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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）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、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①动力元件②执行元件③控制调节元件④辅助元件⑤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、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①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。②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。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v1A1=v2A2=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：定量泵，变量泵（3）液压泵的图形符号（4）液压泵的性能参数①压力是单位面积上所受力的大小。p=F/A②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qt=Vn实际流量q=qt-Δq由于存在泄漏，所以qt＞q③液压泵的功率和效率功率P：单位时间内所做的功P=Fv=pA×q/A=pq④效率容积效率：ηv=q/qtq=nVηv机械效率：ηm=Tt/T=pqt/2πnT总效率：η=P0/PI=ηvηm2、齿轮泵（定量泵）（1）齿轮泵的工作原理①密封容腔：由齿轮各齿间槽、泵体和前、后泵盖形成；轮齿脱开啮合—V↑—P↓—吸油轮齿进入啮合—V↓—P↑—压油②齿轮啮合线：将吸、压油腔分开；③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①低压齿轮泵的结构②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=PAb:适当增大齿顶与泵体内壁的径向间隙。δ=0.13～0.16mm。因径向泄漏方向与齿轮旋转方向相反，泄漏不会增加太多③困油现象为使齿轮泵运转平稳，要求齿轮啮合的重叠系数ε1，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）④泄漏泄漏途径：轴向间隙处——Δq占总泄漏量的75%~80%径向间隙处——Δq占总泄漏量的15%~20%啮合线间隙处——Δq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）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①液压马达的容积效率:ηV=nV/q②液压马达的输出转速:n=qηV/V③理论输出转矩：Tt=pV/2π④机械效率:ηm=T/Tt⑤转矩:T=ηmTt=pVηm/2π⑥总效率：η=ηmηV(2)叶片式液压马达①叶片径向放置，因为马达需要正反转。②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。③改变输油方向，可使转轴反转。图形符号:2、液压缸（1）活塞缸①双杆活塞缸v=q/A=4q/π(D2-d2)F=pA=pπ(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。②单杆活塞缸a:无杆腔进油时：F1=pA1=pπD2/4v1=q/A1=4q/πD2b:有杆腔进油时：F2=pA2=pπ(D2-d2)/4v2=q/A2=4q/π(D2-d2)结论：V1＜V2F1＞F2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=pπd2/4v3=4q/πd2(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:①按阀芯相对于阀体的运动方式分：滑阀、转阀；②按阀的操纵方式不同分：手动、机动、电磁动、液动、电液动等；③按阀芯位置数不同分：二位、三位、多位；④按阀体上进出油口数目不同分：二通、三通、四通、五通等；⑤按阀的安装方式不同分：板式、管式、法兰式等。图形符号:①用方框表示工作位置，方格数即“位”数，三格即三位。②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。③P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。④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。⑤三位阀的中位和两位阀的弹簧位为常态位。在液压系统原理图中，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。（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