教學(xué)配套課件：數(shù)控機床電氣控制

1、數(shù)控機床電氣控制 下一頁前言為了適應(yīng)高職高專，特別是五年制高職的教學(xué)計劃，適應(yīng)市場經(jīng)濟需要，編者總結(jié)了多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗編寫了“數(shù)控機床電氣控制”一書。本書編寫的目標是解決數(shù)控機床電氣控制的技術(shù)及應(yīng)用問題，培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，只有掌握了一定的基本原理、基本方法，通過基本技能的訓(xùn)練和實踐，才能達到本課程的目標。下一頁上一頁本書取材較好地結(jié)合的專業(yè)特點，教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度體現(xiàn)了先進性、靈活性和實用性。從計算機的誕生到數(shù)控機床的出現(xiàn)和應(yīng)用，數(shù)控機床已經(jīng)成為機電一體化產(chǎn)品的結(jié)果。而電氣控制技術(shù)也在數(shù)控機床應(yīng)用中產(chǎn)生了重要作用。下一頁上一頁本書以數(shù)控原理為理論基礎(chǔ)，以數(shù)控機床的計算

2、機數(shù)控系統(tǒng)、常用低壓電器、執(zhí)行部件（進給伺服電動機、主軸電動機等）與控制部件（伺服驅(qū)動單元、PLC可編程控制器等）及其組成的數(shù)控機床自動控制線路為主線，是學(xué)習(xí)者更好的掌握數(shù)控機床電氣控制原理、結(jié)構(gòu)及初步設(shè)計技能，并具有一定的數(shù)控機床電氣控制設(shè)計的創(chuàng)新能力。 下一頁上一頁目錄第一章 數(shù)控機床常用低壓電器 第二章 數(shù)控機床電氣控制基本環(huán)節(jié) 第三章 計算機數(shù)控系統(tǒng) 第四章 數(shù)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng) 第五章 PLC及在數(shù)控機床電氣控制中的應(yīng)用第六章 數(shù)控機床電氣控制電路設(shè)計實例第七章 數(shù)控機床電氣故障維修基礎(chǔ) 第一章 數(shù)控機床常用低壓電器1.1 概述1.2 接觸器1.3 繼電器1.4 低壓斷路器1.5 熔

3、斷器與主令電器1.6 電源變壓器返回第二章 數(shù)控機床電氣控制基本環(huán)節(jié)2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則2.2 數(shù)控機床電氣控制的邏輯表示2.3 數(shù)控機床電氣控制線路的基本規(guī)律返回第三章 計算機數(shù)控系統(tǒng)3.1 數(shù)控系統(tǒng)及其組成3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.4 SIEMENS和FANUC數(shù)控系統(tǒng)3.5 計算機數(shù)控裝置的接口3.6 經(jīng)濟型與標準型數(shù)控系統(tǒng)3.7 數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容性返回第四章 數(shù)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)4.1 數(shù)控機床驅(qū)動系統(tǒng)的概念4.2 數(shù)控機床的進驅(qū)動給系統(tǒng)4.3 數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)4.4 位置檢測裝置返回第五章 PLC及在數(shù)控機床電氣控制中的應(yīng)用5.

4、1 可編程序控制器概述5.2 可編程序控制器組成及工作原理5.3 可編程序控制器及其指令系統(tǒng)5.4 可編程序控制器的程序設(shè)計5.5 PLC在數(shù)控機床上的應(yīng)用返回第六章 數(shù)控機床電氣控制電路設(shè)計實例6.1 數(shù)控機床電氣控制電路設(shè)計原則6.2 TK1640數(shù)控車床電氣控制電路6.3 XK714A數(shù)控銑床電氣控制電路返回第七章 數(shù)控機床電氣故障維修基礎(chǔ)7.1 數(shù)控機床維修的基本要求7.2 數(shù)控機床故障分析的方法返回第一章 數(shù)控機床常用低壓電器1.1 概述1.2 接觸器1.3 繼電器1.4 低壓斷路器1.5 熔斷器與主令電器1.6 電源變壓器1.1 概述 電力拖動是用電動機來帶動生產(chǎn)機械運動的方式。生

5、產(chǎn)上廣泛采用的控制系統(tǒng)為繼電器接觸器控制系統(tǒng)，即用按鈕開關(guān)、接觸器、繼電器等有觸點電器組成。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低、維修方便；缺點是體積大、工作壽命低。用這類電器組成較復(fù)雜控制系統(tǒng)時，顯得觸點多，易出故障。1.1.1電器分類通常，凡是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測、轉(zhuǎn)換及保護作用的電工器械均可稱為電器。電器的用途廣泛，功能多樣，構(gòu)造各異，種類繁多。一按工作電壓等級分類下一頁1.1 概述1低壓電器2高壓電器二按操作方式的原理分類1手動電器2自動電器三按用途分類1低壓配電電器2低壓控制電器四按工作原理分類1電磁式電器下一頁上一頁1.1 概述 2非電量控制電器1.1.2低壓電器的

6、結(jié)構(gòu)電磁式電器在低壓電器中占有十分重要的地位，在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。電磁式電器主要由電磁機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置等組成。一電磁機構(gòu)電磁機構(gòu)的主要作用是將電能量轉(zhuǎn)換成機械能量，將電磁機構(gòu)中吸引線圈的電流轉(zhuǎn)換成電磁力，帶動觸頭動作，完成通斷電路的控制作用。下一頁上一頁1.1 概述 電磁機構(gòu)由鐵心、銜鐵和線圈等幾部分組成，其作用原理：當線圈中有工作電流通過時，電磁吸力克服彈簧的反作用力，使得銜鐵與鐵心閉合，由連接機構(gòu)帶動相應(yīng)的觸頭動作。二觸頭系統(tǒng)觸頭的作用是接通或分斷電路，因此要求觸頭要具有良好的接觸性能，電流容量較小的電器常采用銀質(zhì)材料作觸頭，這是因為銀的氧化膜電阻率與純銀相似，可

7、以避免觸頭表面氧化膜電阻率增加而造成接觸不良。下一頁上一頁1.1 概述三滅弧裝置電器的動靜觸點在斷開電路的瞬間，由于氣體中少量正、負離子在電場強度作用下加速運動，與中性氣體分子碰撞，使其發(fā)生游離。同時，觸點金屬內(nèi)部的自由電子從陰極表面逸出奔向陽極，也撞擊中性氣體分子，也使其激勵和游離，這些離子在電場中定向運動時伴隨著強烈的熱過程，致使在電流通道內(nèi)形成等離子體，并伴有強烈的聲、光和熱效應(yīng)的弧光現(xiàn)象，即為電弧。 下一頁上一頁1.1 概述低壓控制電器常用的具體滅弧方法有：1機械滅弧機械滅弧是通過機械裝置將電弧迅速拉長。這種方法多用于開關(guān)電器中。2磁吹滅弧如圖1-3所示是磁吹滅弧裝置示意圖。3窄縫（縱

8、縫）滅弧法如圖1-4所示是利用滅弧罩上的窄縫實現(xiàn)滅弧的裝置。下一頁上一頁1.1 概述當觸點斷開時，電弧在電動力的作用下進入窄縫內(nèi)，窄縫可將電弧柱的直徑壓縮，使電弧與縫壁緊密接觸，加快冷卻和去游離作用，從而使電弧加快熄滅。4柵片滅弧法如圖1-5所示是柵片滅弧示意圖。由滅弧柵片（由多片鍍銅薄鋼片組成）、絕緣夾板等組成。 返回上一頁1.2 接觸器 接觸器是一種低壓自動切換、并具有控制與保護作用的電磁式電器。它可以用來頻繁地接通或分斷帶有負載的主電路（如電動機），并可實現(xiàn)遠距離控制，主要用來控制電動機，也可控制電容器、電阻爐和照明器具等電力負載。一接觸器的主要技術(shù)參數(shù)1額定電壓。接觸器銘牌上標注的額定

9、電壓是指主觸點的額定電壓。常用的額定電壓等級如表1-1所示。2額定電流。接觸器銘牌上標注的額定電流是指主觸點的額定電流。常用的額定電流等級如表1-1所示。 下一頁1.2 接觸器3線圈的額定電壓。常用的額定電壓等級如表1-2所示。 4接通和分斷能力。指主觸點在規(guī)定條件下能可靠地接通和分斷的電流值。在此電流值下，接觸器接通時主觸點不應(yīng)發(fā)生熔焊；接觸器分斷時主觸點不應(yīng)發(fā)生長時間的燃弧。接觸器的使用類別代號通常標注在產(chǎn)品的銘牌或工作手冊中。表中要求接觸器主觸點達到的接通和分斷能力為：（1）AC1和DC1類允許接通和分斷額定電流；（2）AC2、DC3和DC5類允許接通和分斷4倍額定電流；（3）AC3類允

10、許接通6倍額定電流和分斷額定電流；（4）AC4類允許接通和分斷6倍額定電流；（5）額定操作頻率。 下一頁上一頁1.2 接觸器二接觸器的型號含義1直流接觸器型號的含義如圖1-9所示為直流接觸器型號的含義。2交流接觸器型號的含義如圖1-10所示為交流接觸器型號的含義。三交流接觸器的選擇選用接觸器時應(yīng)從其工作條件出發(fā)，主要考慮下列因素。1控制交流負載應(yīng)選用交流接觸器；控制直流負載應(yīng)選用直流接觸器。2接觸器的使用類別應(yīng)與負載性質(zhì)相一致。下一頁上一頁1.2 接觸器 3主觸頭的額定工作電壓應(yīng)大于或等于負載電路的電壓。4主觸頭的額定工作電流應(yīng)大于或等于負載電路的電流。5吸引線圈的額定電壓應(yīng)與控制回路電壓相一

11、致，接觸器在線圈額定電壓85及以上時應(yīng)能可靠地吸合。四接觸器使用中的注意事項交流勵磁的交流接觸器在使用中應(yīng)注意以下幾個方面：1勵磁線圈電壓應(yīng)為85%105%UN。下一頁上一頁1.2 接觸器2鐵心銜鐵上短路環(huán)應(yīng)完好。3銜鐵、觸點支持件等活動部件動作應(yīng)靈活。4鐵心、銜鐵端面接觸良好、無異物。5觸點表面接觸良好，有一定的超程和接觸壓力。6操作頻率應(yīng)在允許范圍內(nèi)。返回上一頁1.3 繼電器繼電器是一種根據(jù)輸入信號的變化接通或斷開控制電路，實現(xiàn)控制目的電器。繼電器的輸入信號可以是電流、電壓等電量，也可以是溫度、速度、壓力等非電量，輸出為相應(yīng)的觸點動作繼電器的種類很多，按輸入信號的性質(zhì)分為電壓繼電器、電流繼

12、電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、中間繼電器、壓力繼電器等。 一電磁式繼電器電磁式繼電器是應(yīng)用最多的一種繼電器，其結(jié)構(gòu)和工作原理與電磁式接觸器相似，也是由電磁機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和釋放彈簧等部分組成。 下一頁1.3 繼電器 由于繼電器是用于切換小電流的控制電路和保護電路，觸點的容量較小，不需要滅弧裝置。如圖1-11所示為電磁式繼電器的外形圖。1電磁式繼電器的種類電磁式繼電器按吸引線圈電流種類不同有交流和直流電磁式繼電器兩種。按反應(yīng)參數(shù)可分為電壓繼電器和電流繼電器。 （1）電流繼電器根據(jù)輸入（線圈）電流大小而動作的繼電器稱為電流繼電器。它的線圈串聯(lián)在被測量的電路中，以反應(yīng)電路電流的變化。 下一

13、頁上一頁1.3 繼電器（2）電壓繼電器根據(jù)輸入電壓大小而動作的繼電器稱為電壓繼電器。它的結(jié)構(gòu)與電流繼電器相似，不同的是電壓繼電器線圈并聯(lián)在被測量的電路的兩端，以反應(yīng)電路電壓的變化，可作為電路的過電壓或欠電壓保護。（3）中間繼電器中間繼電器實質(zhì)上是電壓繼電器的一種，但它觸點多（多至六對或更多），觸點電流容量大（額定電流510A），動作靈敏（動作時間不大于0.05s）。 下一頁上一頁1.3 繼電器中間繼電器的作用是將一個輸入信號變成多個輸出信號或?qū)⑿盘柗糯蟮睦^電器。它主要依據(jù)被控制電路的電壓等級，觸點的數(shù)量、種類及容量來選用。線圈電流的種類和電壓等級應(yīng)與控制電路一致。如數(shù)控機床的控制電路采用直流2

14、4V供電，則繼電器應(yīng)選擇線圈額定電壓為24V的直流繼電器。按控制電路的要求選擇觸點的類型（是常開還是常閉）和數(shù)量。繼電器的觸點額定電壓應(yīng)大于或等于被控制回路的電壓。下一頁上一頁1.3 繼電器繼電器的觸點電流應(yīng)大于或等于被控制回路的額定電流，若是電感性負載，則應(yīng)降低到額定電流50%以下使用。2電磁式繼電器動作值的整定方法電磁式繼電器的吸合值與釋放值的整定方法有以下幾種：（1）吸合動作值整定調(diào)整釋放彈簧松緊程度。將釋放彈簧調(diào)緊了，反作用力增大，吸合動作值提高，反之減少。改變鐵心與銜鐵之間的初始氣隙。在反作用彈簧力和非磁性墊片厚度不變的情況下，初始氣隙越大，吸合動作值也越大，反之就小。下一頁上一頁1

15、.3 繼電器（2）調(diào)整釋放值調(diào)整釋放彈簧的松緊程度。釋放彈簧調(diào)的越緊，釋放值也越大，反之越小。改變鐵心與銜鐵之間的初始氣隙。在反作用彈簧力和非磁性墊片厚度不變的情況下，初始氣隙越大，吸合動作值也越大，反之就小。2電磁式繼電器主要技術(shù)參數(shù)二時間繼電器時間繼電器是一種在接受或去除外界信號后，用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器。 下一頁上一頁1.3 繼電器 時間繼電器按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型兩種。 1空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點系統(tǒng)三部分組成。它是利用空氣阻尼原理獲得延時的，其結(jié)構(gòu)示意圖與動作原理如圖1-14所示。 2晶體管式時間繼電器晶體管式時

16、間繼電器也稱為半導(dǎo)體式時間繼電器。它是應(yīng)用RC電路充電時，電容器上的電壓逐步升高的原理作為延時的基礎(chǔ)。 下一頁上一頁1.3 繼電器3時間繼電器的選用原則每一種時間繼電器都有其各自的特點，應(yīng)根據(jù)電路工作性能要求進行合理選用，以充分發(fā)揮它們的優(yōu)點。因此，在選用時應(yīng)從以下幾個方面進行考慮：（1）確定延時方式，使更方便于組成控制電路。（2）根據(jù)延時精度要求選用適當?shù)臅r間繼電器。（3）考慮電源參數(shù)變化及工作環(huán)境溫度變化對延時精度的影響。（4）操作頻率高是否影響其延時動作的失調(diào)。下一頁上一頁1.3 繼電器（5）時間繼電器動作后，其復(fù)位時間的長短。（6）時間繼電器的延時范圍。（7）電路勵磁電流的性能。三熱繼

17、電器熱繼電器是一種利用電流的熱效應(yīng)時觸電動作的保護電器。常用于電動機的長期過載保護。 1熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理熱繼電器基本結(jié)構(gòu)由熱元件（電阻絲）、雙金屬片、觸點系統(tǒng)、動作機構(gòu)、復(fù)位按鈕、整定電流裝置和溫升補償元件等部分組成，如圖1-17所示。下一頁上一頁1.3 繼電器2熱繼電器的主要技術(shù)參數(shù)及常用型號熱繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有熱繼電器額定電流、相數(shù)，熱元件額定電流，整定電流及調(diào)節(jié)范圍等。熱繼電器的額定電流是指熱繼電器中，可以安裝的熱元件的最大整定電流值。熱元件的額定電流是指熱元件的最大整定電流值。3熱繼電器的選擇熱繼電器選用是否得當，直接影響著對電動機進行過載保護的可靠性。通常選用時應(yīng)按電動機

18、形式、工作環(huán)境、啟動情況及負荷情況等幾方面綜合加以考慮。下一頁上一頁1.3 繼電器（1）原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動機的額定電流選擇。 （2）在不頻繁啟動場合，要保證熱繼電器在電動機的啟動過程中不產(chǎn)生誤動作。 （3）當電動機為重復(fù)短時工作時，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。 四速度繼電器速度繼電器根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，用來在三相交流異步電動機反接制動轉(zhuǎn)速過零時，自動切除反相序電源，起到對電動機的反接制動控制，也稱為反接制動繼電器。如圖1-19所示為速度繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖。下一頁上一頁1.3 繼電器五固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器（Solid State Relay）簡稱SSR，是上世紀70年代中

19、后期發(fā)展起來的一種新型無觸點繼電器。 1固態(tài)繼電器的分類固態(tài)繼電器是一種具有兩個輸入端和兩個輸出端的一種四端器件，按輸出端負載電源類型可分為直流型和交流型兩類。 2固態(tài)繼電器主要技術(shù)數(shù)據(jù)3固態(tài)繼電器的使用返回上一頁1.4 低壓斷路器低壓斷路器是將控制電器和保護電器的功能合為一體的電器。 低壓斷路器的主要參數(shù)有：額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流、整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸點的分斷能力等。目前，數(shù)控機床常用的低壓斷路器有塑料外殼式斷路器和小型斷路器。一塑料外殼式斷路器塑料外殼式斷路器由手柄、操作機構(gòu)、脫扣裝置、滅弧裝置及觸頭系統(tǒng)等組成，均安裝在塑料外殼內(nèi)組成一體。下一頁1.

20、4 低壓斷路器二小型斷路器小型斷路器主要用于照明配電系統(tǒng)和控制回路。外形如圖1-25所示，如圖1-26所示為斷路器圖形及文字符號。三低壓斷路器的選擇1低壓斷路器的額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓和工作電流。2低壓斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路的最大短路電流。3欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。4過電流脫扣器的額定電流應(yīng)大于或等于線路的最大負載電流。返回上一頁1.5 熔斷器與主令電器一熔斷器熔斷器是一種廣泛應(yīng)用的最簡單的有效的保護電器。在使用時，熔斷器串接在所保護的電路中，當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，它的熔體能自動迅速熔斷，從而切斷電路，使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p

21、壞。1熔斷器主要參數(shù)（1）額定電壓。 （2）額定電流。 （3）極限分斷能力。 下一頁1.5 熔斷器與主令電器2熔斷器的選擇選擇熔斷器主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。（1）熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。（2）熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流。（3）熔體的額定電流的選擇：用于保護照明或電熱設(shè)備的熔斷器，因為負載電流比較穩(wěn)定，所以熔體的額定電流應(yīng)等于或稍大于負載的額定電流 用于保護單臺長期工作電動機（即供電支線）的熔斷器，考慮電動機啟動時不應(yīng)熔斷 下一頁上一頁1.5 熔斷器與主令電器用于保護頻繁啟動電動機（即供電支線）的熔斷器，考慮頻繁啟動時發(fā)熱,

22、 熔斷器也不應(yīng)熔斷 用于保護多臺電動機（即供電干線）的熔斷器，在出現(xiàn)尖峰電流時也不應(yīng)熔斷。 為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級（即供電干、支線）熔斷器間應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)配合 二開關(guān)1閘刀開關(guān)（膠蓋刀開關(guān)）（1）文字符號：QS（2）圖形符號如圖1-31所示。下一頁上一頁1.5 熔斷器與主令電器 （3）基本結(jié)構(gòu)及動作原理 （4）主要技術(shù)參數(shù)型號：膠蓋刀開關(guān)即開啟式負荷開關(guān)，適用于交流50Hz，額定電壓單相220V、三相380V，額定電流至100A的電路中，作為不頻繁地接通和分斷有負載電路與小容量線路地短路保護之用。 額定參數(shù)：額定電壓 ，額定電流。（5）刀開關(guān)的選用刀開關(guān)的額定電壓應(yīng)等于或大于電路額定電壓

23、。 下一頁上一頁1.5 熔斷器與主令電器2組合開關(guān)（1）文字符號：QS（2）圖形符號如圖1-36所示。 （3）基本結(jié)構(gòu)及動作原理 （4）主要技術(shù)參數(shù)型號：廣泛應(yīng)用于電器設(shè)備的電源開關(guān)、測量三相電壓和控制7.5kW以下小容量電動機的直接啟動、正反轉(zhuǎn)等不頻繁操作的場合。 （1）控制按鈕下一頁上一頁1.5 熔斷器與主令電器按鈕通常用來接通或斷開控制電路（其中電流很小），從而控制電動機或其它電器設(shè)備的運行，原來就接通的觸點，稱為常閉觸點；原來就斷開的觸點，稱為常開觸點。 （2）指示燈指示燈用來發(fā)出下列型式的信息：指示：引起操作者注意或指示操作者應(yīng)該完成某種任務(wù)。紅、黃、綠和藍色通常用于這種方式；確認：

24、用于確認一種指令、一種狀態(tài)或情況，或者用于確認一種變化或轉(zhuǎn)換階段的結(jié)束。藍色和白色通常用于這種方式，某些情況下也可用綠色。下一頁上一頁1.5 熔斷器與主令電器（3）行程開關(guān)行程開關(guān)是用來反映工作機械的行程發(fā)布命令以控制其運動方向或行程大小的主令電器。 （4）接近開關(guān)接近開關(guān)是非接觸式的監(jiān)測裝置，當運動著的物體接近它到一定距離范圍內(nèi)，就能發(fā)出信號，以控制運動物體的位置或計數(shù)。（5）微動開關(guān)、腳踏開關(guān)微動開關(guān)是具有瞬時動作和微小的行程，可直接由某一定的力經(jīng)過一定的行程使觸頭速動，從而實現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換的靈敏開關(guān)。 返回上一頁1.6 電源變壓器一電源電器1變壓器變壓器是一種將某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率

25、相同但數(shù)值不同的交流電壓的靜止電器。（1）機床控制變壓器機床控制變壓器適用于交流5060Hz，輸入電壓不超過660V的電路，作為各類機床、機械設(shè)備等一般電器的控制電源、步進電機驅(qū)動器、局部照明及指示燈的電源。（2）三相變壓器下一頁1.6 電源變壓器現(xiàn)在普遍采用的三相交流系統(tǒng)中，三相電壓的變換可用三臺單相變壓器也可用一臺三相變壓器，從經(jīng)濟性和縮小安裝體積等方面考慮，可優(yōu)先選擇三相變壓器。 （3）變壓器的選擇變壓器的選擇的主要依據(jù)是變壓器的額定值，根據(jù)設(shè)備的需要，變壓器有標準和非標準兩類。以下分別是這兩類變壓器的選擇方法。1）標準變壓器下一頁上一頁1.6 電源變壓器2）非標準變壓器設(shè)計時常常需要設(shè)

26、計者根據(jù)要求自己制定變壓器的規(guī)格，這種非標準變壓器的選擇方法如下選擇初級額定電壓U1（如380V,220V），電源頻率（如50Hz），次級繞組電壓、電流及總?cè)萘浚椒ㄅc標準變壓器相同。 變壓器的選用除了要滿足變壓比之外，還要考慮變壓器性價比，優(yōu)先選用變壓檔輸出全的變壓器，以達到只用一個變壓器多電壓檔輸出，能夠同時滿足控制電路、照明電路、標準電器等對電壓大小的不同要求，這樣一方面節(jié)約成本，另一方面節(jié)省了安裝空間。下一頁上一頁1.6 電源變壓器2直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源的功能是將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。在數(shù)控機床系統(tǒng)中，需要穩(wěn)壓電源給驅(qū)動器、控制單元、小直流繼電器、信號指示等提供直流電源，

27、數(shù)控機床中主要使用開關(guān)電源和一體化電源。（1）開關(guān)電源開關(guān)電源被稱作高效節(jié)能電源，因為內(nèi)部電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，所以自身消耗的能量很低，電源效率可達80%左右，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍。 下一頁上一頁1.6 電源變壓器（2）一體化電源一體化電源是采用傳導(dǎo)冷卻方式的AC/DC開關(guān)電源，應(yīng)用于數(shù)字電路、工業(yè)儀表、交通運輸、通訊設(shè)備、工控機等大型設(shè)備及科研與實驗設(shè)備，作為直流供電電源。一體化電源外形如圖1-58所示。 （3）電源的選擇選擇電源時需要考慮的問題主要有：電源的輸出功率輸出路數(shù)；電源的尺寸；電源的安裝方式和安裝孔位；電源的冷卻方式；電源在系統(tǒng)中的位置及走線；環(huán)境溫度；絕緣強度；電磁兼

28、容；環(huán)境條件。下一頁上一頁1.6 電源變壓器為了提高系統(tǒng)的可靠性，建議電源工作在50%80%負載為佳，即假設(shè)所用功率為20W，應(yīng)選用輸出功率為25W40W的電源。盡量選用廠家的標準電源，包括標準的尺寸和輸出電壓。 所需電源的輸出電壓路數(shù)越多，挑選標準電源的機會就越小，同時增加輸出電壓路數(shù)會帶來成本的增加，目前多電路輸出的電源以三路，四路輸出較為常見。 明確輸入電壓范圍，以交流輸入為例，常用的輸入電壓規(guī)格有110V、220V，所以相應(yīng)就有了110V,220V交流切換，以及通用輸入電壓（AC:85V264V）三種規(guī)格。 下一頁上一頁1.6 電源變壓器 電源在工作時會消耗一部分功率，并以熱量的形式釋

29、放出來，所以用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時（尤其是封閉的系統(tǒng)）應(yīng)考慮電源的散熱問題。 如果環(huán)境不是很惡劣或電柜中（符合防護等級IP54）可選用普通電源；如果在條件惡劣的環(huán)境中使用，比如油污、潮濕、腐蝕等，選用全密封的一體化電源較好。 返回上一頁圖1-3 磁吹滅弧裝置返回圖1-4 窄縫（縱縫）滅弧裝置返回圖1-5 柵片滅弧裝置返回表1-1 接觸器的額定電壓和額定電流的等級表返回直流接觸器交流接觸器額定電壓 （單位：V）110，220，440，660127，220，380，500，660額定電流 （單位：A）5，10，20，40，60，100，150，250，400，6005，10，20，40，60，100

30、，150，250，400，600表1-2 接觸器線圈的額定電壓等級表返回直流線圈交流線圈24，48，100，220，44036，110，127，220，380圖1-9 直流接觸器型號的含義返回圖1-10 交流接觸器型號的含義 返回圖1-11 電磁式繼電器外形圖返回 圖1-14 空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)示意圖與動作原理 返回圖1-17 熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖返回圖1-19 速度繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖返回圖1-25 小型斷路器外形圖 返回 圖1-26 小型斷路器圖形及文字符號（單極和三極） 返回 圖1-31 刀開關(guān)的圖形符號返回圖1-36 組合開關(guān)的圖形符號返回圖1-58 一體化電源外形圖返回 第二章 數(shù)

31、控機床電氣控制基本環(huán)節(jié)2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則2.2 數(shù)控機床電氣控制的邏輯表示2.3 數(shù)控機床電氣控制線路的基本規(guī)律2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則 電力拖動控制系統(tǒng)由拖動機器的電動機和電氣控制電路等組成。為了表達電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計意圖，便于分析其工作原理、安裝、調(diào)試和檢修控制系統(tǒng)，必須采用統(tǒng)一的圖形符號和文字符號來表達。一電氣控制線路的圖形及文字符號電氣圖示符號有：圖形符號、文字符號、回路標號以及坐標標示和文字標示。1圖形符號 圖形符號通常用于圖樣或其它文件以表示一個設(shè)備或概念的圖形、標記或字符。 下一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則（1）符號要素一種具有確定意義的簡

32、單圖形，必須同其它圖形組合才構(gòu)成一個設(shè)備或概念的完整符號。（2）一般符號用以表示一類產(chǎn)品和此類產(chǎn)品特征的一種簡單的符號。如電動機可用一個圓圈表示。（3）限定符號用于提供附加信息的一種加在其它符號上的符號。運用圖形符號繪制電氣系統(tǒng)圖時應(yīng)注意：符號尺寸大小、線條粗細依國家標準可放大與縮小，但在同一張圖樣中，同一符號的尺寸應(yīng)保持一致，各符號問及符號本身比例應(yīng)保持不變。下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則標準中示出的符號方位，在不改變符號含義的前提下，可根據(jù)圖面布置的需要旋轉(zhuǎn)，或成鏡象位置，但文字和指示方向不得倒置。大多數(shù)符號都可以加上補充說明標記。有些具體器件的符號由設(shè)計者根據(jù)國家標準的

33、符號要素、一般符號和限定符號組合而成。國家標準未規(guī)定的圖形符號，可根據(jù)實際需要，按突出特征、結(jié)構(gòu)簡單、便于識別的原則進行設(shè)計，但需要報國家標準局備案。 下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則2文字符號分為基本文字符號和輔助文字符號。 （1）基本文字符號有單字母與雙字母兩種。 （2）輔助文字符號是用以表示電氣設(shè)備、裝置和元器件以及電路的功能，狀態(tài)和特征的。 （3）補充文字符號的原則 在不違背國家標準文字符號編制的條件下，可采用國際標準中規(guī)定的電氣技術(shù)文字符號。在優(yōu)先采用基本和輔助文字符號的前提下，可補充未列出的雙字母文字符號和輔助文字符號。文字符號應(yīng)按電氣名詞術(shù)語國家標準或?qū)I(yè)技術(shù)標準

34、中規(guī)定的英文術(shù)語縮寫而成。 下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則文字符號采用拉丁字母大寫正體字。因拉丁字母中大寫正體字“I”和“O”易同阿拉伯數(shù)字“l(fā)”和“0”混淆，因此不允許單獨作為文字符號使用。3電路各接點標記三相交流電源引入線采用L1、L2、L3標記。電源開關(guān)之后的三相交流電源主電路分別按U、V、W順序標記。分級三相交流電源主電路采用三相文字代號U、V、W的前邊加上阿拉伯數(shù)字l、2、3等來標記，如lU、1V、1W；2U、2V、2W等。下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則各電動機分支電路各接點標記采用三相文字代號后面加數(shù)字來表示，數(shù)字中的個位數(shù)表示電動機代號，十位數(shù)

35、字表示該支路各接點的代號，U21為第一相的第二個接點代號，以此類推。電動機繞組首端分別用U、V、W標記，尾端分別用U、V、W標記，雙繞組的中點則用記?？刂齐娐凡捎冒⒗當?shù)字編號，一般由三位或三位以下的數(shù)字組成。 2電氣控制線路的繪制電氣控制線路的表示方法有兩種, 一種是原理圖，一種是安裝圖。由于它們的用途不同，繪制原則亦有所差別。下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則（1）電氣原理圖繪制的基本規(guī)則電氣控制電路原理圖按所規(guī)定的圖形符號、文字符號和回路標號進行繪制。原理圖分為主電路和輔助電路兩部分畫出：主電路就是從電源到電機繞組的大電流通過的路徑。 原理圖中所有電器觸點，都按沒有通電或沒

36、有外力作用時的開閉狀態(tài)畫出。 原理圖中，各電器元件的導(dǎo)電部件如線圈和觸點的位置，應(yīng)根據(jù)便于閱讀和分析的原則來安排，繪在它們完成作用的地方。 下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線的連接點，要用黑圓點表示。 原理圖中，具有循環(huán)運動的機械設(shè)備，應(yīng)在電氣控制電路原理圖上繪出工作循環(huán)圖。 由若干元件組成的具有特定功能的環(huán)節(jié)，可用虛線框括起來，并標注出環(huán)節(jié)的主要作用，如速度調(diào)節(jié)器、電流繼電器等。電氣控制電路原理圖的全部電機、電器元件的型號、文字符號、用途、數(shù)量、額定技術(shù)數(shù)據(jù)，均應(yīng)填寫在元件明細表內(nèi)。（2）圖面區(qū)域的劃分圖面分區(qū)時，豎邊從上到下用拉丁字母，橫邊從左

37、到右用阿拉伯數(shù)字分別編號。下一頁上一頁2.1 數(shù)控機床電氣原理圖的繪圖規(guī)則（3）符號位置的索引在較復(fù)雜的電氣原理圖中，對繼電器、接觸器的線圈的文字符號下方要標注其觸點位置的索引；而在觸點文字符號下方標注其線圈位置的索引。 （4）電氣原理圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標注電氣元件的技術(shù)數(shù)據(jù)，除在電氣元件明細表中標明外，有時也可用小號字體注在其圖形符號的旁邊。3數(shù)控機床電氣原理圖電氣原理圖包含有各種導(dǎo)線的標號及規(guī)格，電機功率，接觸器的觸點和線圈，繼電器的觸點，斷路器，熔斷器等。電器一般均標明了規(guī)格及參數(shù)。返回上一頁2.2 數(shù)控機床電氣控制的邏輯表示一機床電氣的邏輯表示邏輯變量通常只有“1”，“0”兩種取值，表示兩

38、種相反的邏輯狀態(tài)，開關(guān)、線圈元件觸點的開關(guān)狀態(tài)，線圈的通斷電狀態(tài)。 二邏輯運算法則1邏輯與電路如圖2-2所示觸點串聯(lián)實現(xiàn)邏輯與運算，邏輯“與”運算相當于算術(shù)運算中的“乘”運算，用符號“”表示，圖2-2中的電路可用邏輯表達式表示為KM=KA1KA2下一頁2.2 數(shù)控機床電氣控制的邏輯表示2邏輯或電路如圖2-3所示觸點并聯(lián)實現(xiàn)邏輯或運算，邏輯“或”運算相當于算術(shù)運算中的“加”運算，用符號“+”表示，圖2-3中的電路可用邏輯表達式表示為KM=KA1+KA23邏輯非電路如圖2-4所示觸點聯(lián)接實現(xiàn)邏輯非運算。邏輯“非”用符號“”表示，圖2-5中的電路可用邏輯表達式表示為KM=KA返回上一頁2.3 數(shù)控機

39、床電氣控制線路的基本規(guī)律一自鎖控制如圖2-5所示為三相異步電動機單向全壓啟動、停止控制線路，主電路由斷路器QA，接觸器KM的主觸點、電動機構(gòu)成。2互鎖控制生產(chǎn)中常需要電機能實現(xiàn)正反兩個方向的轉(zhuǎn)動，如數(shù)控機床主軸的正反轉(zhuǎn)。由三相異步電機的原理可知，只要將電機接到三相電源中的任意兩根聯(lián)線對調(diào)，即可使電動機反轉(zhuǎn)。3實現(xiàn)按順序工作的聯(lián)鎖控制生產(chǎn)實踐中經(jīng)常要求各種運動部件之間能夠?qū)崿F(xiàn)按順序工作。例如車床主軸轉(zhuǎn)動時要求油泵先給齒輪箱供油潤滑，即要求保證潤滑泵電動機啟動后主電機才允許啟動。 下一頁2.3 數(shù)控機床電氣控制線路的基本規(guī)律4自動循環(huán)為了降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，因而要求自動化生產(chǎn)。例如車床車削螺

40、紋通過使用行程開關(guān)達到使刀架自動進刀、進給、退刀、返回等，圖2-8表示刀架的自動循環(huán)，要求刀架移動到位置2后退刀，然后自動退回位置1。 四數(shù)控機床電氣控制線路應(yīng)用示例圖2-10為機床的動力線路，圖中交流接觸器KM1和KM2用來控制主軸電機M1的正反轉(zhuǎn)，斷路器QF2作為主軸電機的過載及短路保護；下一頁上一頁2.3 數(shù)控機床電氣控制線路的基本規(guī)律交流接觸器KM4和KM5用來控制刀架電機M3的正反轉(zhuǎn)，斷路器QF3作為冷卻電機的過載及短路保護； 圖2-11為機床的交流控制線路，圖中交流接觸器KM1線圈和KM2一對常閉輔助觸點串接，交流接觸器KM2線圈和KM1一對常閉輔助觸點串接，從而實現(xiàn)主軸電機正反向

41、接觸器間的互鎖控制； 圖2-12為機床的電源線路，圖中變壓器TC2原邊接三相AC380V，副邊三組繞組分別提供AC220V、AC24、AC110V電壓，AC220V給開關(guān)電源供電，AC24給工作燈供電，AC110V給電柜風扇供電，熔斷器FU1FU3用來對線路進行過載及短路保護。返回上一頁圖2-2 “與”電路返回圖2-3 “或”電路返回圖2-4 “非”電路返回圖2-5 接觸器自鎖電路返回圖2-5 接觸器自鎖電路返回圖2-8 刀架的自動循環(huán)返回圖2-10 機床動力線路返回圖2-11 機床交流控制線路返回圖2-12 機床電源線路返回第三章 計算機數(shù)控系統(tǒng)3.1 數(shù)控系統(tǒng)及其組成3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型

42、3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.4 SIEMENS和FANUC數(shù)控系統(tǒng)3.5 計算機數(shù)控裝置的接口3.6 經(jīng)濟型與標準型數(shù)控系統(tǒng)3.7 數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容性3.1數(shù)控系統(tǒng)及其組成 數(shù)控系統(tǒng)采用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)數(shù)控機床的數(shù)字控制。它主要由計算機數(shù)控裝置、數(shù)控加工程序輸入/輸出裝置、主軸單元、伺服單元、驅(qū)動裝置、可編程控制器（PLC）及電氣邏輯控制裝置、輔助裝置、測量裝置組成。 1數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，它包括微處理器CPU、存儲器和接口電路組成。其主要功能是接收、存儲零件程序，并對其進行譯碼、計算、插補和邏輯判斷等處理，然后輸出坐標軸位移信號和輔助運動控制信號。 下一頁3.1數(shù)控系

43、統(tǒng)及其組成2輸入輸出裝置數(shù)控機床加工的過程是機床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進行學(xué)習(xí)交流的過程，輸入輸出裝置就是操作人員與數(shù)控機床之間的交互界面。3伺服單元和驅(qū)動裝置伺服單元和驅(qū)動裝置位于數(shù)控裝置和機床之間。其主要作用是把來自于數(shù)控裝置的信號進行功率放大，以驅(qū)動電機拖動機床運動。 4主軸驅(qū)動系統(tǒng)主軸驅(qū)動系統(tǒng)和進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)有很大的差別，主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要是旋轉(zhuǎn)運動。 下一頁上一頁3.1數(shù)控系統(tǒng)及其組成5可編程控制器（PLC）可編程控制器（PLC）是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。 6測量裝置測量裝置也稱反饋元件，通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際

44、位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給數(shù)控裝置，供數(shù)控裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號以控制機床向消除該誤差的方向移動。 7輔助裝置（1）轉(zhuǎn)位刀架是一種刀具儲存裝置，可以同時安裝4、6、8、12把刀具不等。 下一頁上一頁3.1數(shù)控系統(tǒng)及其組成（2）刀庫是加工中心機床的關(guān)鍵部件之一，在加工中心機床中用來儲存和運送刀具，它的結(jié)構(gòu)形式很多，主要有盤式和鏈式兩種結(jié)構(gòu)形式，盤式刀庫存儲容量較?。?0把刀以下），鏈式刀庫存儲容量較大。 （3）機械手是加工中心換刀機構(gòu)的核心部件。換刀時機械手在機床主軸（或刀架）與刀庫之問，執(zhí)行新舊刀具交換的任務(wù)，在一個換刀程序中要完成抓刀、拔刀、交換（新舊刀對調(diào)）裝刀，復(fù)位等動作。 返回上一頁

45、3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型一按被控機床運動軌跡分類1點位控制數(shù)控系統(tǒng)2直線控制數(shù)控系統(tǒng)3輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)這類數(shù)控系統(tǒng)能夠同時對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制，使其合成的平面或空間的運動軌跡符合被加工工件形狀的要求。 二按伺服系統(tǒng)分類按照伺服系統(tǒng)的控制方式，可以把數(shù)控系統(tǒng)分為以下幾類：下一頁3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型1開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)這類數(shù)控系統(tǒng)不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅(qū)動元件，如框圖3-2所示。2閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)這類數(shù)控系統(tǒng)帶有位置檢測反饋裝置，以直流或交流電動機為驅(qū)動元件。按照位置檢測裝置安裝位置的不同，閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)可以進一步分為全閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制和混

46、合控制數(shù)控系統(tǒng)三類。（1）全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)（2）半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)下一頁上一頁3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型（3）混合控制數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)補償型控制數(shù)控系統(tǒng) 其控制框圖如圖3-5所示，它在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，附加一補償（校正）環(huán)節(jié)。這樣既保留了開環(huán)控制的優(yōu)點，又較好地解決了步進電動機丟步和過沖的問題，使開環(huán)控制的控制精度得以提高。半閉環(huán)補償型控制數(shù)控系統(tǒng) 其控制框圖如圖3-6所示，它采用半閉環(huán)進行基本驅(qū)動，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)，用半閉環(huán)和全閉環(huán)的差值進行控制，因而這種系統(tǒng)既可以快速獲得穩(wěn)定的控制特性，又可以獲得高精度。 下一頁上一頁3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型三按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類按照

47、數(shù)控系統(tǒng)的功能水平，數(shù)控系統(tǒng)可以分為經(jīng)濟型（低檔型）、普及型（中檔型）和高檔型數(shù)控系統(tǒng)三種。 1經(jīng)濟型又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)這一檔次的數(shù)控機床通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，采用的微機系統(tǒng)為單板機或單片機系統(tǒng) 2標準型通常稱之為全功能數(shù)控系統(tǒng)這類數(shù)控系統(tǒng)功能較多，但不追求過多，以實用為準，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，還具有一定的圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能等 下一頁上一頁3.2 數(shù)控系統(tǒng)的類型3高檔型數(shù)控系統(tǒng)指加工復(fù)雜形狀工件的多軸控制數(shù)控機床，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。采用的微機系統(tǒng)為32位以上微處理機系統(tǒng)，機床

48、的進給大多采用交流伺服驅(qū)動，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，應(yīng)該至少能實現(xiàn)5軸或5軸以上的聯(lián)動控制，最小進給分辨率為0.1s，最大快速移動速度能達到100mmin或更高，具有三維動畫圖形功能和宜人的圖形用戶界面，同時還具有豐富的刀具管理功能、寬調(diào)速主軸系統(tǒng)、多功能智能化監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能，還有很強的智能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)加工條件的自動設(shè)定，且能實現(xiàn)計算機的聯(lián)網(wǎng)和通信。 返回上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一CNC的硬件結(jié)構(gòu)CNC裝置由硬件和軟件兩大部分組成。硬件裝置由微處理器（CPU）、存儲器、位置控制、輸入/輸出接口、PLC、圖形、電源等模塊組成，硬件的組成如

49、圖3-7所示。軟件主要指系統(tǒng)軟件，包括管理軟件和控制軟件，軟件組成如圖3-8所示。1單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)只有一個微處理器，因此多采用集中控制，分時處理的方式完成數(shù)控的各個任務(wù)。 下一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）微處理器和總線微處理器主要完成控制和運算兩個方面的任務(wù)。控制任務(wù)主要包括內(nèi)部控制、對零件加工程序輸入輸出的控制、對機床加工現(xiàn)場狀態(tài)信息的記憶控制。 運算任務(wù)是完成一系列的數(shù)據(jù)處理工作：譯碼、刀補計算、運動軌跡計算、插補計算和位置控制的給定值與反饋值的比較計算。（2）存儲器CNC裝置中的存儲器包括只讀存儲器ROM和隨機存儲器RAM兩類。下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控

50、（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（3）位置控制單元CNC裝置中的位置控制單元又稱為位置控制器或位置控制模塊。 （4）輸入輸出接口數(shù)控計算機的I0接口是連接計算機與各類外圍設(shè)備及機床伺服控制機構(gòu)，實現(xiàn)計算機與外部設(shè)備信息交換的通路。 2單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)特點單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)具有如下一些特點：（1）CNC系統(tǒng)內(nèi)只有一個微處理器，對存儲、插補運算、輸入輸出控制，以及CRT顯示等功能都由它集中控制分時處理。下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出控制等各種接口連接，構(gòu)成CNC系統(tǒng)。（3）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。（4）單微處理器因為只有一個微處理器集中控制

51、，其功能將受微處理器字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素限制。3多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)多采用模塊化結(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)有共享總線型、共享存儲型、以及他們的混合型結(jié)構(gòu)等。每個微處理器分管各自的任務(wù)特定的功能單元，即功能模塊。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）CNC管理模塊用來管理和組織整個CNC系統(tǒng)的工作，主要包括系統(tǒng)的初始化中斷管理、總線仲裁、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)軟硬件診斷等功能。（2）CNC插補模塊用來完成零件程序的譯碼、刀具半徑補償、坐標位移量計算、進給速度處理等，按規(guī)定的插補類型進行插補計算，為各坐標軸提供位置給定值。（3）PLC模塊下一頁上一頁3.3 計

52、算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)零件程序中的開關(guān)功能和由機床來的信號在這個模塊中做邏輯處理，實現(xiàn)各功能和操作方式之間的連鎖、機床電氣設(shè)備的啟與停、刀具變換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等。（4）位置控制模塊（5）操作控制數(shù)據(jù)輸入偷出和顯示模塊零件程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)，各種操作命令的輸人（如通過紙帶閱讀機、鍵盤，或上級計算機等）、輸出（如通過穿孔機、打印機），以及顯示（如通過CRT等）所需要的各種接口電路。（6）存儲器模塊下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這是程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，或是功能模塊間數(shù)據(jù)傳送用的共享存儲器。4多微處理器CNC裝置的共享總線結(jié)構(gòu)如圖3-11所示，在共享總線結(jié)構(gòu)

53、中，是將帶CPU或DMA的模塊，即主模塊直接掛在共享總線上。 5多微處理器CNC裝置的存儲器多微處理器CNC裝置采用多端口存儲器來實現(xiàn)多微處理器之間的互聯(lián)和通訊，即數(shù)據(jù)交換，每個端口都配備有一套數(shù)據(jù)、地址和控制線，以供端口訪問，由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）CPU1為中央處理器，其任務(wù)是數(shù)控程序的編程、譯碼，以及刀具和機床參數(shù)的輸入。（2）CPU2為插補處理器，插補控制程序。（3）CPU4為CRT顯示處理器，它的任務(wù)是根據(jù)CPU1的指令和顯示數(shù)據(jù)，在顯示緩沖區(qū)中組成一幅畫面數(shù)據(jù)，通過CRT控制器，字符發(fā)生器和移位寄存器，將

54、顯示的數(shù)據(jù)送到視頻電路進行顯示。（4）共享存儲器，是通過CPU1分別向CPU2和CPU4發(fā)送總線請求時保持信號HOLD，才被占用的。下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6微處理器數(shù)控裝置的特點（1）計算處理速度高多微處理器結(jié)構(gòu)中，每一個處理器完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨立執(zhí)行程序，并行運行，比單微處理器提高了計算處理速度。 （2）可靠性高由于系統(tǒng)中每個微處理器分管各自的任務(wù)，形成若干模塊。 （3）有良好的適應(yīng)性和擴展性多微處理器的CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)一般硬件是通用的，容易配置，只要開發(fā)新的軟件就

55、可構(gòu)成不同的CNC裝置，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，保證質(zhì)量，形成批量。二CNC的軟件結(jié)構(gòu)CNC裝置是由硬件和軟件組成的。硬件為軟件提供了一個支持環(huán)境，在系統(tǒng)軟件的作用下，CNC裝置對輸入的程序進行處理并發(fā)出相應(yīng)的控制命令。 1CNC裝置的控制流程數(shù)控加工是個位置控制裝置，它由CNC裝置根據(jù)零件加工程序控制數(shù)控機床自動完成的。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）輸入數(shù)控加工所需要的零件加工程序通常從鍵盤或光電閱讀機輸入。現(xiàn)代CNC系統(tǒng)也可以通過通信接口由上位計算機或其他設(shè)備輸入。 （2）譯碼譯碼即是將零件加工程序轉(zhuǎn)換為CNC裝置能夠接受的代碼。譯碼處理總是以程序段為單位進行的。 譯碼

56、本身包括對零件加工程序的整理和存放。常用以下兩種方法：下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不按字符格式的整理與存放零件加工程序經(jīng)譯碼，去掉程序段序號，每個程序段數(shù)據(jù)均以LF或CR開頭和結(jié)尾。 保留字符格式的整理與存放采用這種方法，在零件加工程序輸入時，只對字符換碼，暫不進行十翻二運算及格式整理。 （3）預(yù)處理預(yù)處理是插補運算前的預(yù)備處理。在預(yù)處理中，對譯碼生成的目標代碼進行刀具補償處理和進給速度處理。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進給速度處理包括：根據(jù)程序給出的坐標合成速度計算出各運動坐標方向的分速度。根據(jù)機床允許的最低速度和最高速度進行限速處理。 （4）插補插

57、補是在一條已知起點和終點的曲線上進行數(shù)據(jù)點的密化。插補算法是機床數(shù)控技術(shù)中的一個基本問題。 位置控制在閉環(huán)（半閉環(huán)）的CNC系統(tǒng)中，位置控制由CNC裝置中的位置環(huán)來完成。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)I/O處理I/O處理即是利用PLC程序?qū)NC裝置與機床之間的信號輸入、輸出進行邏輯處理和控制。顯示現(xiàn)代CNC裝置多采用CRT或LCD作為顯示工具?？梢燥@示零件加工程序、參數(shù)、刀具位置、機床狀態(tài)、故障信息、加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形。 診斷現(xiàn)代CNC裝置都具有比較完善的診斷功能。一般有三種類型的診斷：起動診斷、在線診斷和離線診斷。下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2

58、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)在CNC軟件的設(shè)計中，必須考慮CNC裝置的實時、多任務(wù)、并行處理等特點。一般而言，軟件結(jié)構(gòu)首先要受到硬件的限制。 （1）前后臺式軟件結(jié)構(gòu)前后臺型的軟件結(jié)構(gòu)就是將數(shù)控系統(tǒng)的整個控制軟件分前臺程序和后臺程序。前臺程序是一個實時中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)插補、位置控制及機床開關(guān)邏輯控制等實時功能，后臺程序又稱背景程序，是一個循環(huán)運行程序，實現(xiàn)數(shù)控加工程序的輸人和預(yù)處理（預(yù)譯碼，刀補計算和速度計算等數(shù)據(jù)處理）以及管理的各項任務(wù)。 下一頁上一頁3.3 計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）中斷式軟件結(jié)構(gòu)中斷式軟件結(jié)構(gòu)沒有前后臺之分。中斷型軟件結(jié)構(gòu)的特點是：除初始化程序外，整個系統(tǒng)軟件、各任務(wù)模塊

59、分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，即整個軟件就是一個龐大的中斷系統(tǒng)，其管理功能主要是通過各級中斷服務(wù)程序之間的相互通訊來完成的。 在多CPU的數(shù)控系統(tǒng)中，各CPU分別承擔一定的任務(wù)，因而具有很高的并行處理能力，它們之間的通訊依靠共享總線或共享存儲器進行協(xié)調(diào)。返回上一頁3.4 SIEMENS和FANUC數(shù)控系統(tǒng) 一德國SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)SIEMENS公司是生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的著名廠商。產(chǎn)品有SINUMERIK3、8、810/820、850/880、840、802等系列，分別介紹如下。1SINUMERIK 8系列SINUMERIK 8系列是SIEMENS公司20世紀80年代初期推出的CNC產(chǎn)品。

60、2SINUMERIK 3系列該系列產(chǎn)品適用于各種機床的控制，有M型、T型、TT型、G型和N型等。 下一頁3.4 SIEMENS和FANUC數(shù)控系統(tǒng)3SINUMERIK 810820系列該系列是20世紀80年代中期的產(chǎn)品，分為M型、T型、G型等。M型用于鏜床、銑床和加工中心，T型用于車床，G型用于磨床。 4SINUMERIK 850880系列該系列產(chǎn)品是SIEMENS公司于20世紀80年代后期推出的CNC產(chǎn)品，適用于高自動化水平的機床及柔性制造系統(tǒng)。 5SINUMERIK 802S/C/D系列SINUMERIK 802S是SIEMENS公司在20世紀9 0年代中后期推出的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。二FAN