第六章机电一体化系统实例 机电一体化系统设计课件

第六章 机电一体化系统实例
一、数控技术cal Control NC）是一种借助数 字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、 装配等）进行可编程控制的自动化方法。
数控技术（Numerical Control Technology）采用 数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
二、 数控机床的分类
轮廓控制数控系统
轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调 运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和 速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。
适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲 线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种 数控系统。
一、数控技术与数控机床
PLC、机床I/O电路和装置
PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成与逻 辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；
机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、 电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；
功能：
半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装 置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检 测，不是直接检测运动部件的实际位置。
一、数控技术与数控机床
数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数控技术对机床的加工过程进行自动控制 的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。
数控系统（Numerical Control System）实现数 字控制的装置。
计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。
二、 数控机床的分类
按联动轴数分，
2轴联动（平面曲线） 3轴联动（空间曲面，球头刀） 4轴联动（空间曲面） 5轴联动及6轴联动（空间曲面） 。
联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。
二、 数控机床的分类
按进给伺服系统的类型分类
按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置
可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数
数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1：
一、数控技术与数控机床
表1 控制介质和输入输出设备表
控制介质
输入设备
输出设备
穿孔纸带
纸带阅读机
纸带穿孔机
磁带 磁盘
磁带机或录音机 磁盘驱动器
一、数控技术与数控机床
通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外， 一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现 CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式 有： 串行通讯（RS-232等串口）、 自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等） 网络技术（internet，LAN等）。
一、数控技术与数控机床
CNC装置(CNC单元)
组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口 板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动 轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到 相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这 些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，
使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系 统的核心
一、数控技术与数控机床
伺服单元、驱动装置和测量装置 伺服单元和驱动装置 主轴伺服驱动装置和主轴电机 进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令： 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置 控制）。 主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）
控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为
全闭环和半闭环两种。
二、 数控机床的分类
开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进 给系统），故系统稳定性好。
CNC 插补指令
A相、B
脉冲频率f 脉冲个数n
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
二、 数控机床的分类
二、 数控机床的分类
按工艺用途分类
切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、 数控齿轮加工机床、FMC等。
成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。 特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。 其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。
二、 数控机床的分类
按控制功能分类 点位控制数控系统 仅能实现刀具相对于工件从一 点到另一点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗 床、数控冲床和数控测量机。
组成：按钮站、状态灯、按 键阵列（功能与计算机键盘 一样）和显示器；。
它是数控机床特有部件。
一、数控技术与数控机床
控制介质与输入输出设备
控制介质是记录零件加工程序的媒介
输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。 交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录 在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调 试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相 应的控制介质上。
接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控 制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作
接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理 后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。
一、数控技术与数控机床
机床
机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部 件。
组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖 板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等） 以及特殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系 统）和辅助装置（如排屑装置等）。
一、数控技术与数控机床
数控系统与数控机床的组成
计算机数控系统
机床I/O 电路和装置
操作面板 PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床 主进辅 运 动 机给 传 动 机助 控 制 机 构构构
第一节 数控技术与数控机床
操作面板
它是操作人员与数控装置进 行信息交流的工具。