精品資料（2021-2022年收藏的）第五章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

1、第五章 數(shù)控機床及工業(yè)機器人1、英文名詞縮寫英文縮寫中文英文全稱NC數(shù)控技術(shù)Numerical ControlCNC計算機數(shù)控Computerized Numerical ControlCRT陰極射線管顯示器LCD液晶顯示器CAD計算機輔助設(shè)計CAM計算機輔助制造PLC可編程控制器RLL階梯圖指令語言Relay Ladder LogicSFC順序功能圖語言Sequential Function ChartMTBF平均無故障時間用來描述系統(tǒng)的可靠性的指標MTTR平均修復時間FMC柔性制造單元Flexible Manufacturing CellFMS柔性制造系統(tǒng)Flexible Manufact

2、uring SystemCIMS計算機集成制造系統(tǒng)Computer integrated manufacturing system2、廣泛應(yīng)用的類型靜壓蝸桿蝸母條機構(gòu)特別適宜應(yīng)用于重型數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中伺服驅(qū)動系統(tǒng)中半閉環(huán)控制方式應(yīng)用比較廣泛。加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機床，分為鏜銑類加工中心和車削中心。目前多采用共享總線結(jié)構(gòu)的多微處理器CNC。當今占據(jù)大部分制造業(yè)市場的CNC裝置為專用型CNC裝置。國內(nèi)，在鋼鐵和有色冶金行業(yè)的自動控制中PLC的應(yīng)用已占首位，其次是機械制造和汽車制造業(yè)。斬波驅(qū)動電路是20世紀80年代以來應(yīng)用較為廣泛的驅(qū)動電路，是一種較好的實用驅(qū)動電路。

3、在工業(yè)機器人的驅(qū)動中，交流伺服電動機是主流。3、數(shù)控機床的組成部分數(shù)控機床：CNC系統(tǒng)：程序（零件加工程序）：重要組成部分輸入輸出（I/O）設(shè)備簡單：鍵盤、米字管、數(shù)碼管一般：人機對話編程鍵盤、CRT、LCD、紙帶、磁帶、磁盤輸入機、穿孔機、電傳機高級：自動編程機、CAD/CAM系統(tǒng)CNC裝置（核心部件）：計算機（軟硬件）、PLC、接口電路主軸驅(qū)動裝置：進給驅(qū)動裝置：機床主機數(shù)控機床包括CNC系統(tǒng)，CNC系統(tǒng)包括CNC裝置，CNC裝置包括PLC。3、為了滿足數(shù)控機床的要求，機床主機的機械結(jié)構(gòu)具備的特點：（1）高剛度和高抗振性途徑：提高機床靜剛度、固有頻率，改進機床結(jié)構(gòu)的阻尼特性）方法：合理布局

4、機床結(jié)構(gòu)、筋板提高剛度具體方法：縮短主軸端部受力懸伸段、采用傾斜床身、主軸箱采用嵌入式結(jié)構(gòu)、立柱構(gòu)件采用加強筋布局設(shè)計、床身采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)采用新材料、特殊結(jié)構(gòu)提高動剛度、抗振能力具體方法：聚合物混凝圖制作機床大件、大件表面采用阻尼涂層（2）機床熱變形小方法：采用熱對稱結(jié)構(gòu)及熱平衡措施。具體方法：發(fā)熱部件采取散熱、風冷、液冷；切削部位采取強冷采用熱位移補償。預測變形，建立模型，計算機計算，實時補償。（3）傳動高效率、無間隙、低摩擦方法：導軌多采用：塑料滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌 進給系統(tǒng)中：滾珠絲杠副、預加載雙齒輪齒條結(jié)構(gòu)、靜壓蝸桿蝸母條機構(gòu)（4）機械傳動機構(gòu)簡化。原因是采用了高性能、寬調(diào)速

5、范圍的交、直流主軸電動機和伺服電動機4、數(shù)控機床的分類（1）刀具和工件建相對運動軌跡：點位控制、輪廓控制（2）伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制方式：開環(huán)不帶位置檢測反饋裝置；使用步進式電動機優(yōu)點：工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)快，調(diào)試方便，維修簡單；缺點：控制精度和速度比較低閉環(huán)位置檢測反饋裝置安裝在機床工作臺上；優(yōu)點：精度很高缺點：容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)計和調(diào)試難度較大半閉環(huán)位置檢測反饋裝置安裝在電動機端頭或絲杠的端頭優(yōu)點：精度不如閉環(huán)，但穩(wěn)定性好，調(diào)試也比較方便（3）加工方式：金屬切削類、金屬成型類、特種加工類、其他類（4）CNC裝置的功能水平：高、中、低（經(jīng)濟型）5、數(shù)控機床的特點：（1）能加工一般機床難以加工或不

6、能加工的復雜型面。（2）可以獲得更高的精度和穩(wěn)定的質(zhì)量（重復精度好）。（3）具有廣泛的適應(yīng)性和較大靈活性。（4）一機多用。（一臺機器可以抵多臺各類型一般機床）（5）生產(chǎn)率高。（6）大大減少在制品數(shù)量，加速流動資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟效益。（7）可實現(xiàn)精確的成本核算和生產(chǎn)精度安排。（8）改善工作環(huán)境，減輕操作者勞動強度。（9）是實現(xiàn)柔性自動加工的主要設(shè)備，是發(fā)展柔性生產(chǎn)和計算機集成制造的基礎(chǔ)。6、CNC裝置的功能：基本功能：控制、準備、插補、進給、主軸、輔助、選刀及工作臺分度、固定循環(huán)選擇功能：補償、字符圖形顯示、診斷、通信、在線自動編程7、由微處理器的情況來看CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)（微處理器是CNC裝

7、置的核心）單微處理器多微處理器應(yīng)用早期的CNC，經(jīng)濟型CNC現(xiàn)代CNC裝置定義只有一個微處理器有兩個或兩個以上微處理器，但只有一個能夠控制系統(tǒng)總線。多個微處理器控制方式集中控制，分時處理分管各自任務(wù)，形成功能單元（功能模塊）結(jié)構(gòu)以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)共享總線結(jié)構(gòu)：主模塊，從模塊；系統(tǒng)總線上連接公共存儲器共享存儲器結(jié)構(gòu)：設(shè)置多端口存儲器，連接多條數(shù)據(jù)、地址、控制線。電路板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)：CNC主要功能集中的大印刷電路板，輔助功能模板（小印刷電路板）。模塊化結(jié)構(gòu)：標準總線為母板，尺寸相同的功能模板模塊化結(jié)構(gòu)：六種基本功能模塊，CNC管理、CNC插補、位置控制、存儲器、PLC、輸入輸出及顯示PLC類

8、型采用內(nèi)裝型PLC為多采用獨立型PLC為多微處理器由運算器和控制器兩部分組成，運算器完成算術(shù)運算和邏輯運算，控制器負責從存儲器讀取指令、分析指令，發(fā)出控制信號，接受反饋信息，決定下一步操作命令。微處理器的主頻和字長決定了微處理器的運算速度。8、由體系結(jié)構(gòu)的開放和封閉情況來看CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)CNC裝置的開放化主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的公開化。各組成部分之間的接口標準化開放式CNC裝置（PCNC系統(tǒng)）組成方式：項目PC連接型CNCPC內(nèi)藏型CNCCNC內(nèi)藏型PC全軟件型NC連接串行通信連接專用總線連接擴展槽中插專用CNCCNC全部功能由PC完成優(yōu)點容易實現(xiàn)，可使用通用軟件CNC可用，數(shù)據(jù)傳輸

9、快，系統(tǒng)相應(yīng)快充分保證系統(tǒng)性能，軟件通用性強，編程處理靈活硬件通用性強，編程處理靈活缺點CNC不能實現(xiàn)開放化通信速度慢，相應(yīng)速度慢不能用通用PC，PC開發(fā)程序受限制難利用現(xiàn)有CNC資源，可靠性不高難實現(xiàn)實時處理，難保證系統(tǒng)性能，難利用現(xiàn)有CNC資源9、CNC裝置的兩類控制數(shù)字控制（NC控制），實現(xiàn)各坐標軸運動的控制高速軌跡信息（刀具補償處理、進給速度處理），插補計算，位置控制，伺服系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同移動順序控制（輔助控制），完成各種應(yīng)答動作低速輔助信息，包括輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速功能S、刀具功能T10、PLC的組成硬件：基本組成部分（最小系統(tǒng)）：CPU、存儲器（系統(tǒng)、用戶）、輸入接口、輸出接口、電源I

10、/O擴展部分：為系統(tǒng)擴展輸入、輸出點數(shù)而設(shè)計外部設(shè)備：主要是為設(shè)計和調(diào)試PLC的應(yīng)用程序而設(shè)，包括：編程器、EPROM、磁帶機、打印機、監(jiān)視器軟件：系統(tǒng)軟件：通常被固化在ROM中應(yīng)用軟件：通常在RAM中，用鋰電池掉電保護；不經(jīng)常變動的應(yīng)用程序可固化在EPROM中11、PLC的基本技術(shù)指標存儲器容量、掃描速度、I/O點數(shù)、編程語言12、PLC的特點（1）控制程序可變，具有良好的柔性（2）采用面向過程的語言，編程方便。使用RLL語言和SFC語言（3）功能完善（4）擴充方便，配置靈活（5）系統(tǒng)構(gòu)成簡單，安裝調(diào)試方便（6）可靠性高13、數(shù)控機床中所使用的PLC類型特點比較內(nèi)裝型PLC獨立型PLC性能指

11、標由從屬的CNC裝置的性能、規(guī)格來確定可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求，靈活選購或自行開發(fā)通用型PLC與CNC共用微處理器、具有專用微處理器可以擴大CNC的控制功能與CNC其他電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以做成附加印刷電路板沒有單獨配置的I/O接口電路，使用CNC裝置本身的I/O接口電路要進行PLC與CNC裝置的I/O連接，PLC與機床側(cè)的I/O連接造價低，性價比高性價比不如內(nèi)裝型PLC14、在CNC裝置以外的PLC應(yīng)用類型（領(lǐng)域或途徑）順序控制和開關(guān)邏輯控制、閉環(huán)過程控制、組合數(shù)字控制、組成多級控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人的控制15、伺服驅(qū)動

12、系統(tǒng)的分類進給伺服系統(tǒng)：控制機床各坐標軸的切削進給運動；包括速度控制和位置控制主軸伺服系統(tǒng)：控制主軸旋轉(zhuǎn)運動和切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率；一般只以速度控制為主輔助伺服系統(tǒng)：控制刀庫、料庫等輔助系統(tǒng)；一般多采用位置控制16、數(shù)控機床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求：進給伺服系統(tǒng)：高精度；快速響應(yīng)，無超調(diào)；調(diào)速范圍寬；低速大轉(zhuǎn)矩；可靠性高主軸驅(qū)動系統(tǒng)（特殊要求）：主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動同步；具有恒線速切削功能；具有高精度的停位控制功能；角度控制功能17、步進電動機的優(yōu)點（1）轉(zhuǎn)速主要取決于脈沖的頻率，移動的總位移取決于總的脈沖數(shù)。（2）步距誤差不長期積累。（3）控制性能好，在一定的頻率范圍內(nèi)運行時，任何運動方式都不會

13、丟步。18、步進電動機的種類：反應(yīng)式、電磁式、永磁式、永磁感應(yīng)子式。19、步進電動機主要性能指標：步距精度、最大靜轉(zhuǎn)矩、啟動頻率、連續(xù)運行頻率。20、步進電動機驅(qū)動電源應(yīng)當滿足的要求：（1）電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應(yīng)與步進電動機的基本參數(shù)相適應(yīng)。（2）能滿足步進電動機起動頻率和運行頻率的要求（3）工作可靠，抗干擾能力強（4）成本低、效率高，安裝和維護方便CNC裝置的插補脈沖環(huán)形分配器功率驅(qū)動器步進電動機21、永磁直流伺服電動機的轉(zhuǎn)子類型普通型：采用斜槽，還有虛槽特點：（1）低速時輸出的轉(zhuǎn)矩大，慣量比較大（2）能與機械傳動系統(tǒng)直接相連，減少機械振動、噪聲和齒隙誤差（3）轉(zhuǎn)子熱容量大，電動

14、機的過載性能好（4）調(diào)速范圍寬（5）慣量大，為滿足快速響應(yīng)的要求，加大加速轉(zhuǎn)矩，需要加大電源容量（6）轉(zhuǎn)子溫升高，會傳到機械上，影響精度小慣量型：無槽轉(zhuǎn)子：包子形的繞組繞在光滑的圓柱體上；氣隙磁密高、無齒槽效應(yīng)空心杯形轉(zhuǎn)子：漆包線編成杯形，無鐵芯；輕巧、慣量極小、氣隙較大、工藝難度大印刷繞組轉(zhuǎn)子：繞組印制在圓形絕緣薄板上；慣量很小、低速運轉(zhuǎn)性能好特點：轉(zhuǎn)子慣量小，適合于快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)22、直流主軸電動機、永磁直流伺服電動機、永磁同步交流伺服電動機工作曲線比較23、直流伺服電動機速度控制方法直流主軸電動機的速度控制：改變轉(zhuǎn)子繞組電壓（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）；改變勵磁電流調(diào)速（恒功率調(diào)速）。永磁直流伺服

15、電動機的速度控制：晶閘管調(diào)速系統(tǒng)；晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)24、交流伺服電動機速度控制方法交流主軸電動機的速度控制：將被控變量由矢量轉(zhuǎn)換為標量，交流矢量的直流標量化永磁同步交流伺服電動機的速度控制：改變電源的頻率調(diào)速25、工業(yè)機器人的組成操作機：末端執(zhí)行器、手腕、手臂、機座驅(qū)動裝置：電動、液動、氣動控制系統(tǒng)：開環(huán)和閉環(huán)；決策級、策略級、執(zhí)行級26、工業(yè)機器人的分類：（1）按坐標形式分：PPP、RPP、RRP、RRR（2）按驅(qū)動方式分：電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動（3）按控制方式分：點位控制、連續(xù)軌跡控制（4）按使用范圍分：可編程序的通用機器人、固定程序的專用機器人27、工業(yè)機器人的主要特性參數(shù)（1）坐標型式：PPP、RPP、RRP、RRR（2）運動自由度數(shù)目（3）各自由度的動作范圍：決定工作空間的形狀和大?。?）各自由度的動作速度：（5）額定負載（6）精度：包括位姿精度、位姿重復性、軌跡精度、軌跡重復性28、工業(yè)機器人