（3）、中间直流环节 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无任电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功功率的能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间储能环节。
（4）、控制电路 控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可采用数字控制或模拟控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。
（5）关于变频器名称的说明 对于交-直-交变频器，在不涉及能量传递方向的改变时，我们常简单的称变频器I为整流器，变频器II为逆变器，而把图中I、II、III总起来称为变频器。 2、变频器类型的选择
这里将就交-直-交变频器按不同角度进行选择如下分类 （1）、按直流电源的性质分类
当逆变器输出侧的负载为交流电动机时，在负载和直流电源之间将进行无功功率的交换。用于缓冲无功功率的中间直流环节的储能元件可以是电容或电感，据此，变频器可分为电压型变频器和直流型变频器两大类。在本课程设计中将采用电压型变频器进行控制。 （2）、电压调节方式的选择
变频调速时，需要同时调节变频器的输出电压和频率，以保证电磁主磁通的恒定。对输出电压的调节有两种方式：PAM方式和PWM方式。在本课程设计中将采用PWM型方式进行调速控制。 PWM方式是脉冲宽度调制方式的简称。最常见的主电路图如图4-7a所示。变频器中的整流器采用不可控的二级管整流电路。变频器的输出变频和输出电压的调节均由逆变器按PWM方式完成。调压过程的示意图如4-7b所示。利用参考电压uR与载频三角波uc互相比较，来决定主开关的导通时间而实现调压。利用脉冲宽度的改变来得到幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波，输出电压平均值近似为征象波PWM方式，称为正弦PWM调制，简称为SPWM方式。
图4-7 PWM变频器
本课程设计采用的变频器为富士公司生产的FVR—G7S系列富士变频器型号为FVR11G7S—7JS变频器。整个机床调速电机控制电路图如附图所示
第五章 伺服进给系统的改造设计与计算
伺服进给机构的设计是普通车床经济型数控改造的主要部分，如果说CNC系统是数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么，伺服驱动系统便是数控机床的“四肢”，是执行机构，它忠实而准确的执行由CNC系统发来的运动命令。伺服控制系统是联接数控系统与机床的枢纽，其性能是影响数控机床的精度、稳定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。
一、伺服系统的组成原理和要求
(一)、伺服系统的组成原理
机床进给伺服系统主要由伺服驱动控制系统与机床进给机械传动机构两大部分组成。机床进给机械传动系统通常由减速齿轮、滚珠丝杠、机床导轨和工作台拖板等组成。对于伺服驱动控制系统，按其反馈信号的有无，分为开环和闭环两种控制方式。对于开环伺服系统只能由步进电机驱动，它由步进电机驱动电源和电动机组成。闭环伺服系统则分为直流电动机和交流电动机两种驱动方式，并且是双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器以及功率驱动放大器等部分组成。位置环是由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。根据其位置检测信号所取部位不同，它又分为半闭环和全闭环两种。半闭环采用转角位置检测装置，安装于滚珠丝杠端部，或直接与伺服电动机转子的后端相连（与伺服电动机成一体）；对于全闭环系统需要采用直线位置检测装置，安装于机床导轨与工作台拖板之间。通常伺服驱动控制单元与电动机由一个生产厂家配套提供（甚至包括位置检测装置）。 （二）、伺服系统的要求
伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构。为确保机床的加工质量和效率，机床对其伺服系统有“稳、准、快、宽、足”五个要求，它反映了伺服驱动系统的五项性能指标,具体的内容如下:
稳 即稳定性，也就是要求系统有较好的抗干扰性，保证电源、环境、负载等所产生的波动对其影响甚小，有较硬的调速机械特性，过载能力强，稳定性好，适应性好，以确保工件加工的一致性。
准 及准确性，为确保加工质量，除要求系统稳定外，还必须有较高的准确定位精度。数控机床是由数控系统发出指令自动完成整个加工过程，它不象普通机床那样，中间可以由操作者测量工件后再通过操纵手轮来修正加工偏差。由于数控机床是按加工程序一次完成加工，所以进给系统的定位精度直接决定了工件的加工精度，这也是考核数控机床的一项至关重要的性能指标。
通常影响数控加工精度的主要因素有：数控系统精度（主要取决于插补运算精度）；伺服系统精度；机床机械精度（如主轴、刀架、工作台回转精度，刀具、工件装夹精度等）。其中伺服系统精度起主要作用。
快 即快速响应性。机床进给伺服系统实际上就是一种高精度的位置随动系统，它不但要求静态误差小，也要求动态响应快，具体表现在起、停的升降速过程短，有较高的加速度，即要求系统的机电时间常数小，反应灵敏。
宽 即有较宽的调速范围。通常数控机床在实际运行中，对工作台的进给速度要求满足两项指标：轻载快速趋近定位速度（即编程指令G00的速度）、切削进给速度（即编程指令G01、G02等后面的F值所要求的速度）。
足 即有足够的输出扭矩或驱动功率。特别是要满足强力切削和高速切削的要求，并且还要求系统有相应的过载能力，以确保稳定性。
对进给伺服系统除了上述五项主要性能指标外，也要求温升低、噪声小、效率高、体积小、价格低、控制方便、线性度好（如输出速度与输入电压成线性）、可靠性高，维修保养方便，对温度、湿度等环境要求宽等等。
二 伺服进给机构的设计内容和设计计算
数控机床的伺服进给系统的控制方式有多种，如：开环控制闭环控制以及半闭环控制。
正如总体设计方案论证中所说，本设计任务的精度要求不高，结合经济型改造的特点，设计者采用以步进电机为驱动的开环控制方式来设计其伺服进给系统。下面对开换系统的控制形式及特点加以简要分析。
1、工作原理及控制特点
开环控制系统利用脉冲马达的伺服性能，即对应一定的脉冲，必定有一定的转角，从而通过丝杠螺母机构使工作台移动一定的距离。 2、定位精度
虽然开环控制系统很难保证较高的位置控制精度，对于影响定位精度的机械传动装置的刚度、摩擦、惯量、间隙等的要求较高，一般在?0.01～?0.02mm之间；但对于经济型数控车床来说，定位精度要求并不高。 3、稳定性
结构简单，调试方便，工作可靠，稳定性好。 <一> 纵向进给系统的设计与计算 1、进给系统的设计内容
经济型数控车床的改造一般是将丝杠、光杠及安装座拆去，配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电动机及减速箱安装在车床的车尾。书控车床通过步进电动机经减速驱动滚珠丝杠，带动刀架左右移动。
纵向进给系统设计的主要内容有：滚珠丝杠副的设计计算及选择、减速比的确定及减速箱的设计、步进电动机的选择等。 2、纵向进给系统的设计计算 （1）已知条件：
1）、纵向脉冲当量 δp=0.001mm/脉冲； 2）、纵向最高进给速度 Vfymax=2m/min；
3）、C618车床工作台质量 w=100kg=1000N（根据图形尺寸粗略计算）。 4）、时间常数 T=25ms （2）、纵向进给切削力Fz的确定
根据《机床设计手册》查出，
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