數控機床電氣控制主講龔航張家界航院機械系目錄數控機床電氣控制基本知識數控系統基本知識數控機床進給驅動系統數控機床主軸控制系統數控機床PLC控制緒論1946年世界上誕生了第一臺電子計算機。60多年來，以計算機為主導和核心的信息技術，通過電視、現代通信等手段提高了人類的生活質量，更促使生產力飛速向前發展，開創了人類文明史、生產史的新紀元。

在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了世界上第一臺數控機床。從此，傳統的機床發生了質的變化。1．1數控技術發展的回顧

從第一臺數控機床誕生至今50多年以來，數控機床的核心——數控系統的發展經歷了兩個階段和六代的發展。1.1.1數控(NC)階段(1952一1970年)早期的計算機運算速度低，不能適應機床實時控制的要求。于是，人們不得不采用數字邏輯電路，組成機床專用計算機。這種數控裝置稱為硬件連接數控裝置(HARD—WIREDNC)，簡稱為數控(NC)。隨著電子元器件的發展，這個階段又經歷了三代：1952年的第一代——電子管計算機組成的數控裝置；1959年的第二代——晶體管計算機組成的數控裝置；1965年的第三代——小規模的集成電路計算機組成的數控裝置。1.1.2計算機數控(CNC)階段(1970年——至今)

1970年研制成功了大規模集成電路，并用于通用小型計算機。其運算速度有了大幅度的提高，比專用計算機成本低、可靠性高。于是，小型計算機作為數控系統的核心部件，數控機床進入了計算機數控(CNC)階段。1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器，采用大規模的集成電路制造技術，將其集成在一塊芯片上，稱之為微處理器(Microprocessor)，又稱為中央處理單元(CPU)。1974年，微處理器應用于數控系統。雖然早期的微處理器速度和功能對數控裝置來說有局限性，但可以通過多處理器結構來解決相應的問題。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故此時的數控系統仍稱為計算機數控。

緒論

一、數控技術發展的回顧

1.數控(NC)階段(1952一1970年)

1952年的第一代——電子管計算機組成的數控裝置；1959年的第二代——晶體管計算機組成的數控裝置；

1965年的第三代——小規模的集成電路計算機組成的數控裝置。

緒論

2.算機數控(CNC)階段(1970年——至今)

1970年的第四代——小型計算機數控系統；

1974年的第五代——微處理器組成的數控系統；

1990年的第六代——基于PC的數控系統。

緒論

二、現代數控技術發展趨勢

1.高速、高精加工高速主軸單元(電主軸，轉速15000－100000r/min)、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60～120m/min，切削進給速度高達60m/min)、車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬r/min)以上；工作臺的移動速度(進給速度)：在分辨率為1微米時，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率為0.1微米時，在4m/min以上；自動換刀速度在1秒以內；小線段插補進給速度達到12m/min。

緒論

二、現代數控技術發展趨勢

1.高速、高精加工MOV1高速銑削緒論

二、現代數控技術發展趨勢

1.高速、高精加工要達到上述要求，機床的數控系統和驅動系統應具有以下特點：

采用高速高精度的數控系統

采用直線電動機作為進給伺服系統

采用高速內裝式主軸

采用高速永磁同步電動機

緒論

二、現代數控技術發展趨勢

2.數控系統具有多軸控制、多軸聯動和復合加工的控制功能

5軸(坐標)聯動數控機床，是數控機床技術制高點標志之一．5軸聯動數控銑床主要用于大型螺旋槳空問曲面加工，除X、Y、Z這3軸外，主要還有刀具軸旋轉、工作臺旋轉這兩種方式的復合運動。采用5軸聯動，可以使用刀具的最佳幾何形狀對工件進行切削。復合加工機床在工件一次安裝后，就能完成全部加工工序，不但提高了加工效率，而且提高了精度，實現精益生產。復合加工機床實現了工序復合和工種復合，而工序復合和工種復合是機床集成技術發展最活躍的因素，是當今制造技術發展的總趨勢。

五坐標高速加工中心緒論

二、現代數控技術發展趨勢

2.數控系統具有多軸控制、多軸聯動和復合加工的控制功能

五坐標高速加工中心緒論

二、現代數控技術發展趨勢

2.數控系統具有多軸控制、多軸聯動和復合加工的控制功能

信息化的車銑加工中心復合加工緒論

二、現代數控技術發展趨勢

3.數控系統開放化、智能化和網絡化

開放結構的NC系統：CNC控制器透明以使機床制造商和最終用戶可以自由地實現自己的思想。機床制造商可以在該開放系統的平臺上增加一定的硬件和軟件構成自己的系統。

智能化是指數控機床控制加工精度和加工效率的智能化。網絡化可以進行跨地域的協同設計、協同制造、信息共享、遠程監控及遠程服務緒論

二、現代數控技術發展趨勢

3.數控系統開放化、智能化和網絡化

一種是基于PC的CNC系統(PCBase)，這種系統以PC機為平臺，開發數控系統的各種功能，通過伺服卡控制坐標軸電動機的運動。

PC嵌入式：系統的基本結構為CNC+PC主板(NCBase)，即把一塊PC主板插入傳統的CNC數控系統中，PC板主要運行在非實時控制的狀態，而CNC主要運行在以坐標軸運動為主的實時控制的狀態，或CNC作為數控功能運行，而PC板作為用戶的人機接口平臺。人機接口的開放，而系統的核心并沒有開放。緒論

二、現代數控技術發展趨勢

3.數控系統開放化、智能化和網絡化

與系統連接的伺系統，及外圍部件緒論

二、現代數控技術發展趨勢

3.數控系統開放化、智能化和網絡化

I/O設備計算機主板顯示卡功能模板m功能模板1電子盤多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模塊主軸控制模板機床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅動1功能驅動m…………系統總線（BUS）標準PC計算機CNC裝置CNC系統緒論

二、現代數控技術發展趨勢

3.數控系統開放化、智能化和網絡化

SIN840C的最大配置接口緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

數控機床的主軸、進給軸伺服控制系統大多數是機電式的，其輸出都包含有某種類型的機械環節和元件，它們是控制系統的重要組成部分，其性能直接影響數控機床的品質。從機械角度來看，需要考慮的包括：有關的負載，驅動力或驅動力矩，摩擦力或摩擦力矩，死區、傳動系統的間隙、剛性、慣性矩和共振頻率等。

緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

摩擦力可分為三類：黏性摩擦力、庫侖摩擦力和靜摩擦力。黏性摩擦力是和運動速度成正比的摩擦.力庫侖摩擦力是物體運動時接觸面對運動物體所呈現的阻力(或阻力矩)，它是一個常數.靜摩擦力是物體有運動傾向但仍處于靜止時呈現的摩擦力，最大值發生在開始運動的瞬間，一旦運動開始，靜摩擦力即消失。

1.摩擦

緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

1.摩擦

在低速時，由于靜摩擦力和動摩擦力的交替作用而可能出現爬行現象．即系統在低速運行時，出現時啟時停、時快時慢的不平穩運動。

摩擦引起低速爬行及減少爬行的措施

在數控機床上產生低速爬行主要是因機床導軌與工作臺之間的摩擦力而引起的，因此，減少低速爬行的措施是減少機床導軌靜、動摩擦系數的差，減少滑動面的摩擦阻力，提高傳動件的剛度。目前采用得較多的方法是在滑動面上貼塑料導軌軟帶。

緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

1.摩擦

摩擦引起低速爬行及減少爬行的措施

緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

1.摩擦

摩擦引起系統的失動

定位精度：伺服系統按照允許的輸入位移指令進行定位時可能產生的最大偏差，主要表示伺服系統準確執行定位指令的能力。

失動則表示指令位置沒有達到的情況。在評價系統的失動時，通常把它折合成直線運動，按雙向趨近，如圖1－7所示，即把從右邊和左邊向同一點定位時平均值之差定義為失動量。

失動可以是由于伺服驅動系統滾珠絲杠與螺母的間隙、傳動鏈的扭轉(角度變形，即扭曲)或負載構件的撓曲(軸向壓縮變形)等因素所引起，而摩擦則以間接的方式助長系統的失動。

緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

1.摩擦

摩擦引起系統的失動緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

2.間隙

間隙的存在對于工作在可逆運轉的傳動裝置中就造成了回差，其輸出、輸入關系具有滯環特性，如圖所示，是非單值的非線性關系。

運動副的傳動間隙是導致反向誤差的主要因素之一。影響加工精度，易使系統不穩定，產生自激振蕩。緒論

三、數控機床的機械參數及其對系統的影響

3.剛度與扭轉諧振

4.質量與慣量

5.關于增量運動系統的最佳設計緒論