數(shù)控機(jī)床及工業(yè)機(jī)器人概要

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2、TTR平均修復(fù)時(shí)間FMC柔性制造單元Flexible Manufacturing CellFMS柔性制造系統(tǒng)Flexible Manufacturing SystemCIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)Computer integrated manufacturing system2、廣泛應(yīng)用的類(lèi)型靜壓蝸桿蝸母條機(jī)構(gòu)特別適宜應(yīng)用于重型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中半閉環(huán)控制方式應(yīng)用比較廣泛。加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床，分為鏜銑類(lèi)加工中心和車(chē)削中心。目前多采用共享總線結(jié)構(gòu)的多微處理器CNC。當(dāng)今占據(jù)大部分制造業(yè)市場(chǎng)的CNC裝置為專(zhuān)用型CNC裝置。國(guó)內(nèi)，在鋼鐵和有色冶金行業(yè)的自

3、動(dòng)控制中PLC的應(yīng)用已占首位，其次是機(jī)械制造和汽車(chē)制造業(yè)。斬波驅(qū)動(dòng)電路是20世紀(jì)80年代以來(lái)應(yīng)用較為廣泛的驅(qū)動(dòng)電路，是一種較好的實(shí)用驅(qū)動(dòng)電路。在工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)中，交流伺服電動(dòng)機(jī)是主流。3、數(shù)控機(jī)床的組成部分?jǐn)?shù)控機(jī)床：CNC系統(tǒng)：程序（零件加工程序）：重要組成部分輸入輸出（I/O）設(shè)備簡(jiǎn)單：鍵盤(pán)、米字管、數(shù)碼管一般：人機(jī)對(duì)話編程鍵盤(pán)、CRT、LCD、紙帶、磁帶、磁盤(pán)輸入機(jī)、穿孔機(jī)、電傳機(jī)高級(jí)：自動(dòng)編程機(jī)、CAD/CAM系統(tǒng)CNC裝置（核心部件）：計(jì)算機(jī)（軟硬件）、PLC、接口電路主軸驅(qū)動(dòng)裝置：進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置：機(jī)床主機(jī)數(shù)控機(jī)床包括CNC系統(tǒng)，CNC系統(tǒng)包括CNC裝置，CNC裝置包括PLC。3、為了

4、滿足數(shù)控機(jī)床的要求，機(jī)床主機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)具備的特點(diǎn)：（1）高剛度和高抗振性途徑：提高機(jī)床靜剛度、固有頻率，改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)的阻尼特性）方法：合理布局機(jī)床結(jié)構(gòu)、筋板提高剛度具體方法：縮短主軸端部受力懸伸段、采用傾斜床身、主軸箱采用嵌入式結(jié)構(gòu)、立柱構(gòu)件采用加強(qiáng)筋布局設(shè)計(jì)、床身采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)采用新材料、特殊結(jié)構(gòu)提高動(dòng)剛度、抗振能力具體方法：聚合物混凝圖制作機(jī)床大件、大件表面采用阻尼涂層（2）機(jī)床熱變形小方法：采用熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)及熱平衡措施。具體方法：發(fā)熱部件采取散熱、風(fēng)冷、液冷；切削部位采取強(qiáng)冷采用熱位移補(bǔ)償。預(yù)測(cè)變形，建立模型，計(jì)算機(jī)計(jì)算，實(shí)時(shí)補(bǔ)償。（3）傳動(dòng)高效率、無(wú)間隙、低摩擦方法：導(dǎo)軌多采用：塑料滑

5、動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌 進(jìn)給系統(tǒng)中：滾珠絲杠副、預(yù)加載雙齒輪齒條結(jié)構(gòu)、靜壓蝸桿蝸母條機(jī)構(gòu)（4）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。原因是采用了高性能、寬調(diào)速范圍的交、直流主軸電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)4、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)（1）刀具和工件建相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡：點(diǎn)位控制、輪廓控制（2）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制方式：開(kāi)環(huán)不帶位置檢測(cè)反饋裝置；使用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)快，調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：控制精度和速度比較低閉環(huán)位置檢測(cè)反饋裝置安裝在機(jī)床工作臺(tái)上；優(yōu)點(diǎn)：精度很高缺點(diǎn)：容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)和調(diào)試難度較大半閉環(huán)位置檢測(cè)反饋裝置安裝在電動(dòng)機(jī)端頭或絲杠的端頭優(yōu)點(diǎn)：精度不如閉環(huán)，但穩(wěn)定性好，調(diào)試也比較方便（3）加工方式：

6、金屬切削類(lèi)、金屬成型類(lèi)、特種加工類(lèi)、其他類(lèi)（4）CNC裝置的功能水平：高、中、低（經(jīng)濟(jì)型）5、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：（1）能加工一般機(jī)床難以加工或不能加工的復(fù)雜型面。（2）可以獲得更高的精度和穩(wěn)定的質(zhì)量（重復(fù)精度好）。（3）具有廣泛的適應(yīng)性和較大靈活性。（4）一機(jī)多用。（一臺(tái)機(jī)器可以抵多臺(tái)各類(lèi)型一般機(jī)床）（5）生產(chǎn)率高。（6）大大減少在制品數(shù)量，加速流動(dòng)資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。（7）可實(shí)現(xiàn)精確的成本核算和生產(chǎn)精度安排。（8）改善工作環(huán)境，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。（9）是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)加工的主要設(shè)備，是發(fā)展柔性生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)。6、CNC裝置的功能：基本功能：控制、準(zhǔn)備、插補(bǔ)、進(jìn)給、主軸、輔助、選

7、刀及工作臺(tái)分度、固定循環(huán)選擇功能：補(bǔ)償、字符圖形顯示、診斷、通信、在線自動(dòng)編程7、由微處理器的情況來(lái)看CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)（微處理器是CNC裝置的核心）單微處理器多微處理器應(yīng)用早期的CNC，經(jīng)濟(jì)型CNC現(xiàn)代CNC裝置定義只有一個(gè)微處理器有兩個(gè)或兩個(gè)以上微處理器，但只有一個(gè)能夠控制系統(tǒng)總線。多個(gè)微處理器控制方式集中控制，分時(shí)處理分管各自任務(wù)，形成功能單元（功能模塊）結(jié)構(gòu)以總線為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)共享總線結(jié)構(gòu)：主模塊，從模塊；系統(tǒng)總線上連接公共存儲(chǔ)器共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：設(shè)置多端口存儲(chǔ)器，連接多條數(shù)據(jù)、地址、控制線。電路板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)：CNC主要功能集中的大印刷電路板，輔助功能模板（小印刷電路板）。模塊化

8、結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)總線為母板，尺寸相同的功能模板模塊化結(jié)構(gòu)：六種基本功能模塊，CNC管理、CNC插補(bǔ)、位置控制、存儲(chǔ)器、PLC、輸入輸出及顯示PLC類(lèi)型采用內(nèi)裝型PLC為多采用獨(dú)立型PLC為多微處理器由運(yùn)算器和控制器兩部分組成，運(yùn)算器完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，控制器負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器讀取指令、分析指令，發(fā)出控制信號(hào)，接受反饋信息，決定下一步操作命令。微處理器的主頻和字長(zhǎng)決定了微處理器的運(yùn)算速度。8、由體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放和封閉情況來(lái)看CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)CNC裝置的開(kāi)放化主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的公開(kāi)化。各組成部分之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放式CNC裝置（PCNC系統(tǒng)）組成方式：項(xiàng)目PC連接型CNCPC內(nèi)藏型CNCCNC

9、內(nèi)藏型PC全軟件型NC連接串行通信連接專(zhuān)用總線連接擴(kuò)展槽中插專(zhuān)用CNCCNC全部功能由PC完成優(yōu)點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)，可使用通用軟件CNC可用，數(shù)據(jù)傳輸快，系統(tǒng)相應(yīng)快充分保證系統(tǒng)性能，軟件通用性強(qiáng)，編程處理靈活硬件通用性強(qiáng)，編程處理靈活缺點(diǎn)CNC不能實(shí)現(xiàn)開(kāi)放化通信速度慢，相應(yīng)速度慢不能用通用PC，PC開(kāi)發(fā)程序受限制難利用現(xiàn)有CNC資源，可靠性不高難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，難保證系統(tǒng)性能，難利用現(xiàn)有CNC資源9、CNC裝置的兩類(lèi)控制數(shù)字控制（NC控制），實(shí)現(xiàn)各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的控制高速軌跡信息（刀具補(bǔ)償處理、進(jìn)給速度處理），插補(bǔ)計(jì)算，位置控制，伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)同移動(dòng)順序控制（輔助控制），完成各種應(yīng)答動(dòng)作低速輔助信息，包括輔

10、助功能M、主軸轉(zhuǎn)速功能S、刀具功能T10、PLC的組成硬件：基本組成部分（最小系統(tǒng)）：CPU、存儲(chǔ)器（系統(tǒng)、用戶）、輸入接口、輸出接口、電源I/O擴(kuò)展部分：為系統(tǒng)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)而設(shè)計(jì)外部設(shè)備：主要是為設(shè)計(jì)和調(diào)試PLC的應(yīng)用程序而設(shè)，包括：編程器、EPROM、磁帶機(jī)、打印機(jī)、監(jiān)視器軟件：系統(tǒng)軟件：通常被固化在ROM中應(yīng)用軟件：通常在RAM中，用鋰電池掉電保護(hù)；不經(jīng)常變動(dòng)的應(yīng)用程序可固化在EPROM中11、PLC的基本技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)器容量、掃描速度、I/O點(diǎn)數(shù)、編程語(yǔ)言12、PLC的特點(diǎn)（1）控制程序可變，具有良好的柔性（2）采用面向過(guò)程的語(yǔ)言，編程方便。使用RLL語(yǔ)言和SFC語(yǔ)言（3）功能完善

11、（4）擴(kuò)充方便，配置靈活（5）系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便（6）可靠性高13、數(shù)控機(jī)床中所使用的PLC類(lèi)型特點(diǎn)比較內(nèi)裝型PLC獨(dú)立型PLC性能指標(biāo)由從屬的CNC裝置的性能、規(guī)格來(lái)確定可根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能的要求，靈活選購(gòu)或自行開(kāi)發(fā)通用型PLC與CNC共用微處理器、具有專(zhuān)用微處理器可以擴(kuò)大CNC的控制功能與CNC其他電路同裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共用一個(gè)電源和地線可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以做成附加印刷電路板沒(méi)有單獨(dú)配置的I/O接口電路，使用CNC裝置本身的I/O接口電路要進(jìn)行PLC與CNC裝置的I/O連接，PLC與機(jī)床側(cè)的I/O連接造價(jià)低，性價(jià)比高性價(jià)比不如內(nèi)裝型PLC14、在C

12、NC裝置以外的PLC應(yīng)用類(lèi)型（領(lǐng)域或途徑）順序控制和開(kāi)關(guān)邏輯控制、閉環(huán)過(guò)程控制、組合數(shù)字控制、組成多級(jí)控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人的控制15、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)進(jìn)給伺服系統(tǒng)：控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；包括速度控制和位置控制主軸伺服系統(tǒng)：控制主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和切削過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩和功率；一般只以速度控制為主輔助伺服系統(tǒng)：控制刀庫(kù)、料庫(kù)等輔助系統(tǒng)；一般多采用位置控制16、數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求：進(jìn)給伺服系統(tǒng)：高精度；快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào)；調(diào)速范圍寬；低速大轉(zhuǎn)矩；可靠性高主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（特殊要求）：主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)同步；具有恒線速切削功能；具有高精度的停位控制功能；角度控制功能17、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)

13、速主要取決于脈沖的頻率，移動(dòng)的總位移取決于總的脈沖數(shù)。（2）步距誤差不長(zhǎng)期積累。（3）控制性能好，在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，任何運(yùn)動(dòng)方式都不會(huì)丟步。18、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)：反應(yīng)式、電磁式、永磁式、永磁感應(yīng)子式。19、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)：步距精度、最大靜轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)頻率、連續(xù)運(yùn)行頻率。20、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)當(dāng)滿足的要求：（1）電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)相適應(yīng)。（2）能滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求（3）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)（4）成本低、效率高，安裝和維護(hù)方便CNC裝置的插補(bǔ)脈沖環(huán)形分配器功率驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21、永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子類(lèi)型普通型：采

14、用斜槽，還有虛槽特點(diǎn)：（1）低速時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩大，慣量比較大（2）能與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)直接相連，減少機(jī)械振動(dòng)、噪聲和齒隙誤差（3）轉(zhuǎn)子熱容量大，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載性能好（4）調(diào)速范圍寬（5）慣量大，為滿足快速響應(yīng)的要求，加大加速轉(zhuǎn)矩，需要加大電源容量（6）轉(zhuǎn)子溫升高，會(huì)傳到機(jī)械上，影響精度小慣量型：無(wú)槽轉(zhuǎn)子：包子形的繞組繞在光滑的圓柱體上；氣隙磁密高、無(wú)齒槽效應(yīng)空心杯形轉(zhuǎn)子：漆包線編成杯形，無(wú)鐵芯；輕巧、慣量極小、氣隙較大、工藝難度大印刷繞組轉(zhuǎn)子：繞組印制在圓形絕緣薄板上；慣量很小、低速運(yùn)轉(zhuǎn)性能好特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量小，適合于快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)22、直流主軸電動(dòng)機(jī)、永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)工作

15、曲線比較23、直流伺服電動(dòng)機(jī)速度控制方法直流主軸電動(dòng)機(jī)的速度控制：改變轉(zhuǎn)子繞組電壓（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）；改變勵(lì)磁電流調(diào)速（恒功率調(diào)速）。永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制：晶閘管調(diào)速系統(tǒng)；晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)24、交流伺服電動(dòng)機(jī)速度控制方法交流主軸電動(dòng)機(jī)的速度控制：將被控變量由矢量轉(zhuǎn)換為標(biāo)量，交流矢量的直流標(biāo)量化永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制：改變電源的頻率調(diào)速25、工業(yè)機(jī)器人的組成操作機(jī)：末端執(zhí)行器、手腕、手臂、機(jī)座驅(qū)動(dòng)裝置：電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)和閉環(huán)；決策級(jí)、策略級(jí)、執(zhí)行級(jí)26、工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)：（1）按坐標(biāo)形式分：PPP、RPP、RRP、RRR（2）按驅(qū)動(dòng)方式分：電力驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)（3）按控制方式分：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制（4）按使用范圍分：可編程序的通用機(jī)器人、固定程序的專(zhuān)用機(jī)器人27、工業(yè)機(jī)器人的主要特性參數(shù)（1）坐標(biāo)型式：PPP、RPP、RRP、RRR（2）運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)目（3）各自由度的動(dòng)作范圍：決定工作空間的形狀和大?。?）各自由度的動(dòng)作速度：（5）額定負(fù)載（6）精度：包括位姿精度、位姿重復(fù)性、軌跡精度、軌跡重復(fù)性28、