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第五章 数控机床及工业机器人 1、英文名词缩写 英文缩写 中文 英文全称 NC 数控技术 Numerical Control CNC 计算机数控 Computerized Numerical Control CRT 阴极射线管显示器 LCD 液晶显示器 CAD 计算机辅助设计 计算机辅助制造 PLC 可编程控制器 RLL 阶梯图指令语言 Relay Ladder Logic SFC 顺序功能图语言 Sequential Function Chart MTBF 平均无故障时间 用来描述系统的可靠性的指标 MTTR 平均修复时间 FMC 柔性制造单元 Flexible Manufacturing Cell FMS 柔性制造系统 Flexible Manufacturing System CIMS 计算机集成制造系统 Computer integrated manufacturing system 2、广泛应用的类型 静压蜗杆—蜗母条机构特别适宜应用于重型数控机床进给传动系统中 伺服驱动系统中半闭环控制方式应用比较广泛。 加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床，分为镗铣类加工中心和车削中心。 目前多采用共享总线结构的多微处理器CNC。 当今占据大部分制造业市场的CNC装置为专用型CNC装置。 国内，在钢铁和有色冶金行业的自动控制中PLC的应用已占首位，其次是机械制造和汽车制造业。 斩波驱动电路是20世纪80年代以来应用较为广泛的驱动电路，是一种较好的实用驱动电路。 在工业机器人的驱动中，交流伺服电动机是主流。 3、数控机床的组成部分 数控机床： CNC系统： 程序（零件加工程序）：重要组成部分 输入输出（I/O）设备 简单： 键盘、米字管、数码管 一般： 人机对话编程键盘、CRT、LCD、纸带、磁带、磁盘输入机、穿孔机、电传机 高级： 自动编程机、CAD/CAM系统 CNC装置（核心部件）：计算机（软硬件）、PLC、接口电路 主轴驱动装置： 进给驱动装置： 机床主机 数控机床包括CNC系统，CNC系统包括CNC装置，CNC装置包括PLC。 3、为了满足数控机床的要求，机床主机的机械结构具备的特点： （1）高刚度和高抗振性 途径： 提高机床静刚度、固有频率，改进机床结构的阻尼特性） 方法： 合理布局机床结构、筋板 提高刚度 具体方法：缩短主轴端部受力悬伸段、采用倾斜床身、主轴箱采用嵌入式结构、立柱构件采用加强筋布局设计、床身采用钢板焊接结构 采用新材料、特殊结构 提高动刚度、抗振能力 具体方法：聚合物混凝图制作机床大件、大件表面采用阻尼涂层 （2）机床热变形小 方法： 采用热对称结构及热平衡措施。 具体方法：发热部件采取散热、风冷、液冷；切削部位采取强冷 采用热位移补偿。预测变形，建立模型，计算机计算，实时补偿。 （3）传动高效率、无间隙、低摩擦 方法：导轨多采用：塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨 进给系统中：滚珠丝杠副、预加载双齿轮—齿条结构、静压蜗杆—蜗母条机构 （4）机械传动机构简化。 原因是采用了高性能、宽调速范围的交、直流主轴电动机和伺服电动机 4、数控机床的分类 （1）刀具和工件建相对运动轨迹：点位控制、轮廓控制 （2）伺服驱动系统控制方式： 开环 不带位置检测反馈装置；使用步进式电动机 优点：工作比较稳定，反应快，调试方便，维修简单； 缺点：控制精度和速度比较低 闭环 位置检测反馈装置安装在机床工作台上； 优点：精度很高 缺点：容易造成系统不稳定，设计和调试难度较大 半闭环 位置检测反馈装置安装在电动机端头或丝杠的端头 优点：精度不如闭环，但稳定性好，调试也比较方便 （3）加工方式：金属切削类、金属成型类、特种加工类、其他类 （4）CNC装置的功能水平：高、中、低（经济型） 5、数控机床的特点： （1）能加工一般机床难以加工或不能加工的复杂型面。 （2）可以获得更高的精度和稳定的质量（重复精度好）。 （3）具有广泛的适应性和较大灵活性。 （4）一机多用。（一台机器可以抵多台各类型一般机床） （5）生产率高。 （6）大大减少在制品数量，加速流动资金周转，提高经济效益。 （7）可实现精确的成本核算和生产精度安排。 （8）改善工作环境，减轻操作者劳动强度。 （9）是实现柔性自动加工的主要设备，是发展柔性生产和计算机集成制造的基础。 6、CNC装置的功能： 基本功能：控制、准备、插补、进给、主轴、辅助、选刀及工作台分度、固定循环 选择功能：补偿、字符图形显示、诊断、通信、在线自动编程 7、由微处理器的情况来看CNC装置的硬件结构（微处理器是CNC装置的核心） 单微处理器 多微处理器 应用 早期的CNC，经济型CNC 现代CNC装置 定义 只有一个微处理器 有两个或两个以上微处理器，但只有一个能够控制系统总线。 多个微处理器 控制方式 集中控制，分时处理 分管各自任务，形成功能单元（功能模块） 结构 以总线为中心的计算机结构 共享总线结构：主模块，从模块；系统总线上连接公共存储器 共享存储器结构：设置多端口存储器，连接多条数据、地址、控制线。 电路板结构 大板结构：CNC主要功能集中的大印刷电路板，辅助功能模板（小印刷电路板）。 模块化结构：标准总线为母板，尺寸相同的功能模板 模块化结构：六种基本功能模块，CNC管理、CNC插补、位置控制、存储器、PLC、输入输出及显示 PLC类型 采用内装型PLC为多 采用独立型PLC为多 微处理器由运算器和控制器两部分组成，运算器完成算术运算和逻辑运算，控制器负责从存储器读取指令、分析指令，发出控制信号，接受反馈信息，决定下一步操作命令。 微处理器的主频和字长决定了微处理器的运算速度。 8、由体系结构的开放和封闭情况来看CNC装置的硬件结构 CNC装置的开放化主要体现在： 系统内部硬、软的公开化。 各组成部分之间的接口标准化 开放式CNC装置（PC—NC系统）组成方式： 项目 PC连接型CNC PC内藏型CNC CNC内藏型PC 全软件型NC 连接 串行通信连接 专用总线连接 扩展槽中插专用CNC CNC全部功能由PC完成 优点 容易实现，可使用通用软件 CNC可用，数据传输快，系统相应快 充分保证系统性能，软件通用性强，编程处理灵活 硬件通用性强，编程处理灵活 缺点 CNC不能实现开放化 通信速度慢，相应速度慢 不能用通用PC，PC开发程序受限制 难利用现有CNC资源，可靠性不高 难实现实时处理，难保证系统性能，难利用现有CNC资源 9、CNC装置的两类控制 数字控制（NC控制），实现各坐标轴运动的控制 高速轨迹信息（刀具补偿处理、进给速度处理），插补计算，位置控制，伺服系统实现协同移动 顺序控制（辅助控制），完成各种应答动作 低速辅助信息，包括辅助功能M、主轴转速功能S、刀具功能T 10、PLC的组成 硬件： 基本组成部分（最小系统）：CPU、存储器（系统、用户）、输入接口、输出接口、电源 I/O扩展部分：为系统扩展输入、输出点数而设计 外部设备：主要是为设计和调试PLC的应用程序而设，包括：编程器、EPROM、磁带机、打印机、监视器 软件： 系统软件：通常被固化在ROM中 应用软件：通常在RAM中，用锂电池掉电保护；不经常变动的应用程序可固化在EPROM中 11、PLC的基本技术指标 存储器容量、扫描速度、I/O点数、编程语言 12、PLC的特点 （1）控制程序可变，具有良好的柔性 （2）采用面向过程的语言，编程方便。使用RLL语言和SFC语言 （3）功能完善 （4）扩充方便，配置灵活 （5）系统构成简单，安装调试方便 （6）可靠性高 13、数控机床中所使用的PLC类型特点比较 内装型PLC 独立型PLC 性能指标由从属的CNC装置的性能、规格来确定 可根据数控机床对控制功能的要求，灵活选购或自行开发通用型PLC 与CNC共用微处理器、具有专用微处理器 可以扩大CNC的控制功能 与CNC其他电路同装在一个机箱内，共用一个电源和地线 可与CNC其他电路制作在同一块印刷电路板上，也可以做成附加印刷电路板 没有单独配置的I/O接口电路，使用CNC装置本身的I/O接口电路 要进行PLC与CNC装置的I/O连接，PLC与机床侧的I/O | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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