模具數控加工技術教案第10次課--13次課

時間：2023-04-25 05:09:22 教案我要投稿

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第十次課授課提綱第四節可編程序控制器（PLC）一、可編程序控制器工作原理 1．可編程序控制器的組成 PLC是一種計算機控制系統。它不同于通用計算機的是：它是為工業現場開發，具有更多、功能強大的I/O接口和面向電氣工程技術人員的編程語言。如圖2-33所示，是一個小型PLC的內部結構示意圖。 2．可編程序控制器的特點（1）可靠性高（2）編程簡單（3）靈活性好（4）直接驅動負載能力強（5）便于實現機電一體化另外，利用其通信網絡功能還可以實現計算機網絡控制。 3．可編程序控制器的工作過程 PLC內部工作方式一般是采用循環掃描工作方式，在一些大、中型的PLC中增加了中斷工作方式。當用戶將用戶程序調試完成后，通過編程器將其程序寫入PLC存儲器中，同時將現場的輸入信號和被控制的執行元件相應的連接在輸入模塊的輸入端和輸出模塊的輸出端，接著將PLC工作方式選擇為運行工作方式，后面的工作就由PLC根據用戶程序去完成，圖2-34是PLC執行過程框圖。PLC在工作過程中，主要完成六個模塊的處理。二、可編程序控制器的應用在機械制造業中，PLC得到了非常廣泛的應用，特別是數控機床都或多或少的使用了PLC作為開關量的控制。除了數控機床，其它的加工設備目前也在越來越多的采用PLC進行控制，例如組合機床、各種自動化生產線等都使用了PLC控制。（一）數控機床使用PLC的類型數控機床使用的PLC可分為兩類：一類是為“內裝型”PLC；另一類是“獨立型”PLC。 1．內裝型PLC 如圖2-36所示為內裝型PLC的CNC系統框圖。 2．獨立型PLC 所謂獨立型PLC實際上就是一個通用型PLC，它完全獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件，獨立完成CNC系統所要求的控制任務。如圖2-37所示是獨立型PLC與CNC和機床的連接框圖。從圖中可以看到，獨立型PLC，不但要與機床側的I/O連接，還要進行與CNC裝置側的I/O連接。所以，獨立型CPU造價較高，性能價格比不如內裝型PLC。（二）PLC與CNC及機床之間的信息交換在信息交換中，分為PLC與CNC之間的信息交換和PLC與機床之間的信息交換。 PLC與CNC之間的信息交換分兩個方向進行：一個方向是CNC向PLC發送信息，主要信息有各種功能代碼M、S、T的信息，手動/自動方式信息，各種使能信息等；另一個方向是PLC向CNC發送信息，主要信息有M、S、T功能的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點信息等。 PLC與機床之間的信息交換也分為兩個方向進行：一個方向是PLC向機床發送的信息，主要信息有控制機床的執行元件，如電磁鐵、接觸器、繼電器以及各種狀態指示和故障報警等；另一個方向是機床向PLC發送信息，主要信息有機床操作面板輸入信息和其上各種開關、按鈕等信息，如機床起動/停止、主軸正轉/反轉/停止、冷卻液開/關、倍率選擇、各坐標軸點動以及刀架卡盤夾緊/松開等信息，還有各運動部件的限位開關，主軸狀態監視信號和伺服系統運行準備信號等。第二章小結本章介紹的CNC系統由硬件和軟件組成。CNC系統的硬件從電路板結構來分，有大板結構和模塊化結構兩種，從使用的微機結構來分，有單微機結構和多微機結構。為了完成控制機床的任務，CNC系統都有一套專用軟件，即系統軟件，它一般包括輸入數據處理、插補計算、位置控制、速度控制、管理和診斷等軟件。輸入數據處理軟件包括程序段的輸入、存儲、譯碼及預計算（如刀補計算）等內容。插補計算是CNC系統的一項重要任務，CNC系統的插補算法有逐點比較法、數字積分法、數據采樣法等。CNC系統常見的軟件結構有前后臺型和中斷型兩種。數控機床的進給伺服系統有開環伺服系統、閉環伺服系統、半閉環伺服系統和CNC伺服系統。數控機床的進給系統的機械結構與普通機床有很大的區別，體現在采用了精密的滾珠絲杠副、消除間隙機構、精密的導軌（如直線導軌、液體靜壓導軌、貼塑導軌等）。位置檢測裝置是保證閉環和半閉環伺服系統精度的關鍵，常用的位置檢測裝置有旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁柵等。數控機床的主軸驅動方式有變速齒輪傳動、帶傳動、用兩個電動機分別驅動主軸、內裝主軸電動機等。主軸調速有電動機調速和機械齒輪變速。為滿足數控機床低速強力切削的需要，常采用分段無級變速的方法。 PLC在數控機床中得到了非常廣泛的應用，如采用PLC作為開關量控制的控制器。本章介紹了PLC的特點、工作原理及應用。第十一次課授課提綱第三章數控車削加工技術第一節數控車床簡介一、概述（一）數控車床的用途數控車床能對軸類或盤類等回轉體零件自動地完成內、外圓柱面，圓錐面，圓弧面和直、錐螺紋等工序的切削加工，并能進行切槽、鉆、擴和鉸等工作。它是目前國內使用極為廣泛的一種數控機床，約占數控機床總數的25％。（二）數控車床的組成及布局 1．數控車床的組成及特點圖3-1為一種全功能型數控車床，一般由以下幾個部分組成：（1）主機（2）數控裝置（3）伺服驅動系統（4）輔助裝置與普通車床相比較，數控車床的結構有許多特點： 2．數控車床的布局數控車床的布局形式與普通車床基本一致，但數控車床的刀架和導軌的布局形式有很大變化，直接影響著數控車床的使用性能及機床的結構和外觀。此外，數控車床上都設有封閉的防護裝置。（1）床身和導軌的布局 ①如圖3-2（a）所示為平床身的布局 ②如圖3-2（b）所示為斜床身的布局 ③如圖3-2（c）所示為平床身斜滑板的布局（2）刀架的布局分為排式刀架和回轉式刀架兩大類。目前兩坐標聯動數控車床多采用回轉刀架，它在機床上的布局有兩種形式。一種是用于加工盤類零件的回轉刀架，其回轉軸垂直于主軸；另一種是用于加工軸類和盤類零件的回轉刀架，其回轉軸平行于主軸。四坐標軸控制的數控車床，床身上安裝有兩個獨立的滑板和回轉刀架，也稱為雙刀架四坐標數控車床。其上每個刀架的切削進給量是分別控制的，因此兩刀架可以同時切削同一工件的不同部位，既擴大了加工范圍，又提高了加工效率，適合于加工曲軸、飛機零件等形狀復雜、批量較大的零件。（三）數控車床的分類隨著數控車床制造技術的不斷發展，形成了產品繁多、規格不一的局面，因而也出現了幾種不同的分類方法。 1．按數控系統的功能分類（1）經濟型數控車床（2）全功能型數控車床如圖3-1所示，它一般采用閉環或半閉環控制系統，具有高剛度、高精度和高效率等特點。（3）車削中心（4）FMC車床 2．按加工零件的基本類型分類（1）卡盤式數控車床（2）頂尖式數控車床 3．按主軸的配置形式分類（1）臥式數控車床（2）立式數控車床具有兩根主軸的車床，稱為雙軸臥式數控車床或雙軸立式數控車床。 4．其他分類按數控系統的不同控制方式等指標，數控車床可分為直線控制數控車床、輪廓控制數控車床等；按特殊或專門的工藝性能可分為螺紋數控車床、活塞數控車床、曲軸數控車床等；按刀架數量可分為單刀架數控車床和雙刀架數控車床；另外也有把車削中心列為數控車床一類的。二、數控車床的典型結構下面主要介紹全功能型數控車床的典型結構。 1．主傳動系統數控車床主運動要求速度在一定范圍內可調，有足夠的驅動功率，主軸回轉軸心線的位置準確穩定，并有足夠的剛性與抗振性。圖3-3為濟南第一機床廠生產的MJ-50型數控車床的傳動系統圖。 2．進給傳動系統數控車床進給傳動系統是用數字控制X、Z坐標軸的直接對象，工件最后的尺寸精度和輪廓精度都直接受進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性的影響。為此，數控車床的進給傳動系統應充分注意減少摩擦力，提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙以及減少運動件的慣量等。為使全功能型數控車床進給傳動系統要求高精度、快速響應、低速大轉矩，一般采用交、直流伺服進給驅動裝置，通過滾珠絲杠螺母副帶動刀架移動。刀架的快速移動和進給移動為同一條傳動路線。如圖3-3所示，MJ-50數控車床的進給傳動系統分為X軸進給傳動和Z軸進給傳動。 3．自動回轉刀架數控車床的刀架是機床的重要組成部分，其結構直接影響機床的切削性能和工作效率。回轉式刀架上回轉頭各刀座用于安裝或支持各種不同用途的刀具，通過回轉頭的旋轉﹑分度和定位，實現機床的自動換刀。回轉刀架分度準確，定位可靠，重復定位精度高，轉位速度快，夾緊性好，可以保證數控車床的高精度和高效率。按照回轉刀架的回轉軸相對于機床主軸的位置，可分為立式和臥式回轉刀架。（1）立式回轉刀架（2）臥式回轉刀架 4．機床尾座如圖3-4所示為MJ-50數控車床出廠時配置的標準尾座結構簡圖。第二節數控車削的加工工藝與工裝一、數控車削加工的工藝分析理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數控機床的功能得到合理的應用和充分的發揮。除必須熟練掌握其性能、特點和使用操作方法外，還必須在編程之前正確地確定加工工藝。由于生產規模的差異，對于同一零件的車削加工方案是有所不同的，應根據具體條件，選擇經濟、合理的車削工藝方案。（一）加工工序劃分在數控機床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應盡可能完成全部工序。與普通機床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點，常用的工序劃分原則有以下兩種： 1．保持精度原則 2．提高生產效率的原則實際生產中，數控加工工序的劃分要根據具體零件的結構特、技術要求等情況綜合考慮。（二）加工路線的確定下面舉例分析數控車床加工零件時常用的加工路線。 1．車圓錐的加工路線分析在車床上車外圓錐時可以分為車正錐和車倒錐兩種情況，而每一種情況又有兩種加工路線。如圖3-5所示為車正錐的兩種加工路線。按圖（a）車正錐時，需要計算終刀距S。假設圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，背吃刀量為ap，則由相似三角形可得： (D-d)/2L=ap/S 則：S=2Lap/(D-d)，按此種加工路線，刀具切削運動的距離較短。當按圖（b）的走刀路線車正錐時，則不需要計算終刀距S，只要確定了背吃刀量ap，即可車出圓錐輪廓，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變形的，且刀切削運動的路線較長。圖3-6為車倒

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