数控机床电气控制.doc

第1章绪论学习目标掌握数控机床控制系统的构成了解数控机床的分类了解数控系统的发展趋势内容提要本章着重介绍了数控系统的基本概念及其特点，数控系统的组成及工作过程，数控系统的分类，数控系统的发展趋势。通过学习，掌握数控系统的基本概念，对数控系统的组成及各部分的作用有一个较完整的认识；了解点位、直线和轮廓控制系统以及开环、半闭环和闭环控制系统的组成与特点。1.1数控机床电气控制概述随着大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术的迅速发展，传统的机械工业已逐渐成为综合运用机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换以及软件编程等技术的群体技术。在传统的机械加工设备已经不能满足现代工业制造需求的情况下，数控机床成为目前机械加工的主体，它在提高生产效率和产品质量，减轻操作人员的体力劳动等方面起到了极其重要的作用。数控机床集机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制、计算机控制和网络通信等技术于一体，是一种高效率、高精度、能保证加工质量、解决工艺难题和具有柔性加工特点的生产设备，它正逐步取代普通机床。数控(NumericalControl，NC)技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术；采用数控技术控制的机床，或者说装备了主控系统的机床，称为数控机床。数控机床是机电一体化的典型产品，现代数控系统又称为计算机数字控制(computerNumericalControl，CNC)系统。电气控制技术对现代机床的发展有着非常重要的作用，从广义上说，现代机床电气控制技术的重要标志是自动调节技术、电子技术、检测技术、计算机技术、综合控制技术应用于机床中。尽管现代机床的种类、功能和加工范围有所不同，但它们都离不开电气控制设备，离不开电气控制技术。电气控制装置的配备情况是现代机床自动化水平的重要标志。1.2数控机床电气控制系统的组成及特点1.2.1数控机床电气控制系统的组成数控机床电气控制系统由数控装置、进给伺服系统、主轴伺服系统、数控机床强电控制系统等组成，如图1—1所示。数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心，它能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往数控机床强电控制系统，从而协调控制数控机床各部分的运动，完成数控机床所有运动的控制。由图1—1可知，数控机床的控制任务是实现对主轴和进给系统的控制，同时还要完成相关辅助装置的控制；数控机床的电气控制系统就是用电气手段为机床提供动力，并实现上述控制任务的系统。从数控机床最终要完成的任务来看，主要有以下3个方面的内容：(1)主轴运动和普通机床一样，主轴运动主要是完成切削任务，其动力约占整台数控机床动力的70％~80％，它主要是控制主轴的正转、反转和停止，可自动换挡及调速；对加工中心和切削中心还必须具有定向控制和主轴控制。(2)进给运动数控机床区别于普通机床最根本的地方在于它是用电气驱动替代机械驱动，并且数控机床的进给运动是由进给伺服系统完成的，进给伺服系统包括伺服驱动装置、伺服电动机、进给传动链及位置检测装置，如图1—2所示。伺服控制的最终目的是实现对数控机床工作台或刀具的位置控制，伺服系统中所采取的一切措施都是为了保证进给运动的位置精度，如对机械传动链进行预紧和间隙调整，采用高精度的位置检测装置，采用高性能的伺服驱动装置和伺服电动机，提高数控系统的运算速度等。(3)强电控制数控装置对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还对数控机床的各种状态进行控制，包括主轴的调速、主轴的正、反转及停止、冷却和润滑装置的起动和停止、刀具自动交换装置、工件夹紧和放松及分度工作台转位等。例如通过数控机床程序的M指令、数控机床操作面板上的控制开关及分布在数控机床各部位的行程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控装置内的可编程序控制器(PLC)进行逻辑运算，输出控制信号驱动中间继电器、接触器、熔断器、电磁阀及电磁制动器等输出元件，对冷却泵、润滑泵液压系统和气动系统等进行控制。电源及保护电路由数控机床强电线路中的电源控制电路构成，强电线路由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器及熔断器等连接而成，以便为辅助交流电动机(如冷却泵电动机、润滑泵电动机等)、电磁铁、离合器及电磁阀等功率执行元件供电。强电线路不能与在低压下工作的控制电路直接连接，只有通过断路器、中间继电器等元件，转换成在直流低电压下工作的触点的开关动作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反之亦然。开关信号和代码信号是数控装置与外部传送的I／O控制信号。当数控机床不带PLC时，这些信号直接在数控装置和机床间传送；当数控装置带有PLC时，这些信号除极少数的高速信号外均通过PLC传