现代电气控制与PLC应用技术 教学课件 作者 袁琦 第9章 计算机数控系统及PLC在数控机床中的应用.ppt

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1、第9章计算机数控系统及PLC在数控机床中的应用本章主要内容9.1数控机床概述9.2计算机数控系统9.3PLC在数控机床中的应用9.1数控机床概述9.1.1数控机床的定义数控（NC）是数字控制（NumericalControl）的简称，是指用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控机床（NCMachine）是指采用了数字控制技术的机床。国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会对数控机床的定义是：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有特定代码或其它符号编码指令规定的程序。具体来说，数控机床是一

2、种采用计算机技术，利用数字进行控制的高效、能自动化加工的机床，它能够按照国际或国家，甚至生产厂家所制造的数字和文字编码方式，把各种机械位移量、工艺参数（如主轴转速、切削速度）、辅助功能（如刀具变换、切削液自动供停等）用数字、文字符号表示出来，经过程序控制系统，即数控系统的逻辑处理与计算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。在被加工零件或加工作业变换时，它只需改变控制的指令程序就可以实现新的控制。所以，数控机床是一种灵活性很强、技术密集度及自动程度很高的机电一体化加工设备，它取代了普通机床的手工操作。9.1.2数控

3、机床的工作原理利用数控机床完成零件数控加工时，首先根据零件的加工图样进行工艺分析，将加工零件的几何形状和工艺信息编制成加工程序，然后通过数控机床的操作面板将程序输入到数控装置，数控装置将指令进行译码、寄存和插补运算后，向各坐标轴的伺服系统发出指令信号，驱动伺服电动机转动，并通过传动机构，使刀具与工件相对位置按加工零件的形状轨迹进行运动，并进行反馈控制，以确保其定位精度。同时通过PLC实现系统其它必要的辅助动作，如自动变速、冷却润滑液的自动开停、工件的自动夹紧、放松以及刀具的自动更换等，配合进给运动完成零件的自动加工。9.1.3数控机

4、床的组成数控机床一般由信息载体、数控系统、伺服系统、检测装置、辅助装置和机床本体六部分组成，如图9-1所示。图9-1数控机床的组成1.信息载体信息载体又称控制介质，是人与数控机床之间的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。信息载体可以是穿孔带，也可以是穿孔卡、磁带或其他可以存储代码的载体2.数控系统数控系统是数控机床实现自动加工控制的核心，是整个数控机床的灵魂所在。数控系统接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、存储、运算、输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。它主要由输入装置、监视器、主控系统、PLC、输入/输出接口等组成。主控系

5、统由CPU、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量以及温度、压力、流量等物理量，其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的插补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由PLC来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。3.伺服系统伺服系统以机械位置或角度作为控制对象

6、，是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。它由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置拖动工作台或刀架运动。系统的执行元件常用的有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，同时交流伺服电动机正在取代直流伺服电动机。4.检测装置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分，它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环控制。数控机床的加工精度主要

7、由检测装置的精度决定。通常采用测速发电机或脉冲编码器作为电机转速控制和位置控制的检测元件。根据不同的控制方式，常用的检测元件还有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁性检测元件、霍尔检测元件等。5.辅助装置辅助装置主要包括自动换刀装置ATC（AutomaticToolChanger）、自动交换工作台APC（AutomaticPalletChanger）、工件夹紧放松机构、回转工作台、润滑装置、切削液装置、过载和保护装置等。6.机床本体数控机床的本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如床身、底座、立柱、工作台、导轨等。

8、数控机床与普通机床不同，它的主运动，各个坐标轴的进给运动都由单独的伺服电动机驱动，因此它的传动链短，结构比较简单。普通机床上各个传动链之间有复杂的齿轮联系，在数控机床上则由计算机来协调控制各个坐标轴之间的运动关系。为了保证数控机床的快