数控系统与综合连接

模块1：数控机床的组成与硬件连接课题1数控机床的组成本章内容一、数控机床控制技术概述二、数控机床的组成一、数控机床概述1、什么叫数控机床？数控机床（NumericalControlMachineTools）是指采用数字形式信息控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。2、数控机床的三大控制对象（任务）(Controltasks)进给运动：刀具或工作台的位置及速度主运动：主轴无级调速辅助动作：开关动作二、数控机床的组成1、文字描述加工程序输入/输出装置数控（CNC）装置伺服驱动装置主轴驱动装置辅助控制装置反馈装置机床本体2、方块图（Blockdiagram）3、工作过程图示（Illustration）4、工作过程描述(Description)数控机床进行加工，首先必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编制成数控加工程序(编程)；并用适当的方法将加工程序输入数控系统（输入）；数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量，各状态控制的I/O信号等。伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服系统正确、快速地跟随控制信息，执行机械运动（伺服输出）；同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信息反馈至数控系统，以保证位置控制精度（反馈输入）。总之，数控机床的运行在数控系统的控制下，处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。三、数控机床的各组成部分1、数控机床控制系统连接示意图2、各组成部分作用1）、加工程序(NCprogram)program程序：用数控语言、按规定格式表示的一套指令，其内容是零件的几何形状和工艺描述。由若干程序段（block）构成。2、输入/输出装置(Input/Outputunit）早期：纸带阅读机/纸带穿孔机现代：①直接由操作人员通过手动数据输入（MDI）键盘输入零件程序，并且通过CRT给操作者提供信息；②软驱、FLASH卡、USB接口③采用通信方式进行零件程序的输入/输出。3、数控装置(CNCunit)根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入/输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），从而加工出需要的零件。目前，数控装置采用的是数字计算机，包括硬件和软件，且已实现CNC单元LCD显示器一体化。4、伺服驱动系统(Servodrive)将位置指令转换成坐标轴的移动5、主轴驱动装置主轴驱动是速度控制系统，通常的调速范围为100：1。主轴驱动系统接收的指令，是数控装置输出的代表某一速度的模拟电压值。补充：主轴的分类变频主轴：变频器控制，误差较大主轴伺服主轴：闭环控制，精度好模拟主轴：CNC发送模拟量给主轴主轴串行主轴：CNC发送数字量给主轴6、辅助控制装置(Miscellaneousunit)主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（PLC）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加工过程中的全部自动操作。辅助装置的功能通常用M代码实现。7、反馈装置(Feedbackunit)今天绝大多数数控机床采用价位较低的光电数字式旋转编码器直线光栅尺是高精度的测量轴运动的光电式测量装置。8、机床本体(Mechanicalpart)立柱导轨工作台主轴箱实例：FANUC0i系统的组成四、CNC系统的组成和接口（一）、CNC系统的基本组成1.组成部分CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。2.CNC单元CNC系统的核心是CNC装置，由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下工作。1）硬件：微处理器（CPU）、存储器（ROM，RAM）、输入输出（I/O）接口，数控专用接口和部件，即位置控制器、纸带阅读机接口、手动数据输入（MDI）接口和显示（CRT）接口。纸带阅读机接口EPROMRAMMDI/CRT接口PLC接口输出接口输入按口位置控制总线速度控制单元MDI/CRT纸带阅读机M伺服电机CPU位置测测器2）CNC装置的软件：是为了实现CNC系统各功能而编制的专用软件，称为系统软件。在系统软件的控制下，CNC装置对输入的加工程序自动进行处理，并发出相应的控制指令。系统软件由管理软件和控制软件两部分组成。管理软件输入I/O处理显示诊断插补速度处理刀具补偿译码位置控制控制软件CNC系统软件3.数控系统的工作过程程序输入插补插补准备位置控制伺服电机速度控制测量软件软件第一种情况第二种情况第三种情况硬件软件硬件硬件硬件硬件五、数控机床伺服控制闭环控制系统的各组成环节数控机床伺服控制方块图(Automaticcontrolblockdiagram)位置控制器速度控制器功率放大器伺服电动机指令位置实际位置编码器机床移动部件开环(Open-loopcontrol)减速器数控装置驱动电路工作台输入步进电机实际位置无检测全闭环(Fullyclosed-loopcontrol)X轴带直线光栅尺数控装置控制电路伺服电机工作台输入位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈半闭环(Semi-closed-loopcontrol)数控装置控制电路伺服电机工作台输入速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件旋转编码器--滚珠丝杠构成测量系统三种控制方式优缺点比较开环全闭环半闭环系统结构简单复杂，环路长一般，不包括传动部件控制精度低0.05mm高0.001mm较高0.01mm，但对于热变形、丝杠螺距误差、加工速度变化引起的误差无能为力稳定性稳定不稳定，不易调整系统稳定，易于调整价格便宜昂贵适中课堂练习(Classroompractice)1.数控系统实质上是。A.显示屏B.计算机C.操作台2.伺服控制的主要目的是。A.主轴转速的控制B.机床工作台或刀具的位置控制C.刀具自动交换的控制3.数控车床回转刀架的选刀是控制。A.主轴运动B.进给运动C.输入/输出4.数控机床工作台的位置控制是控制。A.主轴运动B.进给运动C.输入/输出5.数控机床的传动链较普通机床传动链。A.复杂B.简单C.没区别课堂练习1.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动机构，将角度转换成工作台的直线位移。2.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置。3.数控机床控制系统包括了、、、、、。4.进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成的，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。5.闭环和半闭环控制是基于原理工作的。6.无论是半闭环还是闭环进给系统，都要求传动部件刚度好、间隙小。在系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精度；在系统中，传动部件的间隙影响进给系统的稳定性。