数控线切割机床的电气控制系统

《数控线切割机床的电气控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控线切割机床的电气控制系统（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、毕业论文（范文）题目：数控机床发展及应用学生所在单位：姓名：张立文教育层次：专科学号：专业：数控技术指导教师分校：哈尔滨技师学院引言现代数控技术集机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感 检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体， 是现代制造技术的基础，它的发展和应用，开创了制造业的新时代，使世界制造 业的格局发生了巨大的变化。数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可 少的物质手段，它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来 深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自 动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的

2、CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是 建立在数控技术之上。数控技术是国际商业贸易的重要构成，发达国家把数控机 床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口产品，世界贸易额逐年增加。大力 发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提 高综合国力和国家地位的重要途径。因此数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及 生产过程数控化是当今制造业的发展方向，机械制造的竞争其实质是数控的竞 争。摘要世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家 已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工 业正逐渐向发展中国家转

3、移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化 工业发展中期。未来 10 年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期 延续了 18 年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12 年，我 们估计中国的重化工业发展期将至少延续 10 年，直到 2015 年。因此，在未来 10 年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都 将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。 目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经 受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于 产业转移，加

4、快出口进程关键词 : 历史 机床 刀具 发展趋势数控的历史数控(英文名字：Numerical Control简称:NC)技术是指用数字、文字和符号 组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通 用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computer Numerical Control ),简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概 念了。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据载体并具有辅

5、助功能 的控制系统被发明；1938 年，美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密 切结合发展起来的。 1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一 件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术(Compu ter Numerical Con trol )，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完

6、成。车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方 法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和 几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机 床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。给机床装上数控系统后，机床就成 了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如： 从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高 了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。我们一般所说的数控设备， 主要是指数控车床和加工中心。数控机床的分类按加工工艺方法分类1、金属切削类数控机床与传统的

7、车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣 床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺 方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数 字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中 心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加 工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成 的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、 镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中

8、 心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和 占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。2、特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控 电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工 机床等。3、板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机 等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘 图机及工业机器人等。按控制运动轨迹分类1、点位控制数控机床 位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统

9、只控制行 程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无 任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位 控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。2、直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的 方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣 床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系 统，驱动动力头带有多轴箱的轴

10、向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制 数控机床。数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范 围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线 控制的数控机床。3、轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控 制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床 移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将 工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰 切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓

11、控制系统。轮廓控制系 统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算， 然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本 的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功 能。按驱动装置的特点分类1、开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为 反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经 驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝 杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与

12、位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向 的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机 床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实 际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角 误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用 于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。2、闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输 入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的 位移量运动，

13、最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运 动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精 度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C 为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动， 则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控 制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值 相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的 数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维

14、修都较困难，系统复杂，成本高。3、半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移 电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的 实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件 A 和光 电编码盘 B 可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量， 将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路 中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度 检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。4、混合控制数控机床

15、将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数 控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进 给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床 传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为 两种形式：（1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一 个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误 差。（2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台 上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中A 是速度测量元件（如测速发电机）， B 是角度测量元件， C 是直线位移测量元件。 数控机床运动坐标的电气控制数控机床一个运动坐标的电气控制由电流（转矩）控制环、速度控制环和位置 控制环串联组成 。（1）电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调 节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联 接完成，因此不需接线与调整。(2)速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比 例积分(PI)调节器，其p、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械 传动系统(导轨、传动机构)的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发 生明显