機(jī)床電氣控制技模塊一數(shù)控機(jī)床電氣控制概況課件

1、數(shù)控機(jī)床電氣控制 教材數(shù)控機(jī)床電氣控制 授課教師：楊旭麗QQ：515530001本課程教學(xué)手段教師為輔以職業(yè)為核心學(xué)生為主以行動(dòng)為導(dǎo)向康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室課程定位數(shù)控機(jī)床維修安全操作能力數(shù)控機(jī)床電氣線路試驗(yàn)?zāi)芰﹄姎庠淖R(shí)別能力典型機(jī)床電氣線路分析能力典型數(shù)控裝置應(yīng)用能力數(shù)控機(jī)床的維修管理能力數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)裝置分析能力CA6140車(chē)床故障排除能力具備自動(dòng)控制系統(tǒng)分析能力 專(zhuān)業(yè)能力方法能力社會(huì)能力獲取信息的能力資料收集整理能力制定、實(shí)施工作計(jì)劃的能力工藝文件理解能力工作交接能力檢查、判斷能力理論知識(shí)的運(yùn)用能力獨(dú)立分析的能力 溝通協(xié)調(diào)能力團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力語(yǔ)言表達(dá)能力安全與自我保護(hù)能力基層生產(chǎn)組織能

2、力責(zé)任心與職業(yè)道德 課程培養(yǎng)目標(biāo)康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室主 要 內(nèi) 容常用電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用數(shù)控機(jī)床常用低壓電器電器控制基本環(huán)節(jié)典型機(jī)床電氣控制可編程控制器及其應(yīng)用自動(dòng)控制基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)控機(jī)床電氣控制概況數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)與原理典型控制系統(tǒng)正在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維護(hù)與維修電力拖動(dòng)系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)分析康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室模塊一數(shù)控機(jī)床電氣控制概況康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室模塊一數(shù)控機(jī)床電氣控制概況（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)了解數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)；掌握數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)；理解數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求；熟悉數(shù)控機(jī)床電氣控制的分類(lèi)和發(fā)展方向?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室單元一、直流電

3、動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用（2）單元學(xué)習(xí)內(nèi)容 數(shù)控機(jī)床的編程加工技術(shù)人員除了應(yīng)掌握數(shù)控機(jī)床的編程和操作外，還必須了解數(shù)控機(jī)床的性能，掌握數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)，才能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用，判斷數(shù)控機(jī)床能否保證零件的加工質(zhì)量；在數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，還應(yīng)能簡(jiǎn)單分析故障原因并進(jìn)行處理，避免故障的擴(kuò)大；同時(shí)應(yīng)及時(shí)與維修人員進(jìn)行溝通，為數(shù)控機(jī)床的故障排除提供足夠的信息，從而保證數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期穩(wěn)定地?zé)o故障運(yùn)行。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室1、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)2、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過(guò)程3、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)4、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求5、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r目

4、錄康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(1) 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)，要求機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種先進(jìn)的設(shè)備，如電力機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、起重運(yùn)輸機(jī)械、裝卸機(jī)械、工程機(jī)械、養(yǎng)路機(jī)械等。為制造和維修這些設(shè)備，就必須具備制造各種金屬零件的設(shè)備，如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，主要靠切削加工來(lái)達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求高的零件，往往需要經(jīng)過(guò)幾道甚至幾十道切削加工工序才能完成。 利用刀具對(duì)金屬毛坯進(jìn)行切削，從而加工出機(jī)械零件的工作機(jī)械稱(chēng)為金屬切削機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)床。機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備，在一般機(jī)

5、械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量約占機(jī)械制造總工作量的4060?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(2) 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)，要求機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種機(jī)床的性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，因此，它是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè)，機(jī)床的擁有量及其先進(jìn)程度將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的能力。 數(shù)控機(jī)床由普通機(jī)床發(fā)展而來(lái)，它集機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量、電氣自動(dòng)控制、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度、能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備，并正逐步取代普通機(jī)床。數(shù)控機(jī)

6、床的廣泛使用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了深刻的變化，其技術(shù)水平高低和擁有量多少，是衡量一個(gè)國(guó)家和企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(3) （一） 數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程 普通機(jī)床的整個(gè)加工過(guò)程，需要通過(guò)技術(shù)工人手工操作來(lái)完成；而數(shù)控機(jī)床可以按事先編制的加工程序，自動(dòng)地對(duì)工件進(jìn)行加工，如圖1.1所示。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(4) 數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程如下（圖1.2）： （） 根據(jù)加工零件尺寸、形狀和技術(shù)要求，確定零件的加工工藝過(guò)程和加工參數(shù)。 （） 按規(guī)定的格式和代碼，編制數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序。

7、（） 采用按鍵輸入或通信輸入的方式，將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中。 （） 數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置自動(dòng)處理數(shù)控加工程序，進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算，發(fā)出各種信號(hào)控制數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)和機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和工作臺(tái)移動(dòng)，并協(xié)調(diào)控制數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，直至零件自動(dòng)加工完畢。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(5) 由此可看出，數(shù)控機(jī)床既具有專(zhuān)用機(jī)床生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有普通機(jī)床工藝范圍廣、使用靈活的特點(diǎn)，集高效率、高精度、高柔性于一身，成為當(dāng)今機(jī)床自動(dòng)化的理想形式。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(6) （二） 普通機(jī)床和

8、數(shù)控機(jī)床加工實(shí)例比較 以切削如圖 所示的搖手柄為例。 搖手柄的普通車(chē)床加工方法 數(shù)量較少或單件生產(chǎn)時(shí)，各圓弧面采用雙手控制法車(chē)削，即通過(guò)雙手合成運(yùn)動(dòng)加工。 數(shù)量較多時(shí)，各圓弧面可以采用多把成形車(chē)刀車(chē)削，即將多把車(chē)刀刀刃磨得跟工件各圓弧面形狀相同，分別對(duì)各圓弧面進(jìn)行切削。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(7) 批量生產(chǎn)時(shí)，可以采用靠模法進(jìn)行加工。采用背板靠模和尾座靠模加工搖手柄的方法分別如圖1.4 和圖1.5 所示?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(7) 搖手柄的數(shù)控車(chē)床加工方法 數(shù)控車(chē)床加工是將搖手柄圖置于加工坐標(biāo)系中，通過(guò)計(jì)算確定各點(diǎn)的坐標(biāo)，然后編

9、制程序，通過(guò)數(shù)控車(chē)床電氣控制系統(tǒng)，控制車(chē)床的X 軸和Z 軸進(jìn)給，從而控制車(chē)刀刃按輪廓運(yùn)動(dòng)，即可加工出高精度的搖手柄。 圖1.6為搖手柄的數(shù)控車(chē)床加工示意圖。現(xiàn)以加工從點(diǎn)P1到點(diǎn)P2的圓弧為例說(shuō)明數(shù)控車(chē)床加工搖手柄的過(guò)程?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(8) 設(shè)經(jīng)過(guò)計(jì)算確定兩點(diǎn)坐標(biāo)為P1（x1，z1）、P2（x2，z2）的圓弧半徑為40mm。則點(diǎn)P1到點(diǎn)P2 圓弧的數(shù)控加工指令為： G90G02Xx2Zz2R40F100 數(shù)控車(chē)床執(zhí)行這條加工指令時(shí)，會(huì)按照?qǐng)A弧要求，分別驅(qū)動(dòng)X 軸和Z 軸運(yùn)動(dòng)，兩軸帶動(dòng)車(chē)刀運(yùn)動(dòng)合成的軌跡就是R40 的圓弧，當(dāng)車(chē)刀運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)P2（x2，z2）時(shí)

10、，數(shù)控車(chē)床會(huì)繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，從而完成點(diǎn)P1到點(diǎn)P2的圓弧加工?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室一、數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程及特點(diǎn)-(9) （三） 數(shù)控機(jī)床特點(diǎn) 由此可看出數(shù)控機(jī)床具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)： （） 能完成很多普通機(jī)床難以加工，或者根本不能加工的復(fù)雜型面的加工。 （） 采用數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。 （） 采用數(shù)控機(jī)床可比普通機(jī)床提高倍的生產(chǎn)效率，對(duì)復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 （） 數(shù)控機(jī)床具有柔性，只需更換程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動(dòng)加工。 （） 大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室二、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作

11、過(guò)程-(1) 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的組成 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)由數(shù)控裝置（CNC）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)、機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)（包括可編程控制器控制系統(tǒng)和繼電接觸器控制系統(tǒng)）等組成，如圖1.7 所示?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室二、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過(guò)程-(2) 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的控制中心。它能夠自動(dòng)地對(duì)輸入的數(shù)控加工程序進(jìn)行處理，將數(shù)控加工程序信息按兩類(lèi)控制量分別輸出：一類(lèi)是連續(xù)控制量，送往伺服系統(tǒng)；另一類(lèi)是離散的開(kāi)關(guān)控制量，送往機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，從而協(xié)調(diào)控制機(jī)床各部分的運(yùn)動(dòng)，完成數(shù)控機(jī)床所有運(yùn)動(dòng)的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)由進(jìn)給軸伺服電機(jī)（一般

12、內(nèi)裝速度和位置檢測(cè)器件）和進(jìn)給伺服裝置組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給，提供切削過(guò)程中所需要的轉(zhuǎn)矩、運(yùn)轉(zhuǎn)速度?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室二、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過(guò)程-(3) 主軸伺服系統(tǒng)包括主軸電機(jī)（含速度檢測(cè)器件）和主軸伺服裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制，有的主軸伺服裝置還含有主軸定向控制功能。 機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，除了對(duì)機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作（包括電動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、冷卻箱及潤(rùn)滑油箱等）的控制外，還包括對(duì)保護(hù)開(kāi)關(guān)、各種行程極限開(kāi)關(guān)和操作盤(pán)上所有元件（包括各種按鍵、操作指示燈、波段開(kāi)關(guān)）的檢測(cè)和控制。在機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)中，可編程控制器（PLC）可替代機(jī)床上傳統(tǒng)

13、的強(qiáng)電控制系統(tǒng)中大部分機(jī)床電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑、冷卻、氣動(dòng)、液壓和主軸換刀等系統(tǒng)的邏輯控制。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室二、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過(guò)程-(4) 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)工作過(guò)程 如圖1.6 所示，在從點(diǎn)P1到點(diǎn)P2的圓弧加工中，數(shù)控車(chē)床電氣控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下： （） CNC 控制主軸伺服系統(tǒng)模塊，使主軸電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸按要求速度旋轉(zhuǎn)。 （） CNC 控制車(chē)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，使冷卻系統(tǒng)正常工作。 （） CNC 通過(guò)車(chē)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)換刀裝置，使需要使用的車(chē)刀轉(zhuǎn)動(dòng)到工作位置。 （） CNC 控制X 軸、Z 軸伺服裝置，驅(qū)動(dòng)刀架移動(dòng)，使車(chē)刀定位在點(diǎn)P1（x1，z1）。 （）

14、CNC 按圓弧加工指令控制X 軸、Z 軸伺服裝置，分別驅(qū)動(dòng)刀架沿X 向、Z 向移動(dòng)，車(chē)刀刀刃按規(guī)定的圓弧軌跡移動(dòng)，即可加工出所需要的圓弧。 （） 當(dāng)車(chē)刀運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)P2（x2，z2）時(shí)，CNC繼續(xù)下一條指令的控制。以上所有的動(dòng)作控制都按預(yù)先編好的程序自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工操作。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(1) 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的種類(lèi)很多，雖然控制對(duì)象不同，但原理卻基本相似。 （一） 按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi) 點(diǎn)位控制系統(tǒng)點(diǎn)位控制系統(tǒng)只是精確地控制刀具相對(duì)工件從一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何切削加工，點(diǎn)與點(diǎn)之間移動(dòng)軌跡、速度和路線決定了生產(chǎn)效率的高低。為了提

15、高加工效率，保證定位精度，系統(tǒng)采用“快速趨近，減速定位”的方法實(shí)現(xiàn)控制。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。數(shù)控鉆床點(diǎn)位控制如圖1.8 所示，A 孔和B 孔的鉆孔加工，可以按兩種路線加工?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(2)康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(3) 直線控制系統(tǒng) 直線控制系統(tǒng)不僅要求具有準(zhǔn)確的定位功能，而且要控制兩點(diǎn)之間刀具移動(dòng)的軌跡是一條直線，且在移動(dòng)過(guò)程中刀具能以給定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削加工。 直線控制系統(tǒng)的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡一般是平行于各坐標(biāo)軸的直線；特殊情況下，如果同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩套運(yùn)動(dòng)部件，其合成運(yùn)動(dòng)的軌跡是與坐標(biāo)軸成一定夾

16、角的斜線。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鏜銑床等。數(shù)控銑床直線控制如圖1.9 所示?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(4) 輪廓控制系統(tǒng) 輪廓控制系統(tǒng)能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸，這需要進(jìn)行復(fù)雜的插補(bǔ)運(yùn)算，即根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)代碼指令和進(jìn)給速度，計(jì)算刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控加工中心等。數(shù)控銑床輪廓控制如圖1.10 所示，數(shù)控線切割機(jī)床輪廓控制如圖1.11 所示。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(5) （二） 按伺服系統(tǒng)分類(lèi) 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的程序指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算得到位置控制指令

17、，并通過(guò)進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成各坐標(biāo)軸的位置控制。伺服系統(tǒng)按控制方式來(lái)分，有開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，數(shù)控機(jī)床上用得最多的是半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種。 早期的數(shù)控機(jī)床采用電液伺服驅(qū)動(dòng)的較多，當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床一般采用全電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用的電動(dòng)機(jī)分為步進(jìn)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)以及交流電動(dòng)機(jī)三大類(lèi)，其中步進(jìn)電機(jī)使用在一些要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上，直流伺服電機(jī)從20世紀(jì)70年代到80年代中期在數(shù)控機(jī)床中占據(jù)了主導(dǎo)地位，目前大多數(shù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用的是交流伺服電機(jī)?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(6) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置，以步進(jìn)電機(jī)

18、作為驅(qū)動(dòng)元件，由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置和步進(jìn)電機(jī)組成，如圖1.12所示。 在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。這類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，調(diào)試和維修都比較方便，但無(wú)位置閉環(huán)控制，精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度，因而精度較差?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(7) 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在電動(dòng)機(jī)或絲杠軸端，通過(guò)角位移的測(cè)量，間接測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位置，并與CNC裝置的指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)以交、直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，由位置比較電路、速度控制

19、電路、伺服電機(jī)等組成，如圖1.13所示?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(8) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)只檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度而不檢測(cè)機(jī)械間隙等，所以整個(gè)位置系統(tǒng)位置環(huán)增益可以較大，且調(diào)試比較容易，穩(wěn)定性較好。對(duì)部分環(huán)節(jié)造成的誤差可以控制，精度比開(kāi)環(huán)高，傳動(dòng)鏈上有規(guī)律的誤差，如間隙及螺距誤差等，可由數(shù)控系統(tǒng)加以補(bǔ)償。但是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差過(guò)大或其誤差不穩(wěn)定時(shí)，則數(shù)控系統(tǒng)難以補(bǔ)償。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，直接測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，并與CNC裝置的指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)以交、直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，用于高精度設(shè)備的控制，如圖1.

20、14 所示?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室三、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類(lèi)-(9) 閉環(huán)控制系統(tǒng)直接從機(jī)床的移動(dòng)部件上獲取位置實(shí)際移動(dòng)值，通過(guò)反饋控制，可調(diào)節(jié)全部傳動(dòng)環(huán)節(jié)造成的誤差，其精度很高，檢測(cè)裝置的精度對(duì)系統(tǒng)的精度影響大。但由于在位置環(huán)中存在著延遲、間隙等非線性環(huán)節(jié)，因此影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)試較困難?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室四、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求-(1) （一） 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo) 數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)是指數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)量。數(shù)控機(jī)床可控軸數(shù)與數(shù)控裝置的運(yùn)算處理能力、運(yùn)算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。國(guó)外先進(jìn)數(shù)控裝置的可控軸數(shù)已經(jīng)達(dá)到

21、了24軸，我國(guó)目前數(shù)控裝置可控軸數(shù)最多為6軸，圖1.15 為6軸加工中心示意圖。 數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置可同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的坐標(biāo)軸數(shù)。目前有軸聯(lián)動(dòng)、軸聯(lián)動(dòng)、軸聯(lián)動(dòng)、軸聯(lián)動(dòng)等。軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床能三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，可以加工空間復(fù)雜曲面。軸聯(lián)動(dòng)、軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可以加工飛行器葉輪、螺旋槳等零件。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室四、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求-(2)康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室四、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求-(3) 主軸轉(zhuǎn)速 數(shù)控機(jī)床主軸一般均采用直流或交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用高速軸承支承，保證主軸具有較寬的調(diào)速范圍和足夠高的回轉(zhuǎn)精度、剛度及抗震性。目前，數(shù)控

22、機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速已普遍達(dá)到500010000 rmin，甚至更高，有利于對(duì)各種小孔加工，提高零件加工精度和表面質(zhì)量。 進(jìn)給速度 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。它受數(shù)控裝置的運(yùn)算速度、機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性、剛度等因素的限制。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度可達(dá)1015min，國(guó)外先進(jìn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度可達(dá)1530mmin。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室四、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求-(4) 坐標(biāo)行程 一般數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸X、Y、Z 的行程大小構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的空間加工范圍，即加工零件的大小。坐標(biāo)行程是直接體現(xiàn)機(jī)床加工能力的指標(biāo)參數(shù)。 刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間 刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間

23、對(duì)數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率有著直接的影響。刀庫(kù)容量是指刀庫(kù)能存放加工所需要刀具的數(shù)量。中小型數(shù)控加工中心多為1660把刀具，大型加工中心可達(dá)100把刀具。換刀時(shí)間是指帶有自動(dòng)交換刀具系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，將主軸上使用的刀具與裝在刀庫(kù)上的下一工序需用的刀具進(jìn)行交換所需要的時(shí)間。目前國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床換刀時(shí)間為1016，國(guó)外先進(jìn)數(shù)控機(jī)床換刀時(shí)間一般為45s。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室四、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)及要求-(5) （二） 數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo) 定位精度 定位精度是指數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件移動(dòng)到指令位置的準(zhǔn)確程度，即實(shí)際移動(dòng)位置與指令要求位置的一致性，移動(dòng)部件實(shí)際位置與指令位置之間的誤差稱(chēng)為定位誤

24、差。被控制機(jī)床坐標(biāo)的誤差（即定位誤差）包括驅(qū)動(dòng)此坐標(biāo)軸控制系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等）的誤差，也包括移動(dòng)部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差將直接影響零件加工的位置精度。 重復(fù)定位精度 重復(fù)定位精度是指在同一條件下，用相同的方法，重復(fù)進(jìn)行同一動(dòng)作時(shí)，控制對(duì)象到達(dá)同一指令位置的一致程度，即在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)用相同程序、相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度，也稱(chēng)為精密度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進(jìn)給系統(tǒng)的間隙、剛性以及摩擦特性等因素影響。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室五、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r-(1) 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展，與數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、可編程控制器的發(fā)展

25、密切相關(guān)。 （一） 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的功能不斷增多，柔性不斷增強(qiáng)，性能價(jià)格比不斷提高，當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)正朝著下面幾個(gè)方向發(fā)展。 高速度、高精度化 數(shù)控系統(tǒng)的高速度、高精度化要求數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度計(jì)算出伺服電機(jī)的位移量，并能控制伺服電機(jī)高速度準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)。此外，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，還必須要求主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、刀具交換、托板交換等實(shí)現(xiàn)高速度化。提高微處理器的位數(shù)和速度是提高CNC速度的最有效的手段。目前較新的數(shù)控系統(tǒng)大多數(shù)采用32位微處理器。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室五、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r-(2) 智能化 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)

26、用高技術(shù)的重要目標(biāo)是智能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （） 自適應(yīng)控制技術(shù)。通常數(shù)控機(jī)床按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制，但隨機(jī)因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測(cè)，為了確保質(zhì)量，一般要在編程時(shí)采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。自適應(yīng)控制系統(tǒng)（AC，adaptive control）可對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)矩、功率、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并由CPU進(jìn)行比較運(yùn)算后，發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量大小的信號(hào)，確保AC系統(tǒng)處于最佳切削狀態(tài)，從而在保證加工質(zhì)量條件下，使加工成本最低或生產(chǎn)率最高。 （） 附加人機(jī)會(huì)話自動(dòng)編程功能。建立切削用量專(zhuān)家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)，從而

27、提高編程效率和降低對(duì)編程操作人員技術(shù)水平的要求。 （） 具有設(shè)備故障自診斷功能。數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行自診斷，并自動(dòng)采取排除故障的措施，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作環(huán)境的要求?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室五、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r-(3) 小型化 蓬勃發(fā)展的機(jī)電一體化設(shè)備，對(duì)CNC系統(tǒng)提出了小型化的要求。日本新開(kāi)發(fā)的FS16和FS18都采用了三維安裝方法，電子元器件的高密度地安裝，大大地縮小了系統(tǒng)的占有空間。此外，它們還采用了新型TFT彩色液晶薄型顯示器，使CNC系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機(jī)械設(shè)備上。 計(jì)算機(jī)群控 計(jì)算機(jī)群控也叫做計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC），它是用一

28、臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)編程，并直接控制數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)床與計(jì)算機(jī)結(jié)合方式的不同，計(jì)算機(jī)群控大致可分為間接型、直接型和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等不同的方式?？荡髾C(jī)電工程系自動(dòng)化教研室五、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r-(4) 在間接型群控系統(tǒng)中，把來(lái)自通用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的程序，通過(guò)連接裝置（如電纜）分別送到機(jī)床群中每臺(tái)機(jī)床的普通數(shù)控系統(tǒng)中。大型通用計(jì)算機(jī)也稱(chēng)為中央計(jì)算機(jī)，它們有足夠的存儲(chǔ)容量，可以統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理大量的零件程序。 在直接型群控系統(tǒng)中，機(jī)床群中每臺(tái)數(shù)控機(jī)床不必帶有普通數(shù)控系統(tǒng)，只需裝設(shè)具有伺服控制電路和操作面板的機(jī)床控制裝置即可，而機(jī)床的數(shù)控機(jī)能和插補(bǔ)運(yùn)算功能全部由中央計(jì)算機(jī)

29、來(lái)完成。在這種系統(tǒng)中，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床不能獨(dú)立工作，一旦計(jì)算機(jī)出了故障，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床都將停止運(yùn)行。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室五、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r-(5) 在間接型群控系統(tǒng)中，把來(lái)自通用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的程序，通過(guò)連接裝置在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)群控系統(tǒng)中，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床都有獨(dú)立的、由小型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，并與中央計(jì)算機(jī)連接成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。由于每臺(tái)數(shù)控專(zhuān)用計(jì)算機(jī)價(jià)格比較便宜，又都有應(yīng)用軟件，并且相對(duì)具有獨(dú)立性，所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不再由一臺(tái)計(jì)算機(jī)去分時(shí)完成所有數(shù)控系統(tǒng)的工作，全部機(jī)床可連續(xù)進(jìn)行工作。 具有更高的通信功能 一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS232C和RS422高速遠(yuǎn)距離串行接口，可以按照用戶(hù)級(jí)的格式要求，同上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行多種數(shù)據(jù)交換。高檔的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有直接數(shù)控（DNC）接口，以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。康大機(jī)電工程系自動(dòng)化教研室五、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r-(6) （二） 伺服系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 早期的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)多采用晶閘管直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即通過(guò)調(diào)整晶閘管可控整流器，調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以下的恒轉(zhuǎn)