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機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況:電氣控制系統(tǒng)伴隨著控制器件的發(fā)展而發(fā)展。大功率半導(dǎo)體器件、大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,推動(dòng)了機(jī)床電氣控制技術(shù)的發(fā)展。主要表現(xiàn)為:在控制方法上,從手動(dòng)操縱發(fā)展到自動(dòng)控制;在控制功能上,從單一功能發(fā)展為多種功能;在實(shí)際操作上,從緊張繁重發(fā)展到輕松自如。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展日新月異,它主要經(jīng)歷了一下四個(gè)階段。
1)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)
最初的機(jī)床電氣控制采用手動(dòng)控制,如小型臺(tái)鉆等少數(shù)容量小、動(dòng)作單一的機(jī)床,使用手動(dòng)控制電氣直接控制。后來(lái)由于切削工具、機(jī)床機(jī)構(gòu)的改進(jìn),切削功率的增大,機(jī)床運(yùn)動(dòng)的增多,手動(dòng)控制已不能滿足要求,于是出現(xiàn)了以繼電器-接觸器為主的控制電器所組成的控制裝置和控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)的控制,如啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等的控制。這種控制方法簡(jiǎn)單直接,工作穩(wěn)定可靠;單控制速度慢,控制精度差。
2)連續(xù)控制方式及自動(dòng)控制系統(tǒng)
20世紀(jì)30年代在龍門(mén)刨床上出現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)放大機(jī)控制,它使控制系統(tǒng)從繼電器-接觸器控制這種斷續(xù)控制發(fā)展到連續(xù)控制,連續(xù)控制系統(tǒng)可隨時(shí)檢查控制對(duì)象的工作狀態(tài),并根據(jù)輸出量與給當(dāng)量的偏差對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整,它的快速性和控制精度都大大超過(guò)了最初的斷續(xù)控制,并簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng),減少了電路中的觸點(diǎn),提高了工作的可靠性,使生產(chǎn)效率大為提高。40年代出現(xiàn)了磁放大器控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),50年代又出現(xiàn)了水銀整流器控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。1958年美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)出世界商第一支晶閘管,出現(xiàn)了晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。晶閘管具有效率高、控制特性好、反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)容易、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn),并正在向大容量方向發(fā)展。其后由于逆變技術(shù)的出現(xiàn),高壓大功率晶體管、絕緣柵雙極半導(dǎo)體管等新型電力電子器件的出現(xiàn),從80年代開(kāi)始,交流電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)有了迅速的發(fā)展。由于交流電動(dòng)機(jī)無(wú)電刷和換向器,較之直流電動(dòng)機(jī)易于維護(hù),而且壽命長(zhǎng),因此,交流調(diào)速系統(tǒng)很有發(fā)展前途,用大功率晶體管逆變技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)改變交流電的頻率等實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速的系統(tǒng)在工業(yè)上正在得到廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)了多種以多用芯片或DSP為核心的變頻器調(diào)速系統(tǒng),它使交流電動(dòng)機(jī)的控制變得簡(jiǎn)單,可靠性更高,拖動(dòng)系統(tǒng)的性能更好。它們的出現(xiàn)為機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)辟了新紀(jì)元。
3)可編程控制器(PLC)
隨著數(shù)控技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,出現(xiàn)了具有運(yùn)算功能和較大功率輸出能力的PLC,用它代替大量的繼電器,可使硬件軟件化。PLC技術(shù)是以硬接線的繼電器控制為基礎(chǔ)的,是繼電器常規(guī)控制技術(shù)與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù),又有運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置。PLC實(shí)際上是一臺(tái)按開(kāi)關(guān)量輸入的工業(yè)控制用微型計(jì)算機(jī)。用它來(lái)替代繼電器-接觸器控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的可靠性和柔性,使控制技術(shù)產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。20世紀(jì)90年代的大型PLC已發(fā)展成不僅具有開(kāi)關(guān)型邏輯控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)、邏輯運(yùn)算功能,還具有處理模擬量的I/O、數(shù)字運(yùn)算功能、通信功能,可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)的控制器。因此,PLC的應(yīng)用越來(lái)越普及,越來(lái)越廣泛。
PLC可以通過(guò)數(shù)字量或者模擬量的輸入和輸出,滿足各種類型生產(chǎn)機(jī)械控制的需要。PLC及有關(guān)外部設(shè)備,都按照既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體,有易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC將成為包括機(jī)床在內(nèi)的機(jī)械設(shè)備中開(kāi)關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。
4) 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)系統(tǒng)被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心,這不僅提高了自動(dòng)化程度,而且提高了機(jī)床的通用性和加工效率,在生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人的誕生,為實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工全盤(pán)自動(dòng)化創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代以來(lái),出現(xiàn)了由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)搬運(yùn)車等組成的統(tǒng)一由中心計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工自動(dòng)線-柔性執(zhí)照系統(tǒng),它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化車間和自動(dòng)化工廠的重要組成部分。機(jī)械制造自動(dòng)化高級(jí)階段是走向設(shè)計(jì)、制造過(guò)程的完整系統(tǒng),從產(chǎn)品構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至裝配、試驗(yàn)和質(zhì)量管理這一全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的高效率、搞柔性、搞質(zhì)量,研制計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)是人們今后的任務(wù)。
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