數(shù)控機床機電系統(tǒng)概述

數(shù)控機床機電系統(tǒng)概述第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床系統(tǒng)概述主要內容：概述:數(shù)控機床發(fā)展、組成、工作原理機械結構：導軌、主軸、進給機構、輔助裝置CNC數(shù)控系統(tǒng)：硬件連接、電機、檢測、其它控制機床實例及故障分析2第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(1)數(shù)控機床概述一、數(shù)控機床產(chǎn)生與發(fā)展1．數(shù)控機床的產(chǎn)生1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀以來，數(shù)控技術得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六代。1952年的第一代——電子管數(shù)控機床1959年的第二代——晶體管數(shù)控機床1965年的第三代——集成電路數(shù)控機床1970年的第四代——小型計算機數(shù)控機床1974年的第五代——微型計算機數(shù)控系統(tǒng)1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機床。3第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述現(xiàn)在大致分為專用數(shù)控系統(tǒng)和通用數(shù)控系統(tǒng)2．數(shù)控機床的發(fā)展趨勢（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）網(wǎng)絡化（柔性制造系統(tǒng)）4第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述二、數(shù)控機床的概念及組成

1．數(shù)控機床的基本概念（1）數(shù)控（NumericalControl，簡稱NC）

是采用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的方法。（2）數(shù)控機床（NumericallyControlledMachinetool）是指裝備了計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床，簡稱CNC機床。COMPUTER5第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述2、數(shù)控機床的組成及工作原理6第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述三、數(shù)控機床的分類

1．按工藝用途分類（1）金屬切削類數(shù)控機床（2）金屬成型類數(shù)控機床（3）數(shù)控特種加工機床（4）其它類型的數(shù)控機床2．按機床運動的控制軌跡分類（1）點位控制類數(shù)控機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床、數(shù)控點焊機等7第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述（2）直線控制類數(shù)控機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床（3）輪廓控制數(shù)控機床2個以上的運動軸聯(lián)動,加工各種曲線/曲面.數(shù)控車、銑、線切割、加工中心8第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述3.按伺服控制方式分（1）開環(huán)控制（2）閉環(huán)控制9第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床概述（3）半閉環(huán)控制10第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(2)數(shù)控機床機械結構介紹數(shù)控機床對機械要求無級調速，調速范圍寬具有較高的精度、剛度、耐磨性，傳動平穩(wěn)、噪聲低具有良好的抗震性一、床身（導軌）床身：車床有直/斜床身；銑床有倒Y/直柱等。導軌線軌硬軌塑料軌11第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床機械結構介紹二、主軸直連/帶減速器/電主軸注意:主軸潤滑/冷卻BT30/BT40/BT50主軸準停裝置銑床用電主軸12第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三變頻器在數(shù)車床主軸調速上的應用CAK6136CAK6150DJ主軸調速13第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三變頻器在數(shù)銑床主軸調速上的應用XK714A數(shù)控雕銑機主軸調速14第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床機械結構介紹三、進給機構采用滾珠絲杠直接與伺服電機直連注意15第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床機械結構介紹四、輔助裝置1.工作臺各種類型的工作臺數(shù)控分度頭數(shù)控回轉工作臺16第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控機床機械結構介紹四、輔助裝置2.液壓和氣動系統(tǒng)3.潤滑系統(tǒng)4.冷卻系統(tǒng)5.排屑系統(tǒng)6.自動換刀垂直轉塔式立式加工中心17第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(3)數(shù)控系統(tǒng)介紹一、CNC系統(tǒng)及連接1.數(shù)控系統(tǒng)構成NC核心HMIPLC18第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹2.典型數(shù)控系統(tǒng)---FANUCFANUC系統(tǒng)19第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹2.典型數(shù)控系統(tǒng)—802DSL20第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹2.典型數(shù)控系統(tǒng)—802DSL21第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三數(shù)控系統(tǒng)機床接收驅動負載電源公共端DI/DOGFXY*ESP,*DECx等保持型繼電器Counter(C)Timer(T)Keeprelay(K)Datatable(D)Variabletable(D)中間繼電器(R)

技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹3.數(shù)控系統(tǒng)原理22第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三

4.數(shù)控系統(tǒng)連接-802DSL23第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三

西門子數(shù)控系統(tǒng)信號接口結構24第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三

4.數(shù)控系統(tǒng)連接-FANUC25第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹二、伺服電機1.分類直流高速直流伺服--永磁式低速大轉矩寬調速交流異步型:不能經(jīng)濟的實現(xiàn)寬范圍調速同步型:多用永磁式優(yōu)點:結構簡單,可靠,效率高缺點:體積大,啟動特性不佳2.速度-轉矩特性刀庫刀具定位電機主軸電機帶制動器伺服電機伺服電機機械手旋轉定位電機26第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹27第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹3.過載能力過載能力強>300%,但過載時間有限制.驅動器對過載輸出電流及過載時間都有嚴格限制.注意:在實際使用中出現(xiàn)電流過載報警,必須查明原因.不可放大過載極限和過載時間-----損壞電機和驅動器.28第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹4.主軸電機機械主軸:變頻電機伺服電機電主軸:結構與特性如下圖恒轉矩區(qū)恒功率區(qū)主軸轉速與轉矩可用變速器改變主軸電機過載能力29第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹三、檢測常用位置檢測裝置30第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹1.光柵31第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹光柵工作原理ab莫爾條紋的寬度計算：設a=b=W/2，則(W/2)/B=sin(θ/2)，當θ很小時，sin(θ/2)=θ/2，故有：B=W/θ，稱作莫爾條紋的寬度，又稱為節(jié)距。32第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹光柵細分電路1234硅光電池正向脈沖反向脈沖H1H2差動放大差動放大整形整形微分微分微分微分（sin）（cos）Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8一個光電池進行位移測量時，最小分辨力為1個柵距。為了，提高分辨力，可使柵距減小，即增加刻線密度。另一種方法是在雙光電元件的基礎上，經(jīng)過信號調節(jié)環(huán)節(jié)對信號進行細分，其電路框圖如圖所示。

33第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座數(shù)控系統(tǒng)介紹有接觸式、光電式、電磁式，又分為絕對和增量式，主要參數(shù)：脈沖數(shù)/轉2.脈沖編碼器abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光柵板節(jié)距τm+τ/4信號處理裝置（1）增量脈沖編碼器34第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三01011110011001111000100110101011110011011111000000010010001101002322212035第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹一、CNC系統(tǒng)供電1.驅動器電源模塊:上電/斷電2.數(shù)控系統(tǒng)獨立供電:上電/斷電端子64驅動器進入工作狀態(tài)/端子63激活驅動器脈沖控制/端子48控制接觸器通-直流母線充電36第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹3.伺服系統(tǒng)供電37第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹二、急停及限位1.急?？刂?在緊急時,制動運動部件—短時停車急停不應直接切斷主電源,要根據(jù)伺服斷電要求控制38第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹2.限位控制:硬限位/軟限位/加工區(qū)域限制硬限位:外部安全保證—撞塊長度>減速距離—PLC或外部電路控制軟限位:內部安全功能—基準是機床的原點,機床回參考點后生效加工區(qū)域限制:另一種軟限位—可根據(jù)需要隨時設定.另可根據(jù)特殊要求通過PLC激活第二軟限位-----用于換刀區(qū)域保護.39第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹三、進給倍率/主軸倍率編碼式波段開關:進給0~120%,主軸50~120%,編碼形式為二進制或格林碼.如是2進制可在PLC中轉化為格林碼.格林碼特點是五位沒有全”0”的編碼.40第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹格林碼進給倍率/主軸倍率對照表41第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹四、電子手輪是操作部件,可手動移動坐標軸.100個刻度/轉,增量1---0.001mm,增量10----0.01mm,增量100----0.1mm,1000----1mm.一般機床可設3個手輪.硬件接口為RS422協(xié)議,有2個信號(A和B),6根導線(A,A,B,B,+5V,0V)由PLC定義手輪變量,PLC-----NCK讀寫西門子32001000~32001009/380X0004~5由PLC定義手輪變量包括:手輪選擇/移動/增量選擇/進給保持/連續(xù)點動等42第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹五、主軸控制方式/換擋伺服主軸控制方式速度控制方式:由M03/M04/M05/SXXXX自動變速,手動位置控制方式:主軸分度/剛性攻絲/自動換刀定位SPOS/M19激活.擺動控制方式:M41~M45對應1擋~5擋.數(shù)控系統(tǒng)默認是自動換擋,根據(jù)程序及機床定義自動完成換擋M41~M45是強制換擋.對不同的數(shù)控系統(tǒng)換擋時序不同,但對同一系統(tǒng)的幾個擋位換擋時序相同.43第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹主軸換擋設定44第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹主軸換擋過程換擋過程互鎖—主要是主軸零速.換擋過程邊界條件:1.由時間控制每次動作.2.多次換擋沒有完成,由計數(shù)器停止換擋動作.45第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹六、冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)組成液冷/氣冷手動/自動控制方式:M07,M08,M0946第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹七、導軌潤滑潤滑系統(tǒng)組成手動/自動控制方式47第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹八、車床刀架控制系統(tǒng)組成:機械/電氣—電機,霍耳元件/碼盤手動/自動控制方式48第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹簡易刀架控制—霍耳/單向旋轉49第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹簡易刀架控制—位置碼盤/可雙向旋轉50第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹簡易刀架控制—位置碼盤/可雙向旋轉51第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(4)數(shù)控機床典型電路介紹九、加工中心刀庫控制52第五十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三技術講座(5)數(shù)控機床故障分析1.機床坐標軸運動部件配合故障故障現(xiàn)象:不加工伺服電機溫度高.>60°分析斷開傳動還熱,說明是伺服電機內部機械故障斷開傳動不熱,說明是傳動系統(tǒng)機械故障2.伺服電機與絲杠的連軸器松