数控机床电气控制技术基础教案讲解

1、数控机床控制技术基础数控11-1班级第1章 绪论一、数控机床的组成和工作原理 1、数字控制技术：简称数控（NC）技术，是指用数字化信息对设备运行和生产过程进行控制的一种自动控制技术。2、数控机床的组成 （1）程序载体 （2）输入输出装置 （3）CNC单元 （4）伺服系统 （5）可编程序控制器（PLC） （6）位置反馈系统 （7）机床本体3、数控机床的工作原理 （1）工艺规划 （2）数学处理 （3）编制程序单 （4）输入程序 （5）程序校验与试运行二、数控机床的特点及分类 1、数控机床的特点 优点：（1）对零件的适应性强，可加工复杂形状的零件表面（2）加工精度高，加工质量稳定（3）生产效率高（4

2、）良好的经济效益（5）自动化程度高缺点：（1）价格较高，设备首次投资大（2）对操作、维修人员的技术要求较高（3）加工复杂形状的零件时，手工编程的工作量大2、数控机床的应用范围数控机床的应用范围正在不断扩大，但目前它还不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机床最适合加工具有以下特点的工件：（1）多品种小批量零件；（2）形状结构复杂的零件；（3）需要频繁改型的零件；（4）价格昂贵、不允许报废的零件；（5）批量较大精度要求高的零件。3、数控机床的分类（1）按工艺用途分类：普通数控机床 、加工中心机床 、数控特种加工机床 。（2）按运动方式分类 ：点位控制数控机床

3、、直线控制数控机床 、轮廓控制数控机床 。（3）按伺服系统的控制方式分类 ：开环、闭环、半闭环控制系统的数控机床 。（4）按数控系统的功能水平分类 ：经济性数控机床 、中档数控机床 、高档数控机床 三、数控机床控制技术 1、 数控机床控制技术 是集机械技术（精密机械为主）、电子技术、信息技术（包括传感检测）、计算机及软件技术和自动控制等技术为一体的多学科交叉的综合技术。 2、数控机床控制技术的发展趋势 （1）高速化和高精度化 （2）数控系统智能化、信息化 （3）数控系统开放化 第2章 液压控制技术 一、概述 液压传动是利用密闭系统中的受压液体作为工作介质来传递运动和动力的一种传动方式。1、液压

4、传动系统的组成与工作原理 （1）液压千斤顶的工作原理（2）液压传动系统的组成 动力元件 执行元件 控制调节元件 辅助元件 工作介质二、液压传动的特点 1、优点（1）可输出很大的推力和转矩，且系统结构简单。（2）能方便地实现无级调速，且调速范围大。 （3）在输出相同功率的情况下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑。 （4）工作平稳、反应快、冲击小、能快速启动、制动和频繁换向。（5）操作简单，调整控制方便，便于采用机、电、液联合控制以实现自动化。（6）液压元件可自行润滑，使用寿命长。且液压系统易于实现过载保护，使用安全、可靠。（7）易于实现标准化、通用化、系列化。便于设计、制造、维修和推广使用。2、

5、缺点 （1）由于油液的泄漏和可压缩性，故无法保证严格的传动比。（2）能量损失较大，传动效率较低，不适宜作远距离传动。（3）液压油对温度的变化敏感，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。（4）使用和维修技术要求较高，系统出现故障时，不易查找原因。三、静止液体的性质 静止液体是指液体内部各个质点之间没有相对位移。1、液体静压力 P=F/A在SI制中压力的单位为N/m2（牛/米2）或Pa（帕斯卡）。 1MPa = 103kPa = 106Pa2、液体静压力的特性液体的压力沿着内法线方向作用于承压面，即静止液体承受的只是法向压力，而不承受剪切力和拉力。静止液体内任一点处所受到的静压力在各个方向上都相等

6、。 3、压力的表示方法 以绝对真空（P=0）作为基准所表示的压力，称为绝对压力。以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。大多数压力表测量得到的压力都是相对压力。 相对压力=绝对压力-大气压力4、静压力的传递 在密闭容器中由外力作用在液面上的压力能等值的传递到液体内部的所有各点，这就是帕斯卡原理，或称为静压力传递原理。 结论：液压系统的工作压力决定于外负载。四、流动液体的性质 1、流量 单位时间流过某一通流截面的液体体积称为流量 。 qv=V/t 单位为 m3/s或L/min2、平均流速 液体在管中流动时，在同一截面上各点的流速是不相等的，分布规律为抛物线体。平均流速是指液流质点在单位时间

7、内流过的距离。 v=s/t= qv/A 结论：液压系统中执行元件的运动速度由液体的流量决定。3、连续性方程 v1 A1 =v2 A2=常数五、液压元件 （一）液压动力元件 液压泵是液压系统的动力元件，它把原动机输入的机械能转换成为输出油液的压力能。1、液压泵概述（1）液压泵的工作原理 液压泵正常工作必备的条件： 1、必须具有连续可变的密封容积V，当V由小变大时泵处于吸油状态；当V由大变小时泵处于压油状态。 2、必须具有配油装置，在保证吸压油腔严格分开的前提下，泵吸油腔通油箱，压油腔通系统。 3、油箱必须与大气相通。（2）液压泵的主要类型按结构分：齿轮泵，叶片泵，柱塞泵等。按输出流量可调性分：定

8、量泵，变量泵（3）液压泵的图形符号 （4）液压泵的性能参数压力 是单位面积上所受力的大小。 p = F/A 泵的排量和流量排量V：泵轴一转泵向外排出液体体积。 流量q：单位时间内泵向外输出液体体积 理论流量 q t= Vn 实际流量 q = qt-q由于存在泄漏，所以 qtq 液压泵的功率和效率 功率 P：单位时间内所做的功 P = Fv = pAq/A = pq 效率 容积效率：v = q/qt q = nVv 机械效率：m = Tt/T = pqt/2nT 总效率： = P0/PI = vm2、齿轮泵（定量泵） （1）齿轮泵的工作原理 密封容腔：由齿轮各齿间槽、泵体和前、后泵盖形成； 轮齿

9、脱开啮合VP吸油 轮齿进入啮合VP压油 齿轮啮合线：将吸、压油腔分开； 油箱与大气相通。齿轮泵的特点：优点：结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强，对油液污染不敏感，维护容易，所以应用比较广泛。缺点：流量脉动大，噪声大。 （2）齿轮泵的结构特点 低压齿轮泵的结构径向力不平衡 齿轮泵工作时，齿轮外圈径向力由压油腔到吸油腔逐级降低，使齿轮压向一侧。危害：a:轴弯曲变形，轴承磨损加快，寿命下降； b:齿顶与泵体内壁摩擦。（擦壳）措施：a:缩小压油口； F=PA b:适当增大齿顶与泵体内壁的径向间隙。=0.130.16 mm。因径向泄漏方向与齿轮旋转方向相反，泄漏不会增加太

10、多 困油现象 为使齿轮泵运转平稳，要求齿轮啮合的重叠系数1，即当前一对轮齿尚未脱开啮合时，后一对轮齿已经进入啮合，在这一小段时间内，同时有两对轮齿啮合，在两对啮合轮齿之间便形成了一个密闭容积V闭。危害： a:V闭由大变小油液受挤，压力增加，齿轮、轴承承受极大的附加载荷，寿命下降。 b:V闭由小变大因已挤出部份油液形成局部真空，产生气蚀现象，引起振动，噪声。措施：在泵盖上铣两个困油卸荷槽（但必须保证吸、压油腔严格分开）泄漏泄漏途径：轴向间隙处q占总泄漏量的75%80%径向间隙处q 占总泄漏量的15%20%啮合线间隙处q 占总泄漏量的5%结论： 齿轮泵因其泄漏量大故容积效率低。 3、叶片泵 （1）

11、 双作用式叶片泵（定量泵 ）（2）单作用式叶片泵（变量泵） 单作用式叶片泵结构复杂、轮廓尺寸大、相对运动部件多、泄漏大，转子上受到不平衡的径向力作用，噪声较大，效率比双作用式叶片泵低，但它能按负载大小自动改变偏心距，从而调节输出流量，功率应用较合理。 4、柱塞泵 柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封容积产生变化，来实现吸油和压油的。由于柱塞和缸体内孔均为圆柱孔，因此加工方便、配合精度高、密封性能好、容积效率高，故柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量调节方便等优点。柱塞泵按柱塞的排列方式分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两种，而以轴向柱塞泵的应用更为广泛。 5、液压泵的选用 选择液压泵首先应根据

12、设备的工作情况、工作性能要求等确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。 （二）液压执行元件 1、液压马达 （1）主要性能参数液压马达的容积效率: V = nV/q 液压马达的输出转速 : n = qV/V 理论输出转矩： Tt = pV/2机械效率:m = T/Tt转矩: T = mTt = pVm/2 总效率： = mV(2)叶片式液压马达 叶片径向放置，因为马达需要正反转。 叶片根部设有弹簧，且与压力油相通,为保证有足够的启动力矩。 改变输油方向，可使转轴反转。图形符号 :2、液压缸 （1）活塞缸 双杆活塞缸 v = q/A = 4q/(D2-d2) F = pA

13、 = p(D2-d2)/4 结论：两个方向的F、V均相等。 应用：用于要求往复运动的F、V均相等的场合。单杆活塞缸 a:无杆腔进油时： F1 = pA1 = pD2/4 v1 = q/A1 = 4q/D2 b:有杆腔进油时： F2 = pA2 = p(D2-d2)/4 v2 = q/A2 = 4q/(D2-d2) 结论：V1V2 F1F2 用于一个方向有较大的负载但速度小，另一个方向空载但快速退回的设备。 c:差动连接： F3 = pd2/4 v3 = 4q/d2(2)柱塞缸 由于柱塞由导向套导向，与缸筒内壁不接触，因而缸筒内壁不需加工，工艺性好，结构简单，制造容易，常用于工作行程较长的龙门刨

14、床、导轨磨床和拉床等设备的液压系统中。 (3)摆动缸 摆动缸用于将油液的压力能转换为叶片及输出轴往复摆动的机械能。摆动缸常用于工夹具夹紧装置、送料装置、间歇进给机构等的液压系统中。 （三）液压控制元件 1、方向控制阀 方向控制阀主要用来接通与断开油路或改变液流方向，它分为单向阀和换向阀两类。（1）单向阀 主要作用是控制油液单向流动。对单向阀的主要性能要求是：正向流动时压力损失小，反向截止时密封性好。 a:普通单向阀 b:液控单向阀 (2)换向阀 换向阀的作用是利用阀芯位置的移动来改变阀体上各油口的通、断状态，从而控制油路的连通、断开和改变方向。 分类: 按阀芯相对于阀体的运动方式分：滑阀、转阀

15、； 按阀的操纵方式不同分：手动、机动、电磁动、液动、电液动等； 按阀芯位置数不同分：二位、三位、多位； 按阀体上进出油口数目不同分：二通、三通、四通、五通等； 按阀的安装方式不同分：板式、管式、法兰式等。 图形符号:用方框表示工作位置，方格数即“位”数，三格即三位。箭头表示两油口连通，但不表示流向。“”表示油路截止。在一个方格内，箭头或“”符号与方格的交点数为油口的通路数，即“通”数。P表示压力油的进口，T表示与油箱连通的回油口，A、B表示连接其他工作油路的油口。控制方式和复位弹簧的符号应画在方框两侧。图2.26所示为常见的换向阀操纵方式图形符号。三位阀的中位和两位阀的弹簧位为常态位。在液压系

16、统原理图中，换向阀的符号与油路的连接一般应画在常态位上。2、压力控制阀 压力控制阀是利用作用于阀芯上液压力与弹簧力相平衡的原理来控制系统压力的，常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀和顺序阀等。 （1）溢流阀 溢流阀按结构不同分为直动式和先导式两种。其主要作用是调压溢流、安全保护以及使泵卸荷等。（2）减压阀减压阀是利用油液流过缝隙时产生压降的原理，使系统某一支油路获得比系统压力低而平稳的压力油的液压阀。减压阀有直动式和先导式两种，而以先导式应用较广。 （3）顺序阀 顺序阀是利用油路中压力的变化控制阀口启闭，以实现执行元件顺序动作的液压元件。它也分为直动式和先导式两种，一般先导式用于压力较高的场合。（

17、4）压力继电器 压力继电器是使油液压力达到预定值时发出电信号的液电信号转换元件。 3、流量控制阀 流量控制阀是通过改变阀口通流面积来调节通过阀口流量，从而控制执行元件运动速度的控制阀。常用的流量控制阀有节流阀和调速阀。 （1）节流阀 （2）调速阀 调速阀是由定差减压阀1和节流阀2串联而成的组合阀。 调速阀适用于负载变化较大、速度稳定性要求较高的机床液压系统，如组合机床、车床、铣床等设备的液压系统。 （四）液压辅助元件 液压系统中的辅助元件包括：管件、滤油器、测量仪表、密封装置、蓄能器、油箱等，它们是液压系统的重要组成部分，选择和使用不当，会直接影响系统的工作性能和元件的寿命。 1、管件与油箱

18、2、滤油器 3、测量仪表 4、密封装置 5、蓄能器三、液压基本回路 （一）方向控制回路 1、换向回路 （1）采用换向阀的换向回路 （2）采用双向变量泵的换向回路 2、锁紧回路 锁紧回路能使液压缸在任何位置停止，且停止后不会因外力作用发生位置移动。采用液控单向阀的锁紧回路 ，由于液控单向阀的密封性能好，泄漏极少，故锁紧的精度主要取决于液压缸的泄漏。（二）压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或系统某一支路的压力，以满足执行元件对力和转矩的要求的回路。 1、调压回路调压溢流 在定量泵系统中，在液压泵出口处设置与泵并联的溢流阀，调节溢流阀弹簧的预紧力就可调节系统的最高压力。安全保护 在

19、变量泵系统中，与泵并联的溢流阀一般是常闭的，只有在过载时才打开，以保障系统的安全，一般称之为安全阀。二级调压 先导式溢流阀的外控口（远程控制口）K串接一个二位二通换向阀和一个调压较低的溢流阀（远程调压阀），实现二级调压。2、减压回路 减压回路的功用是使系统中某一部分油路（如夹紧系统、润滑系统等油路）获得较低的稳定压力。 3、卸荷回路 当液压系统中的执行元件短时间停止运动（如装卸工件或测量）时，可将液压泵的输出口直接与油箱相接，使泵卸荷，这样可减少功率损耗，降低系统发热，延长泵的使用寿命。（1）采用换向阀的卸荷回路 （2）采用溢流阀的卸荷回路 4、顺序动作回路5、平衡回路顺序动作回路 平衡回路6

20、、保压回路 有的机械设备在工作过程中，常常要求执行元件在行程终止时，保持压力一段时间，这时需采用保压回路。如图为利用蓄能器和压力继电器的保压回路，这种回路用于夹紧工件持续时间较长时，可明显减少功率损耗。 （三）速度控制回路1、调速回路（1）节流调速回路 在定量泵供油的液压系统中，通过改变流量阀）过流面积的大小对执行元件的运动速度进行调节，这种回路称为节流调速回路。这种回路结构简单，成本低，使用维护方便，缺点是有节流损失，效率低，故仅适用于小功率液压系统。 节流调速回路根据节流阀在液压系统中的位置不同分为进油路节流调速、回油路节流调速和旁油路节流调速回路三种。进油路节流调速回路:在执行元件进油路

21、上串接一个节流阀 回油路节流调速回路:在执行元件回油路上串接一个节流阀 旁油路节流调速回路:将节流阀设置在与执行元件并联的旁 油路上 为提高液压系统的综合性能，实际应用中，常采用进油路节流调速回路，并在其回油路上加背压阀。旁油路节流调速回路有节流损失，但无溢流损失，效率较高，一般用于高速、重载和速度平稳性要求不高的较大功率场合。 （2）容积调速回路 容积调速回路是利用改变变量泵或变量马达的排量来调节执行元件运动速度的回路。这种调速回路无溢流和节流损失，故效率高、发热少，但结构复杂，成本较高。一般用于高速和大功率的液压系统。 1）变量泵液压缸容积调速回路 2）变量泵定量液压马达容积调速回路 3）

22、定量泵变量液压马达容积调速回路 4）变量泵变量液压马达容积调速回路 （3）容积节流调速回路 如图为限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路。调节调速阀的通流面积可以改变进入液压缸的油液流量，并使变量泵的输出流量自动和液压缸所需流量相适应。 2、快速运动回路 （1）液压缸差动连接的快速运动回路 当1YA通电时，压力油通过换向阀3的左位进入液压缸的左腔，同时通过阀4左位与液压缸右腔相通，故活塞差动快进。如果电磁铁3YA也通电，则压力油只进入液压缸左腔，回油经调速阀5实现液压缸工进。3、速度换接回路 速度换接回路的功能是使执行元件在一个工作循环中从一种运动速度变换到另一种运动速度，这种回路应具有较

23、高的速度换接平稳性。（1）快慢速换接回路 用行程阀来实现的快慢速换接回路，行程阀的阀口是逐渐关闭（或开启）的，因此快、慢速的换接比较平稳，换接点的位置比较准确，缺点是行程阀必须安装在运动部件附近，管路接得较长，压力损失较大。 若将行程阀改为电磁阀，安装连接较方便，速度换接快，便于实现自动控制，但速度换接的平稳性及换向精度都较差。 （2）两种慢速的换接回路 两调速阀串接的慢速换接回路 ，由于油液经过两个调速阀，所以能量损失较大。 两调速阀并联的慢速换接回路 ，两个调速阀可以独立地调节各自的流量，互不影响， 四、数控机床液压传动系统分析 1、数控车床液压系统 （1）液压工作站 主要作用是向系统提供

24、压力油。它由电动机1驱动外反馈限压式变量泵3供油，压力油经过单向阀4和滤油器8后输出。 （2）卡盘夹紧支路 卡盘通过卡爪来实现对工件的夹紧和放松，工作中要能判别卡爪是否夹紧工件，如果没有夹紧时，则数控加工程序不能执行，并会发出报警信号。（3）尾架套筒移动支路 在套筒伸出时，能够判断顶尖是否顶紧工件；在工件加工时，保持套筒处于所在位置；当工件加工完后，尾架套筒要能够回缩，便于取出工件。（4）主轴变速支路 由液压缸的活塞杆带动主轴箱内变速齿轮向左或向右移动，使传动比不同的齿轮副依次啮合工作，实现主轴在高、低速区的变速。2、加工中心液压系统 主要实现链式刀库的刀链驱动、主轴箱的平衡配重、刀具的装卸和

25、主轴高低速的转换等辅助动作的完成。该液压系统采用变量叶片泵1供油，并在泵后设置单向阀2防止油液倒流，用于减小系统断电或其他故障造成的液压泵压力突降对系统的影响，避免机械部件的冲击损坏。压力继电器3用于检测系统压力，如压力达到预定值，则发出系统压力正常的信号，如压力继电器3无信号，PLC自检发出报警信号，整个加工中心的动作将全部停止。（1）刀链驱动支路 （3）松刀缸支路 （2）主轴箱配重支路 （4）高低速转换支路 五、数控机床的冷却、润滑系统 （一）冷却系统 1、机床冷却和温度控制 为了保证数控机床长时间工作时加工精度的一致性、电气控制系统的工作稳定性和机床的使用寿命，数控机床对环境温度和各部分

26、的发热冷却和温度控制均有相应的要求。 2、工件切削冷却 数控机床在进行高速大功率切削时伴随大量的切削热产生，使刀具、工件和机床的温度上升，从而影响刀具的寿命、工件加工质量和精度，所以，保持良好的工件切削冷却非常重要。（二）润滑系统 在数控机床上，润滑系统不仅起着润滑作用，可减小两个相对运动的接触表面之间的摩擦和磨损，而且还起着冷却作用，对机床部件实现恒温控制，减小热变形的影响。 1、油脂润滑 2、油液循环润滑 3、定时定量润滑 4、油雾润滑 5、油气润滑 第3章 气压控制技术一、概述 气压传动是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质来传递动力和信号的一门工程技术。它是工程实际中进行生产控制

27、和自动控制的重要手段之一。气压传动广泛应用于机械、纺织、食品、造纸以及电子工业中。（一）气压传动系统的组成与工作原理2、气压传动系统的组成 （1）动力元件 其主体部分是空气压缩机，它是气压系统的动力源。其作用是为气压系统提供洁净的压缩空气。（2）执行元件 是指气缸（用于直线运动）和气马达（用于旋转运动）。其作用是在压缩空气的推动下，输出力和速度（或力矩和转速），以驱动运动部件。（3）控制调节元件 是指各种方向控制阀，压力控制阀和流量控制阀。它们的作用是控制气压系统中压缩空气的压力、方向和流量，以保证执行元件完成预期的工作运动。（4）辅助元件 指各种过滤器、油雾器、消声器、散热器、传感器、放大器

28、及管件等。3、气压传动系统的图形符号 （二）气压传动的特点 1、由于采用空气作为工作介质，故其来源方便，取之不尽、成本低廉；2、对工作环境适应性强，使用安全可靠。3、适宜于集中供气和远距离输送。4、气压传动反应灵敏、动作迅速，维护和调节方便，故非常适用于自动控制的场合。5、气动元件结构简单，制造工艺性好，制造成本低，使用寿命长，易于实现“三化”。6、由于空气的可压缩性大，故在外负载发生变化时对其运动的平稳性影响较大。7、由于工作压力低（一般为0.51MPa），且结构尺寸较小，故气压系统的输出力或转矩不大，不适应于重载系统。8、系统中所使用的气源和压缩空气需经过干燥和净化处理后才能使用，且空气无

29、自润滑作用，故须在系统中设置净化和润滑装置。9、具有较大的排气噪声，污染环境。 二、气动元件 （一）动力元件 1、空气压缩机的分类 容积式压缩机: 通过机件的运动，使密封工作容积被缩小，单位体积内气体的分子密度增加，从而提高气体的压力。容积式压缩机按结构不同又可分为活塞式、螺杆式和膜片式等； 动力式压缩机: 通过利用转子或叶轮的高速旋转使空气加速具有较大的动能，再使气流速度降低，将其动能转化为压力能，从而提高气体的压力。动力式压缩机按结构不同可分为离心式和轴流式等。 2、活塞式压缩机的工作原理 通过曲柄连杆机构，将电动机的旋转运动转变为活塞的往复直线运动。当活塞3向右运动时，气缸2的容积增大，

30、压力降低而形成局部真空，此时，排气阀1关闭，外界空气在大气压力的作用下推开吸气阀8而进入气缸中，此过程称为吸气过程。当活塞向左运动时，气缸的容积减小，空气受到压缩其压力逐渐升高而将吸气阀关闭，缸内压力升高到排气管路中的压力时排气阀被打开，气体被排出并经排气管输送到储气罐中，这一过程称为压缩过程。曲柄旋转一周，活塞往复运动一次，完成一个工作循环，压缩机就这样循环往复，不断产生压缩空气。 3、压缩空气站简介 压缩空气站是气压系统的动力源装置，一般规定：排气量大于或等于612m3/min时，须独立设置压缩空气站；若排气量低于6m3/min时，可将压缩机或气泵直接安装在主机旁。 （二）辅助元件 根据气

31、动设备使用的具体情况，气动系统还需安装一些辅助元件，以解决润滑、噪声等问题，以便系统能正常工作。 1、油雾器 油雾器是一种特殊的注油装置，其作用是以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状后注入气流中并与压缩空气混合，随气流进入需要润滑的部件，使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。这种润滑方式具有方便、干净和润滑质量高的特点，主要用于气动控制阀、气缸和气马达等元件的润滑。 2、消声器 消声器是一种能阻止声音传播而允许气流通过的气动元件，它是通过对气流的阻尼或增加排气面积等方法来达到降低噪声的目的。（1）吸收型消声器 吸收型消声器主要是利用吸声材料（玻璃纤维、泡沫塑料、烧结金属、烧结陶瓷等）来消声的。（

32、2）膨胀干涉型消声器 膨胀干涉型消声器是根据声学滤波原理制造的。 （3）膨胀干涉吸收型消声器 膨胀干涉吸收型消声器是综合上述两种消声器的特点而构成的，使其既具有吸声材料，又具有膨胀干涉型消声器的干涉等作用，能在很宽的频率范围内起消声的作用。 3、转换器 常用的转换器有气电、电气、气 液等形式。气电转换器是将压缩空气的气信号转换为电信号的装置，也称压力继电器。 （三）执行元件 执行元件是将压缩空气的压力能转换为运动部件的机械能的能量转换装置， 1、气缸（1）气缸的分类 1）按压缩空气对活塞端面作用力的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸。 2）按气缸的结构不同可分为活塞式气缸、柱塞式气缸、薄膜式气

33、缸和伸缩式气缸等。 3）按气缸的安装形式可分为耳座式气缸、固定式气缸、轴销式气缸、法兰式气缸等。 4）按气缸的功能可分为普通气缸、缓冲气缸、气液阻尼缸、冲击气缸、步进气缸等。 （2）常见气缸的工作原理和用途 1）单作用气缸 单作用气缸是指气缸只有一个方向的运动是靠压缩空气推动活塞（或柱塞）完成的，复位则是借助其他外力，如弹簧力、重力等。2）双作用气缸 双作用气缸是指气缸的往返运动全靠压缩空气来完成。 3）气液阻尼气缸 气液阻尼气缸是由气缸和液压缸组合而成的一种组合缸，它以压缩空气为能源，利用油液的不可压缩性和控制油液的流量，来获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。 4）冲击气缸 冲击气缸是一

34、种较新型的气动执行元件。它与普通气缸相比增加了蓄能腔和带有喷嘴的中盖。2、气马达 气动马达常简称气马达，它是一种将压缩空气的压力能转换成旋转的机械能的装置。（1）气马达的分类及工作原理 气马达按工作原理的不同可分为容积式和动力式两大类，而容积式又分为齿轮式、活塞式、叶片式和薄膜式等。（2）气马达的特点1）换向容易，操作简单，通过改变进、排气阀的开闭程度，可以实现无级调速。2）有较高的起动力矩，能带载启动。起、停迅速，可长时间满载工作，温升较小，且具有过载保护的性能。3）具有防爆性能，工作安全。在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等恶劣环境中均能正常工作。 4）单位功率尺寸小，重量轻，适用于安装

35、在位置狭小的场合及手持工具上。 （四）控制元件 气动控制元件是气压系统中用来控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号的元件，利用它们可组成各种气动回路，用以保证执行元件按照设计程序正常工作。 1、方向控制阀 分为单向型控制阀和换向型控制阀。但由于气压传动的特点，气动换向阀按滑芯结构不同分为滑阀式、截止式、平面式、旋塞式和膜片式等；按其控制方式不同可分为电磁控制、气压控制、机动控制和手动控制等。 （1）单向型控制阀1）单向阀 单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动的阀。其中锥阀芯的空气流阻小但制造比平面阀芯困难。单向阀的工作原理、结构和图形符号与液压阀中的单向阀基本相同。2）梭

36、阀 梭阀的结构相当于具有共同出口的两个单向阀的组合，用于当两个通路P1和P2都和通路A相通，而不允许P1与P2相通的气压传动系统中。因工作时其阀芯像织布梭子一样来回运动，所以称之为梭阀。 3）双压阀 双压阀又称与门型梭阀，其结构与梭阀相似，但作用相反。（2）换向型控制阀1）气压控制阀 气压控制阀是利用压缩空气的压力来进行切换的换向阀。按控制方式不同可分为加压控制、卸压控制和差压控制三种；按主阀结构不同又可分为截止式和滑阀式两种主要形式。 2）直动式电磁换向阀 直动式电磁阀是一种由电磁铁的衔铁直接推动换向阀阀芯换向的阀，它分为单电磁铁和双电磁铁两种。3）先导式电磁换向阀 先导式电磁阀是一种由电磁

37、铁首先控制从主阀气源节流出来的一部分气体，产生先导压力推动主阀阀芯换向的阀，也分为单电控和双电控两种。2、压力控制阀 压力控制阀都是利用作用于阀芯上气压力与弹簧力相平衡的原理来控制系统中气体的压力，用以满足各种气动设备对压力的要求，按所起的作用不同分为三类。一类是起降压稳压作用的减压阀、定值器；一类是起限压安全保护作用的溢流阀、安全阀等；一类是根据气路压力不同进行某种控制的顺序阀、平衡阀等。 定值器是一种高精度的减压阀，其输出压力的波动不大于最大输出压力的1%。3、流量控制阀 流量控制阀是通过改变阀口通流面积来调节通过阀口流量，从而控制执行元件运动速度的控制阀。常用的流量控制阀有节流阀、单向节

38、流阀、排气节流阀和柔性节流阀等。 （1）排气节流阀 （2）柔性节流阀 如图，依靠阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生节流的作用，也可以用气控方法来代替阀杆压缩橡胶管。柔性节流阀结构简单，压力损失小，动作可靠性高，对污染不敏感，工作压力范围通常为0.30.63Mpa。三、气压传动基本回路 （一）压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或系统某一支路的压力，以满足执行元件对力和转矩的要求的回路。 1、一次压力控制回路 用于控制空压站储气罐输出的压力不超过规定压力。通常采用在储气罐上安装安全阀，一旦罐内压力超过规定压力就向大气排气。也可以用带电触点的压力表来代替安全阀，一旦罐内压力超过规定压力即控

39、制空压机断电，不再供气。 2、二次压力控制回路 用来对气压系统的每台气动设备的气源进口处的压力进行调节，保证其为一稳定值。 3、高低压转换回路 如图，主要由两个减压阀和一个气控换向阀组成。通过换向阀的控制，可进行压缩空气高低压的转换。 4、过载保护回路 如图，在活塞伸出的过程中，若遇到偶然障碍而过载时，气缸左腔压力将升高，当超过调定值后，打开顺序阀3，使阀2换向，阀4随即复位，活塞即退回。待排除障碍后，按下阀1，活塞重新向右运动，压下阀5后，活塞返回。（二） 速度控制回路 速度控制回路是利用节流阀控制进入（或排出）执行元件的气体流量，用以调节或变换执行元件工作速度的回路。 1、单作用气缸速度控

40、制回路2、双作用气缸速度控制回路 如图，这两个回路都采用在气缸的进、排气口安装节流阀，组成双向调速回路。在图a中采用单向节流阀，在图b中采用排气节流阀。这两个回路均采用出口节流速，运动平稳性较口节流调速好，能承受负值载荷。（三）方向控制回路 方向控制回路是利用各种换向阀来控制压缩空气的流动方向，用以控制执行机构运动方向的回路。 1、单作用气缸换向回路2、双作用气缸换向回路四、数控机床气压传动系统分析 如图3.33所示为H400型卧式加工中心气动系统原理图。该系统主要完成刀具的拉紧和松开、双工作台的交换、工作台与鞍座之间的夹紧、工作台的回转分度、分度插销定位、刀库前后移动、主轴锥孔吹气等动作。1

41、、松刀缸支路和主轴吹气支路 松刀缸的作用是在进行换刀时完成刀具的松开和拉紧。2、工作台交换支路 工作台交换支路是用来进行加工中心双工作台的交换。3、工作台夹紧支路 工作台夹紧支路是用来将加工中心的可交换工作台固定在鞍座上，并由四个带定位锥的气缸夹紧或放松。4、鞍座定位与锁紧支路 鞍座定位与锁紧支路是用来实现床鞍与鞍座之间的定位与锁紧，以满足工作台进行分度回转的要求。 5、刀库移动支路 刀库移动支路是用来实现刀具的自动装卸。 第4章 电气控制技术 一、常用低压电器 低压电器是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路中起通断、控制、调节及保护作用的电器。 一般按用途可分为： （

42、1）低压控制电器 包括接触器、继电器、主令电器和电磁离合器等，主要用于电气控制系统中，实现发布指令、控制系统状态及执行动作等作用。 （2）低压配电电器 包括刀开关、转换开关、熔断器和自动开关等，主要用于低压配电系统中，实现电能的输送、分配和保护电路及用电设备的作用。 按低压电器的动作方式不同可分为： （1）手动电器 指依靠人工直接操作完成动作切换的电器，如按钮、刀开关等。 （2）自动电器 指依靠电器本身参数变化或外来信号的作用而自动完成动作切换或状态变化的电器，如接触器、继电器等。 （一）接触器 1、交流接触器 交流接触器主要由以下四部分组成：（1）电磁系统 电磁系统由线圈、动铁心（衔铁）、静

43、铁心和复位弹簧组成。（2）触点系统 触点是电器的执行元件，起接通和断开电路的作用。（3）灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。 （4）其他部分 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构、接线柱和外壳等。 2、直流接触器 直流接触器的结构和工作原理与交流接触器相类似，主要由直流电磁机构、触点系统和灭弧装置等组成。常用的型号有CZ0和CZ18等系列，用于直流电的电气控制系统电路中。3、接触器的选用 接触器的选用主要考虑如下因素：（1）根据负载性质确定接触器的类型，即直流负载选用直流接触器，交流负载选用交流接触器。（2）接触器的额定电压与额定电流应大于或等于所控制负载的额定电压与额

44、定电流。（3）线圈额定电压应与所控制电路的电压相一致。（4）接触器的触点种类和触点数量应满足主电路和控制电路的控制要求。 （二）继电器 1、电压、电流继电器 根据输入线圈中电压（电流）大小而决定执行机构是否动作的继电器称为电压（电流）继电器。 2、中间继电器 中间继电器是用来转换控制信号的中间环节，以增加控制信号的触点数量或提高控制信号的功率。 3、热继电器 热继电器是利用电流的热效应来切断电路的保护电器，常用于电动机的过载保护。 4、时间继电器 时间继电器是一种接收信号（线圈通电或断电）后，经过一定的延时才能输出信号（触点的闭合或断开）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

45、尼式、电动式和晶体管式等；按其延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。 5、速度继电器 速度继电器是当转速达到规定值时触点动作的继电器。（三）熔断器 熔断器在低压电路中主要用于短路和严重过载时的保护。 熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管或绝缘底座两部分组成。常用的熔断器有：（1）瓷插式熔断器 它具有结构简单、价格低廉、使用方便等特点，多用于照明和控制系统中。常用的产品有RC1A系列。（2）螺旋式熔断器 它是一种有填料的封闭管式熔断器，具有体积小、更换熔丝安全方便，有熔体熔断的指示标记等特点，多用在配电电路中作短路保护。 （四）主令电器 1、按钮 按钮是一种手动且能自动复位的主令电器。 按钮一

46、般由按钮帽、复位弹簧、桥式动触点、静触点和外壳等组成。 2、行程开关 行程开关又称限位开关，是用来检测运动部件位移，并转换成电信号，控制机械运动的主令电器。 3、接近开关 接近开关是无触点开关，用于机械设备时，它能象行程开关一样起限制行程的作用。按工作原理分，有高频振荡型、电容型、感应电桥型、霍尔效应型及永久磁铁型等多种，其中以高频振荡型最为常用。（五）低压隔离器 1、刀开关 刀开关主要由操作手柄、刀片、触点座和底板等组成。 刀开关在安装时应注意：（1）闸刀在合闸状态时，手柄应朝上，不准倒装或平装，以防造成安全事故。（2）电源进线应接在刀开关的上端，负载接在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防

47、止意外事故发生。 2、转换开关 转换开关又称组合开关，有单极、双极和多极之分，常用作电源的引入开关，也可用作直接控制小容量异步电动机非频繁启动和停止的控制开关，以及控制电路的转换开关等。（六）低压断路器 低压断路器又称自动开关，是一种既有手动开关作用又能进行短路、过载和欠压失压保护的电器。 二、 电气控制基本环节 （一）国家电气制图标准简介 为了便于对电气控制系统进行设计、分析、安装、调试和检修，必须采用国家标准规定的统一的图形符号和文字符号表示电气控制系统中各电器元件及其连接关系，这种图就是电气控制系统图，它主要有三种形式：电气原理图、电气安装图和电气接线图。 1、电气原理图 （1）原理图一

48、般分为主电路、控制电路、照明电路、信号电路等。 （2）为阅图方便，各电器元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。（3）各电器元件和部件在原理图中的位置应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件（如线圈和触点）可以不画在一起，但必须用同一文字符号标注。（4）图中所有电器触点都按“常态”绘制。 （5）为便于检索电气控制电路和阅图，将图面划分为若干区域。 （6）由于接触器、继电器的线圈和触点在电气原理图中不是画在一起的，为便于阅读，在接触器、继电器线圈的下方画出其触点的索引表。 2、电气安装图 电气安装图是用来表示电气控制系统中各电器元件在机械设备和电气控制柜的实际安装位置。各电器元件

49、的安装位置是由机械设备的结构和工作要求所决定的，如电动机要与被拖动的机械部件连在一起；行程开关应放在能取得信号的位置；操作元件应放在操作方便的地方；一般电器元件应放在电气控制柜内。 3、电气接线图 电气接线图用来表示电气设备之间实际接线情况。绘制电气接先图时应把各电气元件的各个部分（如触点与线圈）画在一起；文字符号、元件连接关系、电路号码编制都必须与电气原理图一致。 （二） 电气控制电路的逻辑代数分析方法 1、逻辑代数（1）“与”运算 “与”运算又称为逻辑“乘”，其逻辑函数式为： F=A B C “与”运算的运算法则是： 00= 0 01= 0 10= 0 11= 13、电气接线图 电气接线图

50、用来表示电气设备之间实际接线情况。绘制电气接先图时应把各电气元件的各个部分（如触点与线圈）画在一起；文字符号、元件连接关系、电路号码编制都必须与电气原理图一致。 （2）“或”运算 “或”运算又称为逻辑“加”，其逻辑函数式为： F=A + B + C “或”运算的运算法则是： 0 + 0= 0 0 + 1= 1 1 + 0= 1 1 + 1= 1 （3）“非”运算 “非”运算又称为逻辑“非”，其逻辑函数式为： F=A2、电器元件的逻辑表示 所谓电器元件的逻辑表示就是用逻辑代数中的“1”和“0”来表示电气控制电路中的线圈的“得电”与“失电”、触点的“闭合”与“断开”两种状态。为统一起见，规定用等分别表示接触器、继电器、按钮等电器的动合触点；用、等分别表示接触器、继电器、按钮等电器的动断触点；用“1”表示线圈得电、“0”表示线圈断电；用“1”表示触点的闭合、“0”表示触点的断开。 3、电路状态的逻辑表示 电路的连接千变万化，但都是由基本的串联与并联连接两种方式构成的。因此，我们可用逻辑“与”表示串联连接，用逻辑“或”表示并联连接。4、电路的化简 用逻辑代数表示电路，最实用的结果就是可利用逻辑代数的运算法则和基本定律对电路进行化简。（三）三相异步电动机的启动控制电路 1、直接启动控制电路 2、减压启动控制电路 （1