机械设备电气自动控制.pptx

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1、6、原理图中应标出以下参数：各个电源电路的电压、极性、频率、相数某些元件的特性不常用电器的操作方式和功能标明主要回路中导线规格7、线路中的交接点，需要测试和拆接外部引出线的端子，应该用空心圆o表示；电路的连接点用实心圆表示。8、机械操作电器的表示方法：对非电气控制和人工操作的电路，必须在电气图上用相应的图形符号表示其操作方法和工作状态。同一操作件动作的所有触点应用机械连杆符号表示其动作关系。各个触点的运动方向和状态，必须与操作件的动作方向和状态一致。9、电气控制线路中的全部电机、电气元件的型号、文字符号、数量、额定技术数据均应填写在元件明细表内。第1页/共105页二、电气接线图二、电气接线图-

2、表示电机及各电气设备的相对安装位置，相互间实际接线情况与接线要求的图。1、按控制系统的复杂程度，可将接线图分为总体接线图、部件接线图、组件或插件接线图等。2、各元件图形符号、文字符号、线号均应与电气原理图一致。3、应清楚表示出各电器的相对位置和它们之间的电气连接。（同一电器的各部分应画在一起，用虚线框起来）4、不在同一部位的各电器之间的连接导线，必须通过接线端子进行。5、成束的电线可用一根实线表示，标明导线的线号和去向。6、电气接线图应标明导线的种类和标称截面、数量、颜色、线号，以及所套管子的型号规格。4.1电气控制系统图纸绘制原则电气控制系统图纸绘制原则第2页/共105页4.1电气控制系统图

3、纸绘制原则电气控制系统图纸绘制原则三、电气柜内元件布置图三、电气柜内元件布置图-反映电柜内电气元件的型号及技术参数、安装要求、接线要求的图四、电气互连图四、电气互连图-表明电气设备各单元之间的连接关系。国家标准：国家标准：电气制图GB6988.1-86GB6988.7-86电气图用图形符号GB4728.1-85GB4728.13-85电气图用文字符号GB7159-87电气技术项目代号GB5094-85电气系统说明用简图GB7356-87第3页/共105页1、确定电气设计的技术条件和任务书2、选择电力拖动和控制方案（电机工作方式；控制方式）3、选择电动机4、设计电气原理图（主回路；控制回路）5、

4、设计机电设备的电气装配图和电气接线图6、设计电气柜、操纵台等非标部件和专用安装零件7、选用电气元件，编制电气元件清单8、编写设计计算说明书和使用说明书一、电气设计的技术条件设备功能；运动部件数量；工艺流程；工作方式；使用环境和特殊要求。二、电力拖动形式的选择电动机传动方式；调速性能；起制动要求；负载特性。三、系统控制方案的确定1、控制方式：继电器-接触器；顺序控制器；数控系统；微机控制。2、控制系统的工作方式：手动；自动；单头半自动等3、自动工作循环简图，转换条件，工作节拍，（电磁铁接通表）4、联锁条件；保护要求4.2电气设计基本内容（P8384）第4页/共105页4.3 电动机的选择一、电动

5、机容量（分析计算法；统计计算法）1、负载功率2、容许温升3、过载能力二、电动机转速对于相同功率电机，转速越高，电机的尺寸越小，质量越高，成本越低。1、不需调速的高、中速机械，选用相应高转速电机。2、不需调速的低速机械，选稍高转速电机，通过减速机构传动。3、需要调速的机械，电机最高转速与机械最高转速相适应。三、电动机类型1、电压级别、电流类型（与电源相匹配）2、机械特性：转速、输出力矩3、工作原理四、电动机结构形式1、安装形式：立式、卧式2、环境条件：防护式、封闭式、防爆型、防腐型第5页/共105页4.4电气控制线路的设计一、设计原则一、设计原则1、最大限度满足机电设备的控制要求，按照工艺流程可

6、靠工作。2、控制线路力求简单、经济。3、保证机械设备和控制线路安全可靠。4、便于操作和维护。二、电气控制原理设计方法二、电气控制原理设计方法：1、经验设计法2、逻辑代数设计法。第6页/共105页4.4电气控制线路的设计1、经验设计法、经验设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、连锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时

7、可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。常用的经验设计方法根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，根据需要增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。经验设计的特点经验设计的特点设计方法简单易于掌握，使用广泛。要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。不易获得最佳设计方案。第7页/共105页4.4电气控制线路的设计2、逻辑设计法、逻辑设计法利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在

8、状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。继接系统中，电气元件都可用“通”、“断”两态来表示，控制线路的规律符合逻辑运算规律（“与”、“或”），因而可用逻辑代数加以分析、化简，然后按照简化的逻辑表达式画出相应线路图。第8页/共105页4.4电气控制线路的设计例；某电机在继电器KA1、KA2、KA3中任一个或任两个继电器动作时才能运转。第9页/共105页4.4电气控制线路的设计三、设计规律三、设计规律1、常开触点串联-几个条件同时具备，才能使电器线圈得电。与2、常开触点并联-

9、几个条件中，任一条件具备，就可使电器线圈得电。或3、常闭触点串联-几个条件中，任一条件具备，就可使电器线圈失电。4、常闭触点并联-几个条件同时具备，电器线圈才失电。5、正确选择电气线路和环节，尽量选用经过实际考验的完善的线路和环节（避免因某个电气元件损坏而引起故障）。第10页/共105页4.4电气控制线路的设计四、线路设计的一般问题四、线路设计的一般问题1、尽量避免许多电器依次动作后才能接通另一电器的现象。2、线路中，触点、线圈的位置合理安排，控制回路中不允许出现线圈的串联。第11页/共105页4.4电气控制线路的设计3、线路中应尽量减少元件数、元件触点数、导线数第12页/共105页4.4电气

10、控制线路的设计4、尽量减少线路工作时的通电电器数量（下图中，KM1，KT1在起动完毕即完成任务，可断电）第13页/共105页4.4电气控制线路的设计5、线路中避免出现竟争现象图中，若KM2常开触点闭合时间tKM2常闭触点断开时间t1+KT1常开触点断开时间t2，则发生竟争现象。第14页/共105页4.4电气控制线路的设计6、避免产生寄生回路FR一旦脱开，出现寄生回路，使得KM3（或KM4）线圈上电压下降，不能可靠释放。按SB4，实现点动向前，出现寄生回路，使得主轴电机旋转。第15页/共105页4.4电气控制线路的设计7、应具有完善的保护环节：设计线路应考虑各种联锁保护、油压保护、限位保护，以及

11、电气系统应有过载、短路、过流、过压、失压、弱磁和热保护等。还应设置相应的合闸、断开、事故、安全等指示灯。8、设计线路应能适应所在电网情况，根据现场的电网容量、电压、频率，以及允许的冲击电流值等，决定电动机是采取直接或降压起动。第16页/共105页4.5 电气控制系统设计应用举例1一、设计液压回转工作台控制线路第17页/共105页4.5 电气控制系统设计应用举例2二、设计一个电动机拖动工作台进给的控制线路，行程开关SQ1、SQ2分别装在工作台的原位和终点。1压下SB2，使电机M1正转，工作台前进，到达终点停一下后再返回,电机M1反转，到原点停下；2压下SB3，使工作台在前进中能立即返回原点停下；

12、3用SQ3、SQ4作两端限位保护。第18页/共105页4.5 电气控制系统设计应用举例3三、设计深孔钻三次进给的控制电路。控制要求如下：按SB1滑台第一次进给SQ2滑台快退回原位SQ1滑台第二次进给SQ3滑台快退回原位SQ1滑台第三次进给SQ4滑台快退回原位SQ1原位停。（YA得电进给，失电后退）第19页/共105页4.5 电气控制系统设计应用举例4 1、电气原理图设计选题电动机的起停控制电路1、电气原理图原理设计时以起停控制电路原理为主，兼顾电路的工作状态指示和设备工作点的局部照明电路。图中标注了线号、导线截面积等参数。元器件清单见P92，表4.1，穿线用管及导线参数见表4.2。第20页/共

13、105页2、电气安装位置图电气安装位置图用来表示元器件清单中所有电器元件的相对安装位置。通常，电器元件布置在主配电盘和操作面板上。电气安装位置图应考虑电器元件的实际安装方法和结构尺寸，最终确定主配电盘和操作面板、以及控制柜结构和外形尺寸。第21页/共105页3、电气接线图按照电气安装位置图的设计思想，电气接线图也分为主配电盘接线图和操作面板接线图两部分。图中线侧数字表示线号（17），线端数字表示器件编号（1025）。第22页/共105页4、电气互连图电气互连图表示电气控制柜配电盘之间、以及和外部器件之间的接线关系。图中用导线束将照明灯、操作面板、电动机、电源引入线与控制主盘连接起来，并注明了穿

14、线管的规格、电缆线的参数等数据，详见表4.2。设计时应注意接地装置的设计（安全）。第23页/共105页5、安装调试安装无误后，接通三相电源，作空载实验，通过操作按钮，检验电气装置动作的准确性及指示的正确性，空载实验无误后，接上负载作负载试验，反复调试直至设备正常工作为止。第24页/共105页本章通过应用示例，系统的介绍了电气控制线路（原理）设计，电气安装位置图、电气接线图、电气互连图等工艺设计方法。工艺设计是在理论设计的基础上进行的重要设计内容，实践性很强、工作量很大，电气设备的质量和制造成本在很大程度上取决于工艺设计水平。所以，也是电气工程师的必修内容。6、小结第25页/共105页两地控制电

15、路第26页/共105页顺序控制电路第27页/共105页电压线圈并联第28页/共105页图反身自停电路第29页/共105页主盘电气安装位置图 第30页/共105页操作面板电气安装位置图第31页/共105页电气安装接线图（主板）第32页/共105页电气安装接线图（操作面板）第33页/共105页电气互连图第34页/共105页电气原理图第35页/共105页361介绍一些基本概念：数控技术、数控系统、计算机数控系统、数控机床、加工中心；2数控机床的五个重要组成部分；3数控机床的工作原理；4数控机床的分类；5数控机床的特点；6数控机床的适用范围。7.数控加工编程的基础知识；8.手工程序编制的内容和步骤；（

16、以上为两学时）主要教学内容主要教学内容第36页/共105页379插补运算的方法；10逐点比较法的四个主要的步骤；11直线插补的运算过程，并举例加以说明；12圆弧插补的运算过程，并举例加以说明；13在直线和圆弧插补过程中，涉及其它象限插补运算如何处理的问题。（以上为两学时）14讲述数控机床常用的位置检测装置的原理及其在伺服驱动系统中的作用；15讲述两种常用的伺服驱动系统：鉴幅式与鉴相式；16讲述XH714立式加工中心中与电气控制有关的数控系统、驱动系统、I/O单元、换刀装置、机床电源及它们之间的连接方式。（以上为两学时）主要教学内容（续）主要教学内容（续）第37页/共105页381数控机床的五个

17、重要组成部分；2数控机床的工作原理；3数控加工程序编制格式和步骤、数控车床和铣床的常用编程指令及方法、编程中的一些技巧。4逐点比较法的四个主要的步骤；5重点通过实例详细介绍直线插补与圆弧插补的整个计算过程。6重点讲述数控机床常用的位置检测装置的原理及其在伺服驱动系统中的作用以及两种常用的伺服驱动系统：鉴幅式伺服驱动系统与鉴相式伺服驱动系统。教学重点教学重点第38页/共105页391机床坐标系及工件（编程）坐标系的建立，刀具轨迹求解中的基点、节点计算，数控车削加工编程工艺等；2直线插补过程中各个公式的推导；3圆弧插补过程中各个公式的推导；4圆弧插补过程中顺圆、逆圆以及过象限圆弧的处理问题。5 X

18、H714立式加工中心中与电气控制有关的数控系统、驱动系统、I/O单元、换刀装置、机床电源及它们之间的连接方式。教学难点教学难点第39页/共105页40 第一节 机床数控技术的基本概念一、基本概念：1数控技术：一种自动控制技术，利用数字化的信息对 机床运动及加工过程进行控制。2数控系统：采用数控技术的控制系统。3计算机数控系统：它是一种采用计算机硬件结构，利 用数控软件来实现数控功能的数控系统4数控机床：用数控技术实现加工控制的机床，称为数 控机床。第40页/共105页41注意：数控机床与普通机床的区别：数控机床是按照程序自动加工工件，而普通机床是由人来操作。数控加工中只要改变加工程序就能达到加

19、工不同形状工件的目的，但编程人员必须把加工过程中的所有动作和信息（如主轴转速、进给速度和方向等）按照一定的顺序编写在程序中。第41页/共105页42二、数控机床的组成：图数控机床的组成框图第42页/共105页431控制介质：存储工件加工程序的媒介物，有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘、DNC等。2输入装置：将程序载体中的有关信息送入数控装置。3数控装置：数控机床的核心，包括微型计算机(CPU、存储器、各种I/O接口)、通用输入输出外围设备（如CRT/LED显示器、键盘、操作控制面板等）以及相应的软件。4伺服系统：数控系统的执行部分，接受数控装置的指令信息，经功率放大后，（光电隔离），严格按照指令信

20、息的要求驱动机床的运动部件，完成指令规定的运动。5机床的机械部件：主运动系统、进给系统、辅助部分以及一些特殊部件（如自动换刀装置ATC等）。第43页/共105页44三、数控机床的工作原理 手工编程与加工 第44页/共105页45 自动编程与加工 第45页/共105页46四、数控机床的分类1按工艺用途分 （1）普通数控机床：数控车、数控铣第46页/共105页47 （2）加工中心第47页/共105页48 （3）特种加工机床：线切割机床第48页/共105页49（3）特种加工机床：点火花成型加工机床第49页/共105页502、按控制系统的特点、按控制系统的特点（1）点位控制：只要精确的控制刀具相对工件

21、从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而与轨迹运动无关。主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床和数控测量机等。（2）点位直线控制：不仅要求具有准确的定位功能，而且要求从一点到另一点按直线运动进行切削加工。如数控车床、数控镗铣床、加工中心等。（3）轮廓切削控制：能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行切削加工控制，不仅能够控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能按照需要严格控制刀具移动的轨迹，以加工任意斜率的直线、圆弧、抛物线及其它函数关系的曲线或曲面。第50页/共105页513、按伺服系统的类型、按伺服系统的类型（1）开环系统开环系统：不带位置检测反馈装置，CNC发出的指令信号流是单向的。一般用功

22、率步进电动机作为伺服驱动元件。第51页/共105页52（2）闭环系统闭环系统：装有位置检测装置。驱动元件：一般采用交直流伺服电动机作为驱动元件。第52页/共105页53（3）半闭环系统半闭环系统：反馈信号取自于电动机轴或丝杠上，而不是机床的最终运动部件。第53页/共105页541性能特点（1）对加工对象的适应性强，灵活性好；（2）加工精度高，避免了人为的干扰因素，产品质量稳定；（3）生产效率高；（4）良好的经济效率；（5）自动化程度高。2使用特点 （1）对操作、维修人员的要求高。（2）对夹具和刀具的要求。夹具：单件生产，通用夹具；批量生产，专用夹具。刀具：较高的精度、寿命合计和尺寸稳定；可实现

23、机外预调、快速换刀；很好的控制切屑的折断、卷曲和排出；冷却性能好。五、数控机床的特点第54页/共105页55六、数控机床的适用范围（1）多品种小批量生产的工件；（2）形状结构复杂的工件；（3）频繁改型的工件；（4）价值昂贵的关键工件；（5）急需工件；（6）批量较大且精度要求高的工件。第55页/共105页56第二节 数控机床程序编制 一、数控编程的内容和步骤1内容:程序编制的过程是把工件加工所需的数据和信息（如工件的材料、形状、尺寸、精度、加工路线、切削用量、数值计算数据等）按数控系统规定的格式和代码，编写程序。之后通过输入装置把程序输入到数控装置中，由数控装置控制数控机床进行加工。第56页/共

24、105页572步骤数控编程的步骤 第57页/共105页58二、二、数控机床程序编制的方法1手工编程 对于一些形状简单的工件，轨迹坐标计算容易，数控程序短，在程序编制的过程中从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单等全过程一般都由人工完成，这样既经济又及时。2自动编程 对一些形状复杂的非圆曲线、空间曲面、列表曲面等，编程需经过复杂的计算，手工编程就显得十分繁琐，且容易出错，在这种情况下常需采用自动编程来完成，即编程的大部分或全部工作都是由计算机来完成。目前图形编程软件很多，如北航海尔的制造工程师V2、MasterCAM、UG和Ideas、Pro/E等软件在国内模具加工等数控加工

25、领域中都有应用。第58页/共105页59三、数控编程的标准规定和代码1两种编程标准 ISO(International Standard Organization)国际标准化组织标准；EIA(Electronic Industries Association)美国电子工业协会标准。结合我国国情，并根据ISO标准，我国制定了 JB3050-82、JB3051-82、JB3208-83等标准，分别对编码字符、机床坐标及运动方向和功能代码等作了规定。第59页/共105页602、程序结构和程序段格式（1）程序结构 一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束三部分组成，下面就以CK6028车床上加工阶

26、梯轴的加工程序为例,具体说明程序结构、程序代码的样式与含义：第60页/共105页61（2）程序段格式 程序段的格式是指程序段书写规则，它包括机床所要求执行的功能和运动所需要的所有几何数据和工艺数据。一个零件的加工程序由若干以段号大小次序排列的程序段组成，每个程序段由以下几部分组成：N 程序段号 G 准备功能 X、Y、Z 坐标或增量值 F 进给速度 M 辅助功能 S 主轴转速 T 刀具号 从车床实例可看出：程序段由若干程序字组成，其中程序字包括由英文字母表示的地址符和跟随其后的数字、字符组成。第61页/共105页62*G指令指令 又称G功能指令、准备功能指令、G功能、G代码。主要是指定数控机床的

27、加工方式，为数控装置的插补运算、刀补运算、固定循环等做好准备，如加工平面的选择、刀具的补偿、插补方式的选择等任务。G指令由字母G和其后跟两位数字组成，即从G00到G99共100种。*M指令指令 又称辅助功能指令、M功能、M代码。主要是控制机床或系统的辅助功能动作。如切削液的开关、主轴的正反转、程序的结束等功能。M指令由字母M和其后的两位数字组成，即从M00到M99共100种。第62页/共105页63*F、S、T功能功能 利用字母F、S、T指令后面跟一个数值，分别指定进给速度、主轴转速和所用刀具与刀具补偿号，在一个程序段中，F、S、T均只能有一个，并将接受的代码信息传送给机床。F功能也称进给功能

28、，数控系统不同，F功能的表示方法也不同，用字母F后面跟一位、二位、三位、四位或五位数字表示，如跟两位时的表示方式即为F，其数值有的代表具体的进给数值，有的代表某种进给速度的编码号。单位一般为mm/min，当进给速度与主轴转速有关时（如车削螺纹）单位为mm/r。第63页/共105页643、坐标系、坐标系 （1）坐标系规定 我国制定了JB3051-82。规定直线运动的坐标轴由X、Y、Z表示，围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示。对坐标轴和运动方向命名的内容和原则是：标准坐标系各轴之间的关系：在机床上建立一标准坐标系，也称机床坐标系，其中坐标系中的X、Y、Z轴的关系用右手迪卡儿原

29、则确定。大拇指指向X轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，则中指指向为Z轴的正方向。A、B、C的方向由右手螺旋法确定。（2）绝对坐标和增量坐标：绝对坐标：刀具运动轨迹的坐标值均以某一固定原点而标准的坐标，用X、Y、Z表示；增量坐标：运动轨迹的坐标值是以相对于前一位置来计算的，用U、V、W表示（各种不同的系统不尽相同）。第64页/共105页65四、编程实例加工工件图样第65页/共105页66第66页/共105页67 逐点比较法 脉冲增量插补法数字积分法、比较积分法数据采样插补法第三节 插补原理一、插补的定义二、常用的插补方法 数控机床加工的零件，其外形往往由复杂的曲面组成，这就要求数控装置根据控制指

30、令和数据，一边计算，一边根据计算结果向各个坐标方向分配进给脉冲，从而控制刀具相对于工件表面的运动轨迹，把工件加工成所要求的形状和尺寸。数控装置所进行的这种计算就叫插补运算。第67页/共105页68三、逐点比较法插补原理 通过比较刀具与加工零件轮廓曲线的相对位置，确定刀具的运动方向，即每走一步都要将加工瞬时坐标同规定的零件轮廓相比较。每进给一步都要经过四个工作节拍：偏差判别、坐标进给、新偏差计算、终点判别。第68页/共105页69（1）偏差判别 判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏离情况，以此决定刀具移动方向。（2）坐标进给 根据偏差判别结果，控制刀具相对于工件轮廓进给一步，即向给定的轮廓靠拢，减

31、少偏差。（3）新偏差计算 由于刀具进给已改变了位置，因此应计算出刀具当前位置的新偏差，为下一次判别作准备。（4）终点判别 判别刀具是否已到达被加工轮廓线段的终点。若已到达终点，则停止插补，否则继续。第69页/共105页70四、直线插补1直线插补原理A)偏差判别 从上图可看出，只要比较动点所连直线与X轴夹角和OE与X轴夹角的大小，即两角度的正切值就可判断出刀具下一步应沿X或Y运动及其方向，由此推出偏差判别函数：第70页/共105页71B)坐标进给 进给方向由偏差判别的结果决定，即 F=0，沿X正方向进给一步；F=0，沿X正方向进给一步：F0，沿Y正方向进给一步：D)终点判别 终点判别可采用两种方

32、法：终点坐标法，即将动点作标与终点坐标进行比较，判断两者是否相等；总步长法，即首先求得总步长，每进给一步从总步长中减1，直至为0。第71页/共105页722直线插补软件流程图 逐点比较法第一象限直线插补软件流程图第72页/共105页733直线插补实例例：例：设欲加工第一象限直线OE，终点坐标为xe=3，ye=5，用逐点比较法加工直线OE。解：解：总步数n=3+5=8；开始时刀具在直线起点，既在直线上，故Fo=0，其插补运算过程如下表所示，插补轨迹见右图。第73页/共105页74第74页/共105页75五、圆弧插补1圆弧插补原理A)偏差判别函数及进给 令偏差判别函数为：，应进给，新偏差为，应进给

33、，新偏差为 B）终点判别圆弧的终点坐标判别与直线插补相同。第75页/共105页762圆弧插补软件流程图逐点比较法第一象限逆圆软件流程图 第76页/共105页773圆弧插补实例例：例：设AB为第一象限逆圆弧，起点为A（5，0），终点为B（0，5），用逐点比较法加工圆弧AB。解：解：n=|5 0|+|0 5|=10 开始加工时刀具在起点，即在圆弧上，Fo=0。加工运算过程见表5-4，插补轨迹见右图 第77页/共105页78第78页/共105页79六、象限处理与坐标变换1.直线插补的象限处理直线插补四个象限进给方向 第79页/共105页80 四象限直线插补软件流程图如下图所示：第80页/共105页8

34、12圆弧插补的象限处理 前面介绍的圆弧插补公式也只适合于第一象限的逆圆弧，若想处理其他象限的圆弧，需进行以下进给方向的处理。圆弧插补四个象限进给方向 第81页/共105页82 四象限圆弧插补软件流程图如图所示：第82页/共105页83第四节 数控机床的位置检测装置及伺服系统一、数控机床的位置检测装置1位置检测装置的作用 测出工作机构的实际位置，并将实际位置输入计算机，以便和预先给定的理想位置相比较。2数控机床伺服系统对位置检测元件的要求（1）高的可靠性和抗干扰能力；（2）在机床执行部件移动范围内，能满足精度与速度要求；（3）使用维护方便，能适应生产现场的工作环境；（4）成本低、寿命长；（5）便

35、于与数控系统相连。第83页/共105页843位置检测元件 常用的位置检测元件包括旋转变压器、感应同步器、光栅、光电盘、编码盘等。（1）旋转变压器 旋转变压器的结构 旋转变压器是一种测量角位移的检测元件，其结构类似与小型交流电动机，由定子和转子组成。如下图所示：第84页/共105页85 工作原理 旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，定子绕组作为变压器的一次侧接受励磁电压，转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得到感应电动势。一、二次绕组之间随着转子的角位移发生相对位置变化，因此其输出电压的大小也随之变化。工作方式 旋转变压器的工作方式通常为鉴相和鉴幅两种。鉴相工作方式是通过旋转变压器转子

36、绕组输出电压的相位确定被测角位移。鉴幅工作方式是通过旋转变压器转子绕组输出电压的幅值确定被测角位移 第85页/共105页86（2）光栅 它是测量数控机床工作台位移的光电检测元件，主要由光源、聚光镜、主光栅、指示光栅和光敏元件组成，如图所示：光栅标尺检测位移 第86页/共105页87（3）磁栅 它是测量直线位移的一种数字式传感器，按结构可分为直线磁栅和圆磁栅，分别用于直线位移和角度位移的测量。（4）脉冲编码器 它是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在旋转轴上，以测出轴的旋转角度和速度变化，其输出信号为电脉冲。第87页/共105页88二、伺服驱动系统1伺服驱动系统的作用 完成机床移动部件（如工作

37、台、主轴或刀具进给等）的位置和速度检测。2伺服驱动系统的分类 伺服驱动系统通常可分为开环系统和闭环系统。开环系统通常使用步进电机，而闭环通常使用直流伺服电机或交流伺服电机。按比较方式的不同，伺服驱动系统又可分为鉴相式伺服系统和鉴幅式伺服系统第88页/共105页893鉴相式伺服系统鉴相式伺服系统是采用相位比较方法实现位置闭环及半闭环控制的伺服系统，其框图如下所示：鉴相式伺服系统框图 第89页/共105页90当以旋转变压器为测量元件组成的半闭环伺服系统如下图所示：第90页/共105页914鉴幅式伺服系统鉴幅式伺服系统是以位置测量信号的幅值大小来反映机械位移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进

38、行比较构成的闭环控制系统。其原理方框图如下图所示：鉴幅式伺服系统框图 第91页/共105页92第五节 XH714立式加工中心电气控制 一、XH714立式加工中心的结构1 XH714立式加工中心介绍 XH714立式加工中心是一种中小规格、高效通用的数控机床。该机床设有可容纳20把刀具的自动换刀系统，并配有三菱MELDAS50数控系统，通过编程，在一次装夹中可自动完成铣、镗、钻、绞、攻螺纹等多种工序的加工。若选用数控转台，可实现四轴控制。第92页/共105页932 XH714立式加工中心的结构 第93页/共105页943 XH714立式加工中心的传动链 第94页/共105页95二、XH714数控系

39、统 XH714加工中心采用的MELDAS50数控系统，其控制单元如右图，通信终端系统面板示意图见下：第95页/共105页96三、XH714伺服系统伺服进给采用三菱HA系列交流伺服电机及MDS-A-SVJ交流伺服驱动装置，通过交流伺服电机内装编码器实现半闭环的位置控制。MDS-A-SVJ交流伺服驱动单元和HA系列交流伺服电机示意图见图。第96页/共105页97 数控系统与伺服驱动、主轴驱动等装置的连接如右图。第97页/共105页98四、I/O控制 输入/输出信号经I/O单元进行PLC控制。I/O单元示意图如图所示。第98页/共105页991机床操作面板信号输入 输入信号主要由操作面板输入，机床面

40、板示意图如下所示。第99页/共105页100面板开关与I/O单元DI-L口的连接方式如下图所示：第100页/共105页1012换刀控制 换刀控制是数控机床PLC控制中较复杂的一个内容，涉及到刀库的选刀及机械手的换刀控制。本机床采用主轴箱上下运动的自卸式换刀方式。有关换刀控制的输入/输出信号见图。第101页/共105页102控制换刀的交、直流控制回路见图。第102页/共105页103 机床从外部动力线获得三相交流380V电源后，在电控柜中进行再分配，以获得AC100V CNC 系统电源；三相200-230V 驱动装置电源；单相AC100V交流接触器线圈电压及DC+24V稳压电源，同时进行电源保护，如熔断器、断路器等。3机床电源第103页/共105页104电源配置图第104页/共105页感谢您的观看。感谢您的观看。第105页/共105页