數(shù)控機(jī)床機(jī)電系統(tǒng)概述

數(shù)控機(jī)床機(jī)電系統(tǒng)概述第一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)概述主要內(nèi)容：概述:數(shù)控機(jī)床發(fā)展、組成、工作原理機(jī)械結(jié)構(gòu)：導(dǎo)軌、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、輔助裝置CNC數(shù)控系統(tǒng)：硬件連接、電機(jī)、檢測(cè)、其它控制機(jī)床實(shí)例及故障分析2第二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(1)數(shù)控機(jī)床概述一、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生與發(fā)展1．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1952年，美國(guó)帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控技術(shù)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(jī)床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代。1952年的第一代——電子管數(shù)控機(jī)床1959年的第二代——晶體管數(shù)控機(jī)床1965年的第三代——集成電路數(shù)控機(jī)床1970年的第四代——小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床1974年的第五代——微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機(jī)床。3第三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)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．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)（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(luò)化（柔性制造系統(tǒng)）4第四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床概述二、數(shù)控機(jī)床的概念及組成

1．?dāng)?shù)控機(jī)床的基本概念（1）數(shù)控（NumericalControl，簡(jiǎn)稱NC）

是采用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的方法。（2）數(shù)控機(jī)床（NumericallyControlledMachinetool）是指裝備了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，簡(jiǎn)稱CNC機(jī)床。COMPUTER5第五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床概述2、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理6第六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床概述三、數(shù)控機(jī)床的分類

1．按工藝用途分類（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床（2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床（3）數(shù)控特種加工機(jī)床（4）其它類型的數(shù)控機(jī)床2．按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類（1）點(diǎn)位控制類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等7第七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床概述（2）直線控制類數(shù)控機(jī)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(jī)床2個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng),加工各種曲線/曲面.數(shù)控車、銑、線切割、加工中心8第八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床概述（3）半閉環(huán)控制10第十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(2)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械要求無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬具有較高的精度、剛度、耐磨性，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低具有良好的抗震性一、床身（導(dǎo)軌）床身：車床有直/斜床身；銑床有倒Y/直柱等。導(dǎo)軌線軌硬軌塑料軌11第十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹二、主軸直連/帶減速器/電主軸注意:主軸潤(rùn)滑/冷卻BT30/BT40/BT50主軸準(zhǔn)停裝置銑床用電主軸12第十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三變頻器在數(shù)車床主軸調(diào)速上的應(yīng)用CAK6136CAK6150DJ主軸調(diào)速13第十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三變頻器在數(shù)銑床主軸調(diào)速上的應(yīng)用XK714A數(shù)控雕銑機(jī)主軸調(diào)速14第十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹三、進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠直接與伺服電機(jī)直連注意15第十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹四、輔助裝置1.工作臺(tái)各種類型的工作臺(tái)數(shù)控分度頭數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)16第十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹四、輔助裝置2.液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)3.潤(rùn)滑系統(tǒng)4.冷卻系統(tǒng)5.排屑系統(tǒng)6.自動(dòng)換刀垂直轉(zhuǎn)塔式立式加工中心17第十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)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(gòu)成NC核心HMIPLC18第十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹2.典型數(shù)控系統(tǒng)—802DSL20第二十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床接收驅(qū)動(dòng)負(fù)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(shù)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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三

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

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

4.數(shù)控系統(tǒng)連接-FANUC25第二十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹二、伺服電機(jī)1.分類直流高速直流伺服--永磁式低速大轉(zhuǎn)矩寬調(diào)速交流異步型:不能經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)速同步型:多用永磁式優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠,效率高缺點(diǎn):體積大,啟動(dòng)特性不佳2.速度-轉(zhuǎn)矩特性刀庫(kù)刀具定位電機(jī)主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)26第二十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹27第二十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹3.過(guò)載能力過(guò)載能力強(qiáng)>300%,但過(guò)載時(shí)間有限制.驅(qū)動(dòng)器對(duì)過(guò)載輸出電流及過(guò)載時(shí)間都有嚴(yán)格限制.注意:在實(shí)際使用中出現(xiàn)電流過(guò)載報(bào)警,必須查明原因.不可放大過(guò)載極限和過(guò)載時(shí)間-----損壞電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器.28第二十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹4.主軸電機(jī)機(jī)械主軸:變頻電機(jī)伺服電機(jī)電主軸:結(jié)構(gòu)與特性如下圖恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒功率區(qū)主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩可用變速器改變主軸電機(jī)過(guò)載能力29第二十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹三、檢測(cè)常用位置檢測(cè)裝置30第三十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹1.光柵31第三十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)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(jì)算：設(shè)a=b=W/2，則(W/2)/B=sin(θ/2)，當(dāng)θ很小時(shí)，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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座數(shù)控系統(tǒng)介紹光柵細(xì)分電路1234硅光電池正向脈沖反向脈沖H1H2差動(dòng)放大差動(dòng)放大整形整形微分微分微分微分（sin）（cos）Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8一個(gè)光電池進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)，最小分辨力為1個(gè)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(chǔ)上，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)對(duì)信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，其電路框圖如圖所示。

33第三十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)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(duì)和增量式，主要參數(shù)：脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)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(hào)處理裝置（1）增量脈沖編碼器34第三十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三01011110011001111000100110101011110011011111000000010010001101002322212035第三十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹一、CNC系統(tǒng)供電1.驅(qū)動(dòng)器電源模塊:上電/斷電2.數(shù)控系統(tǒng)獨(dú)立供電:上電/斷電端子64驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入工作狀態(tài)/端子63激活驅(qū)動(dòng)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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹3.伺服系統(tǒng)供電37第三十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹二、急停及限位1.急?？刂?在緊急時(shí),制動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件—短時(shí)停車急停不應(yīng)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(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)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(zhǎng)度>減速距離—PLC或外部電路控制軟限位:內(nèi)部安全功能—基準(zhǔn)是機(jī)床的原點(diǎn),機(jī)床回參考點(diǎn)后生效加工區(qū)域限制:另一種軟限位—可根據(jù)需要隨時(shí)設(shè)定.另可根據(jù)特殊要求通過(guò)PLC激活第二軟限位-----用于換刀區(qū)域保護(hù).39第三十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹三、進(jìn)給倍率/主軸倍率編碼式波段開關(guān):進(jìn)給0~120%,主軸50~120%,編碼形式為二進(jìn)制或格林碼.如是2進(jìn)制可在PLC中轉(zhuǎn)化為格林碼.格林碼特點(diǎn)是五位沒(méi)有全”0”的編碼.40第四十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹格林碼進(jìn)給倍率/主軸倍率對(duì)照表41第四十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹四、電子手輪是操作部件,可手動(dòng)移動(dòng)坐標(biāo)軸.100個(gè)刻度/轉(zhuǎn),增量1---0.001mm,增量10----0.01mm,增量100----0.1mm,1000----1mm.一般機(jī)床可設(shè)3個(gè)手輪.硬件接口為RS422協(xié)議,有2個(gè)信號(hào)(A和B),6根導(dǎo)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(dòng)/增量選擇/進(jìn)給保持/連續(xù)點(diǎn)動(dòng)等42第四十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)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(dòng)變速,手動(dòng)位置控制方式:主軸分度/剛性攻絲/自動(dòng)換刀定位SPOS/M19激活.擺動(dòng)控制方式:M41~M45對(duì)應(yīng)1擋~5擋.數(shù)控系統(tǒng)默認(rèn)是自動(dòng)換擋,根據(jù)程序及機(jī)床定義自動(dòng)完成換擋M41~M45是強(qiáng)制換擋.對(duì)不同的數(shù)控系統(tǒng)換擋時(shí)序不同,但對(duì)同一系統(tǒng)的幾個(gè)擋位換擋時(shí)序相同.43第四十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹主軸換擋設(shè)定44第四十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹主軸換擋過(guò)程換擋過(guò)程互鎖—主要是主軸零速.換擋過(guò)程邊界條件:1.由時(shí)間控制每次動(dòng)作.2.多次換擋沒(méi)有完成,由計(jì)數(shù)器停止換擋動(dòng)作.45第四十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)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(dòng)/自動(dòng)控制方式:M07,M08,M0946第四十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹七、導(dǎo)軌潤(rùn)滑潤(rùn)滑系統(tǒng)組成手動(dòng)/自動(dòng)控制方式47第四十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹八、車床刀架控制系統(tǒng)組成:機(jī)械/電氣—電機(jī),霍耳元件/碼盤手動(dòng)/自動(dòng)控制方式48第四十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹簡(jiǎn)易刀架控制—霍耳/單向旋轉(zhuǎn)49第四十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹簡(jiǎn)易刀架控制—位置碼盤/可雙向旋轉(zhuǎn)50第五十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹簡(jiǎn)易刀架控制—位置碼盤/可雙向旋轉(zhuǎn)51第五十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(4)數(shù)控機(jī)床典型電路介紹九、加工中心刀庫(kù)控制52第五十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三技術(shù)講座(5)數(shù)控機(jī)床故障分析1.機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)部件配合故障故障現(xiàn)象:不加工伺服電機(jī)溫度高.>60°分析斷開傳動(dòng)還熱,說(shuō)明是伺服電機(jī)內(nèi)部機(jī)械故障斷開傳動(dòng)不熱,說(shuō)明是傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械故障2.伺服電機(jī)與絲杠的連軸器松