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电工学小论文


什么叫数控机床
20 世纪 40 年代末, 美国开始研究数控机床, 1952 年, 美国麻省理工学院(mit) 伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床,并于 1957 年投入使用。这是制造 技术发展过程中的一个重大突破,标志着制造领域中数控加工时代的开始。 数控加工是现代制造技术的基础,这一发明对于制造行业而言,具有划时代 的意义和深远的影响。 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究 和发展。我国于 1958 年开始研制数控机床,成功试制出配有子管数控系统的数 控机床,1965 年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几 十年的发展, 目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用,在 模具制造行业的应用尤为普及。 针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工 等特种加工工艺的需求,开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多, 一般将数控机床分为 16 大类: 1 数控车床(含有铣削功能的车削中心)2 数控铣床(含铣削中心)3 数控铿床 4 以铣程削为主的加工中心.5 数控磨床(含磨削中心)6 数控钻床(含钻削中心)7 数 控拉床 8 数控刨床 9 数控切断机床 10 数控齿轮加工机床 11 数控激光加工机床 12 数控电火花线切割机床 13 数控电火花成型机床(含电加工中心)14 数控板村成 型加工机床 15 数控管料成型加工机床 16 其他数控机床 模具制造常用的数控加工机床有:数控铣床、数控电火花成型机床、数控电火花 线切割机床、数控磨床及数控车床。 数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统 组成。
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控制系统用于数控机床的运算、管理和控制,通过输入介质得到数据,对这 些数据进行解释和运算并对机床产生作用; 伺服系统根据控制系统的指令驱动机 床, 使刀具和零件执行数控代码规定的运动; 检测系统则是用来检测机床执行件 (工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量,并将检测结果反馈到输入端,与 输入指令进行比较, 根据其差别调整机床运动;机床传动系统是由进给伺服驱动 元件至机床执行件之间的机械进给传动装置;辅助系统种类繁多,如:固定循环 (能进行各种多次重复加工)、自动换刀(可交换指定刀具)、传动间隙补偿偿机械 传动系统产生的间隙误差)等等。 在数控加工中,数控铣削加工最为复杂,需解决的问题也最多。除数控铣削 加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程各 有其特点。

什么叫可编译逻辑控制器 PLC
二 十世纪六十年代美国推出可编程逻辑 控制器( Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC 得到了快速发展,在世 界各地得到了广泛应用。同时,PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信 号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC 在开 关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 PLC 不再局限 于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品,PLC 在二十世纪八十年代至九十年代得到了 迅速发展,世界范围内的 PLC 年增长率保持为 20%~30%。随着工厂自动化程 度的不断提高和 PLC 市场容量基数的不断扩大, 近年来 PLC 在工业发达国家的 增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家 PLC 的增长十分迅速。综合相关资
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料, 2004 年全球 PLC 的销售收入为 100 亿美元左右, 在自动化领域占据着十分 重要的位置。 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的 PLC 只 有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各 类机械或生产过程。 用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存 入 PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺 流程要求的操作。PLC 的 CPU 内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序 运行过程中,每执行一步该计数器自动加 1,程序从起始步(步序号为零)起依 次执行到最终步(通常为 END 指令) ,然后再返回起始步循环运算。PLC 每完 成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 PLC,循环扫描周 期在 1 微秒到几十微秒之间。PLC 用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快 速的优点,在微秒量级,解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当成 开关量来处理,16 位(也有 32 位的)为一个模拟量。大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。 相同 I/O 点数的系统,用 PLC 比用 DCS,其成本要低一些(大约能省 40% 左右) 。PLC 没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比 DCS 要低很多。一个 PLC 的控制器,可以接收几千个 I/O 点(最多可达 8000 多个 I/O) 如果被控对象主要是设备连锁、 。 回路很少, 采用 PLC 较为合适。 PLC 由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。 近 10 年来, 随着 PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大, 越来越多的中小 设备开始采用 PLC 进行控制,PLC 在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济
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的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内 PLC 在我国仍将保 持高速增长势头。 通用 PLC 应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但 PLC 相 对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。 实际工作中碰到的 一些用户原来采用嵌入式控制器, 现在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入 式控制器。

PLC 与 NC 的关系
PLC 用于通用设备的自动控制,称为可编程控制器。PLC 用于数控机床的外围 辅助电气的控制,称为可编程序机床控制器。因此,在 FANUC 数控系统中将其 称之为 PMC(programmable machine tool controller) 。数控系统有两大部分, 一是 NC、二是 PLC,这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样 来划分 NC 和 PLC 的作用范围: 1、 实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由 NC 来完成; 2、 机床辅助设备的控制是由 PLC 来完成。它是在数控机床运行过程中,根据 CNC 内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态,按照程序 设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。 在数控机床中这两种控制任务, 是密不可分的, 它们按照上面的原则进行了分工, 同时也按照一定的方式进行连接。NC 和 PLC 的接口方式遵循国际标准“ISSO 4336-1981(E)机床数字控制-数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的 规定,接口分为四种类型: 1、与驱动命令有关的连接电路;
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2、数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路; 3、电源及保护电路; 4、通断信号及代码信号连接电路; 从接口分类的标准来看, 第一类、 第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、 伺服电机、 位置检测以及数据检测装置之间控制信息。第三类是由数控机床强电 电路中的电源控制控制电路构成。 通常由电源变压器、 控制变压器、 各种断路器、 保护开关、继电器、接触器等等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件 供电。这些相对于数控系统来讲,属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制 系统的弱电回路, 直接相连接的,只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直 流低压下工作的开关信号,才能够成为 PLC 或继电器逻辑控制电路的可接受的 电信号。反之,PLC 或继电器逻辑控制来的控制信号,也必须经过中间继电器 或转换电路变成能连接到强电线路的信号,再由强电回路驱动执行元件工作。第 四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号。

PLC 在数控机床中的应用
1、 PLC 在数控机床中的应用形式 PLC 在数控机床中应用,通常有两种形式:一种称为内装式;一种称为独立 式。 内装式 PLC 也称集成式 PLC,采用这种方式的数控系统,在设计之初就将 NC 和 PLC 结合起来考虑,NC 和 PLC 之间的信号传递是在内部总线的基础上进行 的,因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个 CPU 也 可以是单独的 CPU 这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和 NC 之间没有多余的 导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且 NC 和 PLC 之间易实现许多高级功能。
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PLC 中的信息也能通过 CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较 大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的 PLC。 独立式 PLC 也称外装式 PLC, 它独立于 NC 装置, 具有独立完成控制功能的 PLC。 在采用这种应用方式式,可根据用户自己的的特点,选用不同专业 PLC 厂商的 产品,并且可以更为方便的对控制规模进行调整。 2、PLC 与数控系统及数控机床间的信息交换 相对于 PLC,机床和 NC 就是外部。PLC 与机床以及 NC 之间的信息交换,对 于 PLC 的功能发挥,是非常重要的。PLC 与外部的信息交换,通常有四个部分: (1) 、机床侧至 PLC:机床侧的开关量信号通过 I/O 单元接口输入到 PLC 中, 除极少数信号外,绝大多数信号的含义及所配置的输入地址,均可由 PLC 程序 编制者或者是程序使用者自行定义。 数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功 能和配置,对 PLC 程序和地址分配进行修改。 (2) 、PLC 至机床:PLC 的控制信号通过 PLC 的输出接口送到机床侧,所有输 出信号的含义和输出地址也是由 PLC 程序编制者或者是使用者自行定义。 (3) 、CNC 至 PLC:CNC 送至 PLC 的信息可由 CNC 直接送入 PLC 的寄存器 中,所有 CNC 送至 PLC 的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址) 均由 CNC 厂家确定,PLC 编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的 M、S、T 功能, 通过 CNC 译码后直接送入 PLC 相应的寄存器中。 (4) 、PLC 至 CNC:PLC 送至 CNC 的信息也由开关量信号或寄存器完成,所 有 PLC 送至 CNC 的信号地址与含义由 CNC 厂家确定,PLC 编程者只可使用, 不可改变和增删。 3、PLC 在数控机床中的工作流程
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PLC 在数控机床中的工作流程,和通常的 PLC 工作流程基本上是一致的,分为 以下几个步骤: (1) 、输入采样:输入采样,就是 PLC 以顺序扫描的方式读入所有输入端口的 信号状态,并将此状态,读入到输入映象寄存器中。当然,在程序运行周期中这 些信号状态是不会变化的, 除非一个新的扫描周期的到来,并且原来端口信号状 态已经改变,读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。 (2) 、程序执行:程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描,并且同时读 入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据,在进行相关运算后,将运 算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。 (3) 、出刷新阶段:在所指令执行完成后,输出映像寄存区的所有输出继电器的 状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过特定方式输出, 驱动外部负载。 4、 PLC 在数控机床中的控制功能 (1) 、操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作 面板的控制信号先是进入 NC,然后由 NC 送到 PLC,控制数控机床的运行。机 床操作面板控制信号,直接进入 PLC,控制机床的运行。 (2) 、机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入 PLC,进行逻 辑运算。这些开关信号,包括很多检测元件信号(如:行程开关、接近开关、模 式选择开关等等) (3) 、输出信号控制:PLC 输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电 磁阀等输出给控制对象。 (4) 、功能实现。系统送出 T 指令给 PLC,经过译码,在数据表内检索,找到
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T 代码指定的刀号,并与主轴刀号进行比较。如果不符,发出换刀指令,刀具换 刀,换刀完成后,系统发出完成信号。 (5) 、M 功能实现。系统送出 M 指令给 PLC,经过译码,输出控制信号,控制 主轴正反转和启动停止等等。M 指令完成,系统发出完成信号。 127.0.0.1

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