项目数控机床的PPT课件

1、.,1,项目六 数控机床的PLC控制与其他操作,.,2,任务一 数控机床的PLC控制,知识目标 （1）了解PLC的工作原理。 （2）熟悉PMC的基本指令含义。 （3）掌握PMC的功能指令含义。 技能目标 能够利用PLC/PMC的基本含义来掌握数控机床PMC的一些程序框图。,.,3,第一部分 任务分析与实施 一、任务描述 根据数控系统的工艺要求，利用PLC/PMC功能来掌握数控机床程序功能开关的作用、数控机床倍率开关PC控制、数控机床润滑系统PC控制。 二、任务实施 通过对于PLC的了解从而进一步熟悉PMC程序及其基本功能，并分析PMC控制的基本电路和功能。,.,4,第二部分 知识链接,一、 P

2、LC的由来 1、继电器、梯形图逻辑到PLC的演化 继电器无论在过去还是现在一直都被大量使用着，但是作为控制系统的核心，继电器已经很少使用，而是被PLC所替代，这是因为PLC从一开始就融合了继电控制回路。,.,5,继电器的原理非常简单，以电磁式继电器为例，它一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、

3、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的，如图6-1-1所示。,梯形图实现顺序控制逻辑的专用设计工具，用它来描述的控制逻辑非常直观易懂。如图6-1-2所示，线圈A、B和线圈C中常开、常闭触点与线圈的逻辑关系可以很方便地用梯形图逻辑来表示，及输入A非与输入B相与，其结果就是输出C。由此看来，梯形图工具使得输入和输出的逻辑关系更加简便、开发效率高、对电路设计者的要求很低。,.,6,梯形图以两根平行的竖线分别表示电源线和地线，在这两根竖线之间，用横线表示电气连接线，将各种代表逻辑量(“ON”或“OFF”)的元件触点及输出执行元件的线圈用横线串接成一条电气回路。多条这样的回路并列在一起，形状如同阶梯

4、，就构成了实现所需顺序控制逻辑的梯形图。,一个典型的顺序控制电路的梯形图如图6-1-3所示。在梯形图回路中，当所有串联的触点全部都处于“ON”状态时，回路就处于导通状态，回路末端的输出执行元件线圈被接通。例如，当A为“OFF”，B为“ON”时，执行元件C就被接通，产生输出动作。 在图6-1-3中可以看出，在这个控制电路中，输入和输出是被隔离的，他们之间的关系就是靠梯形图来建立的。假如这个梯形图不是固定的，是可以随意进行修改的，并通过存储器来保存，那么这个控制器就是可以编程的，这就是PLC。,.,7,图6-1-1 PLC与继电器,图6-1-2 梯形图的控制逻辑,.,8,在PLC的梯形图中，一般都

5、规定执行元件不能多个串联、而其触点所代表的逻辑量则可以在梯形图中被多次反复引用，当然电路的各I/O信号也可以在梯形图中被多次反复引用。梯形图是一种软件，是PLC图形化的程序。在继电器电路图中，各继电器可以并行工作，而PLC则是串行工作的，即PLC的CPU在同一时间只能处理一种指令。,图6-1-3 典型的顺序控制电路梯形图,.,9,2、PLC的组成部分,组成PLC的模块是PLC的硬件基础，只有弄清所选用的PLC都具有那些模块及其特点，才能正确选用模块，去组成一台完整的PLC（如图6-1-4所示），以满足控制系统对PLC的要求。,图6-1-4 PLC的组成示意,.,10,常见的PLC模块有： （1

6、）CPU模块，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、规模都由它的性能来体现。 CPU模块由微处理器系统、系统程序存储器和用户程序存储器，其本质为一台计算机，该计算机负责系统程序的调度、管理、运行和PLC的自诊断，负担将用户程序作出编译解释处理以及调度用户目标程序运行的任务。 （2）电源模块，它为PLC运行提供内部工作电源，而且，有的还可为输入信号提供电源。 PLC的工作电源一般为交流单相电源，电源电压必须与额定电压相符，如110V AC或220AC，当然也有直流24V供电的。PLC对电源的稳定性要求不高，一般都允许电源电压额定值在15的范围内波动，有些交流输入电源甚至允许在85VAC

7、240VAC的范围内。 （3）I/O模块，它包括输入输出I/O电路，并根据类型划分为不同规格的模块。,.,11,输入部分 PLC与生产过程相连接的输入通道，输入部分接受来自生产现场的各种信号，如限位开关、按钮、传感器的信号等。 输出部分 PLC与生产过程相连接的输出通道，输出部分接收CPU的处理输出，并转换成被控设备所能接受的电压、电流信号，以驱动被控设备。 （4）内存模块，它主要存储用户程序，有的还为系统提供辅助的工作内存，在结构上内存模块都是附加于CPU模块之中。 （5）底板、机架模块，它为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口

8、。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同。 箱体式的小型PLC的主箱体就是把上述几种模块集成在一个箱体内的，并依可能提供I/O点数的多少，划分为不同的规格。 箱体式的 PLC还有I/O扩展箱体，它不含 CPU，仅有电源及I/O单元的功能。扩展箱体也是按I/O点数的多少划分有不同的规格。,.,12,3、PLC实现控制的过程 PLC 的用户程序，是从头至尾按顺序循环执行的。这一过程称为扫描，而这种处理方式称之为循环演算方式。PLC的循环演算，除中断处理外一直继续下去，直至停止运行为止，如图6-1-5所示。,图6-1-5 PLC的控制过程,.,13,1）初始化处理 上电运行或复位时处理一次，

9、并完成如下任务。 复位输入输出模块 进行自诊断 清除数据区 输入输出模块的地址分配以及种类登记 2）刷新输入映象区 用户程序的演算处理之前，先将输入端口接点状态读入，并以此刷新输入映象区。 3）用户程序演算处理 将用户程序，从头至尾依次演算处理。 4）映象区内容输出刷新 用户程序演算处理完毕，将输出映象区内容传送到输出端口刷新输出。 5）END 处 理 CPU 模块完成一次扫描后，为进入下一循环，进行如下处理。 自诊断。 计数器、定时器更新。 同上位机、通信模块的通信处理。 检查模式设定键状态。 当然上述是一个通用性的PLC控制过程，对于不同品牌、型号的PLC而言，其控制过程还会有所区别,.,

10、14,二、PLC在数控机床的作用 1、基本作用 在机床控制中，很多术语经常以PMC来代替PLC，两者在此处的含义基本相同。PMC（即PLC，以下相同，不再重复）程序主要用来控制数控机床的顺序动作。所谓顺序程序是指对机床及相关设备进行逻辑控制的程序。利用PMC编程软件编制顺序程序，PMC中的指令用来编制梯形图，梯形图可理解为CPU中算术运算的执行顺序。在将程序转换成机器语言，CPU对其进行译码和运算处理，并将结果存储在RAM或ROM中。CPU高速读出存储在存储器中的每条指令，通过算术运算来执行程序。数控机床PLC程序完成以下功能：,.,15,1）编译功能：编译接口信号，控制机床的动作。 对机床控

11、制面板的各个按键、旋钮输入信号进行编译处理，以控制数控系统的运行状态； 对辅助功能指令（M、S、T）的译码,对辅助功能的接口信号进行译码处理，将它转化为相应的控制指令，通过与其它状态的逻辑运算控制机床的运行。如刀具交换、冷却启停、工作台交换等。 2） 机床外部输入输出信号的控制，将机床侧的各类开关信号送入PLC，经逻辑运算后，将运算结果送入到输出口，控制机床侧的动作，如：液压系统的启停、刀库（或转塔）、机械手、工作台交换机构等的控制。 3）伺服控制，控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号，以满足伺服驱动的条件，控制机床的运行。 4）其他外围设备的控制，如测头，软盘驱动器等。,.,16,2、PMC

12、顺序程序接口信号 接口是连接CNC系统-PLC-机床本体的节点。向PMC输入的信号有从NC来的输入信号（M功能，T功能信号），从机床来的输入信号（循环启动，进给暂停信号等）。从PMC输出的信号有向NC的输出信号（循环启动，进给暂停信号等），向机床输出的信号（刀架回转，主轴停止等）。接口信号如图6-1-6所示：,图6-1-6 PMC接口信号,.,17,顺序程序对输入信号的处理： CNC侧的输入存储器：来自CNC侧的输入信号存放于CNC的输入存储器中，每隔8ms传送至PMC中。第一级程序直接引用这些信号的状态，执行相应的处理。 来自机床的输入信号（DI/DO卡）：来自机床侧的输入信号自输入电路（D

13、I/DO卡）传送至输入信号存储器中。第一级程序中处理的信号取自此存储器。 输入信号存储器：输入信号存储器每隔2ms扫描和存储机床侧的输入信号。第一级程序中处理的信号取自此存储器，输入信号存储器中信号状态与第一级的信号状态是同步的。 第二级程序同步输入信号存储器：存储的信号由第二级程序处理。此存储器中的信号状态与第二级信号状态是同步的。只有在开始执行第二级程序时，输入信号存储器中的信号和来自CNC侧的输入信号才会被传送至第二级程序同步输入信号存储器中，即在第二级程序的执行过程中，此存储器中的信号状态保持不变。,.,18,顺序程序对输出信号的处理： CNC的输出存储器：输出信号每隔8ms由PMC传

14、送至CNC的输出存储器中。 去往机床侧的输出信号（DI/DO卡，如图617）：去往机床侧的输出信号由PMC的输出存储器传送至机床侧。,图6-1-7 DI/DO卡,输出信号存储器：由PMC程序设定（适用于外置I/O卡，如图6-1-8），存储在输出信号存储器中的信号每隔2ms传送至机床侧。,图6-1-8 外置I/O卡,.,19,3、地址 地址用来区分信号。不同的地址分别对应机床侧的输入、输出信号、CNC侧的输入输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器和数据表。在编制PMC程序时所需的四种类型的地址如图6-1-9所示：,图6-1-9 PLC编程所需地址,如图所示：MT与PMC相关的输入/输出信号经

15、由I/O板的接收电路和驱动电路传送。其余几种信号传送仅在存储器（如RAM）中传送。,.,20,地址的格式用地址号和位号表示，如图6-1-10所示。地址号的开头必须指定一个字母表示信号的类型，字母与信号类型的对应关系如表6-1-1所示。在功能指令中指定的字节单位的地址位号可以省略。,图6-1-10地址格式,.,21,表6-1-1 地址字母与信号类型的对应关系,接口地址分配：CNCPMC相关信号：地址为F0到F255 PMCCNC相关信号：地址为G0到G255 PMC与机床（MT）之间的地址： 当使用I/O Link时：PMCMT：地址从Y0到Y127。 MTPMC：地址从X0到X127。 当使用

16、内装I/O卡时：PMCMT：地址从Y1000到Y1014。 MTPMC：地址从X1000到X1019。,.,22,三、PMC顺序程序的执行 PMC顺序程序由两部分组成，即第一级程序和第二级程序，如图6-1-11所示。,图6-1-11 PMC顺序程序组成,第一级程序仅处理短脉冲信号，如急停、各轴超程、返回参考点减速、外部减速、跳步、到达测量位置和进给暂停信号。第一级程序每隔8ms执行一次，第二级程序每隔8Xn ms执行一次，n为第二级程序的分割数。程序编制完成后，在向CNC的调试RAM中传送时，第二级程序被自动分割，当分割数为n时，从梯形图的开始执行直至梯形图结束所用的时间为8n ms。如果第一

17、级程序的步数增加，则在8ms内第二级程序动作的步数就相应减少，因此，分割数要变多，整个程序处理时间变长。因此第一级程序应编得尽可能地短。 子程序必须在第二级程序后指定。顺序程序结束由END指令表示。,.,23,四、PMC语言及编程 编制PMC控制机床的顺序程序的步骤如下： 控制系统开发开始，确定控制对象（机床、NC、PMC）。 确定控制对动作的规格，算出输入/输出点数，估计控制规模。 制定接口规格，分配DI，DO。 编制梯形图，编制地址表。 顺序程序的输入、调试，如果有仿真器可在仿真器上对程序进行先期的调试。 系统运行（RAM）。 程序运行正常，无需进行修改，用PMC写入器向ROM写入。 系统

18、运转（ROM）。 顺序程序的保存，将程序存入软盘和ROM。 将顺序程序的梯形图及索引打印出来，交付机床。 顺序程序的设计方法有两种：一种是使用助记符语言（RD，AND，OR等PMC指令），即编制语句表；另一种是使用继电器符号，即编制梯形图。使用梯形图编程不用理解PMC指令即可进行编程，实现要求的逻辑关系。实际上，即使顺序程序由继电器符号方法输入，在系统内部也被转换成相应的PMC指令。,.,24,梯形图的格式中，信号地址即梯形图中的继电器线圈和触点都被赋予一个地址，如图6-1-12所示。,通常将电路按功能分为几类，在一段程序内编制同一功能，如方式控制、转塔控制、主轴控制等。第一级程序部分应写在梯

19、形图的开头。 众所周知，继电器控功制电路的触点数是有限的，PMC可认为有无穷数量的继电器触点。,.,25,梯形图上所用的符号如表6-1-2所示。,表6-1-2 梯形图编程符号,.,26,在顺序程序执行时，逻辑运算的中间结果存储在一个寄存器中，这个寄存器由9位组成，如图6-1-13所示。,例如执行指令RD.STK暂存运算中间结果时，将当前存储的状态向左移动压栈。相反执行AND.STK指令时，右移取出压栈信号。最后压入的信号首先被取出。,.,27,.,28,.,29,.,30,.,31,.,32,七、PLC的软件系统设计 在了解了程序结构和编程方法的基础上，编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一

20、样，都需要经历如下过程。 1. 对系统任务分块 分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。 2. 编制控制系统的逻辑关系图 从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又应该导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。,.,33,3. 绘制各种电路图 绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要

21、考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，

22、都要一丝不苟。 4. 编制 PLC 程序并进行模拟调试 在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，最好不要整个程序完成后一起算总帐。,.,34,5. 制作控制台或控制柜 在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台或控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问

23、题、高压隔离等问题必须妥善处理。,6. 现场调试 现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。 7. 编写技术文件并现场试运行 经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整流技术文件，包括整理电路图、 PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。,.,35,第三部分 技能训练 一、任务描述

24、1) 熟悉PMC指令，并能画出相应的时序图或逻辑图。 2)分析相应控制线路图。 二、实训内容一（PMC功能指令例举） 1、定时器指令（TMR、TMRB） 可变定时器TMR:TMR指令的定时时间可通过PMC参数进行更改，如图6-1-14所示。,图6-1-14 TMR指令与时序图,.,36,固定定时器TMRB:TMRB的设定时间编在梯形图中，在指令和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序一起被写入FROM中，所以定时器的时间不能用PMC参数改写，如图6-1-15所示。,图6-1-15 TMRB指令,定时器在数控机床报警灯闪烁电路的应用如图6-1-16所示。,.,37,2.计数器指令（CT

25、R） 图6-1-17所示的计数器主要功能是进行计数，可以是加计数，也可以是减计数。计数器的预置值形式是BCD代码还是二进制代码形式由PMC的参数设定（一般为二进制代码）。,图6-1-17 CTR指令,.,38,3.译码指令（DEC、DECB） 图6-1-18所示DEC指令的功能是：当两位BCD代码与给定值一致时，输出为“1”；不一致时，输出为“0”，主要用于数控机床的M码、T码的译码。一条DEC译码指令只能译一个M代码。,图6-1-18 DEC指令,.,39,图6-1-19所示DECB的指令功能：可对1、2或4个字节的二进制代码数据译码，所指定的8位连续数据之一与代码数据相同时，对应的输出数据

26、位为1。主要用于M代码、T代码的译码，一条DECB代码可译8个连续M代码或8个连续T代码。,图6-1-19 DECB指令,4. 比较指令（COMP、COMPB） COMP指令的输入值和比较值为2位或4位BCD代码，如图6-1-20所示 。,图6-1-20 COMP指令,.,40,图6-1-21所示COMPB指令功能是：比较1个、2个或4个字节长的二进制数据之间的大小，比较的结果存放在运算结果寄存器（R9000）中。,图6-1-21 COMPB指令,5.常数定义指令（NUME、NUMEB） NUME指令是2位或4位BCD代码常数定义指令，如图6-1-22所示。,图6-1-22 NUME指令,.,

27、41,NUMEB指令是1个字节、2个字节或4个字节长二进制数的常数定义指令，如图6-1-23所示,图6-1-23 NUMB指令,6. 判别一致指令（COIN）和传输指令（MOVE） COIN指令用来检查参考值与比较值是否一致，可用于检查刀库、转台等旋转体是否到达目标位置等，如图6-1-24所示。,图6-1-24 COIN指令,.,42,MOVE指令的作用是把比较数据和处理数据进行逻辑“与”运算，并将结果传输到指定地址，如图6-1-25所示。,图6-1-25 MOVE指令,7.旋转指令（ROT、ROTB） ROT/ROTB指令用来判别回转体的下一步旋转方向；计算出回转体从当前位置旋转到目标位置的

28、步数或计算出到达目标位置前一位置的位置数，如图6-1-26所示。,图6-1-26 ROT指令,.,43,8.数据检索指令（DSCH、DSCHB） DSCH指令的功能是在数据表中搜索指定的数据（2位或4为BCD代码），并且输出其表内号，常用于刀具T码的检索，如图6-1-27所示。,图6-1-27 DSCH指令,9.变地址传输指令（XMOV、XMOVB） XMOV指令可读取数据表的数据或写入数据表的数据，处理的数据为2位BCD代码或4位BCD代码。该指令常用于加工中心的随机换刀控制，如图6-1-28所示。,图6-1-28 XMOV指令,.,44,10.代码转换指令（COD、CODB） COD指令是

29、把2位BCD代码（099）数据转换成2位或4位BCD代码数据的指令。具体功能是把2位BCD代码指定的数据表内号数据（2位或4位BCD代码）输出到转换数据的输出地址中，如图6-1-29所示,图6-1-29 COD指令,.,45,三、实训内容二（PMC控制电路分析） 1、数控机床加工程序功能开关的PMC控制 如图6-1-30所示为数控机床加工程序功能开关示意。,图6-1-30 数控机床加工程序功能开关示意,数控机床加工程序功能开关介绍如下： 机床锁住：在自动运行状态下，按下机床操作面板上的机床锁住开关，执行循环起动时，刀具不移动，但是显示器上每个轴运动的位移在变化，就象刀具在运动一样。 程序辅助功

30、能的锁住：程序运行时，禁止执行M 、S 和T 指令，和机床锁住功能一起使用,检查程序是否编制正确。 程序的空运转： 在自动运行状态下，按下机床操作面板上的空运行开关，刀具按参数（各轴快移速度）中指定的速度移动，而与程序中指令的进给速度无关。,.,46,程序单段运行：按下单程序段方式开关进入单程序段工作方式。在单程序段方式中按下循环起动按钮后，刀具在执行完程序中的一段程序后停止。通过单段方式一段一段地执行程序，仔细检查程序。 程序再起运行：该功能用于指定刀具断裂或者公休后重新起动程序时，将要起动程序段的顺序号，从该段程序重新起动机床。也可用于高速程序检查。 程序的重新起动有两种重新起动的方法：P

31、 型和Q 型（由系统参数设定）。 程序段跳过：在自动运行状态下，当操作面板上的程序段选择跳过开关接通时，有斜杠（/）的程序段被忽略。 程序选择停：在自动运行时，当加工程序执行到M01 指令的程序段后也会停止。 程序循环起动运行：在存储器方式(MEM)、DNC 运行方式(RMT)或手动数据输入方式（MDI）下，若按下循环起动开关，则CNC 进入自动运行状态并开始运行,同时机床上的循环起动灯点亮。 程序进给暂停：自动运行期间进给暂停开关按下时，CNC 进入暂停状态并且停止运行，同时，循环起动灯灭。,.,47,图6-1-31为PMC程序控制及其说明。,图6-1-31数控机床加工程序功能开关的PMC控

32、制梯形图,.,48,2、数控机床倍率开关PC控制 数控机床倍率开关如图6-1-32所示。,图6-1-32 数控机床倍率开关,进给速度倍率开关是通过进给倍率开关选择百分比（%）来增加或减少编程进给速度。 主轴速度倍率开关则是使加工程序中指令的主轴速度S 值乘以0254的倍率。 对于快移倍率开关来说，数控机床无论自动运行快移速度还是手动快移速度是在系统参数中设定各轴的快移速度（倍率100%的速度），而加工程序中无需指定。自动运行中的快速移动包括所有的快速移动，如固定循环定位、自动参考位置返回等，而不仅仅是G00 移动指令。手动快速移动也包含了参考位置返回中的快速移动。通过快速移动倍率信号可为快速移

33、动速度施加倍率，快速移动速度倍率为F0、25%、50%和100% ，其中F0由系统参数设定各轴固定进给速度 。,.,49,如图6-1-33所示为数控机床进给速度倍率和点动速度的PMC控制梯形图。,图6-1-33 数控机床进给速度倍率和点动速度的PMC控制梯形图,.,50,3、数控机床润滑系统PC控制 数控机床润滑系统的电气控制要求如下： （1）首次开机时，自动润滑15秒（2.5秒打油、2.5秒关闭）。 （2）机床运行时，达到润滑间隔固定时间（如30分钟）自动润滑一次，而且润滑间隔时间用户可以进行调整（通过PMC参数）。 （3）加工过程中，操作者可根据实际需要还可以进行手动润滑（通过机床操作面板

34、的润滑手动开关控制）。 （4）润滑泵电动机具有过载保护，当出现过载时，系统要有相应的报警信息。 （5）润滑油箱油面低于极限时，系统要有报警提示（此时机床可以运行）。,.,51,润滑系统电气控制线路如图6-1-34所示。,图6-1-35所示为润滑系统PMC控制梯形图。,图6-1-34 润滑系统电气控制线路,图6-1-35 润滑系统PMC控制梯形图,.,52,第四部分 总结提高 一、认真总结实训过程，书写实训报告。 二、根据本任务所掌握的知识和技能回答下列问题。 1、CNC与PLC之间的信息交换是如何进行的？ 2、FANUC系统PMC的分类是根据什么原则进行的？ 3、DSCHB指令的功能与DSCH

35、有何相同点？有何区别？ 4、试分析以下PMC程序段落。,.,53,任务二 数控机床的进给传动系统 知识目标 （1）了解数控机床的进给传动系统的组成； （2）了解数控机床定位精度等的测量方法； （3）掌握数控机床螺距误差和反向间隙的补偿方法，并验证补偿效果。 技能目标 （1）能够编制相应的数控程序； （2）能够对数控机床误差数据等进行处理；,第一部分 任务分析与实施 子任务1 对工作台的Z轴进行螺距补偿实验 一、任务描述 定位精度和重复定位精度的测量仪器可以是激光干涉仪、线纹尺、步距规。在本工作台上，z轴上安装有光栅尺，在这里利用光栅尺，读出工作台移动的实际位置；得出实际距离与目标位置的偏差值，

36、输入系统中，完成螺距误差的补偿。,.,54,二、任务实施 1、设置参数“ 光栅尺反馈值通过X31输入系统，并正确设置系统参数，使系统能够检测到光栅尺反馈信号，可以将轴1设置成旋转轴，把其伺服单元型号设为45，部件号设为1，注意一定将轴参数的定位误差与跟踪误差设为0。 2、补偿清零 1）在首次测量时，开机进入系统，依次按“F3参数”键、再按“F3输入权限”键入下一子菜单，按F1数控厂家参数，输入数控厂家权限口令，回车，再按“F1参数索引”键，进入数控系统参数的编辑状态。 2）选择“轴补偿参数”，选择轴2，将轴2的反向间隙、螺距补偿参数全部设置为零，然后按“ESC”键，界面出现对话框“是否保存修改

37、参数？”，按“Y”键后保存修改后的参数。退入DOS状态，按“N”回车进入系统。 3、系统回零 将系统重新回零，以便使工作台运行在一个完全没有经过参数补偿的状态。 4、编辑G代码程序 编辑一个G代码程序，用来测量Z轴丝杠不同行程的螺距误差。,.,55,子任务2 误差的测量及计算 一、任务描述 从数控机床进给传动装置的结构和数控系统的三种控制方法可知，误差补偿对半闭环控制系统和开环控制系统具有显著的效果，可以明显提高数控机床的定位精度和重复定位精度。对全闭环数控系统，由于其控制精度高，采用误差补偿的效果不显著，但也可进行误差补偿。 二、任务实施 运行所编辑的G代码程序，并记录光栅尺反馈的实际位置。

38、计算出系统的指令位置与光栅尺反馈的实际位置之差，在测量程序运行中，当工作台运动到目标位置时，表头接触到步距规测量面，测量程序设置有暂停3秒，此时记下表针读数，测量5个循环，记录在表6-2-1中： 1）被测点位置时把Z轴负向最远的距离的那个点视为0，依次向坐标轴正向进行排列：0、1、2、3、4、5； 2）误差值=指令机床坐标值-实际机床坐标值 3）负向移动实际坐标值及正向移动实际坐标值可以通过光栅尺的实际读数进行计算出来。,.,56,图6-2-1绘制Z轴螺距误差的偏差值,.,57,第二部分 知识链接 数控机床进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时

39、实现自动控制，与普通机床相比，要求其进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等几部分组成。这里所说的机械传动装置是指将驱动源的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等等。为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作的稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙，减少摩擦，减少运动惯量，提高传动精度和刚度。另外，进给系统的负载变化较大，响应特性要求很高，故对刚度、惯量匹配都有很高的要求。 为了满足上述要求，数控机床一般采用低摩擦的传动副，如减摩滑

40、动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等；保证传动元件的加工精度，采用合理的预紧、合理的支承形式以提高传动系统的刚度；选用最佳降速比，以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少反向死区误差，提高位移精度等。,.,58,一、电机与丝杠之间的联接 数控机床进给驱动对位置精度、快速响应特性、调速范围等有较高的要求。实现进给驱动的电机主要有三种：步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。目前，步进电机只适应用于经济型数控机床，直流伺服电机在我国正广泛使用，交流伺服电机作为比较理想的驱动元件已成为发展趋势。数控机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。电

41、机与丝杠间的联接主要有三种形式，如图6-2-2所示。 1带有齿轮传动的进给运动 数控机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图6-2-2a）所示。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对闭环系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用消除措施来尽量减小齿轮侧隙。但这种联接形式的机械结构比较复杂。,.,59,2经同步带轮传动的进给运动 如图6-2-2b）所示，这种联接形式的机械结构比较简单。同步带传动综合了带传动和链传动的优点，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但只能适于低扭矩特

42、性要求的场所。安装时中心距要求严格，且同步带与带轮的制造工艺复杂。 3电机通过联轴器直接与丝杠联接 如图6-2-2c）所示，此结构通常是电机轴与丝杠之间采用锥环无键联接或高精度十字联轴器联接，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。在加工中心和精度较高的数控机床的进给运动中，普遍采用这种联接形式。,二、滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的一种新型传动装置，在数控机床上得到了广泛的应用。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。,.,60,(2)滚珠丝杠螺母副工作原理 滚珠丝杠螺母副工作原理，如图6-2-3所

43、示。图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠与螺母之间，构成一个闭合的回路。,（二）滚珠丝杠螺母副结构 滚珠丝杠的螺纹滚道法向截面有单圆弧和双圆弧两种不同的形状，如图6-2-4所示(a)为单圆弧、b)为双圆弧)。其中单圆弧工艺简单，双圆弧性能较好。 （三）滚珠的循环方式 滚珠循环方式分为外循环和内循环两种方式。,.,61,1.外循环 滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠间重新进入循环。如图6-2-5a）所示为插管式，它用

44、弯管作为返回管道，这种形式结构工艺性好，但由于管道突出于螺母体外，径向尺寸较大。如图6-2-5b）所示为螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种形式的结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。 2内循环 这种循环靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道,使滚珠成单圈环, 如图6-2-6所示,滚珠从螺纹滚道进入反向器,借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道,实现循环。一般一个螺母上装有24个反向器，反向器沿螺母圆周等分分布。其优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因其返回滚道较短，摩擦损失小。缺点是反向器加工困难。,.,62,.,63,图6-2-6 内循环滚珠

45、丝杠 (四)滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整 滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。为了保证反向传动精度和丝杠的刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。 常用的螺母丝杠消除间隙方法有： （1）垫片调隙式。如图6-2-7a所示，调整垫片厚度使左右两螺母不能相对旋转，只产生轴向位移，即可消除间隙和产生预紧力。这种方式结构简单，刚性好，调整时需要卸下调整垫圈

46、修磨，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧。,.,64,（2）螺纹调隙式。如图6-2-7b所示，滚珠丝杠左右两螺母副以平键与外套相联，用平键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，只要拧动圆螺母1即可消除间隙并产生预紧力，然后用螺母2锁紧。这种调整方法具有结构简单、工作可靠、调整方便的优点，但预紧量不很准确。 （3）齿差调隙式。如图6-2-8所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为z1和z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量。例如，z1=81，z2

47、=80，滚珠丝杠的导程为t=6mm时，s=6/64800.001mm。这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动。,.,65,（4）单螺母变位螺距预加负荷。如图6-2-9所示，它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间使用螺纹滚道在轴向产生一个L0的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位实现预紧。这种调隙方法结构简单，但负荷量须预先设定且不能改变。 (五)滚珠丝杠的支承方式 数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座、丝杠端部的轴承及其支承加工的不精确性和它们在受力后的

48、过量变形，都会给进给系统的传动刚度带来影响。因此，螺母座的孔与螺母之间必须保持良好的配合，并应保证孔对端面的垂直度，螺母座应增加适当的肋板，并加大螺母座和机床结合部件的面积，以提高螺母座的局部刚度和接触刚度。滚珠丝杠的不正确及支承结构的刚度不足，会使滚珠丝杠的寿命大大下降。因此要注意轴承的选用和组合，尤其是轴向刚度要求较高，为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承及其支承方式是十分重要的。,.,66,(六)制动装置 由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用，故必须装有制动装置（特别是滚珠丝杠处于垂直传动时）。当机床工作时，电磁铁线圈通电吸住压弹簧，打开摩擦离合器。此时步时电动机受控制系统的指令

49、脉冲后，通过液压转矩放大器及减速齿轮，带动滚珠丝杠转动，主轴铁线圈亦同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠不能自由转动，主轴箱就不会因自重而下沉了。超越离合器也可用作滚珠丝杠的制动装置。 （七）滚珠丝杠的保护 滚珠丝杠副可用润滑来提高耐磨性及传动效率。润滑剂分为润滑油及润滑脂两大类。润滑油用机油、90180号透平油或140号主轴油。润滑脂可采用锂基油脂。润滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油通过壳体上的油孔注入螺母空间内。 滚珠丝杠副和其它滚动摩擦的传动元件，只要避免磨料微粒及化学活性物质进入，就可以认为这些元件几乎是不产生磨损的情况下工作的。但如果在滚道上落入脏物，或

50、使用肮脏的润滑油，不仅会妨碍滚珠的正常运转，而且使磨损急剧增加。,.,67,通常采用毛毡圈对螺母副进行密封，毛毡圈的厚度为螺距的23倍，而且内孔做成螺纹的形状，使之紧密地包住丝杠，并装入螺母或套筒两端的槽孔内。密封圈除了采用柔软的毛毡之外，还可以采用耐油橡胶或尼龙材料。由于密封圈和丝杠直接接触，因此防尘效果较好，但也增加了滚珠丝杠螺母副的摩擦阻力矩。为了避免这种摩擦阻力矩，可以采用由较硬塑料制成的非接触式迷宫密封圈，内孔做成与丝杠螺纹滚道相反的形状，并留有一定的间隙。 对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋刚带、伸缩套筒、锥形套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面

51、。除与导轨的防护罩相似外，这几种防护罩一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。 三、进给系统传动间隙的补偿机构 (一)齿隙补偿机构 数控机床进给系统由于经常处于自动变向状态，齿侧间隙会造成进给反向时丢失指令脉冲，并产生反向死区从而影响加工精度，因此必须采取措施消除齿轮传动中的间隙。,.,68,图6-2-10所示为圆柱齿轮间隙的几种调整结构。图6-2-106a）为偏心套间隙调整结构。将偏心套转过一定角度，可调整两齿轮的中心距，从而得以消除齿侧间隙。图6-2-10b) 是带有锥度的齿轮间隙调整结构。两个相互啮合的齿轮都制成带有小锥度，使齿厚沿轴线方向稍有变化。通过修磨垫片的厚度，

52、调整两齿轮的轴向相对位置，即可消除齿侧间隙。图6-2-10c）为斜齿圆柱齿轮轴向垫片间隙调整结构。与宽齿轮同时啮合的两个薄片齿轮，用键与轴相联接，彼此不能相对转动。两个薄片齿轮的轮齿是拼装在一起进行加工的,加工时在它们之间垫入一定厚度的垫片。装配时将厚度比加工时所用垫片稍大或稍小的垫片垫入它们之间，并用螺母拧紧，于是两薄片齿轮的螺旋齿产生错位，分别与宽齿轮的左、右齿侧贴紧，从而消除了它们之间的齿侧间隙。显然，采用这种调整结构，无论齿轮正转或反转，都只有一个薄片齿轮承受载荷。,.,69,上述几种齿侧间隙的调整方法，结构比较简单，传动刚性好，但调整之后间隙不能自动补偿，且必须严格控制齿轮的齿厚和齿

53、距公差，否则将影响传动的灵活性。 齿侧间隙可自动补偿的调整结构，如图6-2-11所示。相互啮合的一对齿轮中的一个做成两个薄片齿轮，两薄片齿轮套装在一起，彼此可作相对运动。两个齿轮的端面上，分别装有螺纹凸耳，拉簧的一端钩在一个凸耳上，另一端钩在穿过另一个凸耳后的螺钉上，在拉簧的拉力作用下，两薄片齿轮的轮齿相互错位，分别贴紧在与之啮合的齿轮（图中未示出）左、右齿廓面上，消除了它们之间的齿侧间隙，拉簧的拉力大小，可用调整螺母调整。这种调整方法能自动补偿间隙，但结构复杂，传动刚度差，能传递的转矩小。,.,70,(二)键联接间隙补偿机构 数控机床进给传动装置中，齿轮等传动件与轴键的配合间隙，如同齿侧间隙

54、一样，也会影响工件的加工精度，需将其消除。图6-2-12所示为消除键联接间隙的两种方法。图6-2-12a）为双键联接结构，用紧定螺钉顶紧消除键的联接间隙。图6-2-12b）为楔形销键联接结构，用螺母拉紧楔形销以消除键的联接间隙。,.,71,图6-2-13无键联接结构 图6-2-13所示为一种可获得无 间隙传动的无键联接结构。内锥形 胀套和外锥形胀套是一对相互配研、 接触良好的弹性锥形胀套，当拧紧 螺钉，通过布两个圆环将它们压紧 时，内锥形胀套的内孔缩小，外锥 形胀套的外圆胀大，依靠摩擦力将 传动件和轴联接在一起。锥形胀套的对数，根据所需传递的转矩大小，可以是一对或几对。,.,72,第三部分 总

55、结提高 一、选择题： 1各类数控铣床均不采用（ ）电机作为主轴驱动电机。 (A) 直流伺服 (B) 交流伺服 (C) 步进 (D)交流 2数控机床用的滚珠丝杠的公称直径是指（ ）。 (A) 丝杠大径 (B) 丝杠小径 (C)滚珠直径 (D) 滚珠圆心处所在的直径 3. 数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（ ）。 A传动精度 B 运动精度和刚度 C快速响应性能和运动精度 D 传动精度和刚度 4.为了保证数控机床能满足不同的工艺要求，并能够获得最佳切削速度，主传动系统的要求是（ ）。 A无级调速 B变速范围宽 C分段无级变速 D变速范围宽且能无级变速 5. 数

56、控系统所规定的最小设定单位就是（ ）。 A 数控机床的运动精度 B 机床的加工精度 C 脉冲当量 D 数控机床的传动精度,二、问答题： 1、电机与丝杠之间有哪几种联接？各适应什么情况？ 2、滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点是什么？ 3、试述滚珠丝杠螺母副消除间隙和预加载荷的方法。 4、齿轮消除间隙的方法有哪些？各有何特点？,.,73,任务三 数控机床的基本操作 知识目标 （1）了解数控机床的操作面板。 （2）掌握数控机床加工前的准备工作等。 （3）掌握数控机床的基本操作。 技能目标 准确认识数控机床机械部件，能说出其在数控机床中的作用，同时通过机床基本操作来了解电气故障出现的一些原因。 第一部分

57、 任务分析与实施 子任务1 数控车床零件加工实践 一、任务描述 本项目主要讲解数控车床操作面板上各个按键的功用，使学生掌握数控车床的调整及加工前的准备工作以及程序输入及修改方法。最后以一个具体零件为例，讲解了数控车床加工零件的基本操作过程，使学生对数控车床的操作有一个清楚的认识。,.,74,二、任务实施 1、加工要求 加工如图6-3-1所示零件。 零件材料为 45 号钢，其中 70 外圆不加工，用于零件夹持。要求完成：（ 1 ）粗、精车各表面；（ 2 ）切槽；（ 3 ）车螺纹。 加工设备： SSCK20A 数控车床,.,75,2、准备工作 加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、

58、刀具及夹具的选择、程序编制等。 3、操作步骤及内容 1）开机，各坐标轴手动回机床原点 2）将刀具依次装上刀架 根据加工要求选择 45端面车刀、 90外圆车刀、切槽刀及 60螺纹车刀各一把，其编号分别为 01 、 02 、 03 、 04 ，刀具材料采用硬质合金。 3）用 液压卡盘装夹工件 4）用试切法对刀，并设置好刀具参数 5）手动输入加工程序 6）调试加工程序 手动把刀具从工件处移开，选择自动模式，调出加工程序，按下辅助键中的机械锁定、程序空运行两键，再按下启动键预演程序，检查刀具动作和加工路径是否正确。 7）确认程序无误后，即可进行自动加工 8）取下工件，进行检测 选择游标卡尺检测尺寸，选

59、择螺纹千分尺检测螺纹。 9）清理加工现场 10）关机,.,76,子任务2 数控铣床零件加工实践 一、任务描述 本项目主要讲解数控铣床操作面板上各个按键的功用，使学生掌握数控铣床的调整及加工前的准备工作以及程序输入及修改方法。最后以一个具体零件为例，讲解了数控铣床加工零件的基本操作过程，使学生对数控铣床的操作有一个清楚的认识。 二、任务实施 1、加工要求 加工如图6-3-2所示零件。零件材料为 LY12 ，单件生产。零件毛坯已加工到尺寸。选用设备： XK714B 数控铣床。,.,77,2、准备工作 加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具的选择、程序编制等。 3、操作步骤及内容 1）开机，各坐标轴手动回机床原点 2）刀具安装 根据加工要求选择 10 高速钢立铣刀，用弹簧夹头刀柄装夹后将其装上主轴 。 3）清洁工作台，安装夹具和工件 将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正、找平虎钳，再将工件装正在虎钳上。 4）对刀设定工件坐标系 （ 1 ） 用寻边