数控机床机电系统概述PPT课件

技术讲座 数控机床机械结构介绍
三、进给机构
采用滚珠丝杠直接与伺服电机直连
注意
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技术讲座 数控机床机械结构介绍
四、辅助装置
1.工作台
各种类型的工作台
数控分度头
数控回转工作台第14页/共56页
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技术讲座 数控机床机械结构介绍
四、辅助装置
2.液压和气动系统
3.润滑系统 4.冷却系统 5.排屑系统 6.自动换刀
技术讲座 数控机床概述
主要有数控车床、数控铣床、 数控磨床
（3）轮廓控制数控机床 2个以上的运动轴联动,加工各种曲线/曲面.数控车、 铣、线切割、加工中心
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3. 按伺服控制方式分
（1）开环控制
技术讲座 数控机床概述
（2）闭环控制
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技术讲座 数控机床概述
（3）半闭环控制
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技术讲座 数控系统介绍
2.典型数控系统—802DSL
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3.数控系统原理
技术讲座 数控系统介绍
数 控 系 统
*ESP,*DECx等
G
X
F
Y
保持型继电器 •Counter (C) •Timer (T) •Keep relay (K) •Data table (D) •Variable table (D)
光栅精度是指光栅上任意两点之间的误 差。目前光栅的精度可达 0.001~0.01mm， 通过电子细分电路，分辨率可达 0.0001mm。
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光栅工作原理
a
b
技术讲座 数控系统介绍
莫尔条纹的宽度计算： 设a=b=W/2， 则 (W/2)/B=sin(θ/2)，
当θ很小时， sin(θ/2)=θ/2， 故有：B=W/θ， 称作莫尔条纹的宽度，又称 为节距。
简易刀架控制—位置码盘/可双向旋转
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
九、加工中心刀库控制
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技术讲座(5) 数控机床故障分析
一、机械故障
1. 机床坐标轴运动部件配合故障 故障现象:不加工伺服电机温度高. >60°
分析
断开传动还热, 说明是伺服电机内部机械故障
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光栅细分电路
技术讲座 数控系统介绍
一个光电池进行位移测量时，最小分辨力为1个栅距。为了， 提高分辨力，可使栅距减小，即增加刻线密度。另一种方法 是在双光电元件的基础上，经过信号调节环节对信号进行细 分，其电路框图如图所示。
（sin）
微分
1
差动放大
整形
2
微分
3
4
（cos）
微分
硅光电池
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技术讲座(2) 数控机床机械结构介绍
数控机床对机械要求
无级调速，调速范围宽
具有较高的精度、刚度、耐磨 性，传动平稳、噪声低
具有良好的抗震性
一、床身（导轨）
床身：车床有直/斜床身；铣床有倒Y/ 直柱等。
线轨 导轨 硬轨
塑料轨
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技术讲座 数控机床机械结构介绍
二、主轴
硬件接口为RS422协议, 有2个信号(A和B), 6根导线(A, A, B, B, +5V, 0V)
由PLC定义手轮变量, PLC-----NCK 读写 西门子32001000~32001009/380X0004~5
由PLC定义手轮变量包括:手轮选择/移动/ 增量选择/进给保持/连续点动等
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一定记录好各种信息, 另为数控机床提供良好接地.
过载能力强>300%, 但过载时间有限制. 驱动器对过载输出 电流及过载时间都 有严格限制.
注意:
在实际使用中出现电流过载报警, 必须查明原因.不可放大过载极限和 过载时间-----损坏电机和驱动器.
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技术讲座 数控系统介绍
4.主轴电机 机械主轴:
伺服电机 变频电机
电主轴:结构与特性如下图
三、数控机床的分类
技术讲座 数控机床概述
1．按工艺用途分类 （1）金属切削类数控机床 （2）金属成型类数控机床 （3）数控特种加工机床 （4）其它类型的数控机床
2．按机床运动的控制轨迹分类
（1）点位控制类数控机床 主要有数控钻床、数控冲床、 数控镗床、数控点焊机等
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（2）直线控制类数控机床
是采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控 制的方法。
（2）数控机床（Numerically Controlled Machine tool） 是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床。
COMPUTER
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2、数控机床的组成及工作原理
技术讲座 数控机床概述
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分析
为了完成主轴刚性攻丝,给齿带施加了过大的张紧力, 使施加 在轴端的悬臂力增大, 使电机轴承的使用寿命缩短.
4. 液压/气动故障.
5. 参考点故障.
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技术讲座(5) 数控机床故障分析
二、电气故障
1. 不重复性故障 故障现象:没有规律,偶尔发生. 传输数据突然中断
分析
干扰来自强的电磁干扰.
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍六、ຫໍສະໝຸດ 却系统组成冷却系统
液冷/气冷
手动/自动控制方式:M07,M08,M09
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
七、导轨润滑
润滑系统
组成 手动/自动控制方式
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
高速直流伺服--永磁式
低速大转矩宽调速
异步型:不能经济的实现宽范围调速
同步型: 多用永磁式
优点:结构简单,可靠,效率高 缺点:体积大,启动特性不佳
带制动器伺服电机
刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机
主轴电机 伺服电机
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技术讲座 数控系统介绍
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3.过载能力
技术讲座 数控系统介绍
断开传动不热, 说明是传动系统机械故障
2. 伺服电机与丝杠的连轴器松动 故障现象:加工的尺寸有明显的变化.
分析
半闭环: 没有任何报警,一定是机械传动故障---连轴器
全闭环:出现轮廓误差报警,一定是机械传动故障---连轴器
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技术讲座(5) 数控机床故障分析
3. 主轴电机轴承损坏 故障现象:电机发热,轴断温度明显高, 高速过载报警, 机械摩擦声
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技术讲座(1) 数控机床概述
一、数控机床产生与发展
1．数控机床的产生 1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了
世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了 迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的 发展至今已经历了两个阶段和六代。
1952年的第一代——电子管数控机床 1959年的第二代——晶体管数控机床 1965年的第三代——集成电路数控机床 1970年的第四代——小型计算机数控机床 1974年的第五代——微型计算机数控系统 1990年的第六代——基于PC的数控机床。
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
五、主轴控制方式/换挡
速度控制方式:由M03/M04/M05/SXXXX自动变速,手动
伺服主轴 控制方式
位置控制方式:主轴分度/刚性攻丝/自动换刀定位 SPOS/M19激活.
摆动控制方式:M41~M45对应1挡~5挡.
数控系统默认是自动换挡,根据程序及机床定义自动完成换挡 M41~M45是强制换挡.
垂
加 工 中 心
直 转 塔 式 立
式
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技术讲座(3) 数控系统介绍
一、CNC系统及连接
1.数控系统构成 NC 核心
HMI
PLC
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技术讲座 数控系统介绍
2.典型数控系统---FANUC
FANUC系统
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技术讲座 数控系统介绍
2.典型数控系统—802DSL
中间 继电 器
(R)
DI/DO
公共端 接收
驱动
机床
负
电
载
源
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4.数控系统 连接-802DSL
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西门子数控系统信号接口结构
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4.数控系统 连接-FANUC
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技术讲座 数控系统介绍
二、伺服电机
直流 1.分类
交流
2.速度-转矩特性
软限位:内部安全功能—基准是机床的原点,机床回参考点后生效 加工区域限制:另一种软限位—可根据需要随时设定.另可根据特殊要求通过 PLC激活第二软限位-----用于换刀区域保护.
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
三、进给倍率/主轴倍率
编码式波段开关:进给0~120%,主轴50~120%, 编码形式为二进制或 格林码. 如是2进制可在PLC中转化为格林码. 格林码特点是五位没 有全”0”的编码.
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
二、急停及限位
1.急停控制: 在紧急时,制动运动部件—短时停车
急停不应直接切断主电源,要根据伺服断电要求控制
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
2.限位控制: 硬限位/软限位/加工区域限制
硬限位:外部安全保证—撞块长度>减速距离—PLC或外部电路控制
直连/带减速器/电主轴 注意:主轴润滑/冷却
主轴准停装置
铣床用电主轴
BT30/BT40/BT50
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主轴调速 变频器在数车床主轴调速上的应用
CAK6136
CAK6150DJ
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主轴调速 变频器在数铣床主轴调速上的应用
XK714A
数控雕铣机
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差动放大
整形
微分
Y1
Y2 Y3
Y4
Y5 Y6 Y7
H1
正向脉冲
H2
反向脉冲
Y8
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技术讲座 数控系统介绍
2.脉冲编码器
有接触式、光电式、电磁式，又分为绝对和增量式，主要参数：脉冲数/转
（1）增量脉冲编码器
光敏元件
透光狭缝
码盘基片
光栅板
透镜
z ba
信号处理装置
m+τ/4
节距τ
光源
八、车床刀架控制
系统
组成:机械/电气—电机,霍耳元件/码盘 手动/自动控制方式
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
简易刀架控制—霍耳/单向旋转
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
简易刀架控制—位置码盘/可双向旋转
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
机械电气电机霍耳元件码盘手动自动控制方式48技术讲座技术讲座4数控机床典型电路介绍数控机床典型电路介绍简易刀架控制霍耳单向旋转49技术讲座技术讲座4数控机床典型电路介绍数控机床典型电路介绍简易刀架控制位置码盘可双向旋转50技术讲座技术讲座4数控机床典型电路介绍数控机床典型电路介绍简易刀架控制位置码盘可双向旋转51技术讲座技术讲座4数控机床典型电路介绍数控机床典型电路介绍九加工中心刀库控制52技术讲座技术讲座5数控机床故障分析数控机床故障分析机床坐标轴运动部件配合故障故障现象
恒转矩区
恒功率区
主轴转速与转矩可用变速器改变
主轴电机过载能力
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三、检测
技术讲座 数控系统介绍
常用位置检测装置
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1.光栅
技术讲座 数控系统介绍
光栅是一种高精度的位移传感器。它是光学 元件。闭环控制的数控机床多采用光栅用于直线 位移和角位移的检测(直线光栅和圆光栅)。光栅 可分为透射光栅和反射光栅两类。前者是在透明 的光学玻璃板上，刻制平行等距的密集线纹，利 用光的透射现象形成光栅。
对不同的数控系统换挡时序不同,但对同一系统的几个挡位换挡时序相同.
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
主轴换挡设定
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
主轴换挡过程
换挡过程互锁—主要 是主轴零速.
换挡过程边界条件:
1.由时间控制每次动作. 2.多次换挡没有完成,由 计数器停止换挡动作.
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
格林码进给倍率 /主轴倍率对照表
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
四、电子手轮
是操作部件, 可手动移动坐标轴. 100个刻度/转, 增量1---0.001mm, 增量10----0.01mm, 增量100----0.1mm, 1000----1mm. 一般机床可设 3个手轮.
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技术讲座 数控机床概述
现在大致分为专用数控系统和通用数控系统
2．数控机床的发展趋势 （1）高速度、高精度化
（2）多功能化、智能化、小型化 （3）高可靠性 （4）网络化（柔性制造系统）
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技术讲座 数控机床概述
二、数控机床的概念及组成
1．数控机床的基本概念 （1）数控（Numerical Control，简称NC）
Z ZBBAA
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(2) 绝对式编码器
结构和工作原理 码盘基片上有多圈码道，且 每码道的刻线数相等； 对 应 每 圈 都 有 光 电 传 感
器； 输出信号的路数与码盘圈
数成正比； 检测信号按某种规律编码
输出，故可测得被测轴的 周向绝对位置。
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23 22 21 20
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
一、CNC系统供电
1.驱动器电源模块:上电/断电
2.数控系统独立供电:上电/断电
端子64驱动器进入工作状态/端子63激活驱动器脉冲控制/端子48控制 接触器通-直流母线充电
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技术讲座(4) 数控机床典型电路介绍
3.伺服系统供电
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