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20.步进电动机对驱动电源的要求，驱动电源的组成和功能
步进电动机的运行性能是步进电动机和驱动电源的综合体现。驱动电源应满足以下基本要求：
（1）电源的相数、通电方式、电压、电流应与步进电动机的基本参数相适应；
（2）能满足步进电动机起动频率和运行频率的要求；
（3）工作可靠，抗干扰能力强；
（4）成本低，效率高，安装和维护方便。
驱动电源通常由环形分配器和功率驱动器组成。环形分配器的功能可由硬件，软件以及软、硬件相结合的方式来实现。其主要功能是将CNC装置的插补脉冲，按步进电动机所要求的规律分配给功率驱动器的各相输入端，以控制步进电动机励磁绕组的导通或关断。由于电动机有正反转要求，所以环形分配器的输出是周期性的，又是可逆的。功率驱动器的功能是将环形分配器输出的脉冲信号放大，以便用足够的功率来驱动步进电动机。
21.直流主轴电动机、交流主轴电动机、永磁直流伺服电动机、永磁同步交流伺服电动机的结构及特点，以及它们之间的区别
直流主轴电动机的结构与普通直流电动机的结构基本相同。两者之间的主要区别是：直流主轴电动机在主磁极上除了绕有主磁极绕组外，还绕有补偿绕组，以便抵消转子反应磁动势对气隙主磁通的影响，改善电动机的调速性能；直流主轴电动机都采用轴向强迫通风冷却或热管冷却，以改善冷却效果；直流主轴电动机尾部都同轴装有速度检测元件，如测速发电机；直流主轴电动机一般都能承受150%的过载负荷。
永磁直流伺服电动机由电动机本体和检测部件组成。反馈用的检测部件装在电动机的尾部（非轴伸出端）。电动机本体主要由机壳、定子磁极和转子三部分组成。
定子磁极是一个永磁体。由于是采取永磁式励磁方式，不需要励磁功率，在同样的输出功率下有较小的体积和较轻的重量。
转子分为普通型和小惯量型两类。小惯量型转子直流伺服电动机的共同特点是转子惯量小，适合于快速响应的伺服系统。但其过载能力低，当用于数控机床等进给伺服系统中时，由于转子惯量与机械传动系统匹配较差，电动机轴与机械传动系统不能直接相连，必须采取一些措施。普通型转子与一般直流电动机的转子相似，也是有槽转子，只是转子铁芯上的槽数较多，且采用斜槽，在一个槽内又分布有几个虚槽，以减小转矩的波动。与一般直流电动机相比，转子铁芯长度对直径的比大些，气隙小些。普通型转子永磁直流伺服电动机与小惯量型转子直流伺服电动机相比，具有以下一些特点：
（1）低速时输出的转矩大，惯量比较大，能与机械传动系统直接相连，省去齿轮等传动机构，从而有利于减小机械振动和噪声，以及齿隙误差。
（2）转子的热容量大，电动机的过载性能好，一般能加倍过载几十分钟。
（3）调速范围宽，当与高性能速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围可达l：1000以上。
（4）转子惯量比较大，为了满足快速响应的要求，需要加大电动机的加速转矩，为此需要加大电源容量。
（5）转子温升高（电动机允许温升可达150℃～180℃），可通过转轴传到机械上去，这会影响精密机械的精度。
交流主轴电动机都采用感应电动机的结构，是经过专门设计的鼠笼式三相异步电动机。带有三相绕组的定子和带有笼条的转子是电动机的核心。它没有外壳，定子铁芯直接暴露在空气中，而且在定子铁芯上做有轴向通风孔，以利于电动机冷却、缩小电动机体积，增大输出功率。转子做成细长形，以减小转子的转动惯量。交流主轴电动机的外形呈多边形，而不是圆形。交流主轴电动机的尾部都同轴安装有脉冲发生器（或脉冲编码器）。交流主轴电动机也具有一定的过载能力。一般能在额定负载的l.2～1.5倍负载下工作几分钟至半个小时。
永磁同步交流伺服电动机主要由三部分组成：定子、转子和检测部件。定子形状与普通感应电动机的定子相似，具有齿槽，内有三相绕组。但其外表面多呈多边形，且无外壳，这样有利于散热。转子带有永磁体，由多块永久磁铁和冲片组成。
直流伺服电动机与交流伺服电动机的主要区别是前者带有电刷和换向器而后者不带。永磁直流伺服电动机与永磁同步交流伺服电动机的区别除了有无电刷和换向器外，再就是前者的定子磁极是一个永磁体而后者的转子带有永磁体。伺服电动机与普通电动机的一个明显区别是前者都同轴装有用于反馈的检测元件而后者没有。主轴直流电动机与普通直流电动机以及主轴交流电动机普通交流电动机的区别比较明显，不再赘述。还应该指出，上述四种电动机的调速方法也不相同。
22.直流主轴电动机、交流主轴电动机、永磁直流伺服电动机、永磁同步交流伺服电动机的性能及速度控制方法
直流伺服电动机的优点是具有优良的调速性能。其缺点是电动机的电刷和换向器容易磨损，需要经常维护；由于换向器换向时会产生火花而使最高转速受到限制，也使应用环境受到限制；直流电动机结构复杂，制造困难，成本高。采用交流伺服电动机完全克服了直流伺服电动机固有的缺点，并且通过采取措施也可以获得好的调速性能。
永磁直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机的性能，由于其伺服系统的要求，需要用一些特性曲线和数据表加以全面描述。其中最重要的是电动机的工作曲线。在数据表中给出了有关电动机性能的一些参数值，是选购和使用电动机的不可少的参考资料。
直流主轴电动机为他励直流电动机，电动机的电磁转矩可以表示为：
由于电磁转矩中的两个可控量Ф和 是互相独立的，所以可以方便地分别进行调节。而且这种关系无论在静态还是在动态都成立，这就保证了电动机的良好的静、动态转矩控制特性，从而得到优良的调速性能。
直流主轴电动机在基本速度以下为恒转矩范围，在基本速度以上为恒功率范围。因此采用双域调速系统调速，由转子绕组控制回路和磁场控制回路两部分组成。在转子绕组控制回路中，通过改变转子绕组电压（即外加电压）调速，为恒转矩调速，适于基本速度以下的恒转矩范围。在磁场控制回路中，通过改变励磁电流，，（即改变磁通函）调速，为恒功率调速，适于基本速度以上的恒功率范围。
与直流主轴电动机相类似，交流主轴电动机也存在一个基本速度，在基本速度以下为恒转矩区域，在基本速度以上为恒功率区域。恒功率的速度范围只有1：3的速度比，当速度超过一定值后，功率一速度特性曲线会向下倾斜。
对于交流主轴电动机、气隙磁通和转子电流不是独立变量，它们都是转差率S的函数，无法分开进行独立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比标量难控制得多。为了改善交流主轴电动机的控制性能，常采用矢量控制调速方法。这种调速方法将被控变量从矢量转换为标量，通过这种转换，将交流电动机模拟成直流电动机来控制其转矩，从而获得高动态调速性能。
用于数控机床进给伺服系统中的永磁直流伺服电动机多采用改变外加电压的调速方法。这是因为这种调速方法具有恒转矩调速特性、机械特性好、经济性能好等特点。现代数控机床的直流进给伺服系统中多采用晶体管脉宽调制调速系统。所谓脉宽调制调速，就是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电动机转子绕组两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变转子绕组两端的平均电压，从而达到调节电动机转速的目的。
永磁同步交流伺服电动机转子转速为：
可见，可以通过改变电动机电源频率来调速。该方法可以实现无级调速，能够较好地满足数控机床的要求。为电动机供电的变频电源采用交一直一交变频器。可以采用不同的方案来实现永磁同步交流伺服电动机的调速控制，常见的有自同步控制变频调速，电流控制调速和矢量控制调速等。
23.工业机器人的组成、分类及编程方式
工业机器人由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。其功能与人的手臂相似。
驱动装置为操作机工作提供动力，分为电动、液动和气动三种类型。其执行部件（伺服电动机、液压缸或气缸）可以与操作机直接相连，也可以通过齿轮、链条和谐波减速器与操作机连接。
控制系统的功能是控制工业机器人按要求动作，分为开环控制系统和闭环控制系统。目前，工业机器人多采用计算机控制。
工业机器人有多种分类方法：
（1）按坐标形式分为直角坐标式（代号PPP）；圆柱坐标式（代号RPP）；球坐标式（代号RRP）；关节坐标式（代号RRR），又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标。
（2）按驱动方式分为电力驱动、液压驱动和气压驱动。电力驱动的驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。液压驱动可以获得很大的抓取能力（可抓取高达上千牛力），传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，不宜于在高、低温现场工作，需配备一套液压系统。采用气压驱动的机器人结构简单、动作迅速、价格低，但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，抓取力小（几十牛力至百牛力）。
（3）按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。点位控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等作业。连续轨迹控制比较复杂，常用于焊接、喷漆和检测的机器人中。工业机器人有示教编程和语言编程两种编程方式。示教编程又分为手把手示教编程和示教盒示教编程。适用于重复操作型，所面对的作业任务比较简单的机器人。语言编程方式适用于动作复杂，操作精度要求高的工业机器人（如装配机器人）。
24.工业机器人的特性参数和技术要求
工业机器人的主要特性参数有：
（1）坐标型式，常用的坐标型式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等。
（2）运动自由度数，自由度数表示机器人动作的灵活程度。一般少于6个，也有多于6个的。
（3）各自由度的动作范围，指各关节的活动范围。各关节的基本动作范围决定了机器人操作机工作空间的形状和大小。
（4）各自由度的动作速度，指各关节的极限速度。
（5）额定负载，指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能承受的最大负载允许值。
（6）精度，主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等。
工业机器人的技术要求包括：外观和结构、电气设备、可靠性（用平均无故障工作时间（MTBF）及可维修时间（MTTR）衡量）和安全性（应满足《工业机器人安全规范》（GBll291一89）的规定）。
25.柔性制造单元所具有的功能及结构形式
概括地说，柔性制造单元是一种在人的参与减到最小时，能连续运转的对同一工件族内不同的工件进行自动化加工的最小单元，它既可以作为独立使用的加工生产设备，又可作为更大、更复杂的柔性制造系统和柔性自动线的基本组成模块。柔性制造单元有两种形式：一种是加工中心配托盘交换系统，即托盘存储库式；另一种是数控机床配工业机器人，即机器人直接搬运式。
26.柔性制造单元与加工中心的区别
柔性制造单元是在加工中心的基础上发展起来的。它增加了，机器人或托盘自动交换装置、刀具和工件的自动测量装置、加工过程的监测装置。与加工中心相比，它具有更好的柔性，更高的生产率，可实现某些零件的多品种、小批量加工。
27.柔性制造系统的基本功能、组成及其柔性
柔性制造系统的基本功能包括自动加工功能（包括检验、清洗等）、自动搬运功能和将以上两者综合起来的综合软件功能。
柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。
加工系统是由加工中心或加工中心与数控机床混合组成的加工设备。除此之外，还有清洗、切屑处理等辅助装置或设备。一个系统的机床配置可按"互补"和"互替"方式配置，也可按这两种方式混合配置。"互补"是指系统需配置完成不同工序的机床（如车、铣、磨……），在工序上互相补充，而不能代替。"互替"是指一个系统中配置有相同的机床，如其中一台机床有故障时，另一台相同工序的机床可以替代加工，以免等待。
物流系统包括工件与刀具夹具的输送、装卸及仓库存储等装置。工件和夹具的存储多用立体仓库，并由仓库计算机进行控制和管理。输送设备有传输带、有轨或无轨小车及行走机器人等。系统还设有中央刀库，由工业机器人在中央刀库和各机床之间进行刀具的输送和交换。
信息流系统执行单元加工中信息流的处理、储存和传输等功能，是协调多台机床加工和物料输送的计算系统。
柔性制造系统的柔性体现在随机加工能力、容忍故障能力、工作和生产能力的柔性和系统生产纲领的柔性等几个方面。
六、其他常见机电设备
（一）考试目的
通过对本部分内容的考试，测试考生对常见机电设备的分类、性能指标、技术参数、特点等知识熟悉的情况，考核考生对机电设备的认知程度。
（二）考试基本要求
1.掌握以下内容
（1）汽油机与柴油机的主要区别；
（2）内燃机半要性能指标；
（3）剪板机的技术参数；
（4）通用压力机的主要技术参数；
（5）压力容器的使用工艺条件；
（6）压力容器的主要分类方法；
（7）锅炉的分类；
（8）锅炉的基本参数；
（9）起重机的主要参数；
（10）桥式起重机、流动起重机的特点及用途。
2.熟悉以下内容
（1）内燃机的分类、基本术语及型号的表示方法；
（2）内燃机构造；
（3）燃气轮机的特点、结构及各组成部分的功能；
（4）铸铁、铸钢、有色金属常用熔炼设备的结构及特点；
（5）金属压力加工设备的分类及型号编制；
（6）锻锤、机械压力机、水压机的构造、应用及规格表示方法；
（7）通用压力机按机身结构形式分类；
（8）压力容器的基本结构；
（9）锅炉各组成部分的功用及工作过程；
（10）起重机的分类；
（11）起重机的专用零部件。
3.了解以下内容
（1）内燃机工作原理；
（2）剪板机的分类；
（3）压力容器的有关法规及技术标准。
（三）要点内容
1.内燃机分类
燃料直接在发动机内部燃烧的热力发动机称为内燃机。
内燃机分类方法有以下几种：
（1）按所用燃料分类；
（2）按工作循环冲程分类；
（3）按气缸数和排列方式分类；
（4）按进气方式分类；
（5）按冷却方式不同分类；
（6）按着火方式分类；
（7）按可燃混合气形成的方式分类。
2.内燃机基本术语
内燃机基本术语主要有：
（1）工作循环：内燃机每次完成将热能转变为机械能，都必须经过进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程，这一系列连续过程称为内燃机工作循环。
（2）上、下止点：活塞在气缸内作往复运动时的两个极端位置称为止点。活塞离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点，离曲轴旋转中心最近的位置称为下止点。
（3）活塞行程：上、下止点间的距离称为活塞行程，通常用S表示。
（4）气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所走过的容积，称为工作容积（气缸排量）。
（5）气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖、气缸套内表面形成的空问，称为气缸总容积。
（6）燃烧室容积：活塞位于上止点时，活塞顶部与气缸盖间的容积，称为燃烧室容积。
（7）压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比。
（8）工况：指内燃机在某一时刻的工作状况，一般用功率和曲轴转速表示，也可用负荷与转速表示。
3.内燃机型号
内燃机型号由以下部分组成：
（1）首部为产品特征代号。
（2）中部由缸数符号、气缸布置形式符号、冲程数符号和缸径符号组成。
（3）后部为结构特征符号及用途特征符号。
（4）尾部为区别符号。
其中，首部和尾部根据具体情况允许不表示。
4.四冲程内燃机工作原理
四冲程内燃机每个工作循环由进气、压缩、作功和排气四个冲程组成。
5.柴油机增压
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