数控系统的组成及常用元气.ppt

第一章,数控系统的组成及常用 元气件,武汉华中数控,1、操作面板,2、输入输出装置,3、CNC装置,4、伺服单元,5、驱动装置,6、PLC,7、机床本体,数控系统的组成：,武汉华中数控,计算机数控系统组成框图,武汉华中数控,作用：人机对话,武汉华中数控,世纪星数控装置的接口,武汉华中数控,XS1：电源接口 XS2：外接PC键盘接口 XS3：以太网接口 XS4：软驱接口， XS5：RS232接口 XS6：远程I/O板接口 XS8：手持单元接口 XS9：主轴控制接口 XS10、XS11：输入开关量接口 XS20，XS21：输出开关量接口 XS30XS33：模拟式、脉冲式（含步进式）进给轴控制 接口 XS40XS43：串行式HSV-11型伺服轴控制接,“世纪星” HNC-21的接口说明,作用：CNC与各个功能模块之间进行信息传递、交换、 控制,武汉华中数控,进给轴接口类型,武汉华中数控,模拟量指令接口,串 口,电压,电流,应用于主轴控制,武汉华中数控,网 口,武汉华中数控,手摇脉冲发生器,武汉华中数控,主轴控制接口,武汉华中数控,串行式伺服轴控制接口XS40XS43,武汉华中数控,开关量输入接口：XS10、XS11,武汉华中数控,开关量输出接口：XS20、XS21,武汉华中数控,采用先进的开放式体系结构； 嵌入式工业PC机； 配置7.7或.7彩色液晶显示屏; 故障诊断与报警; 多种形式的图形加工轨迹显示和仿真； 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； 可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口交流伺服单元或步进电机驱动器。,“世纪星” HNC-21TF数控装置功能特点,武汉华中数控,华中数控,内部已提供标准车床或铣床控制的PLC程序， 用户也可自行编制PLC程序； 采用国际标准G代码编程，与各种流行，直接加工高达2GB 的G 代码程序； 具有直线、圆弧、螺纹切削、刀具补偿、宏程序等功能； 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； 反向间隙和单双向螺距误差补偿功能有效提高加工精度,武汉华中数控,伺服单元,作用：接收CNC的指令信号，经过转换和放大后控制驱动装置从而执行各种动作。,武汉华中数控,1、交流伺服驱动单元,分类,输入电源通常为三相交流电（200V，50HZ），电机的再生能量通过伺服单元的制动电阻消耗掉。可提供位置控制、速度控制、转矩控制三种方式。,武汉华中数控,2、步进驱动单元,采用细分型高性能步进驱动器，电流控制采用双极性等角度恒力矩技术，适合驱动中小型混合式步进电机。,3、变频主轴单元,采用通用变频器控制通用电机。变频器采用正弦波脉宽调制（PWM）控制， U额380V，I额2.5A,武汉华中数控,将伺服单元的输出变为机械运动 与伺服单元对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机 和交流伺服电机。 伺服单元和进给驱动装置合称为进给伺服驱动系统 伺服系统的性能影响机床的运动速度、跟踪及定位精 度加工表面质量和可靠性等。,驱动装置,武汉华中数控,可编程逻辑控制器（PLC）,可编程控制器（Programmable Logic Controller），是一种数字运算电子系统，专为在工业环境下运用而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。,分类：,1.内装型PLC,内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送,武汉华中数控,2. 独立型PLC,独立型PLC又称外装型或通用型PLC。对数控机床而言，独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。,武汉华中数控,常见的编程语言：,1,梯形图：梯形逻辑图简称梯形图（ladder diagram 简写为LAD）,它是从继电器-接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种图形语言，它沿用了常开触点、常闭触点、继电器线圈、接触器线圈、定时器和计数器等等术语和图形符号，来完成时间上的顺序控制操作。触点和线圈等的图形符号就是编程语言的指令符号。,武汉华中数控,2、指令语句表（STL）,简称语句表（statement list 简写为STL），类似于计算机的汇编语言，它是用语句助记符来编程的。不同的机型有不同的语句助记符，但都要比汇编语言简单得多，很容易掌握，也是目前用得最多的编程方法。,指令语句表程序如下： 1. LD X1.4 - 读取主轴正转按钮 2. OR R0.0 - R0.0自锁 3. AND X8.5 - 无报警 4. ANI Y5.3 - 刀具未松开 5. AND X1.6 - 停止按钮未按下 6. ANI Y5.1 - 反转无输出 7. ANI Y5.2 - 主轴未制动 8. OUT R0.0 - 输出中间变量R0.0，,武汉华中数控,3.计算机的通用语言,计算机通用语言可以实现梯形图法和指令语句表法难以实现的复杂逻辑控制功能，但它没有梯形图法形象，比指令语句表编程复杂，因此较难掌握。常用的通用语言有C、BASIC、PASCAL、FORTRAN等，其中采用C语言较多。,机床本体：,机械部件：主运动，进给运动（工作台、托板、传动部件） 支撑部件：床身，立柱 辅助装置：冷却，润滑，转为，夹紧，刀库，机械手等,武汉华中数控,1. HNC-21TF数控装置； 2. 变频器及三相异步电机； 3. 交流伺服驱动器及交流伺服电机； 4. 步进电机驱动器及步进电机； 5. 工作台; 6. 四工位刀架; 7. 光栅尺; 8. 磁粉制动器; 9. 数控机床常用的电器部件。,HED-21S数控系统综合实验台组成：,武汉华中数控,数控系统其他常用部件：,控制类部件,低压断路器,低压断路器称为自动空气开关，是将控制电器和保护电器的功能合为一体的电器。作为不频繁接通和断开电路的总电路（或部分电路）电源开关。 发生过载、短路或欠电压时自动断电，有效地保护串接在它后面的电器。,QF,塑料外壳式断路器,电器图形及文字符号,武汉华中数控,型号说明,应用范围,以DZ15系列为例，适用于交流50Hz，U额=220V/380V， I额=100A的电路，作为配电、电动机的过载及短路保护， 也可以作为线路不频繁转换及电动机不频繁启动。,武汉华中数控,小型断路器,小型断路器,图形及文字符号,QF,小型断路器主要用于照明配电系统和控制回路。常用于过载、短路保护，同时也可以在正常情况下不频繁地通断电器装置和照明线路。,武汉华中数控,型号说明,DZ47-60系列分类： 按额定电流In: 1A、2A、3A、4A、5（6）A、10A、15（16）A、20A、25A、32A、40A、50A、60A； 按级数: 单极、二极、三极、四极； 按断路器瞬时脱扣器的型式: C型（5In10In）、D型（10In14In）。,武汉华中数控,应用范围,主要应用于交流50/60HZ，单极230V，二、三、四极400V线路的过载、短路保护，同时也可以在正常情况下不频繁的通断电器装置和照明线路。,选择原则,低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。 低压断路器的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。 欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。 过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。,武汉华中数控,接触器,用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。,武汉华中数控,组成: 电磁机构、触点系统、灭弧装置及其它部件,工作原理:当线圈通电后，静铁心产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，触点系统随之复位。,武汉华中数控,主要技术参数,分类: 按其主触点通过电流的种类不同，分为直流、交流两种。机床上应用最多的是交流接触器。,额定电压: 接触器铭牌上标注的额定电压是指主触点 的额定电压。 额定电流: 接触器铭牌上标注的额定电流是指主触点的额定电流。,武汉华中数控,接触器的额定电压和额定电流的等级表,接触器线圈的额定电压等级表,武汉华中数控,选择原则,交流接触器选择主要考虑: 主触点的额定电压、额定电流，辅助触点的数量与种类，吸引线圈的电压等级，操作频率等。,交流接触器的额定电压（指触点的额定电压），应大于或等于负载回路的电压。,接触器线圈的电流种类（交流和直流两种）和电压等级应与控制电路相同。,触点数量和种类应满足电路和控制线路的要求。,根据电动机（或其它负载）的功率和操作情况来确定接触器主触点的电流等级。,根据接触器所控制负载的工作任务（轻任务、一般任务或重任务）来选择相应使用类别的接触器。,武汉华中数控,继电器,继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路的电器。 分类: 按输入信号的性质分为： 电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器等。 按工作原理可分为： 电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器等。,武汉华中数控,电磁式继电器,由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。继电器的触点不能用来接通和分断负载电路，这也是继电器的作用和接触器的作用的区别。,武汉华中数控,电流继电器的文字符号为KI，线圈方格中用I（或I（或U）表示过电压（或欠电压）继电器。,图形及文字符号,武汉华中数控,分类,1、电流继电器:电流继电器的线圈串联在被测电路中，监测电路的电流。电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小，不会影响电路的工作情况。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器。,2、电压继电器：电压继电器线圈并联在被测量的电路的两端，监控电路电压变化。电压继电器线圈匝数多，导线细，线圈阻抗大。电压继电器按动作电压值的不同，有过电压、欠电压和零电压之分。,武汉华中数控,时间继电器,时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等类型。 数控机床中一般由计算机软件实现各种时间控制，而不采用时间继电器方式来进行时间控制。,3、中间继电器：中间继电器实质上是电压继电器的一种，触点多;触点电流容量大;动作灵敏。其主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间转换的作用。,武汉华中数控,KT,时间继电器的图形符号和文字符号,武汉华中数控,热继电器,热继电器是一种利用电流的热效应触发的保护电器。常用于电动机的长期过载保护。热继电器由发热元件（电阻丝）、双金属片、传导部分和常闭触点组成。,热继电器图形及文字符号,武汉华中数控,固态继电器,固态继电器(Solid State Relay)简称SSR 固态继电器是用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，而在前级中与光电隔离器融为一体。因此，固态继电器实际上是一种带光电隔离器的无触点开关。可靠性高、开关速度快和工作频率高、使用寿命长、便于小型化、输入控制电流小等一系列优点。,固态继电器图形及文字符号,武汉华中数控,熔断器串接在回路中，由熔断体和熔座组成，发生短路或严重过载时，熔体自动熔断从而保护电路。,熔断体,螺旋式熔断器,熔断隔离器,熔断器,武汉华中数控,熔断器主要参数: 额定电压：指其长期工作时和分断后能够承受的电压，大于等于电气设备的额定电压。 额定电流：指其长期工作时，设备部件升温不超过规定值时所能承受的电流。 极限分断能力：指其在规定的额定电压和功率因数的条件下，能分断的最大电流值。,图形及文字符号,选择熔断器主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。,武汉华中数控,行程开关是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器，用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。,如果把行程开关安装在工作机械各种行程终点处，限制其行程，它就称为限位开关或终端开关。因此，行程开关、限位开关和终端开关是同一开关。,行程开关图形及文字符号,行程开关,武汉华中数控,接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内，就能发出信号，以控制运动物体的位置或计数。,常开触点,常闭触点,霍尔接近开关,接近开关,武汉华中数控,按钮、指示灯,按钮通常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其它电器设备的运行。 国标对按钮的颜色和标识都有要求，根据这些要求可以正确地设计、识别按钮的功能及含义。,武汉华中数控,引起操作者注意或指示操作者应该完成某种任务。 用于确认一种指令、一种状态或情况，或者用于确认一种变化或转换阶段的结束。,图形及文字符号,武汉华中数控,电源类部件,变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。,机床控制变压器适用于交流5060Hz，输入电压不超过660V的电路，作为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源、步进电机驱动器、局部照明及指示灯的电源。,T,双绕组变压器图形及文字符号,武汉华中数控,三相变压器,在数控机床中三相变压器主要是给伺服动力等供电。,三相变压器（星形三角形联结）图形及文字符号,武汉华中数控,变压器的选择 根据实际情况选择初级（原边）额定电压U1（380V,220V），再选择次级额定电压U2,U3 根据实际负载情况，确定次级绕组额定电流I1,I2,I3,，一般绕组的额定输出电流应大于等于额定负载电流。 次级额定容量由总容量确定。总容量： P2= U2 I2+U3I3+ U4I4+ 根据次级电压、电流（或总容量）可选择变压器， 变压器的选用除了要满足变压比之外，还要考虑变压器性价比，优先选用变压档输出全的变压器.,武汉华中数控,功能：是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。,应用范围：给驱动器、控制单元、小直流继电器、信号指示灯等提供直流电源。,开关电源,开关电源被称作高效节能电源，自身消