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保持控制电压和励磁电压之间的相位差角为90°，仅仅改变控制电压的幅值，这种控制方式叫幅值控制；保持控制电压和励磁电压之间的不变，仅仅改变控制电压与励磁电压之间的相位差角，这种控制方式叫相位控制；在励磁电路串联移相电容，改变控制电压的幅值及其对于控制电压的相位差发生变化，这种控制方式，叫幅值-相位混合控制。

三 位置检测装置

（一）概述

1、对位置检测装置的要求

位置检测是CNC系统的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并将检测的反馈信号和数控装置发出的指令信号相比较，如有偏差，经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差的方向运动，直到偏差为零。

为提高数控机床的加工精度，必须提高测量元件和测量系统的精度，不同的数控机床对测量元件和测量系统的精度要求、允许的最高移动速度各不相同。一般要求测量元件的分辨率在0.0001mm~0.01mm之内，测量精度为0.001mm~0.02mm，运动速度为0m/min~24m/min。

数控机床对位置检测装置的要求如下：

（1） 受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强； （2） 在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求； （3） 使用维护方便，适应机床工作环境； （4） 成本低。 2、位置检测装置的分类

按工作条件和测量要求的不同，测量方式也有不同的划分方法。 （1）直接测量和间接测量

测量传感器按形状可以分为直线性和回转型。若测量传感器所测量的指标就是所要求的指标，即直线型传感器测量直线位移，回转型传感器测量角位移，即该测量方式为直接测量。典型的直接测量装置为光栅、感应同步器或磁尺、编码盘。

若回转型传感器测量的角位移只是中间量，由它再推算出与之对应的工作台直线位移，那么该测量方式为间接测量，其测量精度取决于测量装置和机床传动链两者的精度。典型的间接测量装置为编码盘及旋转变压器。

（2）增量式测量和绝对式测量

按测量装置编码的方式可以分为增量式测量和绝对式测量。增量式测量的特点是只测量位移增量，即工作台每移动一个测量单位，测量装置便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。典型的增量式测量装置为光栅和增量式光电码盘。

绝对式测量的特点是被测的任一点的位置都有一个固定的零点算起，每一测量点都有一对应的测量值。典型的绝对式测量装置为接触式码盘及绝对式光电码盘。

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（3）数字式测量和模拟测量

数字式测量以量化后的数字形式表示被测的量。数字式测量的特点是测量装置简单，信号抗干扰能力强，且便于显示出理，典型的数字式测量装置有光电码盘、接触式码盘、光栅等。

模拟式测量是将被测的量用连续的变量表示。如用电压变化，相位变化来表示。典型的模拟式测量装置有旋转变压器、感应同步器、磁栅等。

数控机床常用的各种位置检测装置如表所示： 数字式 增量式 回转型 直线性 圆光栅 长光栅激光干涉仪 绝对式 编码盘 编码尺 增量式 旋转变压器、圆感应同步器、圆形磁栅 直线感应同步器、磁栅 绝对式 多极旋转变压器 绝对式磁尺 模拟式 此次设计数控车床主轴和进给装置的位置检测装置采用脉冲编码器，它是一种旋转式脉冲发生器。下面对脉冲编码器进行介绍：

（二）脉冲编码器

1、脉冲编码器的分类

脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，把机械转角转化为脉冲。是数控机床上应用广泛的位置检测装置，同时也作为速度检测装置用于速度检测。

根据脉冲编码器的结构，脉冲编码器分为光电式、接触式、电磁感应式三种。从精度和可靠性方面来看，光电式编码器优于其它两种。数控机床上常用的是光电式脉冲编码器。

脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号是由每转发出的脉冲数来区分的。数控机床上常用的脉冲编码器每转的脉冲数有：2000p/r、2500 p/r和3000 p/r等。在高速、高精度的数字伺服系统中，应用高分辨率的脉冲编码器，如：20000 p/r、25000 p/r和30000 p/r等。

2、光电脉冲编码器的工作原理

当圆光栅旋转时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗条纹。光电元件接受这些明暗相间的光信号，转换为交替变化的电信号，该信号为两组近似于正弦波的电流信号A和B，A和B信号的相位相差90°。经放大整形后变成方波形成两个光栅的信号。光电编码器还有一个“一转脉冲”，称为Z相脉冲，每转产生一个，用来产生机床的基准点。

脉冲编码器输出信号有A、A、B、B、Z、Z等信号，这些信号作为位移测量脉冲以及经过频率/电压变换作为速度反馈信号，进行速度调节。

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脉冲编码器的输出波形

四 进给传动机构

数控机床的进给传动机构，包括减速机构、丝杠螺母副以及引导和支承执行部件的导轨等。

（一）减速机构

此次设计中Z轴和X轴进给传动机构中的减速机构都使用同步带传动，它是一种新型的带传动，它利用齿形带的同步与带轮的轮齿依次相啮合传动运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动和链传动的优点，即无相对滑动，平均传动比准确，传动精度高，而且同步带的强度高，厚度小，重量轻，故可用于高速传动；同步带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率高，在数控机床上亦有应用。

（二）滚珠丝杠螺母副机构

1、工作原理与特点

滚珠丝杠副是一种新型的传动机构，它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件，以减少摩擦。丝杠和螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线滚道，在滚道内装有滚珠。当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本上为滚动摩擦。为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导回程装置，使滚珠能循环流动。

滚珠丝杠副的特点是：

（1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率η=0.92~0.96，比常规的丝

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杠螺母副提高3~4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1/4~1/3。 （2）给予适当的预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行死区，定位精度高，刚度好。

（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。

（4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可作为主动件。 （5）磨损小，使用寿命长。

（6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。

（7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯性力的作用，下降时当传动切断后，不能立即停止转动，故常需添加制动装置。 2、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙的调整

各种不同结构的滚珠丝杠副，其主要区别是在螺纹滚道型面的形状、滚珠循环方式及轴向间隙的调整和预加负载的方法等三方面。 （1）螺纹滚道型面的形状

1）单圆弧型面。 接触角β是随轴向负载F的大小而变化。F=0时，β=0，承载后随F的增大β也增大，β的大小由接触变形的大小决定。当接触角β增大后，传动效率η、轴向刚度J以及承载能力随之增大。

2）双圆弧型面。偏心e确定后，滚珠与滚道内相切的两点接触，接触角β不变一般去β=45°。 （2）滚珠循环方式

目前国内外生产的滚珠丝杠副，可分为内循环和外循环。外循环是在螺母的外圆上铣有螺旋槽，在螺母内部装上挡珠器，挡珠器的舌部切断螺纹滚道，迫使滚珠流入通向螺旋槽的孔中而完成循环。内循环是在螺母外侧孔中装有接通相邻滚道的反向器，以迫使滚珠翻越丝杠的齿顶而进入相邻滚道。该设计采用外循环插管式。 （3）间隙的调整和施加预紧力的方法

滚珠丝杠副的轴向间隙，是负载在滚珠与滚道接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形量控制在最小限度内，应用这一方法来消除轴向间隙是需要注意一下两点：

1）通过预紧力产生预拉变形以减少弹性变形所引起的位移时，该预紧力不能过大，否则会引起驱动力矩增大、传动效率降低和使用寿命缩短。

2）要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。 常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有以下三种。 （a）垫片调隙式 （b）螺纹调隙式 （c）齿差调隙式

除上述三种双螺母加预紧力的方式外，还有单螺母变导程自预紧及单螺母钢球过盈预紧方式。

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