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模具數(shù)控加工技術(shù)教案第10次課--13次課
第 十 次 課 授 課 提 綱 第四節(jié) 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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它不同于通用計(jì)算機(jī)的是：它是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)，具有更多、功能強(qiáng)大的I/O接口和面向電氣工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言。如圖2-33所示，是一個(gè)小型PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 2．可編程序控制器的特點(diǎn) （1）可靠性高 （2）編程簡(jiǎn)單 （3）靈活性好 （4）直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng) （5）便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 另外，利用其通信網(wǎng)絡(luò)功能還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制。 3．可編程序控制器的工作過(guò)程 PLC內(nèi)部工作方式一般是采用循環(huán)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(dāng)用戶將用戶程序調(diào)試完成后，通過(guò)編程器將其程序?qū)懭隤LC存儲(chǔ)器中，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被控制的執(zhí)行元件相應(yīng)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(yùn)行工作方式，后面的工作就由PLC根據(jù)用戶程序去完成，圖2-34是PLC執(zhí)行過(guò)程框圖。PLC在工作過(guò)程中，主要完成六個(gè)模塊的處理。 二、可編程序控制器的應(yīng)用 在機(jī)械制造業(yè)中，PLC得到了非常廣泛的應(yīng)用，特別是數(shù)控機(jī)床都或多或少的使用了PLC作為開(kāi)關(guān)量的控制。除了數(shù)控機(jī)床，其它的加工設(shè)備目前也在越來(lái)越多的采用PLC進(jìn)行控制，例如組合機(jī)床、各種自動(dòng)化生產(chǎn)線等都使用了PLC控制。 （一）數(shù)控機(jī)床使用PLC的類(lèi)型 數(shù)控機(jī)床使用的PLC可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是為“內(nèi)裝型”P(pán)LC；另一類(lèi)是“獨(dú)立型”P(pán)LC。 1．內(nèi)裝型PLC 如圖2-36所示為內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)框圖。 2．獨(dú)立型PLC 所謂獨(dú)立型PLC實(shí)際上就是一個(gè)通用型PLC，它完全獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件，獨(dú)立完成CNC系統(tǒng)所要求的控制任務(wù)。如圖2-37所示是獨(dú)立型PLC與CNC和機(jī)床的連接框圖。從圖中可以看到，獨(dú)立型PLC，不但要與機(jī)床側(cè)的I/O連接，還要進(jìn)行與CNC裝置側(cè)的I/O連接。所以，獨(dú)立型CPU造價(jià)較高，性能價(jià)格比不如內(nèi)裝型PLC。 （二）PLC與CNC及機(jī)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(jī)床之間的信息交換。 PLC與CNC之間的信息交換分兩個(gè)方向進(jìn)行：一個(gè)方向是CNC向PLC發(fā)送信息，主要信息有各種功能代碼M、S、T的信息，手動(dòng)/自動(dòng)方式信息，各種使能信息等；另一個(gè)方向是PLC向CNC發(fā)送信息，主要信息有M、S、T功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的機(jī)床參考點(diǎn)信息等。 PLC與機(jī)床之間的信息交換也分為兩個(gè)方向進(jìn)行：一個(gè)方向是PLC向機(jī)床發(fā)送的信息，主要信息有控制機(jī)床的執(zhí)行元件，如電磁鐵、接觸器、繼電器以及各種狀態(tài)指示和故障報(bào)警等；另一個(gè)方向是機(jī)床向PLC發(fā)送信息，主要信息有機(jī)床操作面板輸入信息和其上各種開(kāi)關(guān)、按鈕等信息，如機(jī)床起動(dòng)/停止、主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止、冷卻液開(kāi)/關(guān)、倍率選擇、各坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)以及刀架卡盤(pán)夾緊/松開(kāi)等信息，還有各運(yùn)動(dòng)部件的限位開(kāi)關(guān)，主軸狀態(tài)監(jiān)視信號(hào)和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備信號(hào)等。 第二章小結(jié) 本章介紹的CNC系統(tǒng)由硬件和軟件組成。CNC系統(tǒng)的硬件從電路板結(jié)構(gòu)來(lái)分，有大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)兩種，從使用的微機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)分，有單微機(jī)結(jié)構(gòu)和多微機(jī)結(jié)構(gòu)。為了完成控制機(jī)床的任務(wù)，CNC系統(tǒng)都有一套專用軟件，即系統(tǒng)軟件，它一般包括輸入數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)計(jì)算、位置控制、速度控制、管理和診斷等軟件。輸入數(shù)據(jù)處理軟件包括程序段的輸入、存儲(chǔ)、譯碼及預(yù)計(jì)算（如刀補(bǔ)計(jì)算）等內(nèi)容。插補(bǔ)計(jì)算是CNC系統(tǒng)的一項(xiàng)重要任務(wù)，CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)算法有逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、數(shù)據(jù)采樣法等。CNC系統(tǒng)常見(jiàn)的軟件結(jié)構(gòu)有前后臺(tái)型和中斷型兩種。 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)和CNC伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床有很大的區(qū)別，體現(xiàn)在采用了精密的滾珠絲杠副、消除間隙機(jī)構(gòu)、精密的導(dǎo)軌（如直線導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等）。位置檢測(cè)裝置是保證閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)精度的關(guān)鍵，常用的位置檢測(cè)裝置有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等。 數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)方式有變速齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸、內(nèi)裝主軸電動(dòng)機(jī)等。主軸調(diào)速有電動(dòng)機(jī)調(diào)速和機(jī)械齒輪變速。為滿足數(shù)控機(jī)床低速?gòu)?qiáng)力切削的需要，常采用分段無(wú)級(jí)變速的方法。 PLC在數(shù)控機(jī)床中得到了非常廣泛的應(yīng)用，如采用PLC作為開(kāi)關(guān)量控制的控制器。本章介紹了PLC的特點(diǎn)、工作原理及應(yīng)用。 第 十 一 次 課 授 課 提 綱 第三章 數(shù)控車(chē)削加工技術(shù) 第一節(jié) 數(shù)控車(chē)床簡(jiǎn)介 一、概述 （一）數(shù)控車(chē)床的用途 數(shù)控車(chē)床能對(duì)軸類(lèi)或盤(pán)類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件自動(dòng)地完成內(nèi)、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(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)和鉸等工作。它是目前國(guó)內(nèi)使用極為廣泛的一種數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25％。 （二）數(shù)控車(chē)床的組成及布局 1．?dāng)?shù)控車(chē)床的組成及特點(diǎn) 圖3-1為一種全功能型數(shù)控車(chē)床，一般由以下幾個(gè)部分組成： （1）主機(jī) （2）數(shù)控裝置 （3）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （4）輔助裝置 與普通車(chē)床相比較，數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)： 2．?dāng)?shù)控車(chē)床的布局 數(shù)控車(chē)床的布局形式與普通車(chē)床基本一致，但數(shù)控車(chē)床的刀架和導(dǎo)軌的布局形式有很大變化，直接影響著數(shù)控車(chē)床的使用性能及機(jī)床的結(jié)構(gòu)和外觀。此外，數(shù)控車(chē)床上都設(shè)有封閉的防護(hù)裝置。 （1）床身和導(dǎo)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(zhuǎn)式刀架兩大類(lèi)。目前兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控車(chē)床多采用回轉(zhuǎn)刀架，它在機(jī)床上的布局有兩種形式。一種是用于加工盤(pán)類(lèi)零件的回轉(zhuǎn)刀架，其回轉(zhuǎn)軸垂直于主軸；另一種是用于加工軸類(lèi)和盤(pán)類(lèi)零件的回轉(zhuǎn)刀架，其回轉(zhuǎn)軸平行于主軸。 四坐標(biāo)軸控制的數(shù)控車(chē)床，床身上安裝有兩個(gè)獨(dú)立的滑板和回轉(zhuǎn)刀架，也稱為雙刀架四坐標(biāo)數(shù)控車(chē)床。其上每個(gè)刀架的切削進(jìn)給量是分別控制的，因此兩刀架可以同時(shí)切削同一工件的不同部位，既擴(kuò)大了加工范圍，又提高了加工效率，適合于加工曲軸、飛機(jī)零件等形狀復(fù)雜、批量較大的零件。 （三）數(shù)控車(chē)床的分類(lèi) 隨著數(shù)控車(chē)床制造技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了產(chǎn)品繁多、規(guī)格不一的局面，因而也出現(xiàn)了幾種不同的分類(lèi)方法。 1．按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類(lèi) （1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床 （2）全功能型數(shù)控車(chē)床 如圖3-1所示，它一般采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有高剛度、高精度和高效率等特點(diǎn)。 （3）車(chē)削中心 （4）FMC車(chē)床 2．按加工零件的基本類(lèi)型分類(lèi) （1）卡盤(pán)式數(shù)控車(chē)床 （2）頂尖式數(shù)控車(chē)床 3．按主軸的配置形式分類(lèi) （1）臥式數(shù)控車(chē)床 （2）立式數(shù)控車(chē)床 具有兩根主軸的車(chē)床，稱為雙軸臥式數(shù)控車(chē)床或雙軸立式數(shù)控車(chē)床。 4．其他分類(lèi) 按數(shù)控系統(tǒng)的不同控制方式等指標(biāo)，數(shù)控車(chē)床可分為直線控制數(shù)控車(chē)床、輪廓控制數(shù)控車(chē)床等；按特殊或?qū)ｉT(mén)的工藝性能可分為螺紋數(shù)控車(chē)床、活塞數(shù)控車(chē)床、曲軸數(shù)控車(chē)床等；按刀架數(shù)量可分為單刀架數(shù)控車(chē)床和雙刀架數(shù)控車(chē)床；另外也有把車(chē)削中心列為數(shù)控車(chē)床一類(lèi)的。 二、數(shù)控車(chē)床的典型結(jié)構(gòu) 下面主要介紹全功能型數(shù)控車(chē)床的典型結(jié)構(gòu)。 1．主傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車(chē)床主運(yùn)動(dòng)要求速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，有足夠的驅(qū)動(dòng)功率，主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準(zhǔn)確穩(wěn)定，并有足夠的剛性與抗振性。 圖3-3為濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)的MJ-50型數(shù)控車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 2．進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車(chē)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是用數(shù)字控制X、Z坐標(biāo)軸的直接對(duì)象，工件最后的尺寸精度和輪廓精度都直接受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)充分注意減少摩擦力，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣量等。 為使全功能型數(shù)控車(chē)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求高精度、快速響應(yīng)、低速大轉(zhuǎn)矩，一般采用交、直流伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)刀架移動(dòng)。刀架的快速移動(dòng)和進(jìn)給移動(dòng)為同一條傳動(dòng)路線。 如圖3-3所示，MJ-50數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)分為X軸進(jìn)給傳動(dòng)和Z軸進(jìn)給傳動(dòng)。 3．自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 數(shù)控車(chē)床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率�；剞D(zhuǎn)式刀架上回轉(zhuǎn)頭各刀座用于安裝或支持各種不同用途的刀具，通過(guò)回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)﹑分度和定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀�；剞D(zhuǎn)刀架分度準(zhǔn)確，定位可靠，重復(fù)定位精度高，轉(zhuǎn)位速度快，夾緊性好，可以保證數(shù)控車(chē)床的高精度和高效率。 按照回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸相對(duì)于機(jī)床主軸的位置，可分為立式和臥式回轉(zhuǎn)刀架。 （1）立式回轉(zhuǎn)刀架 （2）臥式回轉(zhuǎn)刀架 4．機(jī)床尾座 如圖3-4所示為MJ-50數(shù)控車(chē)床出廠時(shí)配置的標(biāo)準(zhǔn)尾座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 第二節(jié) 數(shù)控車(chē)削的加工工藝與工裝 一、數(shù)控車(chē)削加工的工藝分析 理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣的合格工件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮。除必須熟練掌握其性能、特點(diǎn)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(chǎn)規(guī)模的差異，對(duì)于同一零件的車(chē)削加工方案是有所不同的，應(yīng)根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的車(chē)削工藝方案。 （一）加工工序劃分 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應(yīng)盡可能完成全部工序。與普通機(jī)床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點(diǎn)，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(chǎn)效率的原則 實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控加工工序的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特、技術(shù)要求等情況綜合考慮。 （二）加工路線的確定 下面舉例分析數(shù)控車(chē)床加工零件時(shí)常用的加工路線。 1．車(chē)圓錐的加工路線分析 在車(chē)床上車(chē)外圓錐時(shí)可以分為車(chē)正錐和車(chē)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(chē)正錐的兩種加工路線。按圖（a）車(chē)正錐時(shí)，需要計(jì)算終刀距S。假設(shè)圓錐大徑為D，小徑為d，錐長(zhǎng)為L(zhǎng)，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(yùn)動(dòng)的距離較短。 當(dāng)按圖（b）的走刀路線車(chē)正錐時(shí)，則不需要計(jì)算終刀距S，只要確定了背吃刀量ap，即可車(chē)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(yùn)動(dòng)的路線較長(zhǎng)。 圖3-6為車(chē)倒【模具數(shù)控加工技術(shù)教案第10次課--13次課】相關(guān)文章：
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