模具数控加工技术教案第10次课--13次课

时间：2023-04-25 05:09:22 教案我要投稿

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第十次课授课提纲第四节可编程序控制器（PLC）一、可编程序控制器工作原理 1．可编程序控制器的组成 PLC是一种计算机控制系统。它不同于通用计算机的是：它是为工业现场开发，具有更多、功能强大的I/O接口和面向电气工程技术人员的编程语言。如图2-33所示，是一个小型PLC的内部结构示意图。 2．可编程序控制器的特点（1）可靠性高（2）编程简单（3）灵活性好（4）直接驱动负载能力强（5）便于实现机电一体化另外，利用其通信网络功能还可以实现计算机网络控制。 3．可编程序控制器的工作过程 PLC内部工作方式一般是采用循环扫描工作方式，在一些大、中型的PLC中增加了中断工作方式。当用户将用户程序调试完成后，通过编程器将其程序写入PLC存储器中，同时将现场的输入信号和被控制的执行元件相应的连接在输入模块的输入端和输出模块的输出端，接着将PLC工作方式选择为运行工作方式，后面的工作就由PLC根据用户程序去完成，图2-34是PLC执行过程框图。PLC在工作过程中，主要完成六个模块的处理。二、可编程序控制器的应用在机械制造业中，PLC得到了非常广泛的应用，特别是数控机床都或多或少的使用了PLC作为开关量的控制。除了数控机床，其它的加工设备目前也在越来越多的采用PLC进行控制，例如组合机床、各种自动化生产线等都使用了PLC控制。（一）数控机床使用PLC的类型数控机床使用的PLC可分为两类：一类是为“内装型”PLC；另一类是“独立型”PLC。 1．内装型PLC 如图2-36所示为内装型PLC的CNC系统框图。 2．独立型PLC 所谓独立型PLC实际上就是一个通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，独立完成CNC系统所要求的控制任务。如图2-37所示是独立型PLC与CNC和机床的连接框图。从图中可以看到，独立型PLC，不但要与机床侧的I/O连接，还要进行与CNC装置侧的I/O连接。所以，独立型CPU造价较高，性能价格比不如内装型PLC。（二）PLC与CNC及机床之间的信息交换在信息交换中，分为PLC与CNC之间的信息交换和PLC与机床之间的信息交换。 PLC与CNC之间的信息交换分两个方向进行：一个方向是CNC向PLC发送信息，主要信息有各种功能代码M、S、T的信息，手动/自动方式信息，各种使能信息等；另一个方向是PLC向CNC发送信息，主要信息有M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。 PLC与机床之间的信息交换也分为两个方向进行：一个方向是PLC向机床发送的信息，主要信息有控制机床的执行元件，如电磁铁、接触器、继电器以及各种状态指示和故障报警等；另一个方向是机床向PLC发送信息，主要信息有机床操作面板输入信息和其上各种开关、按钮等信息，如机床起动/停止、主轴正转/反转/停止、冷却液开/关、倍率选择、各坐标轴点动以及刀架卡盘夹紧/松开等信息，还有各运动部件的限位开关，主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。第二章小结本章介绍的CNC系统由硬件和软件组成。CNC系统的硬件从电路板结构来分，有大板结构和模块化结构两种，从使用的微机结构来分，有单微机结构和多微机结构。为了完成控制机床的任务，CNC系统都有一套专用软件，即系统软件，它一般包括输入数据处理、插补计算、位置控制、速度控制、管理和诊断等软件。输入数据处理软件包括程序段的输入、存储、译码及预计算（如刀补计算）等内容。插补计算是CNC系统的一项重要任务，CNC系统的插补算法有逐点比较法、数字积分法、数据采样法等。CNC系统常见的软件结构有前后台型和中断型两种。数控机床的进给伺服系统有开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统和CNC伺服系统。数控机床的进给系统的机械结构与普通机床有很大的区别，体现在采用了精密的滚珠丝杠副、消除间隙机构、精密的导轨（如直线导轨、液体静压导轨、贴塑导轨等）。位置检测装置是保证闭环和半闭环伺服系统精度的关键，常用的位置检测装置有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅等。数控机床的主轴驱动方式有变速齿轮传动、带传动、用两个电动机分别驱动主轴、内装主轴电动机等。主轴调速有电动机调速和机械齿轮变速。为满足数控机床低速强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法。 PLC在数控机床中得到了非常广泛的应用，如采用PLC作为开关量控制的控制器。本章介绍了PLC的特点、工作原理及应用。第十一次课授课提纲第三章数控车削加工技术第一节数控车床简介一、概述（一）数控车床的用途数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内、外圆柱面，圆锥面，圆弧面和直、锥螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩和铰等工作。它是目前国内使用极为广泛的一种数控机床，约占数控机床总数的25％。（二）数控车床的组成及布局 1．数控车床的组成及特点图3-1为一种全功能型数控车床，一般由以下几个部分组成：（1）主机（2）数控装置（3）伺服驱动系统（4）辅助装置与普通车床相比较，数控车床的结构有许多特点： 2．数控车床的布局数控车床的布局形式与普通车床基本一致，但数控车床的刀架和导轨的布局形式有很大变化，直接影响着数控车床的使用性能及机床的结构和外观。此外，数控车床上都设有封闭的防护装置。（1）床身和导轨的布局 ①如图3-2（a）所示为平床身的布局 ②如图3-2（b）所示为斜床身的布局 ③如图3-2（c）所示为平床身斜滑板的布局（2）刀架的布局分为排式刀架和回转式刀架两大类。目前两坐标联动数控车床多采用回转刀架，它在机床上的布局有两种形式。一种是用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴；另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，也称为双刀架四坐标数控车床。其上每个刀架的切削进给量是分别控制的，因此两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。（三）数控车床的分类随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面，因而也出现了几种不同的分类方法。 1．按数控系统的功能分类（1）经济型数控车床（2）全功能型数控车床如图3-1所示，它一般采用闭环或半闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。（3）车削中心（4）FMC车床 2．按加工零件的基本类型分类（1）卡盘式数控车床（2）顶尖式数控车床 3．按主轴的配置形式分类（1）卧式数控车床（2）立式数控车床具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。 4．其他分类按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；按特殊或专门的工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等；按刀架数量可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床；另外也有把车削中心列为数控车床一类的。二、数控车床的典型结构下面主要介绍全功能型数控车床的典型结构。 1．主传动系统数控车床主运动要求速度在一定范围内可调，有足够的驱动功率，主轴回转轴心线的位置准确稳定，并有足够的刚性与抗振性。图3-3为济南第一机床厂生产的MJ-50型数控车床的传动系统图。 2．进给传动系统数控车床进给传动系统是用数字控制X、Z坐标轴的直接对象，工件最后的尺寸精度和轮廓精度都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量等。为使全功能型数控车床进给传动系统要求高精度、快速响应、低速大转矩，一般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。刀架的快速移动和进给移动为同一条传动路线。如图3-3所示，MJ-50数控车床的进给传动系统分为X轴进给传动和Z轴进给传动。 3．自动回转刀架数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率。回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转﹑分度和定位，实现机床的自动换刀。回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转位速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率。按照回转刀架的回转轴相对于机床主轴的位置，可分为立式和卧式回转刀架。（1）立式回转刀架（2）卧式回转刀架 4．机床尾座如图3-4所示为MJ-50数控车床出厂时配置的标准尾座结构简图。第二节数控车削的加工工艺与工装一、数控车削加工的工艺分析理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。除必须熟练掌握其性能、特点和使用操作方法外，还必须在编程之前正确地确定加工工艺。由于生产规模的差异，对于同一零件的车削加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的车削工艺方案。（一）加工工序划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种： 1．保持精度原则 2．提高生产效率的原则实际生产中，数控加工工序的划分要根据具体零件的结构特、技术要求等情况综合考虑。（二）加工路线的确定下面举例分析数控车床加工零件时常用的加工路线。 1．车圆锥的加工路线分析在车床上车外圆锥时可以分为车正锥和车倒锥两种情况，而每一种情况又有两种加工路线。如图3-5所示为车正锥的两种加工路线。按图（a）车正锥时，需要计算终刀距S。假设圆锥大径为D，小径为d，锥长为L，背吃刀量为ap，则由相似三角形可得： (D-d)/2L=ap/S 则：S=2Lap/(D-d)，按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。当按图（b）的走刀路线车正锥时，则不需要计算终刀距S，只要确定了背吃刀量ap，即可车出圆锥轮廓，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变形的，且刀切削运动的路线较长。图3-6为车倒

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