数控机床电气控制全套课件.ppt

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style,数控机床电气控制,教材,数控机床电气控制,本课程教学手段,教师为辅,以职业为核心,学生为主,以行动为导向,课程定位,数控机床维修安全操作能力,数控机床电气线路试验能力,电气元件的识别能力,典型机床电气线路分析能力,典型数控装置应用能力,数控机床的维修管理能力,数控机床驱动装置分析能力,CA6140,车床故障排除能力,具备自动控制系统分析能力,专业能力,方法能力,社会能力,获取信息的能力,资料收集整理能力,制定、实施工作计划的能力,工艺文件理解能力,工作交接能力,检查、判断能力,理论知识的运用能力,独立分析的能力,沟通协调能力,团队协作能力,语言表达能力,安全与自我保护能力,基层生产组织能力,责任心与职业道德,课程培养目标,主 要 内 容,常用电动机及其应用,数控机床常用低压电器,电器控制基本环节,典型机床电气控制,可编程控制器及其应用,自动控制基础,数控机床驱动装置,数控机床电气控制概况,数控装置结构与原理,典型控制系统,正在进行,数控机床维护与维修,电力拖动系统及其运动分析,模块一,数控机床电气控制概况,模块一数控机床电气控制概况,（,1,）,学习目标,了解数控机床加工过程及特点；,掌握数控机床电气控制系统的组成和工作特点；,理解数控机床电气控制系统主要性能指标及要求；,熟悉数控机床电气控制的分类和发展方向。,单元一、直流电动机及其应用,（,2,）,单元学习内容,数控机床的编程加工技术人员除了应掌握数控机床的编程和操作外，还必须了解数控机床的性能，掌握数控机床电气控制系统的组成和工作特点，才能充分发挥数控机床的作用，判断数控机床能否保证零件的加工质量；在数控机床发生故障时，还应能简单分析故障原因并进行处理，避免故障的扩大；同时应及时与维修人员进行沟通，为数控机床的故障排除提供足够的信息，从而保证数控机床长期稳定地无故障运行。,1,、数控机床加工过程及特点,2,、数控机床电气控制系统组成及其工作过程,3,、数控机床电气控制系统分类,4,、数控机床电气控制系统主要性能指标及要求,5,、数控机床电气控制系统的发展状况,目 录,一、,数控机床加工过程及特点,-(1),工业、农业、科学和国防现代化建设，要求机械产业不断地提供各种先进的设备，如电力机车、内燃机车、起重运输机械、装卸机械、工程机械、养路机械等。为制造和维修这些设备，就必须具备制造各种金属零件的设备，如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，主要靠切削加工来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求高的零件，往往需要经过几道甚至几十道切削加工工序才能完成。,利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制造总工作量的,40,60,。,一、,数控机床加工过程及特点,-(2),工业、农业、科学和国防现代化建设，要求机械产业不断地提供各种,机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性，因此，它是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。,数控机床由普通机床发展而来，它集机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、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，而且又具有一定柔性的生产设备，并正逐步取代普通机床。数控机床的广泛使用，给机械制造业的生产方式、产品结构和产业结构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。,一、,数控机床加工过程及特点,-(3),（一）数控机床加工过程,普通机床的整个加工过程，需要通过技术工人手工操作来完成；而数控机床可以按事先编制的加工程序，自动地对工件进行加工，如图,1.1,所示。,一、,数控机床加工过程及特点,-(4),数控机床的加工过程如下（图,1.2,）：,（）根据加工零件尺寸、形状和技术要求，确定零件的加工工艺过程和加工参数。,（）按规定的格式和代码，编制数控机床能执行的数控加工程序。,（）采用按键输入或通信输入的方式，将数控加工程序输入到数控机床的数控装置中。,（）数控机床的数控装置自动处理数控加工程序，进行刀具轨迹计算，发出各种信号控制数控机床的伺服系统和机床强电控制系统，驱动电动机带动主轴旋转和工作台移动，并协调控制数控机床的主运动、进给运动和辅助运动，直至零件自动加工完毕。,一、,数控机床加工过程及特点,-(5),由此可看出，数控机床既具有专用机床生产率高的优点，又具有普通机床工艺范围广、使用灵活的特点，集高效率、高精度、高柔性于一身，成为当今机床自动化的理想形式。,一、,数控机床加工过程及特点,-(6),（二）普通机床和数控机床加工实例比较,以切削如图 所示的摇手柄为例。,摇手柄的普通车床加工方法,数量较少或单件生产时，各圆弧面采用双手控制法车削，即通过双手合成运动加工。,数量较多时，各圆弧面可以采用多把成形车刀车削，即将多把车刀刀刃磨得跟工件各圆弧面形状相同，分别对各圆弧面进行切削。,一、,数控机床加工过程及特点,-(7),批量生产时，可以采用靠模法进行加工。采用背板靠模和尾座靠模加工摇手柄的方法分别如图,1.4,和图,1.5,所示。,一、,数控机床加工过程及特点,-(7),摇手柄的数控车床加工方法,数控车床加工是将摇手柄图置于加工坐标系中，通过计算确定各点的坐标，然后编制程序，通过数控车床电气控制系统，控制车床的,X,轴和,Z,轴进给，从而控制车刀刃按轮廓运动，即可加工出高精度的摇手柄。,图,1.6,为摇手柄的数控车床加工示意图。现以加工从点,P1,到点,P2,的圆弧为例说明数控车床加工摇手柄的过程。,一、,数控机床加工过程及特点,-(8),设经过计算确定两点坐标为,P1,（,x1,，,z1,）、,P2,（,x2,，,z2,）的圆弧半径为,40mm,。则点,P1,到点,P2,圆弧的数控加工指令为：,G90,G02,Xx2,Zz2,R40,F100,数控车床执行这条加工指令时，会按照圆弧要求，分别驱动,X,轴和,Z,轴运动，两轴带动车刀运动合成的轨迹就是,R40,的圆弧，当车刀运动到点,P2,（,x2,，,z2,）时，数控车床会继续执行下一条指令，从而完成点,P1,到点,P2,的圆弧加工。,一、,数控机床加工过程及特点,-(9),（三）数控机床特点,由此可看出数控机床具有以下几个显著特点：,（）能完成很多普通机床难以加工，或者根本不能加工的复杂型面的加工。,（）采用数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。,（）采用数控机床可比普通机床提高倍的生产效率，对复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。,（）数控机床具有柔性，只需更换程序，就可适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。,（）大大减轻了工人的劳动强度。,二、,数控机床电气控制系统组成及其工作过程,-(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（,CNC,）、进给伺服系统、主轴伺服系统、机床强电控制系统（包括可编程控制器控制系统和继电接触器控制系统）等组成，如图,1.7,所示。,二、,数控机床电气控制系统组成及其工作过程,-(2),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，送往机床强电控制系统，从而协调控制机床各部分的运动，完成数控机床所有运动的控制，实现数控机床的加工过程。,进给伺服系统由进给轴伺服电机（一般内装速度和位置检测器件）和进给伺服装置组成。进给伺服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削过程中所需要的转矩、运转速度。,二、,数控机床电气控制系统组成及其工作过程,-(3),主轴伺服系统包括主轴电机（含速度检测器件）和主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。,机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助动作（包括电动系统、液压系统、气动系统、冷却箱及润滑油箱等）的控制外，还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作盘上所有元件（包括各种按键、操作指示灯、波段开关）的检测和控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器（,PLC,）可替代机床上传统的强电控制系统中大部分机床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和主轴换刀等系统的逻辑控制。,二、,数控机床电气控制系统组成及其工作过程,-(4),数控机床电气控制系统工作过程,如图,1.6,所示，在从点,P1,到点,P2,的圆弧加工中，数控车床电气控制系统的工作过程如下：,（）,CNC,控制主轴伺服系统模块，使主轴电动机带动主轴按要求速度旋转。,（）,CNC,控制车床强电控制系统，使冷却系统正常工作。,（）,CNC,通过车床强电控制系统，驱动换刀装置，使需要使用的车刀转动到工作位置。,（）,CNC,控制,X,轴、,Z,轴伺服装置，驱动刀架移动，使车刀定位在点,P1,（,x1,，,z1,）。,（）,CNC,按圆弧加工指令控制,X,轴、,Z,轴伺服装置，分别驱动刀架沿,X,向、,Z,向移动，车刀刀刃按规定的圆弧轨迹移动，即可加工出所需要的圆弧。,（）当车刀运动到点,P2,（,x2,，,z2,）时，,CNC,继续下一条指令的控制。以上所有的动作控制都按预先编好的程序自动进行，不需要人工操作。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(1),数控机床电气控制系统的种类很多，虽然控制对象不同，但原理却基本相似。,（一）按运动轨迹分类,点位控制系统,点位控制系统只是精确地控制刀具相对工件从一个坐标点移动到另一个坐标点，移动过程中不进行任何切削加工，点与点之间移动轨迹、速度和路线决定了生产效率的高低。为了提高加工效率，保证定位精度，系统采用,“,快速趋近，减速定位,”,的方法实现控制。这类数控机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。数控钻床点位控制如图,1.8,所示，,A,孔和,B,孔的钻孔加工，可以,按两种路线加工。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(2),三、,数控机床电气控制系统分类,-(3),直线控制系统,直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而且要控制两点之间刀具移动的轨迹是一条直线，且在移动过程中刀具能以给定的进给速度进行切削加工。,直线控制系统的刀具运动轨迹一般是平行于各坐标轴的直线；特殊情况下，如果同时驱动两套运动部件，其合成运动的轨迹是与坐标轴成一定夹角的斜线。这类数控机床有数控车床、数控镗铣床等。数控铣床直线控制如图,1.9,所示。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(4),轮廓控制系统,轮廓控制系统能同时控制两个或两个以上坐标轴，这需要进行复杂的插补运算，即根据给定的运动代码指令和进给速度，计算刀具相对工件的运动轨迹，实现连续控制。这类数控机床有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。数控铣床轮廓控制如图,1.10,所示，数控线切割机床轮廓控制如图,1.11,所示。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(5),（二）按伺服系统分类,数控系统根据输入的程序指令及数据，经插补运算得到位置控制指令，并通过进给伺服系统完成各坐标轴的位置控制。伺服系统按控制方式来分，有开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。目前，数控机床上用得最多的是半闭环控制系统和闭环控制系统两种。,早期的数控机床采用电液伺服驱动的较多，当前，数控机床一般采用全电气伺服驱动系统，使用的电动机分为步进电机、直流电动机以及交流电动机三大类，其中步进电机使用在一些要求不高的经济型数控机床上，直流伺服电机从,20,世纪,70,年代到,80,年代中期在数控机床中占据了主导地位，目前大多数进给伺服系统采用的是交流伺服电机。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(6),开环控制系统,开环控制系统没有检测反馈装置，以步进电机作为驱动元件，由步进驱动装置和步进电机组成，如图,1.12,所示。,在开环控制系统中，,CNC,装置输出的指令脉冲经驱动电路进行功率放大，控制步进电机转动，再经机床传动机构带动工作台移动。这类系统结构简单、价格低廉，调试和维修都比较方便，但无位置闭环控制，精度主要取决于步进电机及传动机构的精度，因而精度较差。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(7),半闭环控制系统,半闭环控制系统的位置检测装置安装在电动机或丝杠轴端，通过角位移的测量，间接测量机床工作台的实际位置，并与,CNC,装置的指令值进行比较，用差值进行控制。半闭环控制系统以交、直流伺服电机作为驱动元件，由位置比较电路、速度控制电路、伺服电机等组成，如图,1.13,所示。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(8),半闭环控制系统只检测电机的旋转角度而不检测机械间隙等，所以整个位置系统位置环增益可以较大，且调试比较容易，稳定性较好。对部分环节造成的误差可以控制，精度比开环高，传动链上有规律的误差，如间隙及螺距误差等，可由数控系统加以补偿。但是传动机构的误差过大或其误差不稳定时，则数控系统难以补偿。,闭环控制系统,闭环控制系统的位置检测装置安装在机床工作台上，直接测量工作台的实际位移，并与,CNC,装置的指令值进行比较，用差值进行控制。闭环控制系统以交、直流伺服电机作为驱动元件，用于高精度设备的控制，如图,1.14,所示。,三、,数控机床电气控制系统分类,-(9),闭环控制系统直接从机床的移动部件上获取位置实际移动值，通过反馈控制，可调节全部传动环节造成的误差，其精度很高，检测装置的精度对系统的精度影响大。但由于在位置环中存在着延迟、间隙等非线性环节，因此影响系统的稳定性，调试较困难。,四、,数控机床电气控制系统主要性能指标及要求,-(1),（一）数控机床的运动性能指标,数控机床的可控轴数和联动轴数,数控机床的可控轴数是指数控机床数控装置能够控制的坐标数量。数控机床可控轴数与数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。国外先进数控装置的可控轴数已经达到了,24,轴，我国目前数控装置可控轴数最多为,6,轴，图,1.15,为,6,轴加工中心示意图。,数控机床的联动轴数是指数控机床数控装置可同时进行运动控制的坐标轴数。目前有轴联动、轴联动、轴联动、轴联动等。轴联动数控机床能三坐标联动，可以加工空间复杂曲面。轴联动、轴联动数控机床可以加工飞行器叶轮、螺旋桨等零件。,四、,数控机床电气控制系统主要性能指标及要求,-(2),四、,数控机床电气控制系统主要性能指标及要求,-(3),主轴转速,数控机床主轴一般均采用直流或交流调速主轴电动机驱动，选用高速轴承支承，保证主轴具有较宽的调速范围和足够高的回转精度、刚度及抗震性。目前，数控机床主轴转速已普遍达到,5000,10000 r,min,，甚至更高，有利于对各种小孔加工，提高零件加工精度和表面质量。,进给速度,数控机床的进给速度是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。它受数控装置的运算速度、机床运动特性、刚度等因素的限制。目前我国数控机床的进给速度可达,10,15,min,，国外先进数控机床的进给速度可达,15,30m,min,。,四、,数控机床电气控制系统主要性能指标及要求,-(4),坐标行程,一般数控机床坐标轴,X,、,Y,、,Z,的行程大小构成数控机床的空间加工范围，即加工零件的大小。坐标行程是直接体现机床加工能力的指标参数。,刀库容量和换刀时间,刀库容量和换刀时间对数控机床的生产效率有着直接的影响。刀库容量是指刀库能存放加工所需要刀具的数量。中小型数控加工中心多为,16,60,把刀具，大型加工中心可达,100,把刀具。换刀时间是指带有自动交换刀具系统的数控机床，将主轴上使用的刀具与装在刀库上的下一工序需用的刀具进行交换所需要的时间。目前国内数控机床换刀时间为,10,16,，国外先进数控机床换刀时间一般为,4,5s,。,四、,数控机床电气控制系统主要性能指标及要求,-(5),（二）数控机床的精度指标,定位精度,定位精度是指数控机床工作台等移动部件移动到指令位置的准确程度，即实际移动位置与指令要求位置的一致性，移动部件实际位置与指令位置之间的误差称为定位误差。被控制机床坐标的误差（即定位误差）包括驱动此坐标轴控制系统（伺服系统、检测系统、进给系统等）的误差，也包括移动部件导轨的几何误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。,重复定位精度,重复定位精度是指在同一条件下，用相同的方法，重复进行同一动作时，控制对象到达同一指令位置的一致程度，即在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度，也称为精密度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙、刚性以及摩擦特性等因素影响。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(1),数控机床电气控制系统的发展，与数控系统、伺服系统、可编程控制器的发展密切相关。,（一）数控系统的发展状况,随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，数控系统的功能不断增多，柔性不断增强，性能价格比不断提高，当前数控系统正朝着下面几个方向发展。,高速度、高精度化,数控系统的高速度、高精度化要求数控系统在读入加工指令数据后，能高速度计算出伺服电机的位移量，并能控制伺服电机高速度准确地运动。此外，要实现生产系统的高速度化，还必须要求主轴转速、进给率、刀具交换、托板交换等实现高速度化。提高微处理器的位数和速度是提高,CNC,速度的最有效的手段。目前较新的数控系统大多数采用,32,位微处理器。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(2),智能化,数控系统应用高技术的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下几个方面：,（）自适应控制技术。通常数控机床按照预先编好的程序进行控制，但随机因素，如毛坯余量和硬度的不均匀、刀具的磨损等难以预测，为了确保质量，一般要在编程时采用较保守的切削用量，从而降低了加工效率。自适应控制系统（,AC,，,adaptive control,）可对机床主轴转矩、功率、切削力、切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量，并由,CPU,进行比较运算后，发出修改主轴转速和进给量大小的信号，确保,AC,系统处于最佳切削状态，从而在保证加工质量条件下，使加工成本最低或生产率最高。,（）附加人机会话自动编程功能。建立切削用量专家系统和示教系统，从而提高编程效率和降低对编程操作人员技术水平的要求。,（）具有设备故障自诊断功能。数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(3),小型化,蓬勃发展的机电一体化设备，对,CNC,系统提出了小型化的要求。日本新开发的,FS16,和,FS18,都采用了三维安装方法，电子元器件的高密度地安装，大大地缩小了系统的占有空间。此外，它们还采用了新型,TFT,彩色液晶薄型显示器，使,CNC,系统进一步小型化，这样可更方便地将它们装到机械设备上。,计算机群控,计算机群控也叫做计算机直接数控系统（,DNC,），它是用一台大型通用计算机为数台数控机床进行自动编程，并直接控制数台数控机床的系统。,根据机床与计算机结合方式的不同，计算机群控大致可分为间接型、直接型和计算机网络等不同的方式。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(4),在间接型群控系统中，把来自通用计算机存储的程序，通过连接装置（如电缆）分别送到机床群中每台机床的普通数控系统中。大型通用计算机也称为中央计算机，它们有足够的存储容量，可以统一存储和管理大量的零件程序。,在直接型群控系统中，机床群中每台数控机床不必带有普通数控系统，只需装设具有伺服控制电路和操作面板的机床控制装置即可，而机床的数控机能和插补运算功能全部由中央计算机来完成。在这种系统中，各台数控机床不能独立工作，一旦计算机出了故障，各台数控机床都将停止运行。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(5),在间接型群控系统中，把来自通用计算机存储的程序，通过连接装置,在计算机网络群控系统中，各台数控机床都有独立的、由小型计算机构成的数控系统，并与中央计算机连接成网络，实现分级控制。由于每台数控专用计算机价格比较便宜，又都有应用软件，并且相对具有独立性，所以整个网络不再由一台计算机去分时完成所有数控系统的工作，全部机床可连续进行工作。,具有更高的通信功能,一般的数控系统都具有,RS,232C,和,RS,422,高速远距离串行接口，可以按照用户级的格式要求，同上一级计算机进行多种数据交换。高档的数控系统应具有直接数控（,DNC,）接口，以实现几台数控机床之间的数据通信，直接对几台数控机床进行控制。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(6),（二）伺服系统的发展状况,早期的数控机床伺服系统多采用晶闸管直流驱动系统，即通过调整晶闸管可控整流器，调整直流电动机的电枢电压，实现额定转速以下的恒转矩调速；调整直流电动机的励磁电流，以实现额定转速以上的恒功率调速。并且采用了闭环控制，以获得良好的动静态特性。但是由于直流电动机受机械换向的影响和限制，大多数直流驱动系统适用性差，维护比较困难，而且其恒功率调速范围较小。,20,世纪,80,年代以后，随着交流调速理论、微电子技术和大功率半导体技术的发展，交流驱动系统进入实用阶段，在数控机床的伺服驱动系统中得到了广泛的应用。目前，交流伺服驱动系统已经基本取代了直流伺服驱动系统。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(7),（三）可编程控制器的发展状况,1969,年，在美国出现第一台可编程逻辑控制器（,PLC,，,programable logic controller,）以来，经过多年的发展，,PLC,现在已成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。它应用大规模集成电路、微型计算机技术和通信技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点的微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的,PLC,系列产品，应用于从继电接触器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。可编程控制器已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。,初期的,PLC,只是用于逻辑控制的场合，代替继电接触器控制系统。随着微电子技术的发展，,PLC,以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。目前，可编程控制器既保留了原来可编程控制器的所有优点，又吸收和发展了其它控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。在许多场合，可编程控制器可以构成各种综合控制系统，例如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等。,五、,数控机床电气控制系统的发展状况,-(8),思考与练习,1.1,与普通机床相比，数控机床有什么特点？,1.2,试通过数控机床加工过程说明数控机床的工作原理。,1.3,数控机床电气控制系统由哪几个部分组成？各部分的基本作用是什么？,1.4,数控机床有哪些运动性能指标？有哪些精度性能指标？,1.5,数控机床电气控制有哪些类型？,1.6,什么是点位控制、直线控制、轮廓控制？三者有何区别？,1.7,什么是开环、半闭环、闭环控制系统？各有何特点？,1.8,数控机床电气控制的发展趋势如何？,数控机床电气控制,教材,数控机床电气控制,本课程教学手段,教师为辅,以职业为核心,学生为主,以行动为导向,课程定位,数控机床维修安全操作能力,数控机床电气线路试验能力,电气元件的识别能力,典型机床电气线路分析能力,典型数控装置应用能力,数控机床的维修管理能力,数控机床驱动装置分析能力,CA6140,车床故障排除能力,具备自动控制系统分析能力,专业能力,方法能力,社会能力,获取信息的能力,资料收集整理能力,制定、实施工作计划的能力,工艺文件理解能力,工作交接能力,检查、判断能力,理论知识的运用能力,独立分析的能力,沟通协调能力,团队协作能力,语言表达能力,安全与自我保护能力,基层生产组织能力,责任心与职业道德,课程培养目标,主 要 内 容,常用电动机及其应用,数控机床常用低压电器,电器控制基本环节,典型机床电气控制,可编程控制器及其应用,自动控制基础,数控机床驱动装置,数控机床电气控制概况,数控装置结构与原理,典型控制系统,数控机床维护与维修,电力拖动系统及其运动分析,正在进行,模块二,电力拖动系统及其运动分析,单元一电力拖动系统的运动方程,（,1,）,学习目标,掌握电力拖动系统旋转运动的运动方程；,理解电力拖动系统的各种运行状态及其实现。,单元一、电力拖动系统的运动方程,（,2,）,单元学习内容,电力拖动系统就是采用电动机拖动生产机械的系统。,在数控机床加工过程中，电力拖动系统会出现哪些运行状态？这些运行状态在什么情况下产生？都与电力拖动系统旋转运动的运动方程有关。只有掌握电力拖动系统的运动方程，才能充分理解在自动控制系统的控制下数控机床的运动性能，从而掌握数控机床的编程加工特点、维护保养要点和故障分析，充分地发挥数控机床的性能和作用。,1,、电力拖动系统的运动方程,2,、电力拖动系统的各种运动状态及其实现,目 录,一、,电力拖动系统的运动方程,-(1),电动机转轴上的各种转矩决定了电力拖动系统的运动状态，可以用运动方程来描述其运动状态。电动机直接拖动生产机械的单轴拖动系统就是最简单的电力拖动系统，如图,2.1,所示。,一、,电力拖动系统的运动方程,-(2),如电磁转矩为,T,，空载转矩为,T,，负载转矩为,T,，则,T,T,T,，称阻转矩。一般情况下，,T,T,，则,T,T,。电磁转矩,T,的正方向与转速,n,的正方向相同，而阻转矩,T,的正方向与,n,的正方向相反，电动机拖动系统旋转时的运动方程式为,式中，,T,电动机的电磁转矩，,N,m,；,T,阻转矩，,N,m,；,J,转动系统的转动惯量，,kg,；,角加速度，,rad,。,一、,电力拖动系统的运动方程,-(3),在电力拖动系统中常采用飞轮惯量（即飞轮矩）,GD,代替转动惯量，,GD,的值可以从电动机和生产机械的产品样本中查得，它们之间关系如下：,一、,电力拖动系统的运动方程,-(4),二、,电力拖动系统的各种运动状态及其实现,-(1),经过观察可以知道，数控机床中电力拖动系统的运行状态有静止、起动、稳速、加速、减速、制动等运动状态。,由式（,2.5,）可知，电动机电磁转矩和阻转矩决定了电力拖动系统的转速加速度，而转速加速度又决定了电力拖动系统的运行状态。,（）当,T,T,时，,n,t,，即转速加速度为零，电力拖动系统处于静止或稳速运行状态。,（）当,T,T,时，,n,t,，即转速加速度大于零，电力拖动系统处于起动或加速运行状态。,（）当,T,T,时，,n,t,，即转速加速度小于零，电力拖动系统处于制动或减速运行状态。,思考与练习,2.1.1,单轴拖动系统的运动方程式是如何表示的？其中,GD,的意义是什么？,2.1.2,从低速轴折算到高速轴，阻转矩为什么会变小？而飞轮矩会变得更小？,模块二、电力拖动系统及其运动分析,学习单元二,多轴电力拖动系统的折算,单元二多轴电力拖动系统的折算,（,1,）,学习目标,理解多轴电力拖动系统的折算及其意义。,单元二、多轴电力拖动系统的折算,（,2,）,单元学习内容,大部分电动机都具有较高的额定转速，而生产机械往往要求转速较低，为了合理地利用电动机，二者之间需要安装减速机械，因此大多数电力拖动系统是多轴拖动系统。,为简化分析和计算，通常把多轴拖动系统折算成等效的单轴拖动系统。折算的原则是折算前后的功率和动能不变。,1,、旋转运动折算,2,、直线运动折算,目 录,一、,旋转运动折算,-(1),两级齿轮传动系统及旋转运动的折算示意图如图,2.2,所示。,一、,旋转运动折算,-(2),三根轴的转速分别为,n,、,n,、,n,，三根轴上的飞轮矩分别为,GD,、,GD,和,GD,。,把负载转矩,T,折算为电动机轴上负载转矩,T,，把系统各轴上的飞轮矩折算为电动机轴上总的飞轮矩,GD,，即为等效的单轴系统。,1,负载转矩的折算,一、,旋转运动折算,-(3),由式（,2.7,）可以看出，低速轴上负载转矩,T,折算到电动机的高速轴上时，其等效转矩,T,减小了，仅为,T,的,i,。在考虑到传动机构的效率时,一、,旋转运动折算,-(4),一、,旋转运动折算,-(5),【,例,2.1】,在如图,2.2,所示的多轴电力拖动系统中，已知飞轮矩,GD,30N,m,，,GD,20N,m,，,GD,240N,m,，传动效率,0.93,，,0.95,，工作机构负载转矩,T,500 N,m,，电动机转速,n,1440,min,，传动轴转速,n,360,min,，,n,60,min,，忽略电动机空载阻转矩,T,，求,（）折算到电动机轴上的系统总的飞轮矩,GD,。,（）折算到电动机轴上的负载转矩,T,。,一、,旋转运动折算,-(6),一、,旋转运动折算,-(7),二、,直线运动折算,-(1),刨床主传动系统如图,2.3,所示。,电动机轴与齿轮 直接相连，通过三级减速齿轮带动齿条，使工作台和工件作直线运动，而刀具固定不动。设切削力为,F,，工件和工作台的直线速度为,v,，它们的总重力为,G,。折算成等效的单轴系统，需要把直线运动的力和质量折算到电动机轴上。,直线运动力的折算,切削力在电动机轴上形成等效负载转矩,T,。,根据折算前后功率不变,二、,直线运动折算,-(2),直线运动质量的折算,根据折算前后动能不变,系统总的飞轮矩直线运动质量折算,GD,旋转部分折算的飞轮矩电动机的飞轮矩这样，经过转矩和飞轮矩的折算，多轴电力拖动系统都可以折算成等效的单轴系统，就可以用运动方程式（,2.5,）进行运动分析。,二、,直线运动折算,-(3),二、,直线运动折算,-(4),二、,直线运动折算,-(5),数控机床电气控制,教材,数控机床电气控制,本课程教学手段,教师为辅,以职业为核心,学生为主,以行动为导向,课程定位,数控机床维修安全操作能力,数控机床电气线路试验能力,电气元件的识别能力,典型机床电气线路分析能力,典型数控装置应用能力,数控机床的维修管理能力,数控机床驱动装置分析能力,CA6140,车床故障排除能力,具备自动控制系统分析能力,专业能力,方法能力,社会能力,获取信息的能力,资料收集整理能力,制定、实施工作计划的能力,工艺文件理解能力,工作交接能力,检查、判断能力,理论知识的运用能力,独立分析的能力,沟通协调能力,团队协作能力,语言表达能力,安全与自我保护能力,基层生产组织能力,责任心与职业道德,课程培养目标,主 要 内 容,常用电动机及其应用,数控机床常用低压电器,电器控制基本环节,典型机床电气控制,可编程控制器及其应用,自动控制基础,数控机床驱动装置,数控机床电气控制概况,数控装置结构与原理,典型控制系统,数控机床维护与维修,电力拖动系统及其运动分析,正在进行,单元一,直流电动机及其应用,一、直流电动机及其应用,二、三相异步电动机及其应用,三、同步电动机及其应用,四、步进电机及其应用,目 录,单元一、直流电动机及其应用,（,1,）,学习目标,了解直流电动机的工作原理和结构；,理解直流电动机的励磁方式和机械特性；,掌握直流电动机的起动、调速、制动、反转方法和特点；,熟悉数控机床常用直流伺服电机的结构和特点。,单元一、直流电动机及其应用,（,2,）,单元学习内容,直流电机是进行机械能和直流电能相互转换的旋转机电设备。一台直流,电机既可以作为直流发电机运行，又可以作为直流电动机运行。将机械能转,变为直流电能称为直流发电机；将直流电能转变为机械能则称为直流电动机。,直流电动机在早期生产的数控机床中经常使用，目前这些机床在生产过程,中仍发挥着比较重要的作用。掌握直流电动机的结构和工作原理，有利于数,控机床直流电动机及其控制系统的保养和维护，并且能够提前发现早期的直,流电动机及其控制故障。,1,、直流电动机的工作原理,2,、直流电动机的结构,3,、直流电动机的励磁方式,4,、他励直流电动机的