數(shù)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),目前國(guó)內(nèi)急需涉及數(shù)控技術(shù)原理和系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用方面的實(shí)驗(yàn)教材,這正是我們編寫這本教材的動(dòng)力。
本教材為西安交通大學(xué)本科“十二五”規(guī)劃教材,西安交通大學(xué)“985”工程三期重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)系列教材。
本教材是根據(jù)西安交通大學(xué)2010版教學(xué)計(jì)劃,配合梅雪松教授主編的《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》課程教材編寫。教材突出2010版教學(xué)計(jì)劃重實(shí)踐的要求,以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo),以實(shí)踐創(chuàng)新能力的漸進(jìn)式培養(yǎng)為特點(diǎn),結(jié)合作者多年在數(shù)控加工、數(shù)控機(jī)床改造和數(shù)控技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方面的經(jīng)驗(yàn),在原有數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,增加CAD/CAM軟件應(yīng)用及自動(dòng)編程、開放式數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建及分析、主軸變頻調(diào)速及伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化、數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量及補(bǔ)償以及齒輪數(shù)控加工等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),數(shù)控機(jī)床改造及系統(tǒng)調(diào)試、五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)、PID及磁懸浮控制等創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教材基本涵蓋了機(jī)床數(shù)控技術(shù)的主要實(shí)踐內(nèi)容,在內(nèi)容和體系上都有一定的創(chuàng)新,是數(shù)控技術(shù)課程改革的一次嘗試。
本教材在編寫中以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主線,以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用為基礎(chǔ),以幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理為重點(diǎn),以培養(yǎng)并提高學(xué)生數(shù)控技術(shù)實(shí)踐能力為目標(biāo),力求結(jié)構(gòu)新穎,原理清晰,講解詳細(xì),步驟清楚,使讀者能順利將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能融為一體。
為便于實(shí)驗(yàn)安排及教材編寫,將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)兩部分。
基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分注重于數(shù)控技術(shù)基本原理和基本理論的驗(yàn)證,要求學(xué)生必做,每個(gè)實(shí)驗(yàn)以2學(xué)時(shí)為單元,占用課內(nèi)16學(xué)時(shí)。由于數(shù)控齒輪加工機(jī)床的特殊性,實(shí)驗(yàn)八亦可安排為選做。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分則重在開拓學(xué)生視野,擴(kuò)展學(xué)生數(shù)控技術(shù)實(shí)踐的空間,是課程實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充及提高,供學(xué)有余力及對(duì)數(shù)控技術(shù)有濃厚興趣的學(xué)生選做。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分采用開放方式運(yùn)行,學(xué)生自選實(shí)驗(yàn),自行安排時(shí)間(一般每周課外安排2學(xué)時(shí)),自愿成組(4~6人),每個(gè)實(shí)驗(yàn)擬在32學(xué)時(shí)內(nèi)完成為宜。亦可結(jié)合CDIO(Conceive、De-sign、Implement,Operate)工程教育模式進(jìn)行安排。
本教材在梅雪松教授指導(dǎo)下,由多位教師及實(shí)驗(yàn)人員參與編寫,并經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證,進(jìn)行了補(bǔ)充和修改。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)七由徐學(xué)武編寫,實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三由孫挪剛編寫,實(shí)驗(yàn)四由李晶編寫,實(shí)驗(yàn)五由姜歌東編寫,實(shí)驗(yàn)八由馬振群編寫。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分中,實(shí)驗(yàn)九、實(shí)驗(yàn)十由徐學(xué)武編寫,實(shí)驗(yàn)十一由張東升、姜歌東編寫,李晶參加了實(shí)驗(yàn)十的編寫。本教材由徐學(xué)武任主編,姜歌東任副主編。此外,鄒創(chuàng)、申建廣、趙偉剛等也參加了部分編寫工作。
中北大學(xué)王愛玲教授審閱了本書,并提出許多寶貴意見及建議,在此表示衷心的感謝。
由于編者水平所限及時(shí)間倉(cāng)促,錯(cuò)漏之處懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
前言
基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分
實(shí)驗(yàn)一 典型數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)分析及操作
實(shí)驗(yàn)二 數(shù)控銑床手工編程及加工
實(shí)驗(yàn)三 插補(bǔ)程序編制及仿真
實(shí)驗(yàn)四 基于運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建及分析
實(shí)驗(yàn)五 主軸變頻調(diào)速及伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)六 CAD/CAM軟件應(yīng)用及自動(dòng)編程
實(shí)驗(yàn)七 數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量及補(bǔ)償
實(shí)驗(yàn)八 齒輪數(shù)控加工
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分
實(shí)驗(yàn)九 五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)及加工方法
實(shí)驗(yàn)十 數(shù)控機(jī)床改造及系統(tǒng)調(diào)試
實(shí)驗(yàn)十一 磁懸浮小球裝置及控制系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試
參考文獻(xiàn)
(二)伺服優(yōu)化方法簡(jiǎn)介
伺服進(jìn)給系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法一般可以分為理論整定和工程整定兩類。在實(shí)際應(yīng)用中,由于系統(tǒng)誤差、現(xiàn)場(chǎng)條件變化(例如干擾、負(fù)載變化)等因素的存在,理論整定法的效果并不理想。因此,伺服進(jìn)給系統(tǒng)PID參數(shù)整定一般采用工程整定方法。
用工程整定法進(jìn)行數(shù)控機(jī)床伺服參數(shù)調(diào)試時(shí),一般采用先速度環(huán)、再位置環(huán)這樣的次序。在位置參數(shù)調(diào)試完成后,還可以再次微調(diào)速度環(huán)參數(shù),以進(jìn)一步提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。
(1)速度環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)速度環(huán)控制器參數(shù)包括:速度環(huán)增益、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)矩濾波器參數(shù)。其中速度環(huán)增益、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)直接影響到軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng),轉(zhuǎn)矩濾波器參數(shù)影響著系振動(dòng)性能的優(yōu)劣。
在機(jī)床能夠正常運(yùn)行的情況下使增益盡量大、積分時(shí)間盡量小,以擴(kuò)展頻帶寬度。一般情況下調(diào)整過程為:先將速度環(huán)積分時(shí)間調(diào)到最大,使積分環(huán)節(jié)失效;然后逐漸增加速度環(huán)增益,直至電動(dòng)機(jī)嘯叫或有較為明顯的振動(dòng);速度環(huán)增益調(diào)節(jié)完畢后,減小速度環(huán)積分時(shí)間值以突出積分環(huán)節(jié)的效果、消除穩(wěn)態(tài)誤差,最終使頻率響應(yīng)Bode圖上的最高點(diǎn)不超過3dB。
當(dāng)?shù)皖l處的頻率響應(yīng)較差時(shí),可以采用低通濾波使低頻段頻率特性穩(wěn)定;速度環(huán)增益增大的同時(shí),頻率響應(yīng)會(huì)在某些頻率處產(chǎn)生較大的峰尖,通過轉(zhuǎn)矩濾波器可以將這些峰尖屏蔽掉。由于濾波器的使用相當(dāng)于給系統(tǒng)增加了非線性環(huán)節(jié),造成了系統(tǒng)的遲滯,從而引起系統(tǒng)較大的跟隨誤差和輪廓誤差,因此應(yīng)該盡可能少用濾波器。
。2)位置環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)位置環(huán)對(duì)系統(tǒng)的位置控制精度有著重要的影響,位置環(huán)控制器一般為比例環(huán)節(jié)。高的位置環(huán)增益對(duì)系統(tǒng)的跟隨誤差有著較好的抑制效果,可以提高系統(tǒng)頻響特性的帶寬、提高整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的伺服剛度;但是如果位置環(huán)增益過大,也會(huì)產(chǎn)生進(jìn)給軸過沖,造成機(jī)床的振動(dòng),因此需要合理調(diào)節(jié)。
位置環(huán)增益可以通過系統(tǒng)頻率響應(yīng)的Bode圖來調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)中應(yīng)遵循以下原則:當(dāng)振幅響應(yīng)低于0dB時(shí),增大比例增益;當(dāng)振幅響應(yīng)高于0dB時(shí),減小比例增益;最終使在較寬的頻率范圍內(nèi)振幅響應(yīng)為0dB,而在部分點(diǎn)振幅響應(yīng)的極值在1~3dB。
如果在完成了上述參數(shù)調(diào)整后,伺服進(jìn)給系統(tǒng)的跟隨誤差仍舊比較大,可以在位置環(huán)中加入速度前饋和在速度環(huán)中加入加速度前饋來降低跟隨誤差。
另外,為了達(dá)到良好的輪廓精度,要進(jìn)行伺服跟蹤或圓運(yùn)動(dòng)測(cè)試,保證各個(gè)聯(lián)動(dòng)軸的位置環(huán)增益相互匹配。
。ㄈ⿺(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀原理
數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀是一款集數(shù)據(jù)采集及分析、處理功能于一體的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、數(shù)控機(jī)床主軸軸心軌跡、數(shù)控機(jī)床振動(dòng)特性的測(cè)試和分析?梢詫(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過程的動(dòng)態(tài)特性的監(jiān)測(cè)、分析,提供數(shù)控機(jī)床工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息,為用戶進(jìn)行故障診斷與預(yù)警提供重要參考數(shù)據(jù)。
本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試Mx-3開放式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的伺服參數(shù)匹配性。電動(dòng)機(jī)伺服匹配實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理如圖5-2所示。圖中編碼器反饋TTL信號(hào)反映了各個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)信息,因此可以利用編碼器反饋信號(hào)來匹配各個(gè)電動(dòng)機(jī)的伺服參數(shù)。
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