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1、緒論v0.1概述概述v0.2數(shù)控機(jī)床電氣自動(dòng)控制的發(fā)展概況數(shù)控機(jī)床電氣自動(dòng)控制的發(fā)展概況v0.3數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類v0.4現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展0.1概述v一、一、基本概念基本概念v二、數(shù)控機(jī)床的組成二、數(shù)控機(jī)床的組成v三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)0.1概述概述一、一、基本概念基本概念v 數(shù)控即數(shù)字控制(NC):（Numerical Control簡稱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）用數(shù)字化信息進(jìn)行編程控制的自動(dòng)化方法。v 數(shù)控技術(shù)即NC技術(shù)，是指用數(shù)字化信息發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。v 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC):(

2、Computerized Numerical Control)以計(jì)算機(jī)為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。v 數(shù)控機(jī)床:（Numerical Control Machine Tools）裝了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床叫數(shù)控機(jī)床或是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。v 數(shù)控機(jī)床是集機(jī)床、計(jì)算機(jī)、電機(jī)及拖動(dòng)、自動(dòng)控制、檢測等技術(shù)為一體的自動(dòng)化設(shè)備。是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。v 采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。v二、數(shù)控機(jī)床的組成二、數(shù)控機(jī)床的組成v數(shù)控機(jī)床一般由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和輔助控制裝置、檢測反饋系統(tǒng)以及機(jī)床本體組成。v三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)v數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是

3、當(dāng)加工工件改變時(shí),除了重新裝夾工件和更換刀具外,其它只需改變該零件加工的程序,而不需要對機(jī)床作任何調(diào)整。0.2數(shù)控機(jī)床電氣自動(dòng)控制的發(fā)展概況數(shù)控機(jī)床電氣自動(dòng)控制的發(fā)展概況v一、電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展一、電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展v數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)是由數(shù)控裝置系統(tǒng)、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)等組成。數(shù)控系統(tǒng)又是數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的控制核心。電氣控制大致可以分為邏輯控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和混合控制系統(tǒng)三種。v1.邏輯控制系統(tǒng)邏輯控制系統(tǒng)v邏輯控制又稱為開關(guān)量控制，采用“0”、“1”兩個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)的各種電氣和電子器件構(gòu)成各種邏輯控制系統(tǒng)。按自動(dòng)化程度的不同還可分為手動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制

4、系統(tǒng)。v2.連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)v連續(xù)控制系統(tǒng)是對電壓、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)控制的系統(tǒng),這類系統(tǒng)通常具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),同時(shí)伴有功率放大的特點(diǎn),并且具有精度高、功率大、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。如直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的系統(tǒng),交、直流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)系統(tǒng)均屬于連續(xù)控制系統(tǒng)。v3.混合控制系統(tǒng)混合控制系統(tǒng)v既采用數(shù)字控制又采用模擬控制的系統(tǒng)稱為混合控制系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多屬于這類控制系統(tǒng)。通過D/A轉(zhuǎn)換器和功率放大等裝置驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生所需的運(yùn)動(dòng)。二、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分類v(一一)按運(yùn)動(dòng)軌跡分類按運(yùn)動(dòng)軌跡分類v1.點(diǎn)位

5、控制系統(tǒng)點(diǎn)位控制系統(tǒng)v點(diǎn)位控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床只要求精確地控制刀具相對工件從一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn),在移動(dòng)過程中不進(jìn)行任何切削加工，為了精確定位和提高生產(chǎn)率，一般先快速移動(dòng)到終點(diǎn)附近，然后再減速移動(dòng)到定位點(diǎn)，以保證良好的定位精度。v這類數(shù)控機(jī)床主要有v數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床v等。如圖0-1(a）所示。圖0-1(a）v2.直線控制系統(tǒng)直線控制系統(tǒng)v直線控制系統(tǒng)是指控制刀具或機(jī)床工作臺以合適速度，沿著某一坐標(biāo)軸方向進(jìn)行直線切削加工的控制系統(tǒng)。而且要求具有準(zhǔn)確的定位功能,控制兩點(diǎn)之間刀具移動(dòng)的軌跡應(yīng)是一條直線。一般的v簡易數(shù)控系統(tǒng)均v屬于直線控制系v統(tǒng)。如圖0-1(b）v所示。0-1(b）v3.輪廓控

6、制系統(tǒng)輪廓控制系統(tǒng)v輪廓控制系統(tǒng)又稱連續(xù)控制系統(tǒng)，能對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行連續(xù)控制。加工時(shí)不僅要控制起點(diǎn)和終點(diǎn)，還要對整個(gè)加工過程中每點(diǎn)的速度和位置進(jìn)行控制。這類機(jī)床有數(shù)控銑床、加v工中心等。如圖v0-1(C）所示。圖0-1(C)v(二二)按伺服系統(tǒng)分類按伺服系統(tǒng)分類v1.開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)v開環(huán)控制系統(tǒng)沒有位置檢測反饋裝置,以步進(jìn)電機(jī)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8-2所示。圖8-2開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖v2.半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)v半閉環(huán)控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的一種派生。以交、直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件,由位置比較、速度控制、伺服電機(jī)等組成,它與閉環(huán)控制

7、系統(tǒng)的不同之處僅在將檢測元件裝在傳動(dòng)鏈的旋轉(zhuǎn)部位,只檢測電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度而不檢測機(jī)械間隙等,如圖8-3所示。圖8-3閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖v3.閉環(huán)控制系統(tǒng)v閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是帶有位置檢測反饋裝置,位置檢測裝置安裝在機(jī)床工作臺上,直接測量工作臺的實(shí)際位移,并與CNC裝置的指令值進(jìn)行比較,比較后的差值去控制機(jī)床的移動(dòng)部件。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,精度很高,如圖8-4所示。圖8-4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖0.3數(shù)控機(jī)床的分類v1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床金屬切削類數(shù)控機(jī)床v金屬切削類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等。如

8、圖0-2所示。普普 通通 型型 數(shù)數(shù) 控控 車車 床床半封閉數(shù)控車床半封閉數(shù)控車床全封閉數(shù)控車床全封閉數(shù)控車床圖0-2數(shù)控車床數(shù)控車床普及型數(shù)控車床普及型數(shù)控車床多功能數(shù)控車床多功能數(shù)控車床普普 及及 型型 和和 多多 功功 能能 數(shù)數(shù) 控控 車車 床床圖0-2數(shù)控車床數(shù)控車床立式數(shù)控銑床立式數(shù)控銑床數(shù)數(shù) 控控 銑銑 床床龍門數(shù)控銑床龍門數(shù)控銑床臥式數(shù)控鏜銑床臥式數(shù)控鏜銑床圖0-2數(shù)控銑床數(shù)控銑床數(shù)控平面磨床數(shù)控平面磨床數(shù)控萬能外圓磨床數(shù)控萬能外圓磨床數(shù)數(shù) 控控 磨磨 床床圖0-2數(shù)控平面磨床數(shù)控平面磨床斗笠式自動(dòng)換刀立式加工中心斗笠式自動(dòng)換刀立式加工中心圖0-2加工中心加工中心大型龍門式（動(dòng)

9、臺）數(shù)控加工中心大型龍門式（動(dòng)臺）數(shù)控加工中心圖0-2加工中心加工中心v2.金屬成形類數(shù)控機(jī)床v金屬成形類數(shù)控機(jī)床是指采用擠、壓、沖、拉等成形工藝的數(shù)控機(jī)床,有數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。如圖0-3所示。金屬成型類數(shù)控機(jī)床金屬成型類數(shù)控機(jī)床數(shù)控彎管機(jī)數(shù)控彎管機(jī)數(shù)控壓力機(jī)數(shù)控壓力機(jī)圖0-3金屬成型數(shù)控機(jī)床金屬成型數(shù)控機(jī)床v3.數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控特種加工機(jī)床v數(shù)控特種加工機(jī)床有數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控激光加工機(jī)床、數(shù)控電火花成形加v工機(jī)床與數(shù)控火焰切割機(jī)等。如圖0-4所示。線切割機(jī)床線切割機(jī)床電火花數(shù)控機(jī)床電火花數(shù)控機(jī)床特特 種種 加加 工工 類類 數(shù)數(shù) 控控

10、 機(jī)機(jī) 床床圖0-4特種加工類數(shù)控機(jī)床特種加工類數(shù)控機(jī)床4.測量、繪圖類數(shù)控機(jī)床測量、繪圖類數(shù)控機(jī)床v測量、繪圖類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)控對刀儀、三坐標(biāo)測量儀等。如圖0-5所示。三三 坐坐 標(biāo)標(biāo) 測測 量量 儀儀圖0-5三坐標(biāo)測量儀三坐標(biāo)測量儀0.4現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展v一、現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一、現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展v1952年，由美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院在實(shí)驗(yàn)室合作研制成功世界上第一臺三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床,用它來加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板。從第一臺數(shù)控機(jī)床問世至今的50多年,隨著自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測量技術(shù)及機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了

11、電子管、晶體管、集成電路、小型計(jì)算機(jī)、微處理器或微型計(jì)算機(jī)、智能數(shù)控等六代數(shù)控系統(tǒng)。使數(shù)控機(jī)床得到了迅速發(fā)展,不斷地更新?lián)Q代。v第一階段,1952年,出現(xiàn)了第一臺電子管數(shù)控系統(tǒng)。v第二階段,1960年,出現(xiàn)了晶體管和印刷電路板的數(shù)控系統(tǒng)。v第三階段,1965年,出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路的數(shù)控系統(tǒng)。v第四階段,1970年,出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件,并以軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能的數(shù)控系統(tǒng)。v第五階段,1974年,出現(xiàn)微處理器或微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。v第六階段,90年代后期,出現(xiàn)了PC+CNC(為專用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng))智能數(shù)控系統(tǒng)。v我國是從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床的,到60年代末70年代初,已經(jīng)研制出

12、一些晶體管式的數(shù)控系統(tǒng),并用于生產(chǎn)。1991年以來,一方面從日本、德國、美國等國家購進(jìn)數(shù)控系統(tǒng),另一方面積極開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造具有自主版權(quán)的中、高檔數(shù)控系統(tǒng),并且取得了可喜的成果。我國的數(shù)控產(chǎn)品已覆蓋了車、銑、鏜銑、鉆、磨、加工中心及齒輪機(jī)床、折彎機(jī)、火焰切割機(jī)、柔性制造單元等,品種達(dá)500多種。中、低檔數(shù)控系統(tǒng)已達(dá)到批量生產(chǎn)能力。v二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢v1.性能發(fā)展方向性能發(fā)展方向v高精高速:采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU、高分辨率檢測元件、交流數(shù)字伺服系統(tǒng).v柔性化:數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于滿足不同用戶的需求。v多軸化:一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)

13、換刀、完成多工序、多表面的復(fù)合加工。v軟硬件開放化:數(shù)控系統(tǒng)由用戶根據(jù)自己的需要對軟件進(jìn)行再開發(fā),生產(chǎn)商不應(yīng)制約用戶的使用范圍。v實(shí)時(shí)智能化:沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、前饋控制等。如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng),在系統(tǒng)出了故障時(shí),診斷、維修等實(shí)現(xiàn)智能化。v2.功能發(fā)展方向功能發(fā)展方向v用戶界面圖形化:可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于圖編程和快速編程、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真等。v科學(xué)計(jì)算可視化:直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息。如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，及加工過程的可視化仿真演示等。v插補(bǔ)多樣化多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、

14、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。v2.功能發(fā)展方向功能發(fā)展方向v內(nèi)裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，用戶可在標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，建立自己的應(yīng)用程序。v多媒體化:多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體,使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。v3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展v集成化:采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐?v模塊化:將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)

15、控系統(tǒng)。v網(wǎng)絡(luò)化：機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。v遠(yuǎn)程診斷故障和調(diào)整,利于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠對其產(chǎn)品的監(jiān)控和維修,也適于大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)的無人化車間實(shí)行網(wǎng)絡(luò)管理。v4.智能化新一代數(shù)控系統(tǒng)智能化新一代數(shù)控系統(tǒng)v智能化新一代數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。機(jī)床電氣控制與機(jī)床電氣控制與PLCv第第1章章常用低壓控制電器常用低壓控制電器v第第2章章機(jī)床電氣

16、基本控制電路機(jī)床電氣基本控制電路v第第3章章典型機(jī)床控制電路典型機(jī)床控制電路v第第4章章可編程序控制器可編程序控制器v第第5章章三菱三菱FX系列系列PLC及其指令系統(tǒng)及其指令系統(tǒng)v第第6章章數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)v第第7章章PLC與數(shù)控機(jī)床與數(shù)控機(jī)床v第第8章章伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)v第第9章章典型數(shù)控機(jī)床電氣控制線路分析典型數(shù)控機(jī)床電氣控制線路分析第第1章章常用低壓控制電器常用低壓控制電器v1.1概述概述v1.2接觸器接觸器v1.3繼電器繼電器v1.4熔斷器熔斷器v1.5低壓開關(guān)和低壓斷路器低壓開關(guān)和低壓斷路器v1.6主令電器主令電器v1.7低壓電器的產(chǎn)品型號低壓電器的產(chǎn)品型號v1.1.1常用低壓電器的分類常用低壓電器的分類v1.1.2電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用低壓電器分類電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用低壓電器分類v1.1.3低壓電器的基本結(jié)構(gòu)低壓電器的基本結(jié)構(gòu)1.1 1.1 概述概述凡是自動(dòng)和手動(dòng)接通和斷開電路，以及能實(shí)凡是自動(dòng)和手動(dòng)接通和斷開電路，以及能實(shí)現(xiàn)對電路或非電對象進(jìn)行切換、控制、保護(hù)、現(xiàn)對電路或非電對象進(jìn)行切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)目的的電器元件統(tǒng)稱為電器。檢測、變換和調(diào)節(jié)目的