23机械制造自动化技术自动化控制方法与技术解析

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1、自动化控制方法与技术自动化控制方法与技术12机械制造自动化技术的发展趋势机械制造自动化技术的发展趋势基本概念基本概念机械制造自动化的类型机械制造自动化的类型机械制造系统的概念：三个流的概念；什么是自动化；机械制造自动化涉及到的技术机械制造自动化设备的分类、特点与应用范围信息化带动机械制造自动化的发展，推动先进制造模式的出现上次课内容回顾3液压与气压传动控制液压与气压传动控制自动化控制概念自动化控制概念机械传动控制机械传动控制自动化控制系统的组成；自动化控制的基本方式本次课内容机械传动控制的特点与典型实例液压与气压传动控制的特点与应用一、自动化控制的概念自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组

2、成有自动控制有自动控制功能的装置功能的装置控制对象控制对象集中式分散式（1）指令存储装置用来存储预先设置动作程序的装置（2）指令控制装置 将存储在指令存储装置中的指令信息在需要时发出的装置。4一、自动化控制的概念自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成有自动控制有自动控制功能的装置功能的装置控制对象控制对象（3）传递及转换装置 作用：将指令控制装置所发出的指令准确而及时的传送到执行机构的装置。传送过程中发生信号量和质的变化传递介质：光电气液机械信号形式：模拟式、数字式信号量值：电压量、电流量 脉冲量等。5一、自动化控制的概念自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成有自动控制有自动控制功

3、能的装置功能的装置控制对象控制对象（4）执行机构完成最终动作的装置6自动化控制的基本要求自动化控制的基本要求自动控制系统应能保证各执行机构的使用性能、加工质量、生产效率及工作可靠性。（1）能自动进行。（2）系统模块化，便于独立调试，与系统匹配。（3）具有柔性、能适应加工对象的变化。（4）简单可靠，严格筛选元件。（5）适应环境，抗干扰。（6）及时掌握系统工作状态。（7）便于安装调试维护修理。（8）布线安全合理，整齐美观。（9）不过分追求完美，适应实际条件。必须保证实现具体情况具体对待7自动化控制的基本方式自动化控制的基本方式（1）开环控制方式 系统输出不影响系统的控制，系统控制不理会输出量的误差

4、，校准要求高。自动门控制系统框图1 1、系统的、系统的输出量输出量直接受直接受输入量输入量的控制；的控制；2 2、信号（或信息）的传递是、信号（或信息）的传递是单向单向的，总是从输入端单的，总是从输入端单向传至输出端。向传至输出端。应精确的校准应精确的校准 8自动化控制的基本方式自动化控制的基本方式（1）开环控制方式9机械凸轮控制机械凸轮控制的自动车床，的自动车床，沿时间坐标轴沿时间坐标轴单向运行的任单向运行的任何系统何系统（2）闭环控制方式系统输出直接影响系统的控制，利用反馈来减少系统误差游泳池游泳池进水阀门进水阀门控制器控制器给定水给定水位位水流量水流量游泳池的水位游泳池的水位（输出）（输

5、出）检测装置检测装置比较器比较器+-闭环控制系统框图游泳池注水控制系统框图10开环控制的特点：开环控制的特点：1、它是单向的控制过程；2、输入量与输出量往往是不同性质的量。闭环控制的特点：闭环控制的特点：1、有反馈；2、会调整；3、“结果”会影响“结果”；4、给定量与被控量是可比较的同一种性质的量；5、控制精度更高，系统比较复杂。11（3）分散控制方式（行程或继动）系统中的控制部分表现为若干个分散的，有一定相对独立性的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其责，各行其是，互不干涉，各自完成自己的目标。指令存储和控制装置按一定程序分散布置，控制对象按一定顺序动作（互锁性），直到完成预定的全部动作

6、。优点：互锁性，实现自动循环简单；缺点：控制线路可能会变得非常复杂，尤其是某个动作结束要触发多个动作同时进行时；维修和调整也变得复杂。12（3）分散控制方式（行程或继动）优点：实现自动循环的方法简单，电气元件的通用性强，成本低，系统本身具有一定的互锁性（前一动作没完成、后一动作得不到启动信号）。缺点：顺序动作较多时，循环时间增加，对提高生产率不利；指令控制不集中，整体协调困难、电气控制线路复杂，电气元件增多，易引起故障。13（4）集中控制方式原理：具有一个中央指令存储和控制装置，按时间顺序连续或间隔地各种控制指令的控制系统。优点：控制链短且简单，控制系统比较简单，调整比较方便。每个执行部件的起

7、动指令是由集中控制装置发出的，工作精度和可靠性比较高。14图2-1 集中控制（时间控制）系统转鼓转动，凸块分别触碰15限位开关，相应的执行部件开始工作；凸块离开，执行部件停止运动。转鼓转动使执行部件完成工作循环。调整执行部件的运动时间？调整执行部件的工作循环周期？（5）程序控制方式原理：用某种程序来控制各执行机构。固定程序控制：程序固定不变、被控对象周期性重复操作。优点：组成元件少、安装、调试、维护方便。缺点：不能改变程序，否则控制系统基本不能满足新要求。适用范围：品种单一的大批量生产。可变程序控制：程序一定范围内可变，以适应加工品种的变化。缺点：组成元件多、系统较复杂、投资大。适用范围：中小

8、批量、多品种的生产。较复杂的可变程序控制装置，采用电子计算机；生产批量大，加工品种变化不大，可采用凸轮机械式控制（品种改变需更换凸轮）。15（6）数字控制方式原理：用数控装置（专用电子计算机），用代表加工顺序、加工方式和加工参数的数字码作为控制指令的控制方式。数控介质（穿孔带、穿孔卡、磁带记录数字码）数控装置伺服机构数字控制系统的组成图适用范围：加工零件的表面形状复杂、品种经常改变的单件或小批量生产。16（7）计算机控制方式原理：利用计算机来控制部件的各种运动，功能更强，可以实现更大范围内的控制：能控制整个加工车间甚至整个工厂。快速运算与逻辑判断对大量数据进行实时处理开环控制方式17闭环控制方

9、式分散控制方式集中控制方式程序控制方式数字控制方式计算机控制方式主要区别？控制精度？复杂程度？主要区别？控制精度？复杂程度？主要区别？控制精度？复杂程度？主要区别？控制精度？复杂程度？固定程序与可变程序，适用范围？固定程序与可变程序，适用范围？主要组成？主要组成？18DMG 3D五轴复合加工机床填空题（每空五分，共35分）1.自动控制系统包括实现自动控制功能的装置及其控制对象，通常由指令（）、指令控制装置、执行机构，传递及转换装置等部分构成。2.自动控制系统中的指令控制装置的作用是将存储在指令存储装置中的 （），在需要的时候发出。3.数字控制方式主要由控制介质，数控装置和（）组成。4.数控控制

10、方式适用于加工零件的表面形状复杂、品种经常改变的（）和小批量生产中所用的加工设备。5.开环控制方式与闭环控制方式的主要区别在于（）是否对系统的控制产生影响。6.分散控制方式与集中控制方式的主要区别在于（）与（）是按一定程序分散布置还是集成。19判断题（每题5分，共25分）1.指令控制装置能将指令存储装置中的信息变为指令信号发送出去，命令相应的执行机构完成指定动作。2.传递与转换装置在多数情况下不需要改变信号的质与量。3.开环控制方式与闭环控制方式的主要区别在于后者结构比较复杂。4.集中控制系统也可称为时间控制系统。5.可变程序控制系统中的程序可随意改动，故可用于多品种加工的场合。20选择题（每

11、题10分，共40分）1.在自动控制系统中，传递及转换装置的作用是将指令控制装置所发出的指令信息传送到（）。A、指示装置 B、数控装置 C、执行机构 D、计算机2.在分散控制系统中，（）。A、指令存储和控制装置按一定程序分散布置B、指令传递和转换装置按一定程序分散布置C、指令存储和转换装置按一定程序分散布置 D、指令存储和执行机构按一定程序分散布置3.集中控制方式是具有一个中央指令存储和指令控制装置，并按（）。A、动作顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统 B、工作顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统C、位置顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统D、时间顺序连续或间隔地发出各种控制

12、指令的控制系统4.采用程序控制方式使之自动进行工作循环的程序控制系统，是按照（）。A、预定的程序来控制各执行机构 B、随机的程序来控制各执行机构 C、不变的程序来控制各执行机构 D、待定的程序来控制各执行机构21机械传动机械传动控制控制液压传动液压传动控制控制气动传动气动传动控制控制电气传动电气传动控制控制动力与信号的的传递方式二、机械传动控制机械传动控制的特点机械传动控制的特点 机械传动控制方式传递的动力和信号一般都是机械连接的。采用机械传动控制方式的自动化装备中，几乎所有运动部件及机构，通常都是由装有许多凸轮的分配轴来进行驱动和控制的。这种控制系统的另外一个特点是控制元件同时又是驱动元件。

13、22开环集中控制系统（开环时间控制系统）程序的存储和控制均由机械元件（凸轮、挡块等）来实现。这种凸轮机械传动控制系统的主要优点：节拍准确、结构紧凑、工作可靠、使用寿命长。缺点：凸轮的设计与制造工作量大、易产生冲击与噪声（凸轮曲线有偏差时）适用范围：专用性较强，适用于加工品种基本不变的大批量生产。23机械传动控制的典型事例机械传动控制的典型事例C1318C1318型单轴转塔自动车床型单轴转塔自动车床 自动车床：是通过是通过凸轮凸轮来控制加工程序的自动加工机床，经过来控制加工程序的自动加工机床，经过一定设置与调整后可以长时间自动加工同一种产品。机床具有一定设置与调整后可以长时间自动加工同一种产品。

14、机床具有自动加工，加工速度快、复杂零件一次加工成型，加工精度准自动加工，加工速度快、复杂零件一次加工成型，加工精度准确可靠，自动送料、料完自动停机、生产效率高。确可靠，自动送料、料完自动停机、生产效率高。开环集中控制系统（开环时间控制系统）单轴转塔自动车床单轴转塔自动车床具有具有转塔刀架和多个横向刀转塔刀架和多个横向刀架，可用多种刀具顺序架，可用多种刀具顺序切削，适合于加工形状切削，适合于加工形状复杂的小工件。复杂的小工件。24 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀定时

15、轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构25 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀

16、定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构26凸轮3、4、5控制实现立刀架24、后刀架25、前刀架23沿工件直径方向快进、工进、快退分配轴 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反

17、转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构27通过齿轮传动副控制纵向进给分配轴的转动速度，凸轮8通过杠杆控制刀

18、架滑板9的纵向运动，实现回转刀架28的快进、工进、快退 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、

19、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构28换刀定时轮7通过杠杆27控制辅助轴11上的定转离合器13的接通与断开完成回转刀架的回转。定转离合器13接通，空套齿轮12随辅助轴11回转，通过齿轮副的传递，齿轮10转动并接通换刀机构，马氏机构29使回转刀架28转动，完成刀架转位。C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离

20、合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构29送夹料由送夹料定时轮6通过杠杆26控制辅助轴11上的定转离合器15的接通与断开实现。定转离合器15接通时，空套齿轮随辅助轴11一起转动，通过17使凸轮轴18转动，凸轮19、20随转动并通过杠杆控制送料机构21与夹紧机构22 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定

21、时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构30分配轴1是整个机床的控制中心分配轴转动一圈，机床完成一个零件的加工三、液压与气动传动

22、控制液压传动控制液压传动控制 液压传动是以液体为介质，依靠运动液体的压力能来传递动力的传动。作为动力传递，因压力较高，所以用小的执行机构可以输出较大的力，并且使用压力控制阀可以很容易地改变它的输出（力）。从控制角度来看，可按一定的速度动作，并且在动作的行程内可以调节速度，因此，液压控制具有功率重量比大、响应速度快等优点。31液压传动控制的优点液压传动控制的优点：无级调速，调速范围大无级调速，调速范围大体积小，质量轻、功率大体积小，质量轻、功率大易实现自动控制和过载保护（安全阀）易实现自动控制和过载保护（安全阀）可实现无间隙传动，运动平稳可实现无间隙传动，运动平稳液压元件的自我润滑作用液压元件的

23、自我润滑作用液压元件实现了标准化、系列化、通用化液压元件实现了标准化、系列化、通用化液压传动控制的缺点液压传动控制的缺点：液压传动系统对温度和油液污染比较敏感，使用和维护液压传动系统对温度和油液污染比较敏感，使用和维护 要求高，故障排除较困难；要求高，故障排除较困难；由于油液的压缩性和泄漏等因素影响，液压传动不能由于油液的压缩性和泄漏等因素影响，液压传动不能 保证严格的传动比；保证严格的传动比；为防止漏损，元件加工精度较高，液压传动系统成本为防止漏损，元件加工精度较高，液压传动系统成本 可能较高。可能较高。32液压控制系统的组成液压控制系统的组成（1）动力元件动力元件 即液压泵即液压泵 作用：

24、将电动机输入的机械能转化为液压能（是能量转化装作用：将电动机输入的机械能转化为液压能（是能量转化装置）为系统提供压力油置）为系统提供压力油（2）执行元件执行元件 即液压缸或液压马达即液压缸或液压马达 作用：将液体的液压能转化为机械能做功（是能量转化装作用：将液体的液压能转化为机械能做功（是能量转化装置）置）（3）控制元件控制元件 即各种液压控制阀即各种液压控制阀 作用：包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根作用：包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要据需要无级无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制

25、。力、流量和流向进行调节控制。（4）辅助装置辅助装置 即油箱、油管、管接头、滤油器、压力表等即油箱、油管、管接头、滤油器、压力表等 作用：储油、输油、连接、过滤、测量压力等作用：储油、输油、连接、过滤、测量压力等（5）工作介质工作介质 即液压油即液压油 作用：实现运动和动力的传递作用：实现运动和动力的传递33液压控制有机械-液压组合控制和电气-液压组合控制两种方式。电气液压组合控制系统机械-液压组合控制系统1-凸轮 2-活塞 3-油管 4-活塞 5-弹簧 6-执行机构指令存储装置同时又是驱动元件想一想：此想一想：此控制系统是控制系统是开环控制系开环控制系统还是闭环统还是闭环控制系统？控制系统？

26、34发出工作信号（电压信号）转化为电流信号转化为液压量液压传动控制的应用液压传动控制的应用液压传动与控制可以实现现代工业所有机器的推、拉、调整液压传动与控制可以实现现代工业所有机器的推、拉、调整或驱动。如：汽车的操纵和制动、卫星和宇宙飞船的发射、或驱动。如：汽车的操纵和制动、卫星和宇宙飞船的发射、庄稼的收割、采煤、驱动机床、操纵飞机、食品加工、甚至庄稼的收割、采煤、驱动机床、操纵飞机、食品加工、甚至于钻牙等于钻牙等。工程机械：推土机 挖掘机 压路机起重运输：汽车吊 叉车 龙门吊机械制造：组合机床 冲床 自动线轻工机械：打包机 注塑机矿山机械：凿岩机 提升机 液压支架建筑机械：打桩机 平地机 液

27、压千斤顶农业机械：拖拉机 联合收割机冶金机械：压力机 轧钢机智能机械：模拟驾驶舱 机器人汽车工业：汽车中的转向器 减振器 自卸汽车35气动传动控制气动传动控制 气动控制技术是以压缩空气为工作介质进行能量和信号传递的工程技术，是实现各种生产和自动控制的重要手段之一。气动控制技术不仅具有经济、安全、可靠、便于操作等优点，而且对于改善劳动条件、提高劳动生产率和产品质量，具有非常重要的作用。气压传动系统组成气压发生装置、气动执行元件、气动控制元件（各种阀）和辅助元件等部分组成。36气压传动控制的气压传动控制的优点优点：（1）以空气为工作介质，来源方便，）以空气为工作介质，来源方便，成本低成本低；工作压

28、；工作压力较低，用后可直接排入大气而力较低，用后可直接排入大气而无污染无污染。（2）空气黏度小，流动时压力损失小，一般仅为油路）空气黏度小，流动时压力损失小，一般仅为油路的的0.1%，适用于远距离输送和集中供气适用于远距离输送和集中供气。（3）可实现快速动作，能实现）可实现快速动作，能实现过载保护过载保护。（4）工作环境适应性好工作环境适应性好，工作安全可靠，特别适合于，工作安全可靠，特别适合于在易燃、易爆、多尘、强磁、强振和辐射等恶劣环境下工在易燃、易爆、多尘、强磁、强振和辐射等恶劣环境下工作，外泄漏不污染环境，在食品、轻工、纺织、印刷和精作，外泄漏不污染环境，在食品、轻工、纺织、印刷和精密

29、检测等环境中应用最为适宜。密检测等环境中应用最为适宜。（5）气动元件结构简单，易制造，易实现标准化、系）气动元件结构简单，易制造，易实现标准化、系列化和通用化。列化和通用化。37气压传动控制的气压传动控制的缺点缺点：（1）因空气的可压缩性较大，使系统的动作和工作速）因空气的可压缩性较大，使系统的动作和工作速度稳定性受负载变化的影响大，度稳定性受负载变化的影响大，运动平稳性较差运动平稳性较差，不易实，不易实现准确的速度控制和很高的定位精度。现准确的速度控制和很高的定位精度。（2）气动装置的体积与液压传动相比较大，产生的推）气动装置的体积与液压传动相比较大，产生的推力小。其主要原因是气压系统工作压

30、力低（力小。其主要原因是气压系统工作压力低（0.50.8MPa），），不易获得较大的输出力或转矩不易获得较大的输出力或转矩。（3）空气传递速度仅限于声学范围内，与电、光信号）空气传递速度仅限于声学范围内，与电、光信号相比，相比，传递会产生较大的延迟和失真传递会产生较大的延迟和失真，不适合高速传递不适合高速传递的的复杂线路中，但一般设备是可以满足的。复杂线路中，但一般设备是可以满足的。（4）工作噪声较大，高速排气时需要加消声器。）工作噪声较大，高速排气时需要加消声器。（5）空气不能润滑，故需要专门润滑装置进行润滑。）空气不能润滑，故需要专门润滑装置进行润滑。38 控制形式 全气控气阀系统；电-气

31、控制电磁阀系统；气-电子综合控制系统；气动逻辑控制系统 气-电子综合控制系统的构成1-数控系统或PLC 2-接口 3-气阀 4-气动执行元件 （1 1）全气控气阀系统）全气控气阀系统：整套系统全部采用气压控制，特别：整套系统全部采用气压控制，特别适用适用于防爆、耐灰尘和潮湿的场合于防爆、耐灰尘和潮湿的场合。（2 2）电）电-气控制电磁阀系统气控制电磁阀系统：全部逻辑功能由电气系统实现，：全部逻辑功能由电气系统实现，电磁阀完成电磁阀完成电气信号电气信号与气动信号的转换。操作维修容易，是使用最与气动信号的转换。操作维修容易，是使用最普遍的形式。普遍的形式。会受到电场和辐射干扰会受到电场和辐射干扰。

32、（3 3）气）气-电子综合控制系统电子综合控制系统：由数控系统：由数控系统/PLC/PLC与气阀相结合的与气阀相结合的新型气动系统。利用气新型气动系统。利用气/电或电电或电/气借口完成气借口完成电子信号电子信号与气动信号的与气动信号的转换。转换。（4 4）气动逻辑控制系统）气动逻辑控制系统：以气动逻辑元件组成的气动控制器为：以气动逻辑元件组成的气动控制器为核心，通过逻辑运算得出逻辑控制信号。一般为全气控制系统。核心，通过逻辑运算得出逻辑控制信号。一般为全气控制系统。39控制形式全气控气阀控制气动逻辑控制气-电子综合控制电-气控制电磁阀使用压力/MPa0.20.80.010.800.8直动式00

33、.8先导式0.20.8元件响应速度较慢较快快较慢信号传输速度较慢较慢最快快输出功率大较大较小大流体通道尺寸大较大较小大耐环境影响能力防爆，耐灰尘，较耐振和潮湿注意防爆注意防爆、漏电抗干扰能力不受辐射、磁场影响受磁、电场干扰受磁场、电场、辐射干扰配管或配线较麻烦容易容易寿命106108次最长103107次，电气触点易烧坏对过滤要求膜片、截止式要求一般，间隙密封的滑柱式阀对气源过滤要求高要求一般要求一般，间隙密封滑柱阀要求高维修、调整直观、易调整容易、需懂电子需懂电气，注意电气故障价格低高较高其他停电后可工作一段时间，滑柱式有永久记忆能力有记忆能力，宜与电控系统连接断电时单控阀返回原位，电气元件易

34、得到适用场合动作较简单及大流量动作较复杂及小流量，大流量时要放大动作复杂，运算速度快，特别能用于电子控制的设备电器控制有基础或远距离控制的场合，易与电子控制系统连接气动控制形式选择40液压与气压传动控制液压与气压传动控制自动化控制概念自动化控制概念机械传动控制机械传动控制自动化控制系统的组成；自动化控制的基本方式本次课内容机械传动控制的特点与典型实例液压与气压传动控制的特点与应用填空题1.自动控制系统包括实现自动控制功能的装置及其控制对象，通常由指令（）、指令控制装置、执行机构，传递及转换装置等部分构成。2.自动控制系统中的指令控制装置的作用是将存储在指令存储装置中的 （），在需要的时候发出。

35、3.数字控制方式主要由控制介质，数控装置和（）组成。4.数字控制方式适用于加工零件的表面形状复杂、品种经常改变的（）和小批量生产中所用的加工设备。5.开环控制方式与闭环控制方式的主要区别在于（）是否对系统的控制产生影响。6.分散控制方式与集中控制方式的主要区别在于（）与（）是按一定程序分散布置还是集成。42指令存储装置指令存储装置指令信息指令信息伺服机构伺服机构单件单件输出量输出量指令存储装置指令存储装置指令控制装置指令控制装置判断题1.指令控制装置能将指令存储装置中的信息变为指令信号发送出去，命令相应的执行机构完成指定动作。2.传递与转换装置在多数情况下不需要改变信号的质与量。3.开环控制方

36、式与闭环控制方式的主要区别在于后者结构比较复杂。4.集中控制系统也可称为时间控制系统。5.可变程序控制系统中的程序可随意改动，故可用于多品种加工的场合。43正确正确错误错误错误错误错误错误正确正确液压与气压传动控制液压与气压传动控制自动化控制概念自动化控制概念机械传动控制机械传动控制自动化控制系统的组成；自动化控制的基本方式上次课内容回顾机械传动控制的特点与典型实例液压与气压传动控制的特点与应用典型控制技术的应用典型控制技术的应用电气传动控制电气传动控制计算机控制技术计算机控制技术电气控制系统工作循环的三种表示方法，电气控制的操作方式，联锁要求。本次课内容普通数控机床，加工中心，计算机数控，计

37、算机群控，适应控制。步进电机/交流伺服电机的控制原理四、电气传动控制46 电气传动控制：通过控制电机传动的控制方式。电动机把电能转化为机械能去带动各种类型的生产机械。电气控制是为整个生产设备和工艺过程服务的，它决定了生产设备的实用性、先进性和自动化程度的高低。它通过执行预定的控制程序，使生产设备实现规定的动作和目标，以达到正确和安全地自动工作的目的。电控系统除正确、可靠地控制机床动作外，应保证电控系统本身处于正确的状态，一旦出现错误，电控系统应具有自诊断和保护功能，自动或提示操作者作相应的操作处理。电气控制的特点和主要内容 按照规定的循环程序进行顺序动作是生产设备自动化的工作特点，电气控制系统

38、的任务就是按照生产设备的生产工艺要求安排工作循环程序，控制执行元件，驱动各动力部件进行自动化加工。基本要求：最大限度地满足生产设备和工艺对电气控制线路的要求；保证控制线路的工作安全和可靠；在满足生产工艺要求的前提下，控制线路力求经济、简单；应具有必要的保护环节，以确保设备的安全运行。47通过不同的联锁信号来实现电气控制系统工作循环的表示方法工作循环图：表示单台生产设备的工作循环工作循环周期表：表示自动生产线的工作循环功能流程图：工业顺序控制程序设计的功能说明图，表明控制信息的传递过程与逻辑关系。双工位组合机床工作循环图的表示方法 动作顺序和信号传递方向 SQ18行程开关等传感元件SP12控制停

39、留时间的死挡铁 SB2起动按钮两个图一个表，强调每一个循环内的工作流程与工作顺序。48看箭头看文字表表2-2 气缸盖加工自动线工作循环周期表气缸盖加工自动线工作循环周期表50三工位旋转工作台功能流程图基本构成元素：步、有向线段、转移和动作说明电气控制的操作方式电气控制的操作方式 电气控制设备的操作方式：自动循环（或称连续循环）自动上下料 半自动循环（或称单次循环）手动上下料 调整：对生产设备进行调试时，常用多个按钮分别控制各动力控件以实现“单步”动作，但会使得按钮过多，若用PLC进行编码控制，可减少按钮数量。开工循环和收工循环：自动线上有多个加工工位，若各工位上都没有工件时开始自动线的工作循环

40、为开工循环；若再无工件进入自动线，则自动线应进入收工循环。51电气控制的联锁要求电气控制的联锁要求52 生产设备在运行中，各动力部件的动作有着严格的相互关系。这种关系主要通过电气控制系统的联锁功能来加以保证。按联锁信号在电路中所起的作用分为：联锁、自锁、互锁、短时联锁、长时联锁 注意：电气控制程序的设计必须在充分了解机床工艺要求的基础上，按实际需要考虑联锁关系，不是越多越好！重复和不需要的联锁会使得故障概率增加，并降低可靠性。常用的电气控制系统常用的电气控制系统常见的控制系统有：1.固定接线控制系统 采用早期的分立电气元器件和印制电路板的形式，修改程序困难，需重新印制电路板并布线。2.可编程序

41、控制系统 采用PLC来完成指令存储，数学与逻辑计算，通信，比较等功能。可在现场很方便地更改程序，大大缩短调试时间。53常用的电气控制系统常用的电气控制系统3.带有数控功能的PLC（功能扩展）利用数控模块对PLC进行功能扩展，该数控模块在PLC系统中独立工作，自动完成程序指定操作。可以实现13轴的控制，甚至于具有插补功能。4.分布式数控系统（DNC）将多个单轴数控系统作为控制基层设备，与主控和中央控制系统连接，利用网络通信方式进行分时控制，即可实现车间数控设备、生产工位的统一联网管理。对于复杂的数控组合机床自动线，分布式数控系统是最合适的系统。54电气传动控制小结电气传动控制小结1.为整个生产设

42、备和工艺过程服务，安排工作循环。2.工作循环表示方法：两个图一个表。3.根据控制作用时间的不同，作用对象的不同，控制操作方式也不同。4.电气控制系统的控制通过联锁来实现的。5.四种常用的电气控制系统。55董小姐的格力智能制造工厂56五、计算机控制技术 计算机在机械制造中的应用已成为机械制造自动化发展中的一个主要方向。而且在生产设备的控制自动化方面起着越来越重要的作用。一、普通数控机床（NC）的控制 采用专用计算机（数控装置），以数码的形式编制加工程序，控制机床各运动部件的动作顺序、速度、位移量及各种辅助功能，以实现机床加工过程的自动化。二、加工中心（MC）的控制 能够自动换刀的结构更复杂的数控

43、机床，采用小型计算机进行控制，能够实现对同族零件的自动加工。5758DMG超大型车铣复合加工中心三、计算机数控 与普通数控的区别在于在数控装置部分引入了一台小型通用计算机，能与工艺过程控制系统和管理信息系统密切的配合。功能适用性强，操作更加方便。四、计算机群控 用大型计算机控制多台数控机床，能满足各台机床数据共享的要求。59计算机群控系统区别？区别？中心计算机的三个主要功能中心计算机的三个主要功能1.间接式群控系统 用数字通信传输线路将数控系统和群控计算机直接连接起来，而不再连接纸带输入机。只是取代了纸带输入机的功能，分析计算、逻辑判断等仍由数控装置硬件线路完成（没有被计算机软件代替）。2.直

44、接式群控系统（DNC）由计算机代替了数控装置的部分或全部功能。零件编程更容易，数据收集更容易，数据随时调用，但该系统投资大，并且一旦中心计算机发生故障，群控系统将全部停机。60 间接式群控系统五、适应控制 所谓适应能力就是系统本身能够随着环境条件或结构的不可预见的变化，自行调整或修改系统的参量。（除了能适应环境变化，还能适应通常工程设计误差或参数变化）要求系统必须随时识别动态特性、以便调整控制器参数，从而获得最佳性能，增加整个系统的可靠性。反馈控制？适应控制？加削加工的适应控制系统原理图61适应控制效果主要取决于机床上所用的传感器计算机控制技术计算机控制技术62普通数控机床（普通数控机床（NC

45、）的控制的控制以以专用计算机专用计算机（数控装置）（数控装置）实实现机床加工过程现机床加工过程自动化自动化加工中心（加工中心（MC）的控制的控制能能自动换刀自动换刀的数控机床的数控机床多采用多采用微型计算微型计算机机控制控制投资大，需很高的投资大，需很高的利用率利用率 计算机数控（计算机数控（CNC）在数控装置部分在数控装置部分引入一台引入一台微型通微型通用计算机用计算机功能适应性强，能功能适应性强，能与其它系统密切配与其它系统密切配合。合。计算机群控（大型计算机群控（大型计算机控制多台机计算机控制多台机床，能实现各机床床，能实现各机床的数据共享）的数据共享）间接式群控间接式群控数控装置硬件线

46、数控装置硬件线路路没有没有被计算机被计算机软件取代软件取代直接式群控直接式群控计算机代替硬件计算机代替硬件数控装置数控装置中心计算机发生故中心计算机发生故障则全部停机障则全部停机适应控制适应控制能适应环境能适应环境或参数不可或参数不可预见的变化预见的变化适应控制的效果主适应控制的效果主要取决于机床上的要取决于机床上的传感器传感器六、典型控制技术的应用63 步进电机：将电脉冲信号转化为角位移，每接收到一个电脉冲信号，步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。如何控制总的角位移量？如何控制转动的速度？步进电机的控制步进电机的控制63可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时还可

47、以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。6464步进电动机的特点（1）电动机旋转的角度正比于脉冲数；（2）电动机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；（3）由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步，因而有较好的位置精度和运动的重复性；（4）快速的起停和反转响应；（5）电动机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；（6）电动机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电动机的结构可以比较简单而且容易控制成本；6565步进电动机的特点（7）仅仅将负载直接连接到电动机的转轴上也可以极低速的同步旋转；（8）由于速度正比于脉冲频率，因而有比

48、较宽的转速范围；（9）发热明显。6666步进电动机存在的缺点（1）容易产生共振；（2）难以达到较高的转速，高速工作时会产生噪声与振动；（3）随着转速升高力矩会下降；（4）低速时可以正常运转，若高于一定速度则无法启动，并伴有噪音。6767 步进电动机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此它的转动需要由驱动器驱动，驱动器由控制器控制，控制器由控制指令控制。步进电动机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。六、典型控制技术的应用交流伺服电机的控制交流伺服电机的控制 伺服电动机又称执行电动机，用做执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。主

49、要特点是信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。交流伺服电动机是交流电动机的一种，通过伺服驱动器的矢量控制理论控制电动机的扭矩、速度、位置等，交流伺服电动机转子电阻一般很大，可以防止自转。68 交流伺服电动机的转动需要由交流伺服驱动器驱动，交流伺服驱动器通过控制器与工控机相连，通过软件控制相应的接口，实现对交流伺服电动机的控制。交流伺服电动机控制框图 6970（1）精度：实现了位置、速度和力矩的闭环控制；（2）转速：高速性能好；（3）稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电动机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；（4）适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；（5）及时性：电动机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；（6）舒适性：发热和噪声低。交流伺服电动机特点 典型控制技术的应用典型控制技术的应用电气传动控制电气传动控制计算机控制技术计算机控制技术电气控制系统工作循环的三种表示方法，电气控制的操作方式，联锁要求。本次课内容普通数控机床，加工中心，计算机数控，计算机群控，适应控制。步进电机/交流伺服电机的控制原理海尔“无灯”工厂72