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制造设备与系统控制复习大纲17周答疑2011-1-17考试表示重点制造设备与系统控制指导老师：李爱萍（教授）机械大楼A304重点可编程控制器的基础知识，如PLC的全称，与、或、非、定时器、计数器等STL语句编程数控电机伺服系统检测装置，光栅与莫尔条纹插补：逐点比较与数字积分能力拓展“如果给你数控编程的程序，能否画出工件加工图”机械制造设备与自动化概述1、自动化：机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。自动化的目标：对人而言，减轻人的体力负担，减少劳动力的使用；对产品而言，提高产品的产量和质量，同时降低生产费用。制造自动化的特点： 产品、零部件标准化，装配简单化 在劳动组织上，最大限度地采用分工的原则 采用流水线生产方式 组织结构上，追求纵向一体化广义制造自动化：（1）“制造”的概念，已经不是狭隘意义上的产品生产工艺过程，而是包括市场分析、产品设计、生产工艺过程、装配检验和销售服务等产品整个生命周期过程。（2）在形式方面，制造自动化代替人的体力劳动、代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。（3）在功能方面，制造自动化的功能目标是多方面的，不仅仅包括代替人的体力和脑力劳动。功能目标是一个有机体系，用目标模型TQCSE描述，T（time时间）、Q（quality质量）、C（cost成本），S（service服务）、E（environment环境友善）。2、制造自动化技术的研究现状归纳为自动化、精密工程、绿色制造三个方面。其中自动化包括：数控技术，柔性制造，集成制造，智能制造，全球制造等。柔性制造系统（FMS）Flexible Manufacturing System3、制造自动化技术的发展趋势：“六化”全球化、敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化。4、机械加工的特点“离散”加工是一个一个进行的，不是“连续”的，区别的化工中小批量零件生产的特点：物料、时间利用率低；加工准备时间长，效率低，成本高；机床使用率低和零件处理时间长控制系统的分类：功能控制（分过程手动引发），程序控制，数字控制（用数字指令控制）PLC部分顺序控制的四种方式：继电器控制（“布线”程序），半导体组件方式，二级管矩阵方式，PLC存储程序方式PC-Programmable Controller可编程控制器PLC-Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器1、 技术性能指标（1）I/O点数表明PLC可接收的输入信号和输出信号的数量（2）程序存储容量（3）指令总数表示PLC软件功能的强弱（4）扫描速度反映PLC执行用户程序的快慢（5）内部寄存器寄存器存放变量状态、中间结果、定时计数等数据内部寄存器的配置及容量是衡量PLC硬件功能的重要指标（6）特殊功能模块常用的特殊功能模块有A/D转换模块、D/A转换模块、高速计数模块、速度控制模块等。2、编程方式：接点梯形图，逻辑功能图，语句表西门子的step语句：参考西门子S7-300语句表（STL）编程手册STL：Step Ladder Instruction步进梯形指令（1）位逻辑指令位逻辑指令处理“1”和“0”，根据布尔逻辑对它们进行组合。常见：A与AN与非O或其它指令如ON或非、X异或、XN异或非、O先与后以及嵌套关系请看参考手册。举例：与嵌套：结束指令，结束一个布尔逻辑串：=赋值R复位S置位（2）计数器指令AR端为1即清零B置数C正向计数（0-999，没有正溢出）D反向计数（减到0，没有负溢出）E计数器1结果为1计数器为0，扫描结果为0计数器是STEP7编程语言的功能单元之一，用来计数。在CPU存储区中留有一块计数器区域。该存储区为每一计数器保留一个16位的字。语句表指令集提供了256个计数器。计数器指令，可以在一定范围内改变计数值：FR使能计数器（任意）L将当前计数器值装入累加器1LC将当前计数器值作为BCD码装入累加器1R复位计数器S计数器置位CU加计数器CD减计数器（3）装入和传送指令使用装入L和传送T指令可以对输入和输出模块与存储区之间的信息交换进行编程。CPU在每次扫描中都将无条件执行这些指令，也就是说，这些指令不受语句逻辑操作结果的影响。L装入LAR1AR2将地址寄存器2的内容装入地址寄存器1T传送TAR1AR2将地址寄存器1的内容传送到地址寄存器2（4）程序控制指令BE块结束（5）移位和循环移位SLW字左移（16位）SRW字右移（16位）（6）定时器FR使能定时器（任意）五种定时器L将当前定时值作为整数装入累加器1LC将当前定时值作为BCD码装入累加器1R复位定时器SD延时接通定时器SE延时脉冲定时器SF延时断开定时器SP脉冲定时器SS保持型延时接通定时器（7）累加器操作指令ENT入栈LEAVE出栈NOP空指令 课件补充基本逻辑功能“与”“或”“非”、嵌套（2）R-S存储器复位优先/置位优先（3）计时器的类型（具体编程课件有）脉冲计时器SP延时脉冲定时器SE延时接通定时器SDSS保持型延时接通定时器SF延时断开定时器（4）计数器（5）数字功能3、 PLC系统的组成硬件系统和软件系统PLC的基本单元主要由微处理器（CPU，包括运算器和控制器）、存储器、I/O模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等。软件部分包括系统软件和应用软件。4、 PLC工作过程与编程器、计算机等通信输出结果执行用户程序读入现场数据自诊断CNC部分轮廓编程法（课件有）1、数控机床按加工功能（运动控制方式）分类，其主要特点：（1）点位控制数控机床 点位控制：仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。（2）直线控制数控机床 不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工。适用范围：数控镗铣床、加工中心等机床，多属于点位/直线控制的数控机床。（3）轮廓控制数控机床 对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间比率都要严格控制，以便加工出给定的轨迹。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。2、数控机床按伺服系统分类，其主要特点：（1）开环控制数控机床 特点：没有位置检测装置，指令信号是单向的。结构简单，制造成本较低，价格便宜，精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床。（2）半闭环控制数控机床 特点:带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部，通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置值，然后与指令位置值进行比较，进行差值控制。（3）闭环控制数控机床 特点：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上,随时检测执行部件的实际位置。进行差值控制，修正误差，直到消除。加工精度很高,但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内,系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。3、数控编程介绍从分析零件图纸开始，经过工艺分析、数学处理到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程。编程方法：手工编程和自动编程4、数控机床的脉冲当量数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机）是指数控系统发出一个脉冲指令后,经伺服系统的转换、放大、反馈后推动机床上的工件（或刀具）实际移动的最小位移量。5、坐标轴的确定ISO标准中规定直线进给运动用右手直角笛卡尔坐标系X、Y、Z表示；A、B、C满足右手螺旋规则。常称基本坐标系。座标轴的正方向是假定工件不动，刀具相对于工件而运动来确定。基本坐标轴：规定直线进给坐标轴，用X、Y、Z表示；回转坐标轴：围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴，分别用A、B、C表示；附加坐标轴：平行于基本坐标系的直线运动坐标轴，用U、V、W表示。6、机床坐标系和工件坐标系机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。数控车床的机床原点定义为主轴旋转中心线与车床端面的交点。工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点（工件原点）所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。数控车床的工件坐标系原点一般选在工件的回转中心与工件右端面或左端面的交点上。工件坐标系与工件原点关系的确定：1) 由编程人员确定,用于编程;2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变;3)根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。7、绝对坐标系编程和相对坐标系编程（增量）绝对坐标系：工件所有点的坐标值均基于某一固定坐标（机床或工件） 原点计量的坐标系。相对坐标系：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的坐标系（增量坐标系）。8、常见指令G指令M指令M、S、T、D9、数控系统的插补功能直线插补、圆弧插补、极坐标插补、抛物线插补、螺旋线插补、渐开线插补、正弦线插补、样条曲线插补和球面螺旋线插补等。CNC装置的插补算法：基准脉冲插补-特点：每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）。以一个脉冲的方式输出给步进电机。运算简单，用硬件电路实现，运算速度快。插补速度与进给速度密切相关。该方法一般用于进给速度不是很高的数控系统或开环控制系统中。基准脉冲插补有多种方法，最常用的是逐点比较插补法和数字积分插补法。数据采样插补-特点：插补程序以一定的时间间隔定时（插补周期）运行，在每个周期内根据进给速度计算出各坐标轴在下一插补周期内的位移增量（数字量）。插补运算速度与进给速度无严格的关系。数字增量插补的实现较脉冲增量插补复杂，对计算机的运算速度有一定的要求。逐点比较法（走一步看一步）逐点比较插补法通过逐点地比较刀具与所需插补曲线的相对位置，确定刀具的坐标进给方向，以加工出零件的轮廓。一个插补循环由偏差判别、进给、偏差计算和终点差别四个工作节拍组成。对于逐点比较法，每进行一个插补循环，刀具或者沿X轴，或者沿Y轴走一步，因此循环数与刀具沿X、Y轴已走的总步数相等。Fm0 m在直线上方X方向走一步新偏差Fm=0 m在直线