本科教學課件-數(shù)控機床電氣控制(完整)

1、機床電器的選用與維護1.11.2Z3040搖臂鉆床電氣識圖1.3電氣系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)設計 1.1.1 概 述 1.1.2 主令電器1.1 數(shù)控機床常用低壓電器及選擇 1.1.4 低壓斷路器 1.1.6 繼電器1.1.8 變壓器及直流穩(wěn)壓電源 1.1.3 組合開關(guān) 1.1.5 接觸器 1.1.7 保護電器返 回1.1.1 概 述 對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測、轉(zhuǎn)換及保護作用的電工器械稱電器。 工作在交流電壓1200V，或直流電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品叫做低壓電器。一、低壓電器的分類按用途分類低壓電器的分類用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，如

2、接觸器、繼電器等?？刂齐娖饔糜谧詣涌刂葡到y(tǒng)中發(fā)送控制指令的電器，如按鈕、行程開關(guān)等。主令電器用于完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。執(zhí)行電器用于保護電路及用電設備的電器，如熔斷器、熱繼電器等。保護電器用于電能的輸送和分配的電器。如低壓斷路器、隔離器。配電電器一、低壓電器的分類按工作原理分類低壓電器的分類依據(jù)電磁感應原理來工作的電器，如交直流接觸器、各種電磁式繼電器等。電磁式電器電器的工作是靠外力或某非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕、速度繼電器壓力繼電器、溫度繼電器等。控制電器二、低壓電器的發(fā)展方向目前正沿著體積小、重量輕、安全可靠、使用方便的方向發(fā)展，大

3、力發(fā)展電子化的新型控制電器，如接近開關(guān)、光電開關(guān)、電子式時間繼電器、固態(tài)繼電器與接觸器等以適應控制系統(tǒng)迅速電子化的需要。 返 回1.1.2 主令電器主令電器是用來發(fā)布命令、改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器。主要有控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)開關(guān)等。一、控制按鈕按鈕的外形圖和結(jié)構(gòu)常用于接通和斷開控制電路。(a) 外形圖常閉觸點常開觸點(b) 結(jié)構(gòu)一、控制按鈕按鈕圖形符號和文字符號SBSBSB動合（常開）觸頭動斷（常閉）觸頭復合觸頭按鈕的選擇應根據(jù)使用場合、控制電路所需觸點數(shù)目及按鈕顏色等要求選用。 一、控制按鈕數(shù)控機床上的按鈕站一般用：紅色表示停止和急停；綠色表示起動；黑色表示點動；藍色表示復位；另外

4、還有黃、白等顏色，供不同場合使用。二、行程開關(guān)作用：用來控制某些機械部件的運動行程和位置或限位保護。結(jié)構(gòu)：行程開關(guān)是由操作機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和外殼等部分成。分類：按結(jié)構(gòu)分為直桿式旋轉(zhuǎn)式單輪旋轉(zhuǎn)式雙輪旋轉(zhuǎn)式二、行程開關(guān) 行程開關(guān)結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。未撞擊撞擊(a)外形圖(b)示意圖二、行程開關(guān)行程開關(guān)的選擇 在選擇行程開關(guān)時，應根據(jù)被控制電路的特點、要求、生產(chǎn)現(xiàn)場條件和觸點數(shù)量等因素進行考慮。 常用的行程開關(guān)有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列產(chǎn)品。符號常開（動合）觸點常閉（動斷）觸點SQSQ三、接近開關(guān)接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)，它是一種非接觸型的檢測裝置。1、作用：

5、可以代替行程開關(guān)完成傳動裝置的位移控制和限位保護，還廣泛用于檢測零件尺寸、測速和快速自動計數(shù)以及加工程序的自動銜接等。2、特點：工作可靠、壽命長、功耗低、重復定位精度高、靈敏度高、頻率響應快以及適應惡劣的工作環(huán)境等。3、分類：按工作原理分為高頻振蕩型電容型永久磁鐵型霍爾效應型三、接近開關(guān)4、高頻振蕩型接近開關(guān)感應頭 高頻振蕩器整形放大器信號輸出金屬體振蕩線圈交變磁場無金屬體接近金屬體接近振蕩器振蕩后，在感應頭的感應面上產(chǎn)生交變磁場，當金屬物體進入高頻振蕩器的線圈磁場（感應頭）時，金屬體內(nèi)部產(chǎn)生渦流損耗，吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以致停振。振蕩與停振兩種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成二進制的

6、開關(guān)信號，從而達到檢測有無金屬物的目的。 三、接近開關(guān)5、常用接近開關(guān)：主要系列產(chǎn)品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。6、接近開關(guān)的文字符號及圖形符號a)動合觸點SQb)動斷觸點SQ返 回1.1.3 組合開關(guān)常用在機床的控制電路中，作為電源的引入開關(guān)或是自我控制小容量電動機的直接起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和停止的控制開關(guān)等。組合開關(guān)有單極、雙極和多極之分。組合開關(guān)外形圖由動觸片、靜觸片、轉(zhuǎn)軸、手柄、凸輪、絕緣桿等部件組成。當轉(zhuǎn)動手柄時，每層的動觸片隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，使動觸片分別和靜觸片保持接通和分斷。為了使組合開關(guān)在分斷電流時迅速熄弧，在開關(guān)的轉(zhuǎn)軸上裝有彈簧，能使開關(guān)快速閉合和分斷。組合開關(guān)的圖

7、形符號和文字符號Q（b）三極組合開關(guān)的主要參數(shù)有額定電壓額定電流 有10A、25A、60A等極數(shù)Q（a）單極返 回1.1.4、低壓斷路器低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān)或自動空氣斷路器，簡稱自動開關(guān)。返 回一、低壓斷路器的作用及分類作用：用于電動機和其他用電設備的電路中，在正常情況下，它可以分斷和接通工作電流；當電路發(fā)生過載、短路、失壓等故障時，它能自動切斷故障電路，有效地保護串接于它后面的電器設備；還可用于不頻繁地接通、分斷負荷的電路，控制電動機的運行和停止。分類：按結(jié)構(gòu)分為框架式（萬能式）塑料外殼式（裝置式）二、低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理鎖鉤 過流 脫扣器 欠壓 脫扣器銜鐵連桿裝置釋放彈簧過載脫

8、扣器二、低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理觸點系統(tǒng)和滅弧裝置：用于接通和分斷主電路，為了加強滅弧能力，在主觸點處裝有滅弧裝置。 脫扣器是斷路器的感測元件，當電路出現(xiàn)故障時，脫扣器收到信號后，經(jīng)脫扣機構(gòu)動作，使觸點分斷。 欠壓脫扣器 過電流脫扣器 過載脫扣器脫扣機構(gòu)和操作機構(gòu)是斷路器的機械傳動部件，當脫扣結(jié)構(gòu)接收到信號后由斷路器切斷電路。三、低壓斷路器的圖形符號和文字符號QF四、低壓斷路器的主要技術(shù)參數(shù)額定電壓額定電流極數(shù)脫扣器型整定電流范圍分斷能力動作時間等五、低壓斷路器的選用原則1）根據(jù)電氣裝置的要求確定斷路器的類型2）根據(jù)對線路的保護要求確定斷路器的保護形式3）低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大于

9、或等于線路、 設備的正常工作電壓和工作電流4）低壓斷路器的極限通斷能力大于或等于電路最大短路電流5）欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓6）過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流返 回1.1.5 接觸器一、接觸器的用途和分類用途：用來頻繁接通和斷開電動機或其他負載主電路。是機床電動機主電路中最重要的控制電器。分類：接觸器分為交流接觸器 直流接觸器 二、接觸器的結(jié)構(gòu)電磁系統(tǒng)觸點系統(tǒng)滅弧裝置接觸器結(jié)構(gòu)電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng)由鐵心銜鐵勵磁線圈等幾部分組成 常用的磁路結(jié)構(gòu) 1-銜鐵 2-鐵心 3-線圈點接觸式: 用于電流不大的場合面接觸式:用于電流較大的場合觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有橋式指式:適合于觸頭

10、分合次數(shù)多、電流大的場合觸頭分為主觸頭:用于通斷電流較大的主電路。輔助觸頭:用于通斷電流較小的控制電路。滅弧裝置作用：用來迅速熄滅主觸點在分斷電路時所產(chǎn)生的電弧，保護觸點不受電弧灼傷，并使分斷時間縮短。滅弧措施：（1）機械滅弧（2）磁吹滅弧 （3）窄縫滅弧 （4) 柵片滅弧 柵片滅弧1-熄弧柵片2-觸點3-電弧三、接觸器的工作原理當接觸器的勵磁線圈通電后，在銜鐵氣隙處產(chǎn)生電磁吸力，使銜鐵吸合。由于主觸點支持件與銜鐵固定在一起，銜鐵吸合帶動主觸點也閉合，接通主電路。與此同時，銜鐵還帶動輔助觸電動作，使動合觸點閉合，動斷觸點斷開。當線圈斷電或電壓顯著降低時，電磁吸力消失或變小，銜鐵在復位彈簧的作用

11、下打開，使主、輔觸電恢復到原來的狀態(tài)，把電路切斷。四、交流接觸器交流接觸器用于遠距離控制電壓至380V，電流至600A的交流電路，以及頻繁起動和控制交流電動機的控制電器。 常用的交流接觸器產(chǎn)品，國內(nèi)有NC3（CJ46）、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引進國外技術(shù)生產(chǎn)的有B系列、3TB、3TD、LCD等系列。CJ20系列交流接觸器的主觸點均做成三極，輔助觸點則為兩動合兩動斷形式。此系列交流接觸器常用于控制籠型電動機的起動和運轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)示意圖 1-動觸頭 2-靜觸頭 3-銜鐵 4-緩沖彈簧 5-電磁線圈 6-鐵心 7-墊氈 8觸頭彈簧 9-滅弧罩 10-觸頭壓力簧片 五、

12、直流接觸器直流接觸器與交流接觸器的工作原理相同。結(jié)構(gòu)也基本相同，不同之處是，鐵心線圈通以直流電，不會產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，所以不發(fā)熱。為方便加工，鐵心由整塊軟鋼制成。為使線圈散熱良好，通常將線圈繞制成長而薄的圓筒型，與鐵心直接接觸，易于散熱。常用的直流接觸器有：CZ0、CZ18等系列。 六、接觸器的圖形和文字符號KMKMKM 線圈 常開（動合）觸頭 常閉（動斷）觸頭 KM七、接觸器的主要技術(shù)參數(shù)1、額定電壓2、主觸頭額定電流3、輔助觸頭額定電流4、主觸點和輔助觸點數(shù)目5、吸引線圈額定電壓6、接通和分斷能力八、接觸器的選用1）控制交流負載應選用交流接觸器，控制直流負載則選用直流接觸器。2）接觸器的

13、使用類別應與負載性質(zhì)相一致。3）主觸點額定電壓應大于或等于負載回路的額定電壓。4）主觸點的額定電流應大于或等于負載的額定電流。5）吸引線圈電流種類和額定電壓應與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓85%及以上時應能可靠吸合。6）接觸器的主觸點和輔助觸點的數(shù)量應滿足控制系統(tǒng)的要求。 使用類別交流接觸器按使用類別分為12種，使用類別代號和相應典型用途舉例如下： 使用類別代典型用途舉例AC-1無感或微感負載、電阻爐AC-2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動、分斷AC-3籠型電動機的起動、運轉(zhuǎn)中分斷AC-4籠型電動機的起動、反接制動AC-5a控制放電燈的通斷AC-5b控制白熾燈的通斷AC-6a變壓器的通斷返

14、 回1.1.6 繼電器繼電器是一種利用電流、電壓、時間、溫度等信號的變化來接通或斷開所控制的電路，以實現(xiàn)自動控制或完成保護任務的自動電器。一、 中間繼電器中間繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。主要區(qū)別： 接觸器的主觸點可以通過大電流； 繼電器的體積和觸點容量小，觸點數(shù)目多，且只能通過小電流。所以，繼電器一般用于機床的控制電路中。KAKA KA 線圈 常開觸頭 常閉觸頭二、時間繼電器時間繼電器是從得到輸入信號(線圈通電或斷電)起，經(jīng)過一段時間延時后觸頭才動作的繼電器。適用于定時控制。按工作原理分空氣阻尼式電磁式電動式電子式等。按延時方式分通電延時型斷電延時型數(shù)控機床中一般由計算機軟件實現(xiàn)時

15、間控制。時間繼電器的文字符號和圖形符號a)b)c)d)e)f)g)h)i)KTKTKTKTKTKTKTKT一般線圈符號 b) 通電延時線圈 c) 斷電延時線圈 d) 延時閉合的動斷觸點 e) 延時斷開的動斷觸點 f) 延時斷開的動合觸點 g) 延時閉合的動斷觸點 h) 瞬時動合觸點 i) 瞬時動斷觸點返 回思考題:條件：延時時間:KT1為2秒，KT2為3秒，SB1按4秒后斷開問：SB1按下開始8秒內(nèi)6個燈亮的情況（以列表形式給出）123456781亮亮亮亮亮亮亮2亮3亮亮4亮亮亮亮亮亮5亮亮亮亮6亮亮亮亮1.1.7 保護電器滅弧器熔斷器電壓繼電電流繼電器熱繼電器熱繼電器觸點接線柱熱元件導板觸點

16、主電路接線柱電流調(diào)節(jié)凸輪手動復位按鈕(a) 外形(b) 結(jié)構(gòu)熱繼電器作用及分類熱繼電器是一種利用電流的熱效應來切斷電路的保護電器。專門用來對連續(xù)運轉(zhuǎn)的電動機進行過載及斷相保護，以防電動機過熱而燒毀。按相數(shù)分為兩相熱繼電器三相熱繼電器不帶斷相保護帶斷相保護熱繼電器熱繼電器工作原理：發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其彎曲，推動導板運動，常閉觸點斷開。熱繼電器主要參數(shù)及常用型號主要參數(shù)1.熱繼電器額定電流：指可以安裝的熱元件的最大整定電流2.相數(shù)3.熱元件額定電流：指熱元件的最大整定電流。4.整定電流：指長期通過熱元件而不引起熱繼電器動作的最大電流

17、。按電動機額定電流整定。5.調(diào)節(jié)范圍：是指手動調(diào)節(jié)整定電流的范圍。常用的熱繼電器有JR0、JR14、JR15、JR16、R20等系列。熱繼電器的基本技術(shù)數(shù)據(jù)可查閱有關(guān)資料。熱繼電器的選擇1）根據(jù)實際要求確定熱繼電器的結(jié)構(gòu)類2）根據(jù)電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號、熱元件的電流等級和整定電流。a) 熱元件 b) 動斷觸點FR電流繼電器根據(jù)輸入電流大小而動作的繼電器。使用時，電流繼電器的線圈和被保護的設備串聯(lián)，其線圈匝數(shù)少而線徑粗、阻抗小、分壓小，不影響電路正常工作。 按用途分為過電流繼電器：當電路發(fā)生短路及過流時立即切斷電路欠電流繼電器：當電路電流過低時立即切斷電路IKIIKIa)過電流繼電

18、器線圈 b)欠電流繼電器線圈 c)動合觸點 d)動斷觸點電壓繼電器根據(jù)輸入電壓大小而動作的繼電器。使用時，電壓繼電器的線圈與負載并聯(lián)，其線圈匝數(shù)多而線徑細。電壓繼電器分過電壓繼電器：起過電壓保護作用欠電壓繼電器：起欠電壓保護作用零電壓繼電器：起零電壓保護作用UKVUKVa)過電壓繼電器線圈 b)欠電壓繼電器線圈 c)動合觸點 d)動斷觸點熔斷器用于低壓線路中的短路保護。常用的熔斷器有插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、管式熔斷器和有填料式熔斷器。FU熔斷器的選擇1.根據(jù)線路的要求、使用場合和安裝條件選擇熔斷器類型。2.熔斷器額定電壓應大于或等于線路的工作電壓。3.熔斷器額定電流應大于或等于所裝熔體的額

19、定電流。4.熔體額定電流的選擇1）電路上、下兩級都裝設熔斷器時，為使兩級保護相互配合良好，兩極熔體額定電流的比值不小于1.6 ：1。2）用于電爐、照明等電阻性負載的短路保護，熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流。3）保護一臺異步電動機時，考慮電動機沖擊電流的影響，熔體的額定電流按下式計算： IfN（1.52.5）IN 式中：IfN-熔體額定電流；IN-電動機額定電流4）保護多臺異步電動機時，若各臺電動機不同時起動，則應按下式計算：IfN（1.52.5）INmax+ IN滅弧器(阻容吸收裝置）用途：消除交流電路中感性負載如：接觸器等通斷操作中的接點火花干擾。結(jié)構(gòu)：由一個電阻和一個電容串聯(lián)而成

20、。分類：分為單相和三相。RCRCRCRCRC返 回1.1.8 變壓器及直流穩(wěn)壓電源變壓器直流穩(wěn)壓電源變壓器作用：將某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值不同的交流電壓。1、機床控制變壓器 適用于50HZ60HZ，輸入電壓不超過交流600V的電路，常作為各類機床機械設備中一般電器的控制電源和步進電動機驅(qū)動器，局部照明及指示燈的電源。2、三相變壓器 在三相交流系統(tǒng)中，三相電壓的變換一般采用三相變壓器來實現(xiàn)。 在數(shù)控機床中三相變壓器主要是給伺服系統(tǒng)供電。 變壓器TT單相變壓器三相變壓器3、變壓器的選擇機床常用控制變壓器型號有：JBK系列，BK系列等。變壓器主要參數(shù)有：初級電壓；次級電壓。1）根據(jù)實際

21、負載情況選擇初級額定電壓U1，再選擇次級額定電壓U2，U3。2）根據(jù)實際負載情況，確定各次級繞組額定電流I1、I2，一般繞組的額定輸出電流應大于或等于額定負載電流。3）次級額定容量由總?cè)萘看_定。總?cè)萘克惴ǎ篜2=U2I2+U3I3+U4I4+變壓器直流穩(wěn)壓電源功能：將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中，為驅(qū)動器控制單元，直流繼電器，信號指示燈等提供直流電源。 數(shù)控機床中主要使用開關(guān)電源一體化電源 -VC圖形符號及文字符號：1、開關(guān)電源被稱作高效節(jié)能電源。GZM-U40型開關(guān)電源的外觀圖。主要參數(shù)：輸入AC電壓；輸入頻率；冷態(tài)沖擊電流；保護方式；啟動上升保持時間；安全標準；

22、輸出電壓調(diào)整；紋波噪聲；效率等。 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源2、一體化電源是采用外殼傳導冷卻方式的AC/DC開關(guān)電源。4NIC系列電源的型號含義：外形圖：輸出功率上限4NICK 22000輸出功率下限開關(guān)電源集成一體化3、直流穩(wěn)壓電源的選擇選擇時主要考慮：電源的輸出功率，輸出路數(shù)。電源的尺寸。電源的安裝方式和安裝孔位。電源的冷卻方式。電源在系統(tǒng)中的位置及走線。環(huán)境條件。絕緣強度。電磁兼容性。直流穩(wěn)壓電源返 回 1.2.1 電氣原理圖 1.2.2 電器元件布置圖1.2 Z3040搖臂鉆床電氣識圖返 回 1.2.3 電氣安裝接線圖 1.2.4 電氣識圖方法與步驟 1.2.5 Z3040搖臂鉆床電氣識

23、圖1.2.1 電氣原理圖電氣控制系統(tǒng)圖：指根據(jù)國家電氣制圖標準，用規(guī)定的電氣符號、圖線來表示系統(tǒng)中各電氣設備、裝置、元器件的連接關(guān)系的電氣工程圖。電氣控制系統(tǒng)圖包括：1、電氣原理圖2、電器元件布置圖3、電氣安裝接線圖電氣原理圖：表示電流從電源到負載的傳送情況和各電氣元件的動作原理及相互關(guān)系，而不考慮各電器元件實際安裝的位置和實際連線情況。一、文字符號和圖形符號1、文字符號 用來表示電氣設備、裝置、元器件的名稱、功能、狀態(tài)和特征的字符代碼。例如， FR表示熱繼電器。2、圖形符號 用來表示一臺設備或概念的圖形、標記或字符。例如，“”表示交流，表示電阻等。 國家電氣圖用符號標準GB/T4728規(guī)定了

24、電氣簡圖中圖形符號的畫法，該標準及國家電氣制圖標準GB/T6988于1997年1月1日正式開始執(zhí)行。二、電氣原理圖繪制原則主電路用粗線條畫在左邊；控制電路用細線條畫在右邊 。電器元件，采用國家標準規(guī)定的圖形符號和文字符號表示。需要測試和拆、接外部引線的端子，應用圖形符號“空心圓”表示。電路的連接點用“實心圓”表示。同一電器元件的各部件可不畫在一起，但文字符號要相同。若有多個同一種類的電器元件，可在文字符號后加上數(shù)字符號的下標，如KM1、KM2等。所有按鈕、觸點均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出?？刂齐娐返姆种щ娐罚瓌t上按動作順序和信號流自上而下或自左至右的原則繪制。二、電氣原理圖繪制

25、原則電路圖應按主電路、控制電路、照明電路、信號電路分開繪制。直流和單相電源電路用水平線畫出，一般畫在圖樣上方，相序自上而下排列。中性線（N）和保護接地線（PE）放在相線之下。主電路與電源電路垂直畫出?？刂齐娐放c信號電路垂直畫在兩條水平電源線之間。耗電元件（如電器的線圈，電磁鐵，信號燈等）直接與下方水平線連接。控制觸點連接在上方水平線與耗電元件之間。當圖形垂直放置時，各元器件觸點圖形符號以“左開右閉”繪制。當圖形為水平放置時以“上閉下開” 繪制。電氣原理圖三、圖區(qū)的劃分在圖樣的下方沿橫坐標方向劃分圖區(qū)，并用數(shù)字編號。同時在圖樣的上方沿橫坐標方向劃區(qū)，分別標明該區(qū)電路的功能。四、符號位置的索引元件

26、的相關(guān)觸點位置的索引用圖號、頁次和區(qū)號組合表示。 圖 0 8 / 26 / B 2圖區(qū)行號，列號（無行號時只寫列號）頁次（僅一頁時可省略）圖號（只有一個多頁圖樣時，可省略）四、符號位置的索引接觸器和繼電器的觸點位置可采用附圖的方式表示。 左欄 中欄 右欄主觸點的圖區(qū)號輔助動合觸點的圖區(qū) 號輔助動斷觸點的圖區(qū) 號接觸器各欄的含義：繼電器各欄的含義：左欄 右欄動合觸點的圖區(qū)號動斷觸點的圖區(qū) 號五、主電路各接點標記三相交流電源引入線采用L1、L2、L3標記。電源開關(guān)之后的分別按U、V、W順序標記。分級三相交流電源主電路可采用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各電動機分支電路各接點可采用三相文字代

27、號后面加數(shù)字來表示如：U11、 U21等，數(shù)字中的十位數(shù)字表示電動機代號，個位數(shù)字表示該支路的接點代號?？刂齐娐凡捎冒⒗當?shù)字編號，一般由三位或三位以下的數(shù)字組成 返 回1.2.2、電器元件布置圖電器元件布置圖詳細繪制出電氣設備、零件的安裝位置。圖中各電器代號應與有關(guān)電路和電器清單上所有元器件代號相同。返 回1.2.3 安裝接線圖安裝接線圖是用來表明電氣設備各單元之間的接線關(guān)系。圖中表明了電氣設備外部元件的相對位置及它們之間的電氣連接，是實際安裝接線的依據(jù)。返 回1.2.4 電氣識圖方法與步驟 識圖方法識圖步驟識圖方法1、結(jié)合電工基礎知識識圖 在掌握電工基礎知識的基礎上，準確、迅速地識別電氣圖

28、。如改變電動機電源相序，即可改變其的旋轉(zhuǎn)方向的控制。2、結(jié)合典型電路識圖 典型電路就是常見的基本電路，如電動機的起動、制動、順序控制等。不管多復雜的電路，幾乎都是由若干基本電路組成的。因此，熟悉各種典型電路，是看懂較復雜電氣圖的基礎。3、結(jié)合制圖要求識圖 在繪制電氣圖時，為了加強圖紙的規(guī)范性、通用性和示意性，必須遵循一些規(guī)則和要求，利用這些制圖的知識能夠準確地識圖。識圖步驟1、準備：了解生產(chǎn)過程和工藝對電路提出的要求；了解各種用電設備和控制電器的位置及用途；了解圖中的圖形符號及文字符號的意義。2、主電路：首先要仔細看一遍電氣圖，弄清電路的性質(zhì)，是交流電路還是直流電路。然后從主電路入手，根據(jù)各元

29、器件的組合判斷電動機的工作狀可。如電動機的起停、正反轉(zhuǎn)等。3、控制電路:：分析完主電路后，再分析控制電路，要按動作順序?qū)γ織l小回路逐一分析研究，然后再全面分析各條回路間的聯(lián)系和制約關(guān)系，要特別注意與機械、液壓部件的動作關(guān)系。4、最后閱讀保護、照明、信號指示、檢測等部分。返 回1.2.5 Z3040搖臂鉆床電氣識圖Z3040搖臂鉆床控制電路任務要求指出電氣控制原理圖中圖形、文字符號分別代表哪種電器使用了哪些電氣保護環(huán)節(jié)，由哪些電器組成畫出接觸器、繼電器線圈下方的觸頭圖形符號及相應觸頭的索引代號分析Z3040搖臂鉆床的搖臂升降控制過程。搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)控制要求：1、主軸的控制 主軸由機械摩擦片

30、式離合器實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速的控制 。2、搖臂升降過程： 放松升/降夾緊 a . 搖臂在完全放松狀態(tài)下壓下放松位置開關(guān)SQ2； b. 做升/降運動； c.升降完畢與夾緊之間加入13S的時間延時，以克服慣性； d.升降完畢后，做夾緊運動，完全夾緊，壓下夾緊位置開關(guān)SQ3，搖臂升降過程結(jié)束。位置開關(guān)SQ1 、SQ6用于升降限位保護。3、工作狀態(tài)指示 HL1、HL2用于主軸箱和立柱的夾緊、放松工作狀態(tài)指示 HL3用于主軸電動機運轉(zhuǎn)工作狀態(tài)指示。搖臂鉆床電氣控制主電路主電動機M1： KM1單向起?？刂?。搖臂升降M2： KM2、KM3，正反轉(zhuǎn)控制。液壓泵機M3： KM4、KM5，正、反轉(zhuǎn)（夾/松）控制。

31、冷卻泵M4： 組合開關(guān)SA1單向手動 控制。圖3-1-11.3.2.3搖臂鉆床電氣控制電路主電動機控制 SB1、SB2、KM1構(gòu)成主軸電動機的起?？刂齐娐?，HL3用作運行指示。搖臂上升過程分析（夾緊時壓下SQ3 ）: 按下SB3KT通電電磁閥YA線圈通電、KM4線圈通電 液壓泵電機M3正轉(zhuǎn)、壓力油進入搖臂夾緊油缸右腔 搖臂松開壓下Q2KM4線圈斷電M3停止放松（此時SQ3恢復為常態(tài)，YA線圈仍通電） 。 壓下的Q2 KM2線圈通電搖臂升降電機M2正轉(zhuǎn)搖臂上升升至需要高度時，松開SB3或搖臂壓下限位開關(guān)SQ1時 KT線圈斷電延時、KM2線圈斷電M2停止上升 。 KT線圈斷電延時13SKM5線圈通

32、電液壓泵電機M3反轉(zhuǎn) 搖臂夾緊壓下SQ3KM5、YA線圈斷電M3停止。夾緊完畢，搖臂上升的全部過程結(jié)束。1.3.2.2搖臂鉆床電氣控制電路主軸箱與立柱,外立柱與內(nèi)立柱間的夾緊、松開（兩者同時進行）：松開：按下SB5KM4線圈通電液壓泵電動機M3正轉(zhuǎn)，電磁鐵YA線圈不通電，泵入的壓力油進入主軸箱和立柱液壓缸右腔主軸箱和立柱同時松開 直至位置開關(guān)SQ4復位HL1作松開狀態(tài)指示，此時松開按鈕SB5，放松過程結(jié)束。夾緊：按下SB6KM5線圈通電液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)、YA線圈不通電，泵入的壓力油進入主軸箱和立柱液壓缸左腔主軸箱和立柱同時夾緊 直至壓下位置開關(guān)SQ4HL2作夾緊狀態(tài)指示，此時，松開按鈕SB

33、6，夾緊過程結(jié)束。畫出接觸器、繼電器線圈下方的觸頭圖形符號及相應觸頭的索引代號電氣控制原理圖 1.3.1 籠型異步電動機直接起動控制 1.3.2 籠型異步電動機正反轉(zhuǎn)控制1.3電氣控制基本環(huán)節(jié)設計返 回 1.3.3 籠型異步電動機降壓起動控制 1.3.4 籠型異步電動機制動控制 1.3.5 按順序工作時的聯(lián)鎖控制1.3.1籠型異步電動機直接起動控制點動控制 既能長動又能點動的控制電路連續(xù)運轉(zhuǎn)控制點動控制常用于機床主軸或工作臺的調(diào)整；機床的試車、檢修等。L1L2L3KMSBQSKM M 3 FU1FU2點動按鈕工作過程：先接通電源開關(guān)QS電動機斷電停轉(zhuǎn)KM主觸頭閉合按下SBKM線圈得電松開SBK

34、M線圈斷電KM主觸頭復位電動機M通電起動連續(xù)運轉(zhuǎn)控制KMSB1 SB2KMQSKMFR M3 L1L2L3FRFU1FU2短路保護過載保 護起動按鈕停止按 鈕自鎖觸 頭 保護環(huán)節(jié)短路保護：FU1、FU2過載保護：FR欠壓失壓保護：KM自鎖環(huán)節(jié)工作過程：先接通電源開關(guān)QS按下SB2KM線圈得電KM主觸頭閉合 電動機運轉(zhuǎn)KM動合輔助觸頭閉合自鎖按下SB1KM線圈斷電電動機停既能長動又能點動的控制電路KMFRSB1KMSB2SB3 按下SB2，KM得電自鎖，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。 按下SB1，KM斷電，電動機停轉(zhuǎn) 按下點動按鈕SB3，KM得電，電動機運轉(zhuǎn)。松開SB3，KM斷電，電動機停轉(zhuǎn)。 點動按鈕SB3

35、的作用：(1) 使接觸器線圈KM通電；(2) 使線圈KM不能自鎖。停止按鈕復合按鈕點動按鈕1.3.2 電動機的正反轉(zhuǎn)控制用于機床工作臺的前進與后退或主軸的正反轉(zhuǎn)等。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調(diào)，就可改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。需要用兩個接觸器來實現(xiàn)這一要求。當正轉(zhuǎn)接觸器工作時，電動機正轉(zhuǎn)；當反轉(zhuǎn)接觸器工作時，將電動機接到電源的任意兩根聯(lián)線對調(diào)一下，電動機反轉(zhuǎn)。一、按鈕控制的正反轉(zhuǎn)控制電路正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電氣互鎖按鈕聯(lián)鎖一、按鈕控制的正反轉(zhuǎn)控制電路接觸器互鎖的正反轉(zhuǎn)控制 完成“正轉(zhuǎn)-停-反轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)-停-正轉(zhuǎn)”的電氣控制。 線路的動作原理:合上電源開關(guān)QS按SB1反轉(zhuǎn)控制：按

36、SB3正轉(zhuǎn)控制：按SB2 KM1線圈得電KM1自鎖觸頭閉合KM1主觸頭閉合 KM1互鎖觸頭斷開電動機M正轉(zhuǎn)KM1線圈失電電動機M停轉(zhuǎn)KM2線圈得電電動機M反轉(zhuǎn)SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2互鎖互鎖正轉(zhuǎn)按鈕反轉(zhuǎn)按鈕按鈕接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制可實現(xiàn)“正反?！被颉胺凑！钡牟僮骺刂啤＞€路的動作原理按下SB2KM1得電電動機正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)：按下SB3KM1斷電KM2得電反轉(zhuǎn)：電動機反轉(zhuǎn)SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2互鎖互鎖按鈕聯(lián)鎖二、行程開關(guān)控制的正反轉(zhuǎn)電路自動往返運動：SQ1 SQ3SQ4 SQ2前進(正轉(zhuǎn)）后退12行程開關(guān)擋塊到達預定位置擋鐵1撞擊SQ1按

37、下SB2KM1通電電機正轉(zhuǎn)工作臺前進停止正轉(zhuǎn)KM1斷電KM2得電電機反轉(zhuǎn)工作臺后退SB1KM1SB3KM2KM2KM1SQ2SQ1KM2KM1SB2SQ3SQ4Y -降壓起動定子串電阻降壓起動1.3.3 籠型異步電動機降壓起動控制定子串電阻降壓起動按下SB2KM1得電KT得電計時電電動阻機起串動KM2得電電動機全壓運行圖中電動機由降壓起動轉(zhuǎn)為全壓運行后KM1和KT均斷電，只有KM2得電。按下SB1，電動機停起動停止Y -降壓起動（一）三個接觸器控制的電路工作原理：按下SB2KM1得電KM3得電KT得電Y起動計時KM3斷電 KM2通電 KM1仍得電運行Y接接起動停止Y -降壓起動（二）兩個接觸器

38、控制的電路（練習分析工作原理）1.3.4 籠型異步電動機的制動控制反接制動控制線路能耗制動控制電路反接制動控制線路工作原理：按SB2按SB1KM1通電電動機正轉(zhuǎn)運行KV動合觸點閉合KM1斷電KM2通電（開始制動）n0,KV復位KM2斷電（制動 結(jié)束）起動速度繼電器停止能耗制動控制電路（1）按時間原則控制的能耗制動線路工作原理：按SB2KM1通電電動機起動按SB1KM1斷電KM2通電KT通電能耗制動延時KM2斷電（制動結(jié)束）停起（2）速度原則控制的可逆運行能耗制動控制線路練習：分析工作過程能耗制動控制電路1.3.5 按順序工作時的聯(lián)鎖控制 能耗制動控制電路工作原理：按下SB2KM1得電M1起動按

39、下SB4按下SB1KM1斷電KM2斷電M1；M2均停KM2得電M2起動按下SB3KM2斷電M2停先起后起總停M2 停歡迎使用本課件謝謝！數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)認識2.12.2自動控制系統(tǒng)分析 2.1.1認識數(shù)控機床 2.1.2 熟悉數(shù)控系統(tǒng)2.1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)認識 2.1.3 理解輪廓插補返 回2.1.1 認識數(shù)控機床2.1.1 認識數(shù)控機床1相關(guān)術(shù)語數(shù)字控制（Numerical Control NC）是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法。數(shù)控技術(shù)（Numerical Control Technology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動

40、控制的技術(shù)。數(shù)控機床（Numerical Control Machine Tools） 是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它是數(shù)控技術(shù)典型應用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）是實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control CNC ）是以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。 2數(shù)字控制與順序控制順序控制：控制計算機只能控制各種自動加工動作的先后順序，而不對運動部件的軌跡、位移量和速度進行控制。運動軌跡、位移量只能靠預先調(diào)整好的凸輪、靠模、檔塊、調(diào)整限位開關(guān)等方式實現(xiàn)。數(shù)字控制：控制計算機不僅用數(shù)字控制各種

41、動作的先后順序，而且用數(shù)字控制各運動部件的軌跡、位移量和速度。2.1.1 認識數(shù)控機床數(shù)控機床的特點優(yōu)點：1）能夠適用于復雜零件的加工2）高精度3）加工穩(wěn)定可靠4）高柔性5）高生產(chǎn)率6）勞動條件好7）有利于管理現(xiàn)代化缺點：1）投資大，使用費用高2）生產(chǎn)準備工作復雜3）維修困難2.1.1 認識數(shù)控機床數(shù)控機床的適用范圍1批量小而又多次重復生產(chǎn)的零件； 2幾何形狀復雜的零件；3貴重零件加工；4需要全部檢驗的零件； 5試制件。2.1.1 認識數(shù)控機床數(shù)控機床的組成2.1.1 認識數(shù)控機床1、操作面板2控制介質(zhì)與輸入輸出設備3數(shù)控裝置2.1.1 認識數(shù)控機床5PLC、機床I/O電路和裝置6機床4伺服系

42、統(tǒng)2.1.1 認識數(shù)控機床數(shù)控機床的工作原理2.1.2 熟悉數(shù)控機床數(shù)控機床控制系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)輸入 / 輸出裝置、數(shù)控裝置、進給伺服驅(qū)動裝置、主軸伺服驅(qū)動裝置、可編程接口以及檢測裝置組成的一個完整系統(tǒng)等。其中數(shù)控裝置是數(shù)控機床控制系統(tǒng)的核心部分，處理數(shù)控加工信息（幾何信息、工藝信息、輔助信息等）。2.1.2 熟悉數(shù)控機床數(shù)控機床控制系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)輸入 / 輸出裝置、數(shù)控裝置、進給伺服驅(qū)動裝置、主軸伺服驅(qū)動裝置、可編程接口以及檢測裝置組成的一個完整系統(tǒng)等。其中數(shù)控裝置是數(shù)控機床控制系統(tǒng)的核心部分，處理數(shù)控加工信息（幾何信息、工藝信息、輔助信息等）。2.1.2 熟悉數(shù)控機床 CNC 裝置的硬件組成 計

43、算機（微機）：數(shù)控裝置的核心 接口：是數(shù)控裝置中 CPU 與鍵盤、顯示器、伺服機構(gòu)、機床強電柜以及外部設備通信的重要部件。1、 計算機部分 ：由中央處理單元、總線、存儲器組成。 2 、接口部分：機床控制和外部設備2.1.2 熟悉數(shù)控機床 CNC 裝置的系統(tǒng)軟件軟件任務 (Software tasks)：1 、輸入 把零件程序經(jīng)緩沖器到存儲器 把存儲的程序讀入緩沖器 2 、譯碼 進行代碼的識別，及功能代碼的翻譯 代碼識別是指將讀入代碼按內(nèi)部碼地址的不同進行處理 功能處理是指將代碼識別的結(jié)果按功能再分類，轉(zhuǎn)入相應的功能子程序 例如： N50 G90 G01 X106. Y-60. F46 M03；

44、 3 、刀補計算 將零件的輪廓軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心的軌跡。 4 、速度預計算： 脈沖增量插補方式下，由控制脈沖源頻率來控制坐標軸的進給速度 F （ mm/min ）， （ mm/ 脈沖） ， f （脈沖 / 秒） 數(shù)據(jù)采樣插補方式下，由一個插補周期內(nèi)的位移給定量控制坐標軸的進給速度 F （ mm/min ）， T （ ms ）， L （ mm ） 5 、插補計算作用是對加工軌跡的細化，實現(xiàn)坐標軸脈沖分配。 6 、位置控制作用：在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電機 。 7 、管理程序管理：數(shù)據(jù)的輸入、處理及切削加工處理主板、時鐘信號、故障信號管理為主

45、程序，執(zhí)行周期較長，實時程序靠中斷完成。8 、診斷程序 對系統(tǒng)內(nèi)的軟件、硬件進行診斷，對故障做出相應的報警提示例如：編程、超程、伺服、 PLC 等 2.1.2 熟悉數(shù)控機床CNC 裝置實例FANUC 0 i 系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)1 系統(tǒng)主 CPU （安裝在系統(tǒng)主板上） 為 32 位 /64 位微處理器，新系統(tǒng)為奔騰 CPU 。 2 動態(tài)存儲器 DRAM 模塊 系統(tǒng)運行時用來裝載系統(tǒng)文件和用戶文件。 3 FROM/SRAM 模塊 閃存 FROM 用來存儲系統(tǒng)文件和用戶文件（系統(tǒng)梯形圖和宏控制程序）。靜態(tài)存儲器 SRAM 用來存儲用戶文件。 4 系統(tǒng) ROM 用來裝載系統(tǒng)引導文件。 5 PMC 控制模

46、塊 6 顯示控制模塊 實現(xiàn)顯示裝置的視頻信號和文字信息顯示控制。7 主軸控制模塊 實現(xiàn)模擬量主軸和串行數(shù)字主軸控制。2.1.3 理解輪廓插補1 概述 2 逐點比較法插補 3 數(shù)字積分法 4 數(shù)據(jù)采樣插補法 1 概 述 1.1 插補概念 實際加工中零件的輪廓形狀是由各種線形(如直線、圓弧、螺旋線、拋物線、自由曲線)構(gòu)成的。其中最主要的是直線和圓弧。用戶在零件加工程序中，一般僅提供描述該線形所必需的相關(guān)參數(shù)，如對直線，提供其起點和終點；對圓弧，提供起點、終點、順圓或逆圓、以及圓心相對于起點的位置。為滿足零件幾何尺寸精度要求，必須在刀具(或工件)運動過程中實時計算出滿足線形和進給速度要求的若干中間點

47、(在起點和終點之間)，這就是數(shù)控技術(shù)中插補(Interpolation)的概念。據(jù)此可知，插補就是根據(jù)給定進給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓已知點之間，確定一些中間點的方法，這種方法稱為插補方法或插補原理。 插補計算就是對數(shù)控系統(tǒng)輸入基本數(shù)據(jù)(如直線的起點和終點，圓弧的起點、終點、圓心坐標等)，運用一定的算法進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果向相應的坐標發(fā)出進給指令。對應每一進給指令，機床在相應的坐標方向移動一定的距離，從而將工件加工出所需的輪廓形狀。實現(xiàn)這一插補運算的裝置稱為插補器?？刂频毒呋蚬ぜ倪\動軌跡是數(shù)控機床輪廓控制的核心，無論是硬件數(shù)控(NC)系統(tǒng)，還是計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)，都有插補裝

48、置。在CNC中，以軟件(即程序)插補或者以硬件和軟件聯(lián)合實現(xiàn)插補；而在NC中，則完全由硬件實現(xiàn)插補。無論哪種方式，其插補原理是相同的。 1.2 插補的分類1. 脈沖增量插補脈沖增量插補(又稱基準脈沖插補)就是通過向各個運動軸分配脈沖，控制機床坐標軸作相互協(xié)調(diào)的運動，從而加工出一定形狀零件輪廓的算法。顯然，這類插補算法的輸出是脈沖形式，并且每次進給產(chǎn)生一個單位的行程增量，故稱之為脈沖增量插補。而相對于控制系統(tǒng)發(fā)出的每個脈沖信號，機床移動部件對應坐標軸的位移大小，稱之為脈沖當量，一般用表示。它標志著數(shù)控機床的加工精度，對于普通數(shù)控機床一般為0.01 mm，對于較精密的數(shù)控機床一般為0.005 mm

49、、0.0025 mm或0.001 mm。 一般來講，脈沖增量插補算法較適合于中等精度(如0.01 mm)和中等速度(13 m/min)的CNC系統(tǒng)中。由于脈沖增量插補誤差不大于一個脈沖當量，并且其輸出的脈沖速率主要受插補程序所用時間的限制，所以，CNC系統(tǒng)精度與切削速度之間是相互影響的。例如實現(xiàn)某脈沖增量插補算法大約需要30 s的處理時間，當系統(tǒng)脈沖當量為0.001 mm時，則可得單個運動坐標軸的極限速度約為2 m/min。當要求控制兩個或兩個以上坐標軸時，所獲得的輪廓速度還將進一步降低。反之，如果將系統(tǒng)單軸極限速度提高到20 m/min，則要求將脈沖當量增大到0.01 mm?？梢姡珻NC系統(tǒng)

50、中這種制約關(guān)系限制了其精度和速度的提高。 2. 數(shù)據(jù)采樣插補數(shù)據(jù)采樣插補是使用一系列首尾相連的微小直線段來逼近給定曲線，由于這些微小直線段是根據(jù)程編進給速度，按系統(tǒng)給定的時間間隔來進行分割的，所以又稱為“時間分割法”插補。該時間間隔即插補周期()。分割后得到的這些微小直線段對于系統(tǒng)精度而言仍是比較大的，為此，必須進一步進行數(shù)據(jù)點的密化工作。所以，也稱微小直線段的分割過程是粗插補，而后續(xù)進一步的密化過程是精插補。 一般情況下，數(shù)據(jù)采樣插補法中的粗插補是由軟件實現(xiàn)，并且由于其算法中涉及到一些三角函數(shù)和復雜的算術(shù)運算，所以，大多數(shù)采用高級語言完成。而精插補算法大多采用脈沖增量插補算法，它既可由軟件實

51、現(xiàn)也可由硬件實現(xiàn)，由于相應算術(shù)運算較簡單，所以軟件實現(xiàn)時大多采用匯編語言完成。位置控制周期(Tc)是數(shù)控系統(tǒng)中伺服位置環(huán)的采樣控制周期，對于給定的某個數(shù)控系統(tǒng)而言，插補周期和位置控制周期是兩個固定不變的時間參數(shù)。 通常TsTc，并且為了便于系統(tǒng)內(nèi)部控制軟件的處理，當Ts與Tc不相等時，則一般要求Ts是Tc的整數(shù)倍。由于插補運算較復雜，處理時間較長，而位置環(huán)數(shù)字控制算法較簡單，處理時間較短，所以，每次插補運算的結(jié)果可供位置環(huán)多次使用?，F(xiàn)假設程編進給速度為F，插補周期為Ts ，則可求得插補分割后的微小直線段長度為(暫不考慮單位)： LFTs 插補周期對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，但對被加工輪廓的軌跡精度有

52、影響，而控制周期對系統(tǒng)穩(wěn)定性和輪廓誤差均有影響，因此，選擇Ts是主要從插補精度方面考慮，而選擇Tc則從伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)跟蹤誤差兩方面考慮。按插補周期將零件輪廓軌跡分割為一系列微小直線段，然后將這些微小直線段進一步進行數(shù)據(jù)密化，將對應的位置增量數(shù)據(jù)(如、)，再與采樣所獲得的實際位置反饋值相比較，求得位置跟蹤誤差。位置伺服軟件就根據(jù)當前的位置誤差計算出進給坐標軸的速度給定值，并將其輸送給驅(qū)動裝置，通過電動機帶動絲杠和工作臺朝著減少誤差的方向運動，以保證整個系統(tǒng)的加工精度。由于這類算法的插補結(jié)果不再是單個脈沖，而是一個數(shù)字量，所以，這類插補算法適用于以直流或交流伺服電動機作為執(zhí)行元件的閉環(huán)或半

53、閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。 當數(shù)控系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)采樣插補方法時，由于插補頻率較低，大約在50125 Hz，插補周期約為820 ms，這時使用計算機是易于管理和實現(xiàn)的。計算機完全可以滿足插補運算及數(shù)控加工程序編制、存儲、收集運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、監(jiān)視機床等其它數(shù)控功能。并且，數(shù)控系統(tǒng)所能達到的最大軌跡運行速度在10 m/min以上，也就是說數(shù)據(jù)采樣插補程序的運行時間已不再是限制軌跡運行速度的主要因素，其軌跡運行速度的上限將取決于圓弧弦線誤差以及伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應特性。 2 逐點比較法插補 2.1 直線插補運算1. 偏差判別假設加工如圖1所示的第一象限的直線OA。取起點為坐標原點O，直線終點坐標A(Xe，Ye)是已知

54、的。M(Xm，Ym)為加工點(動點)，若M在OA直線上，則根據(jù)相似三角形的關(guān)系可得 圖1 逐點比較法直線插補 取FmYmXeXmYe作為直線插補的偏差判別式。 若M點在OA直線上， ，則Fm0；若M點在OA直線上方的M處， ，則Fm0；若M點在OA直線下方的M處， ，則Fm0。 2. 坐標進給(1) Fm0時，規(guī)定刀具向X方向前進一步；(2) Fm0時，控制刀具向X方向前進一步；(3) Fm0時，控制刀具向Y方向前進一步。刀具每走一步后，將刀具新的坐標值代入函數(shù)式FmYmXeXmYe，求出新的Fm值，以確定下一步進給方向。 3偏差計算 設在某加工點處，有Fm0時，為了逼近給定軌跡，應沿X方向進

55、給一步，走一步后新的坐標值為 Xm+1Xm+1, Ym+1Ym 新的偏差為 Fm+1Ym+1XeXm+1YeFmYe 若Fm0時，為了逼近給定軌跡，應向Y方向進給一步，走一步后新的坐標值為 Xm+1Xm, Ym+1Ym 1 新的偏差為 Fm+1FmXe 4. 終點判別法逐點比較法的終點判斷有多種方法，下面主要介紹兩種：(1) 第一種方法。設置X、Y兩個減法計數(shù)器，加工開始前，在X、Y計數(shù)器中分別存入終點坐標Xe、Ye，在X坐標(或Y坐標)進給一步時，就在X計數(shù)器(或Y計數(shù)器)中減去1，直到這兩個計數(shù)器中的數(shù)都減到零時，便到達終點。(2) 第二種方法。用一個終點計數(shù)器，寄存X和Y兩個坐標，從起點

56、到達終點的總步數(shù)；X、Y坐標每進一步，減去1，直到為零時，就到了終點。 2.2 不同象限的直線插補計算上面討論的為第一象限的直線插補計算方法，其它三個象限的直線插補計算法，可以用相同的原理獲得，表1列出了四個象限的直線插補時的偏差計算公式和進給脈沖方向，計算時，公式中Xe，Ye均用絕對值。 表1 四個象限的直線插補計算 2.3 逐點比較法硬件和軟件實現(xiàn)方法 1. 硬件實現(xiàn) 逐點比較法插補最早是在硬件數(shù)控系統(tǒng)中使用數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)，而后來的CNC系統(tǒng)中基本上都是采用軟件來模擬硬件實現(xiàn)。但硬件插補速度快，若采用大規(guī)模集成電路制作的插補芯片，可靠性高。最近幾年，國外一些數(shù)控系統(tǒng)中采用一種大規(guī)模的數(shù)

57、字電路現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programming Gate Array縮寫為FPGA)來實現(xiàn)該插補功能，從而克服了原來硬件插補線路靈活性差的缺點，同時保留了硬件電路處理速度快的優(yōu)點。 圖2 逐點比較法直線插補硬件邏輯框圖圖中JX、JY和JF為三個移位寄存器，分別存放X軸終點坐標值Xe；Y軸終點坐標值Ye；以及每次偏差計算的結(jié)果。而J是個減法寄存器，存放加工過程中兩坐標軸所走總步數(shù)。Q為一個全加器，Tc是進位觸發(fā)器，MF為控制進給速度的可變頻脈沖發(fā)生器，而加工進給速度F是根據(jù)被加工零件的工藝要求等確定的，進而也就決定了MF的脈沖頻率fMF變化范圍。反過來利用fMF又可精確控制進給速

58、度，它們之間的關(guān)系式為式中F為加工進給速度(mm/min)；fMF為脈沖源頻率(Hz)；為脈沖當量(mm/脈沖)。 插補開始前，根據(jù)數(shù)控加工程序提供的有關(guān)信息，對電路各部分進行初始化，內(nèi)容有：XeJX，Ye補Jy，|Xe|Ye|J，清零JF、DC、T，置位TG，設置頻率fMFF /(60)，為插補運算做好準備工作。在插補邏輯圖中，MF每發(fā)出一個脈沖，對應完成一次插補運算。當上述插補初始化完成后，運算控制信號使運算開關(guān)TG觸發(fā)器置1(即Q1)，打開了與門Y0，從而使MF發(fā)出的脈沖經(jīng)與門Y0到達時序脈沖發(fā)生器M，經(jīng)M產(chǎn)生四個先后順序的脈沖系列t1、t2、t3和t4，并按此順序去依次完成一次插補運算

59、過程中的四個工作節(jié)拍，即偏差判別、坐標進給、偏差計算和終點判別。 2. 軟件實現(xiàn)逐點比較法軟件實現(xiàn)實際上就是利用軟件來模擬插補的整個過程，軟件插補靈活可靠，但速度較硬件慢。根據(jù)插補的四個節(jié)拍，可設計出逐點比較法第一象限直線插補的軟件流程，如圖3所示。 圖3 第一象限逐點比較法直線插補的運算流程 例5-1 設欲加工第一象限直線OE，終點坐標為Xe4，Ye3，用逐點比較法進行插補。 解：總步數(shù) 437 開始時刀具在直線起點，即在直線上，故F00，插補運算過程如表2所示，插補軌跡如圖4所示。 表2 直線插補的運算過程 圖4 直線插補軌跡 圖5 逐點比較法圓弧插補 2.4 圓弧插補計算原理1. 基本原

60、理下面以第一象限逆圓為例討論逐點比較法圓弧插補。如圖5-5所示，設需要加工圓弧AB，圓弧的圓心在坐標系原點，已知圓弧的起點為A(X0，Y0)，終點為B(Xe，Ye)，圓弧半徑為R。令瞬時加工點為M(Xm，Ym)，它與圓心的距離為Rm 。比較Rm和R反映加工偏差。 因此，可得圓弧偏差判別式如下： 若Fm0，表明加工點M在圓弧上； Fm 0，表明加工點M在圓弧外； Fm 0，表明加工點M在圓弧內(nèi)。 設加工點正處于M(Xm，Ym)點，若Fm0，對于第一象限的逆圓，為了逼近圓弧，應沿X方向進給一步，到m1點，其坐標值為Xm1 Xm1，Ym1Ym。新加工點的偏差為 若Fm0，為了逼近圓弧，應沿Y方向進給