數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接

數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容一、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)概述二、數(shù)控機(jī)床的組成第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控機(jī)床概述1、什么叫數(shù)控機(jī)床？數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是指采用數(shù)字形式信息控制的機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入計算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運(yùn)算及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對運(yùn)動，加工出所需要的工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。

第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2、數(shù)控機(jī)床的三大控制對象（任務(wù)）(Controltasks)進(jìn)給運(yùn)動：刀具或工作臺的位置及速度主運(yùn)動：主軸無級調(diào)速輔助動作：開關(guān)動作第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)控機(jī)床的組成1、文字描述加工程序輸入/輸出裝置數(shù)控（CNC）裝置伺服驅(qū)動裝置主軸驅(qū)動裝置輔助控制裝置反饋裝置機(jī)床本體第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2、方塊圖（Blockdiagram）第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3、工作過程圖示（Illustration）第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月4、工作過程描述(Description)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，首先必須將工件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)按規(guī)定的代碼和格式編制成數(shù)控加工程序(編程)；并用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒓庸こ绦蜉斎霐?shù)控系統(tǒng)（輸入）；數(shù)控系統(tǒng)對輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出各種信息和指令，控制機(jī)床各部分按規(guī)定有序地動作（數(shù)據(jù)處理）。這些信息和指令最基本的包括：各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量，各狀態(tài)控制的I/O信號等。伺服系統(tǒng)的作用就是將進(jìn)給位移量等信息轉(zhuǎn)換成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動，數(shù)控系統(tǒng)要求伺服系統(tǒng)正確、快速地跟隨控制信息，執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動（伺服輸出）；同時，位置反饋系統(tǒng)將機(jī)械運(yùn)動的實際位移信息反饋至數(shù)控系統(tǒng)，以保證位置控制精度（反饋輸入）?？傊?，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，處于不斷地計算、輸出、反饋等控制過程中，從而保證刀具和工件之間相對位置的準(zhǔn)確性。第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三、數(shù)控機(jī)床的各組成部分1、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)連接示意圖第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2、各組成部分作用1）、加工程序(NCprogram)program 程序：用數(shù)控語言、按規(guī)定格式表示的一套指令，其內(nèi)容是零件的幾何形狀和工藝描述。由若干程序段（block）構(gòu)成。第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3、數(shù)控裝置(CNCunit)

根據(jù)輸入的零件程序和操作指令進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入/輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等），從而加工出需要的零件。目前，數(shù)控裝置采用的是數(shù)字計算機(jī)，包括硬件和軟件，且已實現(xiàn)CNC單元LCD顯示器一體化。第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月4、伺服驅(qū)動系統(tǒng)(Servodrive)

將位置指令轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的移動第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月5、主軸驅(qū)動裝置

主軸驅(qū)動是速度控制系統(tǒng)，通常的調(diào)速范圍為100：1。主軸驅(qū)動系統(tǒng)接收的指令，是數(shù)控裝置輸出的代表某一速度的模擬電壓值。補(bǔ)充：主軸的分類變頻主軸：變頻器控制，誤差較大主軸伺服主軸：閉環(huán)控制，精度好

模擬主軸：CNC發(fā)送模擬量給主軸主軸串行主軸：CNC發(fā)送數(shù)字量給主軸第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月6、輔助控制裝置(Miscellaneousunit)

主要功能是接受數(shù)控裝置所控制的內(nèi)置式可編程控制器（PLC）輸出的主軸變速、換向、啟動或停止，刀具的選擇和更換，分度工作臺的轉(zhuǎn)位和鎖緊，工件的夾緊或松開，切削液的開或關(guān)等輔助操作的信號，經(jīng)功率放大直接驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，諸如接觸器、電磁閥等，從而實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在加工過程中的全部自動操作。輔助裝置的功能通常用M代碼實現(xiàn)。第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月7、反饋裝置(Feedbackunit)

今天絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用價位較低的光電數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器直線光柵尺是高精度的測量軸運(yùn)動的光電式測量裝置。

第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8、機(jī)床本體(Mechanicalpart)

立柱導(dǎo)軌工作臺主軸箱第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月實例：FANUC0i系統(tǒng)的組成第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月四、CNC系統(tǒng)的組成和接口（一）、CNC系統(tǒng)的基本組成1.組成部分

CNC系統(tǒng)由數(shù)控程序、輸入裝置、輸出裝置、計算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動裝置（包括檢測裝置）等組成。第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2.CNC單元CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置，由硬件和軟件組成，軟件在硬件的支持下工作。1）硬件：微處理器（CPU）、存儲器（ROM，RAM）、輸入輸出（I/O）接口，數(shù)控專用接口和部件，即位置控制器、紙帶閱讀機(jī)接口、手動數(shù)據(jù)輸入（MDI）接口和顯示（CRT）接口。第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2）CNC裝置的軟件：是為了實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各功能而編制的專用軟件，稱為系統(tǒng)軟件。在系統(tǒng)軟件的控制下，CNC裝置對輸入的加工程序自動進(jìn)行處理，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。系統(tǒng)軟件由管理軟件和控制軟件兩部分組成。第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3.數(shù)控系統(tǒng)的工作過程第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月五、數(shù)控機(jī)床伺服控制第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)控制系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機(jī)床伺服控制方塊圖(Automaticcontrolblockdiagram)位置控制器速度控制器功率放大器伺服電動機(jī)指令位置實際位置編碼器機(jī)床移動部件第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月開環(huán)(Open-loopcontrol)減速器數(shù)控裝置驅(qū)動電路工作臺輸入步進(jìn)電機(jī)實際位置無檢測第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月全閉環(huán)(Fullyclosed-loopcontrol)X軸帶直線光柵尺數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺輸入位置檢測元件速度檢測元件速度反饋位置反饋第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月半閉環(huán)(Semi-closed-loopcontrol)數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺輸入速度檢測元件速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測元件旋轉(zhuǎn)編碼器--滾珠絲杠構(gòu)成測量系統(tǒng)第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三種控制方式優(yōu)缺點(diǎn)比較開環(huán)全閉環(huán)半閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜，環(huán)路長一般，不包括傳動部件控制精度低0.05mm高0.001mm較高0.01mm，但對于熱變形、絲杠螺距誤差、加工速度變化引起的誤差無能為力穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定，不易調(diào)整系統(tǒng)穩(wěn)定，易于調(diào)整價格便宜昂貴適中第29頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)(Classroompractice)1.

數(shù)控系統(tǒng)實質(zhì)上是

。

A. 顯示屏

B. 計算機(jī)

C. 操作臺2.

伺服控制的主要目的是

。

A. 主軸轉(zhuǎn)速的控制

B. 機(jī)床工作臺或刀具的位置控制

C. 刀具自動交換的控制3.

數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的選刀是

控制。

A. 主軸運(yùn)動

B.進(jìn)給運(yùn)動

C.輸入/輸出4.

數(shù)控機(jī)床工作臺的位置控制是

控制。

A. 主軸運(yùn)動

B.進(jìn)給運(yùn)動

C.輸入/輸出5.

數(shù)控機(jī)床的傳動鏈較普通機(jī)床傳動鏈

。

A. 復(fù)雜

B.簡單

C.沒區(qū)別第30頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)1.半閉環(huán)控制中，CNC精確控制電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，然后通過

傳動機(jī)構(gòu)，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺的直線位移。2.開環(huán)伺服系統(tǒng)主要特征是系統(tǒng)內(nèi)沒有

裝置。3.數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)包括了

、

、

、

、

、

。4.進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以

為控制量的自動控制系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置插補(bǔ)運(yùn)算生成的

，