数控机床电气控制课件 第六章 国产数控系统
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数控机床课件
第一节 金属切削机床
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
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第二节 立式加工中心
一、立式加工中心基本布局结构形式
中型加工中心应用最普遍的形式是单柱水平刀库布局(图3 -2),它是立式加工中心的基本布局方式。
图3-2 单柱水平刀库布局 1-切屑箱 2-X轴伺服电机 3-Z轴伺服电机 4-主轴电动机 5-主轴箱 6-刀库 7-数据柜 8-操纵面板 9-驱动电柜 10-工作台 11-滑座
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
2.1 数控车床的机械部分由哪几个主要部件组成？ 他们的各自作用是什么？
2.2 数控车床上有哪些运动传动是属于外传动链？ 哪些运动传动属于内传动链？
2.3 机床传动系统图有哪些作用? 2.4 在TND360机床上，当主轴转速为500r/min时， 主轴电动机的实际转速为多少？ 2.5 在TND360机床上，为什么安全联轴器能保护 进给系统的安全？
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
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第二节 立式加工中心
一、立式加工中心基本布局结构形式
中型加工中心应用最普遍的形式是单柱水平刀库布局(图3 -2),它是立式加工中心的基本布局方式。
图3-2 单柱水平刀库布局 1-切屑箱 2-X轴伺服电机 3-Z轴伺服电机 4-主轴电动机 5-主轴箱 6-刀库 7-数据柜 8-操纵面板 9-驱动电柜 10-工作台 11-滑座
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
2.1 数控车床的机械部分由哪几个主要部件组成？ 他们的各自作用是什么？
2.2 数控车床上有哪些运动传动是属于外传动链？ 哪些运动传动属于内传动链？
2.3 机床传动系统图有哪些作用? 2.4 在TND360机床上，当主轴转速为500r/min时， 主轴电动机的实际转速为多少？ 2.5 在TND360机床上，为什么安全联轴器能保护 进给系统的安全？
机床数控技术：第6章 数控伺服系统
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6.2 伺服电动机
伺服电动机是数控伺服系统的重要组成部分， 是速度和轨迹控制的执行元件。
数控机床中常用的伺服电机： ● 直流伺服电机（调速性能良好） ● 交流伺服电机（主要使用的电机） ● 步进电机（适于轻载、负荷变动不大） ● 直线电机（高速、高精度）
31
6.2.1 直流伺服电机及工作特性
6.1 概述
伺服系统的性能直接关系到数控机床执行件的 静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢 和稳定程度等。所以，至今伺服系统还被看做是一 个独立部分，与数控装置和机床本体并列为数控机 床的三大组成部分。
按ISO标准，伺服系统是一种自动控制系统，其 中包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的值紧 密地响应输入量的值。
数控机床常用的直流电动机有： ●直流进给伺服系统：永磁式直流电机； ●直流主轴伺服系统：励磁式直流电机；
图6.5 直流伺服驱动系统的一般结构
32
6.2.1 直流伺服电机及工作特性
直流电动机原理
根据法拉第电磁感应定理 当载流导体位于磁场中，导
体上受到的电磁力F:
F = B ×L× i
B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。 F、B、i之间的方向关 系可用左手定则确定。
29
6.1 概述
6.1.4 伺服系统的发展 由于直流电动机存在换向火花和电刷磨损等问题
，美国通用电气(GE)公司于1983年研制成功采用 笼型异步交流伺服电动机的交流伺服系统。采用 矢量变换控制变频调速，使交流电动机具有和直 流电动机—样的控制性能，又具有机构简单、可 靠性高、成本低，以及电动机容量不受限制和机 械惯性小等优点。 日本于1986年又推出了全数字交流伺服系统。
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6.2 伺服电动机
伺服电动机是数控伺服系统的重要组成部分， 是速度和轨迹控制的执行元件。
数控机床中常用的伺服电机： ● 直流伺服电机（调速性能良好） ● 交流伺服电机（主要使用的电机） ● 步进电机（适于轻载、负荷变动不大） ● 直线电机（高速、高精度）
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6.2.1 直流伺服电机及工作特性
6.1 概述
伺服系统的性能直接关系到数控机床执行件的 静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢 和稳定程度等。所以，至今伺服系统还被看做是一 个独立部分，与数控装置和机床本体并列为数控机 床的三大组成部分。
按ISO标准，伺服系统是一种自动控制系统，其 中包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的值紧 密地响应输入量的值。
数控机床常用的直流电动机有： ●直流进给伺服系统：永磁式直流电机； ●直流主轴伺服系统：励磁式直流电机；
图6.5 直流伺服驱动系统的一般结构
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6.2.1 直流伺服电机及工作特性
直流电动机原理
根据法拉第电磁感应定理 当载流导体位于磁场中，导
体上受到的电磁力F:
F = B ×L× i
B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。 F、B、i之间的方向关 系可用左手定则确定。
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6.1 概述
6.1.4 伺服系统的发展 由于直流电动机存在换向火花和电刷磨损等问题
，美国通用电气(GE)公司于1983年研制成功采用 笼型异步交流伺服电动机的交流伺服系统。采用 矢量变换控制变频调速，使交流电动机具有和直 流电动机—样的控制性能，又具有机构简单、可 靠性高、成本低，以及电动机容量不受限制和机 械惯性小等优点。 日本于1986年又推出了全数字交流伺服系统。
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数控技术及应用第6章 数控机床的电气驱动-步进电动机
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 双六拍；三相双三拍等 双六拍；三相双三拍等。“单”是指每次只有一相 绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 三相绕组联接方式： （2）三相绕组中的通电顺序为： 三相绕组中的通电顺序为： A相 → B相 → C相 通电顺序也可以为： 通电顺序也可以为： A 相 → C 相→ B 相
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。 相通电使转子1 对齐。
A
B'
A C' B
B'
C' B
A'
C
A'
C
B相通电，转子2、4齿 相通电，转子 、 齿 相通电 相轴线对齐， 和B相轴线对齐，相对 相轴线对齐 A相通电位置转 °； 相通电位置转30° 相通电位置转
C相通电再转 ° 相通电再转30° 相通电再转
（3）工作过程 ） A 相通电，A 方向的磁 相通电，
A
B' 4 1 2 3 A'
通经转子形成闭合回路。 通经转子形成闭合回路。
C' B
若转子和磁场轴线方向 原有一定角度， 原有一定角度，则在磁 场的作用下，转子 场的作用下，
C
被磁化，吸引转子， 被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁 阻最小的路径闭合， 阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 定子的齿对齐停止转动。 定子的齿对齐停止转动。
2、步进电动机
工作原理： 工作原理 ： 步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲 脉冲 线位移或角位移的电动机。每来一个 信号转换成线位移或角位移 线位移或角位移 信号 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小 段距离。 特点： 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。
数控机床电气控制第六章
第六章 检测装置
6.5 光栅 6.5.1 光栅结构与工作原理 无论是长光栅或圆光栅，主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部 件（如工作台或丝杠）上，光栅读数头安装在机床的固定部件（如机床底座）上，两者由于工作台的移动而 雨相对移动。在光栅读数头中，有一个指示光栅，它可以随光栅读数头在标尺光栅上移动，因此，在光栅安 装时，必须严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度要求以及二者之间的间隙（通常取 0.05mm 或 0.lmm）要 求。 1 结构 （1）光栅尺 标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，采用真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属 镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角 的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为每毫米 25 条、50 条、 条、 条、 条。 100 125 250 对于圆光栅， 如果直径为 70mm， 一周内的刻线 100～768 条； 如果直径为 110mrn， 一周内的刻线 600～1024 条。但是对于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。
Hale Waihona Puke 第六章 检测装置图 6-3 绝对式光电编码器的结构图 由于绝对式光电编码器转过的圈数由 RAM 保存，所以断电后机床的位置即使断电或断电后又移动过也 能够正常工作。
第六章 检测装置
6.3 感应同步器 6.3.1 感应同步器结构与工作原理 1.结构特点 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，相当于一个展开式的多极旋转变压器，其结构如图 6-4 所示。定 尺和滑尺的基板由与机床线胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘接剂贴有钢箔，利用照相腐蚀的办法做 成图示的印刷线路绕组。感应同步器定尺绕组是一个单向均匀的连续绕组；滑尺有两个绕组，其位置相距绕 组节距（2 ）的 1/4，分别称为正弦绕组和余弦绕组。定尺和滑尺绕组的节距相等，均为 2 ，这是衡量感 应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。一块标准型感应同步器定尺长度为 250mm，节距 为 2mm，其绝对精度可达 2.5 m，分辨率为 0.25 m。
《机床电气控制》课件
元件故障
1
2
3
某数控车床在运行过程中突然停机，检查发现电源故障导致系统断电。经维修后恢复正常。
实例一
某加工中心在加工过程中出现定位不准的现象，检查发现伺服电机存在故障。更换伺服电机后恢复正常。
实例二
某铣床在运行过程中出现异常声响，检查发现传动装置存在机械故障。修复传动装置后恢复正常。
实例三
感谢观看
主要用于控制机床电机的停止，使电机在切断电源后能够迅速地停止运转。
制动控制电路的作用
制动控制电路的组成
制动控制电路的工作原理
制动控制电路的注意事项
主要由电源开关、制动器、减速器等组成，通过这些元件的协同作用，实现对电机制动的控制。
当按下停止按钮时，制动器动作，电机迅速停止运转。
在制动控制电路中，应定期检查制动器的性能和可靠性，确保在需要制动时能够迅速有效地发挥作用。
主要用于调节和控制电机的转速，以满足机床加工过程中对不同转速的需求。
调速控制电路的作用
在调速控制电路中，应确保调速器的参数设置正确，同时应定期对调速器进行检查和维护，确保其性能稳定可靠。
调速控制电路的注意事项
主要由调速器、测速发电机等组成，通过这些元件的配合使用，实现对电机转速的控制。
调速控制电路的组成
实现方法、技巧
总结词
机床电气控制系统的实现可以采用不同的方法，如继电器控制、PLC控制、运动控制卡等。在实现过程中，需要注意抗干扰、稳定运行、安全保护等问题，并掌握一些实用的技巧，如优化电路设计、合理配置资源等。
详细描述
总结词：实例分析
详细描述：通过对实际案例的分析，深入了解机床电气控制系统的设计过程和实现方法。例如，某型数控机床的电气控制系统设计，包括主轴电机控制、进给电机控制、传感器检测等部分，采用PLC编程实现，具有高精度、高效率的特点。通过对该案例的深入分析，可以更好地掌握机床电气控制系统的设计与实现。
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某数控车床在运行过程中突然停机，检查发现电源故障导致系统断电。经维修后恢复正常。
实例一
某加工中心在加工过程中出现定位不准的现象，检查发现伺服电机存在故障。更换伺服电机后恢复正常。
实例二
某铣床在运行过程中出现异常声响，检查发现传动装置存在机械故障。修复传动装置后恢复正常。
实例三
感谢观看
主要用于控制机床电机的停止，使电机在切断电源后能够迅速地停止运转。
制动控制电路的作用
制动控制电路的组成
制动控制电路的工作原理
制动控制电路的注意事项
主要由电源开关、制动器、减速器等组成，通过这些元件的协同作用，实现对电机制动的控制。
当按下停止按钮时，制动器动作，电机迅速停止运转。
在制动控制电路中，应定期检查制动器的性能和可靠性，确保在需要制动时能够迅速有效地发挥作用。
主要用于调节和控制电机的转速，以满足机床加工过程中对不同转速的需求。
调速控制电路的作用
在调速控制电路中，应确保调速器的参数设置正确，同时应定期对调速器进行检查和维护，确保其性能稳定可靠。
调速控制电路的注意事项
主要由调速器、测速发电机等组成，通过这些元件的配合使用，实现对电机转速的控制。
调速控制电路的组成
实现方法、技巧
总结词
机床电气控制系统的实现可以采用不同的方法，如继电器控制、PLC控制、运动控制卡等。在实现过程中，需要注意抗干扰、稳定运行、安全保护等问题，并掌握一些实用的技巧，如优化电路设计、合理配置资源等。
详细描述
总结词：实例分析
详细描述：通过对实际案例的分析，深入了解机床电气控制系统的设计过程和实现方法。例如，某型数控机床的电气控制系统设计，包括主轴电机控制、进给电机控制、传感器检测等部分，采用PLC编程实现，具有高精度、高效率的特点。通过对该案例的深入分析，可以更好地掌握机床电气控制系统的设计与实现。
《数控机床电气维修》课件
数控机床电气安全的基本原则
确保操作者、维修人员和其他相关人员的安全是首要任 务。遵循国家和行业标准，制定并执行安全操作规程。
数控机床电气安全规范
定期检查和维护电气系统，确保其正常运行。对电气元 件和线路进行定期检查，及时发现并处理潜在的安全隐 患。
数控机床电气安全防护措施与设备
防护措施
采取必要的接地、隔离、滤波等措施， 以减少或消除漏电流、过电压、过电流 等对人身和设备的危害。
观察法、测量法、替换法、调试法
数控机床电气故障诊断技巧
先外部后内部、先机械后电气、先静后动、先公用后专用
数控机床电气故障排除步骤与实例
数控机床电气故障排除步骤
了解故障现象、分析故障原因、确定故障部位、排除故障
数控机床电气故障排除实例
主轴电机无法启动、刀架无法换刀、加工精度异常
REPORT
CATALOG
制定合理的维修流程，提高 维修效率。
提高数控机床电气维修效率的方法与技巧
快速定位故障点
通过观察、测试等方法快速找到故障位置。
备件管理
合理储备常用备件，缩短维修时间。
团队合作
维修人员之间密切配合，共同完成维修任务 。
数控机床电气维修技术的发展趋势与展望
技术升级与创新
随着数控机床技术的不断发展，电气维修技术也 需要不断升级和创新。
工具
万用表、示波器、电桥、绝缘电阻表等。
数控机床电气元件的维修步骤与实例
2. 使用工具检测元件性能 参数。
1. 检查元件外观，确定是 否损坏。
步骤
01
03 02
数控机床电气元件的维修步骤与实例
3. 根据检测结果，判断元件是否需 要更换或修复。
4. 执行维修操作，如更换元件或修复 电路。
数控机床主轴电气控制ppt课件
2020/4/28
id1*
vd *
电压
iq1*
矢量
vq*
计算
逆变器
频率 fi
转差
相位
频Hale Waihona Puke 计算fS fr计算
励磁电流 id 转矩电流 iq
三相电压指令
vu *
直流／交流
vv*
二相／三相
变换
vw*
三相／二相 交流／直流
变换
电机电流
iu iv
iw
电机频率
2020/4/28
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三菱变频器FR-A740
三菱变频器FR-A740
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A
C
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GB reJ eG n
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R
U
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20W20/4/28
X
D K
I O
M
S
T
EN
Y
Z
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矢量控制的基本思路
通过坐标变换，将异步电动 机等效成直流电动机，模仿直 流电动机的控制策略，实现将 异步电动机像直流电动机一样 的控制！
2020/4/28
三相-两相坐标变换（3/2变换）
2020/4/28
牵引异步电机矢量控制框图
励磁电流
指令id *
转矩电流 电流
指令iq* 控制
直接转矩控制原理图
定子磁链 s 电磁转矩 T
2020/4/28
总的来说，直接转矩控制就是 通过对定子电压空间矢量的控 制达到以下两个目的： ➢（1）维持定子磁链幅值的恒 定 ➢（2）控制定子磁链旋转速度 的大小
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矢量
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逆变器
频率 fi
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励磁电流 id 转矩电流 iq
三相电压指令
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三菱变频器FR-A740
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矢量控制的基本思路
通过坐标变换，将异步电动 机等效成直流电动机，模仿直 流电动机的控制策略，实现将 异步电动机像直流电动机一样 的控制！
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三相-两相坐标变换（3/2变换）
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牵引异步电机矢量控制框图
励磁电流
指令id *
转矩电流 电流
指令iq* 控制
直接转矩控制原理图
定子磁链 s 电磁转矩 T
2020/4/28
总的来说，直接转矩控制就是 通过对定子电压空间矢量的控 制达到以下两个目的： ➢（1）维持定子磁链幅值的恒 定 ➢（2）控制定子磁链旋转速度 的大小
数控机床电气控制PPT课件
图1.3数控机床的基本组成
二、数控机床控制系统由哪几部分组成?
答:数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装 置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控 制装置、位置检测装置,如图1.3所示。
三、数控机床有哪几种分类方式?并说明是如何分类的。 答: 1、按被控制对象运动轨迹进行分类 1)点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控装 置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点 的定位精度,而不管是按什么轨迹运动,在移动过程中不 进行任何加工。
3)半闭环控制系统
半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的 轴上装有角位移检测装置。位置检测元件不直接安装在 进给坐标的最终运动部件上,而是中间经过机械传动部 件的位置转换(称为间接测量)。
第2章 数控机床强电控制电路
一、低压断路器的作用是什么?
答:低压断路器又称自动空气开关,它不但能用于正 常工作时不频繁接通和断开的电路,而且当电路 发生过载、短路或失压等故障时,能自动切断电 路,有效地保护串接在它后面的电气设备。因此, 低压断路器在机床上使用得越来越广泛。
2)直线控制的数控机床 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加 工,所以不仅要求有准确的定位功能,还要求从一点到另 一点之间按直线规律运动,而且对运动的速度也要进行 控制。
3)轮廓控制的数控机床 轮廓控制又称连续控制,大多数数控机床具有轮廓控制功 能。其特点是能同时控制两个以上的轴,具有插补功能。 它不仅控制起点和终点位置,而且要控制加工过程中每 一点的位置和速度,加工出任意形状的曲线或曲面组成 的复杂零件。
答案:(√)
三、简答题
1·PLC的硬件由哪几部分组成?
答:PLC内部硬件由中央处理单元(CPU)、存储器、 输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。
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主讲：郭士义制作：王天
予
6.1 华中数控系统体系
6.1.1基于PC 的数控系统硬件
6.1.2开放体系结构数控装置的优点
6.1.3硬件平台体系结构 6.2 华中世纪星HNC-21
数控系统的连接6.2.1采用HNC-21的数控设备6.2.2华中世纪星HNC-21数控装置的接口
简介
近几年国产数控系统在引进消化国外数控技术的基础上有了很大的发展，已经生产出具有自主版权的数控系统和数控机床。
西方禁锢中国多年的三轴以上联动技术也自行研制成功，从而一举打破国外的技术封锁和经济垄断，为振兴民族数控产业，加速工业现代化奠定了坚实的技术基础。
目前，国产数控机床广泛应用的国产数控系统有华中、蓝天、航天、四开、凯恩帝、开通等品牌，本章以华中数控为例介绍。
6.1.1基于PC的数控系统硬件
华中数控系统采用了先进的技术路线，具有可靠的质量保证，现已成为既具有国际先进水平又有我国技术特色的数控产品。
具体为：
1）以通用工控计算机为基础的开放式和模块化体系结构；
2）以WINDOWS操作系统为基础，体系结构开放；
3）具有特点的数控软件技术和独创的曲面实时插补算法；
4）具有友好的用户界面，便于用户学习和使用；5）搭载网络、通讯和集成功能。
6.1.2开放体系结构数控装置的优点
向未来技术开放。
标准化的人机界面、标准化的编程语言。
向用户特殊要求开放。
可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。
6.1.2开放体系结构数控装置的优点
标准PC机配置
系统控制部件包括：DMA控制器(外部设备如软盘等与内存进行高速数据传送)、中断控制器(作系统中断用)、定时器(作系统定时用)等，外存包括硬盘和软盘或者电子盘。
简介
先进的开放体系结构，内置嵌入式工业PC机，配置7.5英寸彩色液晶显示屏和通用工程面板,集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点，主要应用于小型车床、铣床、加工中心。
6.2.1采用HNC-21的数控设备
HNC-21的数控设备的结构框图HNC-21的数控设备的接线示意图
6.2.2华中世纪星HNC-21数控装置的接口。