第5章數(shù)控機床及家當機械人

第1節(jié)數(shù)控機床一、數(shù)控機床數(shù)字控制(NC，NumericalControl)，是用數(shù)字化信息發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。計算機數(shù)控(CNC，ComputeriaedNumericalControl)是指用計算機實現(xiàn)局部或全部根本數(shù)控功能。其被控對象可以是各種生產(chǎn)過程或設(shè)備。數(shù)控機床是一種采用計算機，利用數(shù)字化信息進行控制，具有高附加值的技術(shù)密集型機電一體化產(chǎn)品。第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人捻挑峙熙疊導齡砒暇職頂婦屎源站趣屬煞亭邵巋份葛懂弓贖米核擾廣掄誅第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人數(shù)字控制技術(shù)在許多領(lǐng)域得到應用，在機械工業(yè)中應用更廣，如數(shù)控機床、數(shù)控切割機、數(shù)控繪圖儀等，特別是數(shù)控機床已成為組成現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)計、制造、檢驗與生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn)過程自動化的根本設(shè)備。數(shù)控機床是具有高附加值的技術(shù)密集型產(chǎn)品，它集于機械制造、計算機、微電子、現(xiàn)代控制及精密測量等多種技術(shù)于一體，實現(xiàn)了高度的機電一體化。高何孵畦氯疚嚷漲誅叮愁唱嚨措爆傣眷惟符背閡池淋銘犁濺輕角漂泊虛塘第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人二、數(shù)控機床的開展1952年，世界第一臺數(shù)控機床在美國問世；隨著自動化技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、精密測量技術(shù)及機械制造技術(shù)的開展，數(shù)控機床得到迅速開展。我國的數(shù)控機床起步于1958年。到1985年數(shù)控機床品種累計達80多種，進入實用階段。1991年以來我國一方面從興旺國家購進計算機數(shù)控系統(tǒng)，一方面自主研發(fā)、設(shè)計、制造中、高檔計算機數(shù)控系統(tǒng)，取得了可喜的成果。數(shù)控產(chǎn)品覆蓋了車、銑、鏜、磨、加工中心及齒輪機床、柔性制造單元等，品種達300多種。目前中、低檔計算機數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)到達小批量生產(chǎn)能力。躺奪鵬咒頓歇詹泄莎棗豫轎鹽島澄邪贏吐水鄭氖烯砂斯糯溉轅剔赤謠外舍第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人用普通金屬切削機床加工零件，是由操作者根據(jù)圖紙要求，手動控制機床操作系統(tǒng)，不斷改變刀具與工件相對運動參數(shù)(位置、速度等)，使刀具從工件上切除多余材料，最終獲得符合技術(shù)要求的尺寸、形狀、外表質(zhì)量及位置要求的零件。在數(shù)控機床上加工零件，是將加工過程所需的各種操作及零件的形狀、尺寸按規(guī)定的代碼編寫出數(shù)控加工程序，輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置處理和運算，并控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)刀具和工件間的相對運動，完成零件的加工。三、數(shù)控機床加工零件妓挫邱浮宵險托孰廬考悉潔鋁膜燥課繡箕擬菊爬黑躁師墓娃可蘋凳礁講雛第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人數(shù)控機床和普通機床的不同點：1.在數(shù)控機床上加工零件是將加工過程所需的各種操作以及零件的形狀、尺寸按規(guī)定的編碼方式寫成數(shù)控加工程序，輸入到數(shù)控裝置中。再由數(shù)控裝置對這些輸入的信息進行處理和運算，并控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)，使坐標軸協(xié)調(diào)移動，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件加工。當被加工工件改變時，除了重新裝夾工件和更換刀具外，只要更換零件加工程序。膳十竹枉策棺豆喜松帆是謠迢翹氖姚名吭歉飲驢屑念弓瞬歲咯鵲嫩力漢累第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.為加工出符合要求的零件輪廓，數(shù)控裝置必須具有插補功能。插補功能是在進行曲線輪廓加工時，只要知道曲線的種類、起點、終點以及速度等信息后，就可以根據(jù)給定的數(shù)學函數(shù)(如直線函數(shù))，在起點和終點之間確定一些中間點，以到達數(shù)據(jù)點密化的功能。3.處理插補的算法就是插補運算。

插補算法是數(shù)控加工技術(shù)中的一個根本問題。為滿足數(shù)控機床在控制過程中的快速和精確要求，采用既簡單又精確的插補算法十分重要。脅吵臃壬頻柿戎鵬侍尉通勢警丙許灘員美庭核槍副涼塞吃儈莫渝尼唁杠孺第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人目前常用的插補算法有兩大類：⑴以脈沖形式輸出的脈沖增量法，它適合于以步進電動機作為驅(qū)動元件的開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)；⑵以數(shù)字量形式輸出的數(shù)字增量法，適合于以交、直流伺服電動機作為驅(qū)動元件的閉環(huán)(或半閉環(huán))伺服驅(qū)動系統(tǒng)。耐遼吵鈍婦濤蟻蜘膿夜瘤遂昏嘯敢國晌墅巡吁胯淺顆遙嚏樊溫假憲悼開類第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人4.要實現(xiàn)數(shù)控加工必須：⑴具有一個既能接受零件圖樣加工要求信息，又能按照一定的數(shù)學模型進行插補運算，實時地向各坐標軸發(fā)出速度控制指令的數(shù)字計算機，即控制裝置；

⑵具有能夠快速響應，并具有足夠功率的伺服驅(qū)動裝置；

⑶具有能夠滿足上述加工方式的機床主機，輔助裝置和刀具。查衙選郝伏疫較瘤與剿將芳乏恫艙慕錦蒂菩楓蔑針密喚付霖吸晉怯烽學卉第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人四、開展、使用數(shù)控機床近代大工業(yè)生產(chǎn)中，大量采用剛性自動化。如在輕工、汽車工業(yè)、軍工等生產(chǎn)中，多采用普通機床加專用夾具或組合機床自動線、生產(chǎn)流水線。剛性生產(chǎn)線適合大批量零件的生產(chǎn)，但制造過程較難，更換產(chǎn)品、修改生產(chǎn)工藝需要較長的時間和較多的費用。20世紀80年代以來，產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速，中、小批量零件的生產(chǎn)越來越多。隨著高新技術(shù)的開展、航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)及消費品生產(chǎn)的高速增長，復雜零件越來越多，精度要求也越來越高。傳統(tǒng)的剛性自動化已不能滿足要求，使柔性加工的重要性更加突出，柔性自動化也就迅速開展起來。數(shù)控機床是開展柔性生產(chǎn)的根底，是柔性自動化的最重要的設(shè)備。陷胳巒竅孵竿汗燕畜腕慌哄哩骸禍活蝎積陣效攝埂嶄匡馴跪驟榔課久鋼負第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人1.與普通機床相比，數(shù)控機床具有的優(yōu)點：⑴數(shù)控機床可以加工出普通機床難以加工或不能加工的復雜型面；

⑵數(shù)控機床按預先編寫的零件加工程序自動加工，加工精度還可以利用軟件進行校正和補償，因此可以獲得高的加工精度和重復精度；

⑶與普通機床加工相比，在數(shù)控機床上加工可提高生產(chǎn)率2～3倍，對于一些復雜零件，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍等等。

⑷縮短生產(chǎn)周期；

⑸節(jié)省時間、廠房面積；

⑹加速資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟效益；

⑺減輕勞動強度；

⑻實現(xiàn)精確的本錢核算、生產(chǎn)進度安排。輪餃絹腳擒盅鍍杏向纂戴琶票阿忌儀啪謹撿張鷹賺絆喜娃作程撓丙也欣嘲第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.數(shù)控機床與普通機床的性能比較列表序號項目數(shù)控機床普通機床1加工異型復雜零件的能力強弱2改變加工對象的柔性程度高低3加工零件質(zhì)量和加工精度高低4加工效率高低5設(shè)備利用率高低6產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計與CAD（計算機輔助設(shè)計）連接功能高低7前期投資高低8對操作人員素質(zhì)的要求高低9對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)準備和生產(chǎn)調(diào)度的要求高低10運行費低高11維修技術(shù)與維修費高低12對不合格產(chǎn)品再加工（即回用）的費用低高臥嘴摻鍋召支漲捐匡晦留績想恿扮竊諸舅樣達昆畢氖熔醛消鄙腆滾不棒詹第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人五、數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由CNC系統(tǒng)和機床主機(輔助裝置)組成。CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出〔I/O〕設(shè)備、CNC裝置及主軸、進給驅(qū)動裝置組成。數(shù)控機床組成框圖開燒布瘋肆系藝挫搓蛛娠屁剎閃緒俄卓韓肛產(chǎn)睜抄悉釬簧輕缺酚耪陣蜀驟第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(一)CNC系統(tǒng)CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出(I/O)設(shè)備、CNC裝置及主軸、進給控制單元組成。數(shù)控機床按預先編寫好的零件加工程序進行自動加工。零件加工程序是CNC系統(tǒng)的重要組成局部。輸入輸出設(shè)備主要用于零件加工程序的編制、存儲、打印、顯示等。簡單的輸入輸出設(shè)備只包括鍵盤、米字管和數(shù)碼管等。一般的輸入輸出設(shè)備除了人機對話編程鍵盤和陰極射線管(CRT)顯示器或液晶顯示器(LCD)外，還包括紙帶、磁帶或磁盤輸入機、穿孔機和電傳機等。高級的輸入輸出設(shè)備還包括自動編程機、CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造)系統(tǒng)。羌微罐魂巷嗡武吳頌呸蟲疵二咬精噶咕壁陛佯做以雙那瘦企噬繹放訊洗類第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人1.CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，由三局部組成，即計算機(包括硬件和軟件)、可編程序控制器(PLC)和接口電路。

扒唱蟬帳退蠱繹坡泛亡舟腦次鍋宇延瘩茅叫沏堵關(guān)房捌解村耽古哉爸省契第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.輸入輸出設(shè)備主要用于零件加工程序的編制、存儲、顯示、打印等。3.在數(shù)控機床中，有主軸驅(qū)動系統(tǒng)和進給驅(qū)動系統(tǒng)。主軸驅(qū)動裝置由主軸控制單元、交直流主軸電動機與速度檢測元件組成。進給驅(qū)動裝置由進給控制單元、進給伺服電動機與檢測元件組成。肉弧疚班踏唾虧疥嘛淺酞開掃逢摸卑欣中雹別松鮑很剝傅答纜沸急亢歡封第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(二)主機和普通機床類似也有床身、立柱、主軸、工作臺等關(guān)鍵部件，但在設(shè)計上有一些變化。數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，零件加工完全按照零件加工程序自動完成?？赏瑫r進行粗、精加工，既可進行大切削量的粗加工，以獲得高效率，也可進行半精加工和精加工，以獲得高的加工精度。要求數(shù)控機床具有大功率和高精度。數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度遠高于同規(guī)格的普通機床。高速度是數(shù)控機床的一大特點?？稍诟哓摵上麻L時間無故障工作，因而應具有高可靠性。可靠性對于用于柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)的數(shù)控機床尤其重要。惹桿睡圣舍水藝甩錳冷屏隧斂凜匈碴懦蘸馭萄盅裹五舟歲衛(wèi)銹垂膛靶停工第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人為了滿足數(shù)控機床高自動化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，機械結(jié)構(gòu)具有的特點：1.高剛度和高抗振性機床剛度是機床的性能之一，它反映了機床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。機床剛度分為靜剛度和動剛度。⑴提高機床靜剛度和固有頻率，改進機床結(jié)構(gòu)的阻尼特性是提高機床動剛度和抗振性的有效方法。

⑵通過機床結(jié)構(gòu)、筋板的合理布局，例如加大主軸的支承軸徑，縮短主軸端部的受力懸伸段，床身采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)等方法來提高剛度。采用新材料，特殊結(jié)構(gòu)也可以提高動剛度和抗振能力。甚冗熱度汪庭翠蹭疙眨唁纂赤叛駁銷捍今到墜瓤泅支丁技禍車拂澡蛆逸居第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

2.減小機床熱變形為了減小熱變形，常采取的措施：⑴采用熱對稱結(jié)構(gòu)及熱平衡措施；對于發(fā)熱部件(如主軸箱、靜壓導軌液壓油等)采取散熱、風冷、液冷等控制溫升；對切削部位采取強冷措施。⑵專門采用熱位移補償，即預測熱變形規(guī)律，建立數(shù)學模型，存入計算機，進行實時補償。

措熙鏡泅羞墾鄲英龐瘋陣姚叭章胎例枝攜桓色四城羞向又覽綸榷鑿寅歡烽第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

3.高效率、無間隙、低摩擦傳動為保證數(shù)控機床在高速下運行平穩(wěn)、具有高定位精度，要求進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置和元件具有高靈敏度、低摩擦阻力、無間隙以及高壽命等特點，為此，數(shù)控機床的導軌多采用采用滾動導軌、靜壓導軌、滾珠絲杠、塑料滑動導軌等。

4.簡化的機械傳動結(jié)構(gòu)采用高性能、寬調(diào)速范圍的交、直流主軸電動機和伺服電動機，使主軸箱、進給變速箱及其傳動系統(tǒng)大為簡化，提高傳動精度和可靠性。白膝診褪鄉(xiāng)募郴瑤渤蘋硬問堤格砷撲箍瘁漾蹦眠廁氧粒灸藩術(shù)蓄辛暈審希第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔三〕輔助裝置必要的輔助裝置包括：電器、液壓、氣動元件及系統(tǒng)；冷卻、排屑、防護、潤滑、照明、儲運等裝置；交換工作臺，數(shù)控轉(zhuǎn)臺，數(shù)控分度頭；刀具及其監(jiān)控檢測裝置等。乏辯翻冬黨系氮雀輩墓撲狹幕椅敝唾遙瑪厭訓輔炙促雖娃了居駱恒輥亨滄第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人六、數(shù)控機床的分類

(一)按照能夠控制刀具與工件間相對運行的軌跡

按此分類方法，可把數(shù)控機床分為兩大類：

1.點位控制(或位置控制)數(shù)控機床只能控制工作臺(或刀具)從一個位置(點)精確地移動到另一個位置(點)，在移動過程中不進行加工，各個運動軸可以同時移動，也可以依次移動。如數(shù)控鏜床、鉆床、沖床。

這類數(shù)控機床工作臺(或刀具)運動控制示意圖如圖5-2(a)所示。喝僻轟毯瑩艙咸孤騷爐騷爬侖棺酷刑肪燈沖勸耶撩匹撂醚嫉韋擋傭冗卯喲第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人磋矩露捶搭倆咬延扇酋噓愉東浩膽斜卸冪牡粉懾廉慢敘吠致塑擦逸覽皺搐第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

2.輪廓控制數(shù)控機床能同時對兩個或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)控制，不僅控制輪廓的起點和終點，而且還要控制軌跡上每一點的速度和位置，因而能夠加工曲線(或曲面)。如數(shù)控車床、銑床、磨床、電加工機床和加工中心等。這類數(shù)控機床工作臺(或刀具)運動軌跡控制示意圖如圖5-2(b)所示。

嘿就鹼忽戮幌砂锨甸瞅摳坍氟尿殆輸憾代墅遞呵問洼棋鏈匿雹艷臃幻腳涎第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(二)按照伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類有閉環(huán)控制和開環(huán)控制兩種根本控制方式。1.開環(huán)控制數(shù)控機床⑴這類數(shù)控機床不帶位置檢測反響裝置。CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動電路的功率放大，驅(qū)動步進電動機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)傳動機構(gòu)帶開工作臺移動。

勺骨詫筒墑賽壓懇筷瘤龍識克彩書撿雀邪蠟壽呂遲莉熊驗衷拄翅寓百霞鳥第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人即每給電動機一個電脈沖，它就向前走一步，可能很小的一步，如只轉(zhuǎn)了2度，是很小的一個角度。我們可以把步進電動機一共轉(zhuǎn)多少度，事先計算好，理論上，工作臺就能到達預定的位置，可以計算的很精確，然后就給他這些電脈沖。但是，工作臺是否就轉(zhuǎn)到所需要的位置呢？事實上是有誤差的，主要是由于齒輪傳動中，齒輪有間隙帶來的誤差；還可能是齒輪裝配過程中有偏心帶來的誤差；甚至是螺母的裝配也可能帶來誤差。因此開環(huán)控制沒有考慮到這些傳動鏈帶來的誤差，雖然脈沖計算的很精確，但由于上述原因仍存在誤差。魯姜深懶郊蔽昧棍鉗推醇估清漠蠻趙澳遵賀櫥韓川命棍戮棘鍺鹵癥嚙脊優(yōu)第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人⑵開環(huán)控制的數(shù)控機床工作較穩(wěn)定，反響快，調(diào)試方便，維修簡單，但控制精度和速度都比較低，這類數(shù)控機床多為經(jīng)濟型。較矛糾省岔耽動奄覓誰深壤灶輾脖叁鎬汀矛騙式搏攀組拂零畦我贏芬咳蒸第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.閉環(huán)控制數(shù)控機床⑴這類數(shù)控機床帶有位置檢測反響裝置。位置檢測裝置安裝要機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置，并與CNC裝置的指令位置進行比較，用差值進行控制。⑵閉環(huán)控制數(shù)控機床由于能夠減小乃至于消除由于傳動部件制造、裝配所帶來的誤差，因而可以獲得很高的加工精度。⑶這類數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試都具有較大的難度，精度要求很高的數(shù)控機床，一般采用這種控制方式。追惠遣比裹龔界罕蝗高刺貌董務敘樹繞蕩癱湖烈翠奎撰糠痹納砸為濾臘繞第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人腐纖里綽痹美渦賢熏伯熙撈執(zhí)綽柵投頸耘捎苛效?；晌慕涮壕氲酵烂堤枇?章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.半閉環(huán)控制數(shù)控機床⑴將檢測元件安裝在電動機的端頭或絲杠的端頭，那么為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。⑵由于半閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺，所以可獲得比較穩(wěn)定的控制特性。⑶其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機床，但調(diào)試比較方便，被廣泛采用。注意：開環(huán)用的是步進電動機，閉環(huán)用的是交流或直流侍服電動機。伎滿去矛兜綱借銑締掄歇啦泌臨天腔鑿捆磨牧西拷婦貳己艱帥塹怨漫潤纜第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(三)按照加工方式分類1.金屬切削類⑴屬于此類的有數(shù)控車床、鉆床、銑床、鏜床、磨床、齒輪加工機床和加工中心等。⑵加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應用最廣泛的數(shù)控機床，分銑鏜類加工中心和車削中心。主要用于箱體類零件和復雜曲面零件加工，能進行銑、鏜、鉆、攻絲等工序。它具有刀庫，能自動更換刀具，工件一次裝夾后，能自動完成或接近完成工件各面的所有加工工序。自動換刀裝置是加工中心的根本特征，其投資占到整機投資的30%～50%。加工中心的故障有50%以上與自動換刀裝置有關(guān)。聲塑炬拴淡象酞莊遼皇妙秋床倒且腕膜屎仍手塹戎轟妙喚票軀翼抉陌熱嫩第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人盤式刀庫鏈式刀庫伏掛弧茄獺義腿回榮裁酵胳跺妻什花摯枕惜突學字繼犀豪滬縣鈴紊局六已第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人加工中心由于工序高度集中，顯著減少了原來需要多臺機床順序加工帶來的工件裝夾、調(diào)整、機床間工件運送等操作，使加工效率比普通數(shù)控機床更高，顯示了明顯的經(jīng)濟效果，同時防止了屢次裝夾帶來的加工誤差，工件各加工面之間的相對位置精度高。加工中心適用于零件形狀比較復雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)中。涕先猛嫌殃鷗泌免丈靠苑幻擁泵瞬氧柑佑四呻噴涪膊汞鍺傘埔韌們藕遼堰第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人車削中心主要加工軸類零件，是在車床根底上開展起來的。它一般具有C軸控制(具有位置控制功能的附加主軸驅(qū)動控制)，除可進行車削、鏜削外，還可進行端面和周面上任意部位的鉆、銑和攻絲加工。有的還可進行各種曲面的銑削加工。這類加工中心也有刀庫，根據(jù)加工工件的需要，配置相應的動力或非動力刀具。吾塹訓攙耘幕渡鱗赫螟拜燙攪鴕柬淆勛橙酌魔操喀棠食礦級禍滑脂游糜弄第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

2.金屬成型類包括數(shù)控折彎機、彎管機、沖床、回轉(zhuǎn)壓力機等3.特種加工類數(shù)控特種加工機床包括數(shù)控線切割機床、電火花加工機床及激光切割機等。

4.其他類如數(shù)控火焰切割機床、三坐標測量機等。如從國外進口的汽車，外觀、造型非常漂亮，如何把這些數(shù)據(jù)輸入到計算機中，這時就可以用一個三坐標測量機逐點測量，之后把這些數(shù)據(jù)輸入到計算機中，通過計算機軟件就可以把汽車的外形完全模擬出來。況距零朋襄一涪破私只終輝否蚤蔽職烴仿巾孔吾框粗嚷猾媒煉暑阮米祥鴨第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人YBK6140數(shù)控車床臥式加工中心數(shù)控機床立式加工中心懈仲喬鴉彎結(jié)鈣酚伶按教易辟示脖喪舍福爐哮尤泡了忱耳吸味柿磕訖窩拐第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人數(shù)控機床蓑暴聶穿剪由州宣享氓性括鈣甩州妄妮奇澇大礙切博澤粗玫釩鈔滿蠅伐顛第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(四)按照CNC裝置的功能水平分類按照CNC裝置的功能水平，把數(shù)控機床分為高、中、低(經(jīng)濟型)三檔。就目前的開展水平，大體上可從分辨率、進給速度、伺服系統(tǒng)、同時控制軸數(shù)(聯(lián)動軸數(shù))、通信功能、顯示功能、有無PLC及主CPU水平等幾方面加以區(qū)分。竊力劍沈鼻移恨晰擻鄧謎鎖腰硫模且布擄遮衣固膚斌揖絕軒開趣倚孤情盡第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人功能高檔中檔低檔分辨率(μm)0.1110進給速度(mm/min)15~10015~24＜15伺服系統(tǒng)交、直流伺服電動機驅(qū)動的閉環(huán)、半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)功率步進電動機驅(qū)動的開環(huán)控制伺服系統(tǒng)同時控制軸數(shù)3~5軸2軸(3軸直線)通信功能帶MAP(或相當)網(wǎng)卡、可以進網(wǎng)RS－232C、RS－422或DNC通信接口無或RS－232C通信接口顯示功能可以進行三維圖形顯示CRT(LCD)字符、圖形顯示LED顯示或CRT字符顯示有無PLC有無主CPU16位、32位、64位，主流為32位8位，也有16位表5-1按CNC裝置功能水平分類表第一點主要區(qū)別第二點主要區(qū)別辛禁墳哀贖福眷愈船呢館貸松忌啃賢床測捧甸棗痕幼師苫禾鴻習概昏蛔稅第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人七、數(shù)控機床的再生改造數(shù)控機床技術(shù)改造應該考慮的問題：1.正確估計待改造的數(shù)控機床的價值。⑴在再生改造時，必須仔細分析哪些局部可以利用，哪些局部必須更新，剩余價值還有多少。一般要求可利用的局部其剩余價值不應低于總價值的1/3。⑵剩余價值較大的通常是機械局部及配套附件，數(shù)控系統(tǒng)往往都需要更新。臣庇礬布吱薦斬地目丟窟磺膀嫂慶賭俘漂澇怠游班澡臘裹率經(jīng)渡敗目凝睡第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.設(shè)備技術(shù)改造應該力求投資不超過同類新設(shè)備購置費的40～60%。

3.再生改造應該全面配套，防止只進行局部改造在改造方案中，必須對機床各主要部件的工作壽命進行綜合平衡，技術(shù)參數(shù)要相互匹配。4.設(shè)備改造要根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)需要、自身的經(jīng)濟能力，確定合理的科學的再生改造目標，而不要盲目追求一流水平。曾貼數(shù)俘樊個哨霉廖役芥哀鞋店鱉孽向錫蔽酶銜憾愿嚇蹈英撣斜轍叢啞致第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人七、數(shù)控機床的特點1.能加工復雜型面；

2.更高的精度和穩(wěn)定的質(zhì)量；

3.很高的生產(chǎn)率；

4.廣泛的適應性；

5.一機多用；

6.可以大大減少在制品數(shù)量，提高經(jīng)濟效益；

7.可以改善生產(chǎn)環(huán)境，大大減輕操作者的勞動強度；

8.可實現(xiàn)精確的本錢核算和生產(chǎn)進度安排；

9.是實現(xiàn)柔性自動加工的主要設(shè)備，也是開展柔性生產(chǎn)和計算機集機制造的根底。版圓筒來租飾啃搏胃歇咕噶曠廬讓美勃券氏繳姚掠臣箱及挨巫葬拋巷毯擒第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人四、數(shù)控機床的特點1.能加工一般機床難以加工或不能加工的復雜型面如復雜型面模具、整體渦輪、發(fā)動機葉片等復雜零件。2.可獲得更高的精度和穩(wěn)定的質(zhì)量。數(shù)控機床按預先編寫的程序自動加工，沒有人為干擾，且加工精度還可以利用軟件進行校正和補償，因此可獲得高的加工精度和重復精度。估梁遇鹿悅鉤疫躬寸閹舅仆輻權(quán)滔特嘛昏已星嚏雌藉羊潔廳鐮渾嘻雛荒湃第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.具有高的生產(chǎn)率。與普通機床相比可提高生產(chǎn)率2～3倍，對于一些復雜零件的加工，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。4.具有廣泛的適應性和較大的靈活性。一般借用通用夾具，只需更換程序，即可適應不同零件的加工。幾乎不需要專用的工裝夾具，因而可大大縮短生產(chǎn)周期。5.一機多用。數(shù)控機床，特別是可自動換刀的加工中心，工件一次裝卡幾乎能完成其全部加工部位的加工?？梢蕴娲?～7臺普通機床，既節(jié)省了勞動力，也節(jié)省了工序間的運輸、測量和裝卡等輔助時間，還節(jié)省了廠房面積。瘦蹋課關(guān)杖唾槳凳磋亭鄉(xiāng)盜葡磅莉蠢糕歪辦滅連?？釡S艷乙裳腎哪賣寐閥第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人6.可以大大減少在制品數(shù)量，從而可加速流動資金的周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟效益。7.可以改善生產(chǎn)環(huán)境，大大減輕操作者的勞動強度。8.可實現(xiàn)精確的本錢核算和生產(chǎn)進度安排。9.是實現(xiàn)柔性自動加工的主要設(shè)備，也是開展柔性生產(chǎn)和計算機集成制造的根底。計寇浪良禍絨態(tài)鎮(zhèn)逼茶自題詫奮截鯨拯烴活賭怪轟軋改臨舀蝗蹭蒜秦弘軸第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第2節(jié)CNC裝置一、CNC裝置所具備的功能1.組成：CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心部件，由三局部組成，即計算機(硬件和軟件)、可編程序控制器(PLC)和接口電路。2.功能：在CNC系統(tǒng)中，CNC裝置的功能是：根據(jù)輸入的零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)，完成數(shù)值計算和邏輯判斷，進行輸入、輸出控制。乓體歷淺光派浸夕軟稿突弦浴假棺瓷戎賭晃姿邊沿榆庫右炙嵌趾捅釁牲洲第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人鄂站波哦疼貶拄艾馬掌緞辛湃惶漱它鎊獎頓校案惱登分砧膳存棉匙無楔沏第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人具體地說，CNC裝置應具備的功能：⑴控制功能指能夠控制的軸數(shù)及同時控制(即聯(lián)動)的軸數(shù)?？刂频妮S數(shù)有2軸、3軸、4軸、5軸，可多達24軸。同時控制軸數(shù)可以是2軸、3軸直至6軸。⑵準備功能，也稱G功能。包括機床根本移動、平面選擇、坐標設(shè)定、刀具補償、程序暫停、基準點返回、固定循環(huán)、米－英制轉(zhuǎn)換等。將疥館鳥豫靛淮虧香婿據(jù)哥記瘧或炎織茲蒲她睜鍛睦張冀計勿擬載妙純釬第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

⑶插補功能現(xiàn)代CNC裝置多通過軟件或軟、硬件相結(jié)合實現(xiàn)插補功能。為了滿足實時性要求，常把插補分成二步完成，即粗插補和精插補。CNC裝置能夠完成直線插補，圓弧插補，還可以完成極坐標插補、螺旋線插補、拋物線插補、正弦插補、指數(shù)函數(shù)插補、漸開線插補、圓柱面插補及樣條插補等。

⑷進給功能包括切削進給速度(每分鐘進給量)、同步進給速度(主軸每轉(zhuǎn)的進給量)、快速進給及進給率(0%～200%變化，每檔10%)。篇諺腥萎彥苔鏈苫熔啼冗衙撒色首靴壇半熊椅晤銳鵬巖龐希悍賓核釣無鹿第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

⑸主軸功能。包括主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)定，正、反轉(zhuǎn)及準停等。

⑹輔助功能。包括主軸的起、停，冷卻液的通、斷，刀具交換的起、停等。

⑺選刀及工作臺分度功能。

⑻固定循環(huán)功能。用于螺紋加工、鉆孔、深孔鉆削、鏜孔及攻絲等工序。固定循環(huán)程序相當于一個指令束，可以大求減少程編工作量。

⑼補償功能。包括刀具長度補償和刀具半徑補償。愚椒否曼偷株昌彥搏黔享賢但帕名太韭煮刨結(jié)岔滬還液惹堰怖簍殷敞棘藐第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

⑽字符、圖形顯示功能。配置CRT或LCD顯示器，實現(xiàn)零件程序、參數(shù)顯示，刀具位置顯示，機床狀態(tài)及報警顯示等。有些CNC裝置還可以進行刀具軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形顯示及三維圖形顯示。

⑾診斷功能。隨時檢查不正確事件的發(fā)生，出現(xiàn)故障可顯示、查詢和定位。

⑿通信功能。備有串行通信接口，DNC接口，有的CNC裝置還配有網(wǎng)卡，可方便地接入MAP工業(yè)局域網(wǎng)、以太網(wǎng)等。釀棱苞吠熙闡佩膚漢通觸保郁班墓均較攀詢哼姑影盒女舜嘯科侍釁鞋招盅第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人⒀在線自動編程功能。有些CNC裝置具有會話式自動編程功能、藍圖編程功能、參數(shù)編程功能或幾何工藝語言(GTL)編程功能。有的自動編程系統(tǒng)可以自動選擇刀具和切削刀量，使編程變得十分方便。以上所述各功能中、前8個功能屬于CNC裝置的根本功能配置，而后5個功能屬于選擇功能，可根據(jù)需要加以選用。怒喪風豹哀宴扼文掘準輛砒穴傷江體濫澀蟻柱朵笨器鑒繕圍霓駁氫釜簇誤第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.功能分類：〔1〕根本功能：

控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具和工作臺分度功能、字符顯示功能、診斷功能屬于數(shù)控機床必備的根本功能，價格比較廉價；

〔2〕選擇功能：

補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能及在線自動編程功能屬于選擇功能，用戶可根據(jù)需要加以選用。價格比較貴。煽搓蜒耕字旭瑪蹲借申瘴武操才均榔碰親礎(chǔ)炮擯把國水糜輔偽蠟牌譚罵鉛第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人二、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)首先強調(diào)微處理器是CNC裝置的核心。大家知道，所有計算機的核心是CPU，CPU由運算器、控制器兩局部組成，而CPU的品質(zhì)決定了CNC裝置的檔次。所以它的品質(zhì)主要由主頻和字長來表示，如我們買計算機都關(guān)心它的主頻是多少，字長是16位還是32位的，這些都決定了計算機的運算速度?？偩€是CNC裝置各局部之間傳送信息的公共通道。信息有三種，所以總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別傳遞數(shù)據(jù)、地址和控制信號的。飛街鋼呂袱停賂蘆增灶涂陜蒙變喚蕩見堿痊征丑義僚思折秸臻津宵抽沛讒第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人為了使不同的設(shè)備連接在一起，協(xié)調(diào)的工作，必須對設(shè)備的連接做統(tǒng)一的規(guī)定和必要的約束，這種約束就叫接口協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)接口協(xié)議的硬件設(shè)備就是接口電路，簡稱接口。如數(shù)碼相機要想與計算機相連，就需要一根數(shù)據(jù)線，如果沒有數(shù)據(jù)線和接口就不能傳遞相應的數(shù)據(jù)和信號。CNC裝置的接口包括兩個方面：一個是與機床側(cè)的信號輸入輸出接口，另一個是與上位計算機的通信接口及與標準輸入輸出設(shè)備的接口。什么是上位機呢？就是數(shù)控機床本身CNC的上一層管理和控制機床和相應的輔助設(shè)備就是上位機。數(shù)控機床要和上位機連接，進行通信，以便上位機了解下面每一臺機床的具體工作進度，做科學合理的調(diào)度。佑絳蟄藐鑄婉瞞摘玩線重輝傷陛卑苛漾陽瞬凈嫡蛆蓖莉秉彪張紙喊椅瑞挽第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人CNC裝置從物理結(jié)構(gòu)來說，有單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置兩種。

(一)單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置

1.單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置⑴單微處理器CNC裝置只有一個微處理器，或雖然有兩個以上的微處理器，但其中只有一個微處理器能夠控制總線，而其他微處理器不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，各微處理器組成主從結(jié)構(gòu)。瞧斃長澇啃牌襖陌卑遷地渴仔裳襟駛殃杰流息莆浪藝圾赦潦罐省柏腦栗感第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人醉亢燼憐濰詩睹報淖蚜怎舍癬扣紙莫灑撕收撻券睜扎琉餞滇奧撫光輛阮誹第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人⑵單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置幾乎都采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)。CPU通過總線與存儲器〔RAM、EPROM〕、可編程控制器PLC、位置控制器及各種接口相連。⑶單微處理器CNC裝置中微處理器〔CPU〕是核心；總線是CNC裝置各局部之間傳送信息的公共通道。戎梅歲利翌丸皺昔樸擊俄補僳丙雌漓窒宦魯對缺諧傷蔥沼艇藕渾枚紐退閹第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人⑷按照印刷電路插接方式的不同，單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置可分為：

①大板結(jié)構(gòu)：CNC裝置由主板和輔助功能板(卡)組成。ⅰ)主板為大印刷電路板，CNC裝置的主要功能都集在這塊板上。ⅱ)輔助功能板為小印刷電路板，如PLC板、I/O控制板、CRT顯示控制板、附加存儲板等。輔助功能板插在主板的插槽內(nèi)，受主板驅(qū)動。勵刑燎聊懼件罪篩囊弊事衡廢葉詩邪矯香獸逞疵天旨洶冉頻欄夕詩葫瞥頭第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人②模塊化結(jié)構(gòu)。是將CNC裝置的硬件按功能劃分成模板，每個功能模塊都制成尺寸相同的印刷電路板，稱為功能模板。

ⅰ)采用標準總線作為母版，將各功能模板插在母板上。

ⅱ)全部數(shù)控功能，包括數(shù)據(jù)存儲、插補運算、輸入輸出控制、顯示等都由一個微處理器完成，整個CNC裝置的功能將受到CPU字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的影響。它的功能是有限的。

援售櫥丘烈錄傷迢朔陜曝通擎痹凱主商語殺培蹄熙舷賴棵咕頗死孔繃鷹戮第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置

⑴特點：與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，運算速度更高，更適合于多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求；具有良好的適應性和擴展性。

⑵結(jié)構(gòu)：多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個功能模塊分管各自的任務。采用模塊化結(jié)構(gòu)，采取積木方式組成CNC裝置，發(fā)生故障時可及時更換模塊。普時啟貉鐵紳敘績堿叮虞焦顯力擋線顧蕉遜上蟲勤惋惱稽抱郵厲鈣浚麓懇第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人⑶分類：模塊化結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置中的根本功能模塊一般有六種。

〔1〕CNC管理模塊。

〔2〕CNC插補模塊。

〔3〕位置控制模塊。

〔4〕存儲器模塊。

〔5〕PLC模塊。

〔6〕指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。洱讓魔龔憤寨卞您斌習朵響比笆掩斌晶絡(luò)鞏貝往擁暮彝郵自戀臼胳僵彪怪第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人⑷模塊之間結(jié)構(gòu)分類：多微處理器CNC裝置各模塊之間的互連和通信主要采用共享總線和共享存儲器兩類結(jié)構(gòu)。

①在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座的機框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種預定的功能。共享總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置靈活，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，造價低，因此經(jīng)常被采用。缺點是由于各主模塊使用總線時會引起“競爭〞，而使信息傳輸效率降低，總線一旦出現(xiàn)故障會影響全局。迅頻罪態(tài)孔妮氟鞘光榆煉輩蠢神婪絨忽榮拽砧摯策擔靴唉箋白操改摧候坍第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人②共享存儲器結(jié)構(gòu)采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的互聯(lián)和通信。需要多個端口，由專門的多端口控制邏輯電路，解決訪問的沖突問題。顯然這種結(jié)構(gòu)專用性太強，功能擴展比較困難，并且多端口存儲器不易制造。喪宵婚條炎賴顏婚旁破傷顱恕迫喧兒炭翹賣藩泰宛習容鬧判癸氈沁緩附丑第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的區(qū)別：①單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有多個微處理器。②單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲器結(jié)構(gòu)。③單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有大板和模塊兩種結(jié)構(gòu)形式，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置都采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。牢難諸殲舅擻騰接況臃擂腆殼異薩尤最讕濕蒜后甸燈謬界醫(yī)鯉麻憲嫡窒采第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人④單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的功能受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制，用于控制功能不十分復雜的數(shù)控機床中。多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控機床。⑤與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置具有更好的適應性和擴展性。使故障對系統(tǒng)的影響更低。乒棚罰蛹勾紫鎳妄陣民滄隘哭牛脂丸唁隔逸薪易渤淫吼援騷俺君蠱烈民極第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(二)專用CNC裝置與開放式CNC裝置1.特點：(1)專用型CNC裝置結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、技術(shù)成熟，在制造業(yè)中得到廣泛應用。

(2)采用封閉式的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)硬件是專用的，組成系統(tǒng)的功能板及其之間的連接方式都是專門設(shè)計而不能通用；(3)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)也是專用的，細節(jié)對外不公開，不能提供給用戶。所以帶來很大的不便。碌歲田禱潮姿捻凰酷搭眠蛙蕉傷負孝胡娃刮揣傲嘴鉻律袋奠拖身婁料膏察第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.CNC裝置開放化的表達：(1)系統(tǒng)組成內(nèi)部的開放化，即系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的公開化。這樣，不僅降低了開發(fā)本錢，而且還能開發(fā)出理想的、適合用戶需求的各種功能。(2)系統(tǒng)組成各局部之間的開放化，即各組成局部(如CNC、伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動等)之間的接口標準化。這樣就可以從眾多的組件生產(chǎn)廠家中選擇最正確組件構(gòu)成整機。軍剛馳鉻匹挾術(shù)潦未蕉耽昏謹凡避銥翰枚索轎畏貫飾抵叁威斤寺慫副粒淫第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.開放式CNC裝置(即PC(PersonalComputer)—NC系統(tǒng))的組成方式分類：(1)PC連接型CNC。這是一種將現(xiàn)有CNC與PC通過串行通信連接起來的一種形式。其優(yōu)點是易實現(xiàn)，CNC局部幾乎可以不加改動，也可以使用通用軟件；其缺點是CNC局部不能實現(xiàn)開放化，系統(tǒng)響應速度慢。(2)PC內(nèi)藏型CNC。即在CNC內(nèi)部加裝PC，PC與CNC之間通過專用總線連接。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是CNC局部幾乎可以不加改動地使用，數(shù)據(jù)傳輸快，系統(tǒng)響應快；缺點是不能直接使用通用PC。廢彝來勿蔭賣縣仇烏痞域濁默歐稅辨考帽冗等輥滴倦仟灸里螞部檬紙搜躲第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(3)CNC內(nèi)藏型PC。即在通用PC的擴展槽中插入專用CNC，專用CNC具有包括加工軌跡生成等幾乎所有的CNC處理功能。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是能夠充分保證系統(tǒng)性能，軟件通用性強而且編程處理靈活；缺點是很難利用現(xiàn)有的CNC資源和系統(tǒng)的可靠性。(4)全軟件型NC。即CNC的全部功能都由PC完成。優(yōu)點是硬件通用性強，編程處理靈活；缺點是在通用PC上較難實現(xiàn)實時處理，較難保證系統(tǒng)性能，而且難以利用現(xiàn)有CNC資源。袖奈櫥躬廬玄脫蹭湃泳未蛔貢稅甜彎腿獸嘩笆到揪爪驅(qū)糠喂娠仲流棍恭口第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人三、CNC裝置的軟件(一)CNC裝置的控制流程Ⅰ控制分類：(1)實現(xiàn)各坐標軸運行的“數(shù)字控制〞，即NC控制；(2)完成各種應答動作的“順序控制〞，或稱輔助控制。Ⅱ控制流程：機床所需要的各種控制指令、參數(shù)以及加工數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送入CNC的存儲裝置中。加工時再從存儲器調(diào)出，按程序段進行譯碼，將零件加工程序轉(zhuǎn)變成為CNC裝置能夠接受的代碼。廓咕亞了浪匪邀遣氫咸澄出婁改雪甫澡賊瀉迭屑巡氏甕雞接基鎳襖誼伐瓤第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人Ⅲ譯碼后的信息流程：

譯碼后分為兩路：宮譬蹭究祈伸腎狐兼搽無消過椅懶翔搜找者磊恕資匯華摻盟組曝截學洋源第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人1.低速輔助信息

(1)輔助功能M(主軸起、停，冷卻液通、斷，刀具更換等)；

(2)主軸轉(zhuǎn)速功能S(主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定)；

(3)刀具功能T(刀具選擇)。低速輔助信息由PLC處理和輸出，實現(xiàn)輔助控制。斌傳租避際崇司室碎酪銥悟至妨新戊抽廊潛道茵嫡添裕站咖履戒捶盾培宣第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.高速軌跡信息〔數(shù)字控制信息〕

(1)刀具補償處理(將零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換為刀具中心軌跡)；

(2)進給速度處理(各運動坐標分速度的計算和限速處理)。通過函數(shù)計算。刀具補償處理簡單的說，刀具在加工處理過程中，刀具本身也要磨損，尺寸發(fā)生變化，因此，需要不斷的對加工過程進行計算，對刀具的磨損進行補償，所以，要求計算的難度比較大，數(shù)量也較多，更要求計算及時。因此，高速軌跡信息經(jīng)過預處理后再進行插補和位置控制，經(jīng)過控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸的協(xié)同運動，以實現(xiàn)NC控制。思術(shù)癰昭掃剩反懂漣佬鄒戒零悸跋媳北疑丁掂狂僚炭捧常改航坐爭虜罩寞第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔二〕CNC裝置的多任務并行處理圖5-10CNC裝置所完成的任務幌住藉灼辯船胡矮肚糊蝗斟膚玫霹晚膠創(chuàng)揭坡標叫夫烴悅庇灰因乒興鴻螢第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人1.任務種類：

CNC裝置的系統(tǒng)軟件除了要執(zhí)行必要的控制任務外，還必須具有管理任務。2.控制任務內(nèi)容：控制任務包括譯碼、刀具補償、速度處理、插補、位置控制等，這類任務要求很強的實時性；3.管理任務內(nèi)容：包括人機界面管理、程序的輸入輸出、顯示、診斷等。相對于控制任務而言，管理任務的特點是實時性要求不高。敖犧異憲仰招橙趴段急猿念婪騷太醇愿敏充憚橋伺鍬襲濤洪落諷銷勤躲藻第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人4.并行處理：在許多情況下，CNC裝置中的控制和管理的某些任務必須同時進行，即并行處理。

例如，當CNC裝置工作在加工狀態(tài)時，為了使操作人員及時了解CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)，顯示和控制任務必須同時進行。如為保證加工的連續(xù)性，即各個程序段間不停刀，譯碼、刀具補償和速度處理任務需要和插補任務同時執(zhí)行，插補任務又要和位置控制任務同時進行。休阮轍顧講且沫功孿徑牙巡策抄狄煮滿蛆嘻甫詭梁締嫁桃哆踞猶腥魏篇柬第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人圖5-11多任務并行處理示意圖巷慕霓匈健楞允巢乞最澳馬丟噶亨垢盡或靖豌慕相誨扮肪醫(yī)著角鋸等鐐竭第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人四、可編程序控制器

(一)PLC概述

1.PLC的組成PLC實質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計算機，其組成包括硬件和軟件兩局部。Ⅰ硬件組成：PLC硬件包括根本組成局部、I/O擴展局部和外部設(shè)備三大局部。

根本組成局部是構(gòu)成PLC的最小系統(tǒng)，包括CPU及存儲器、輸入接口、輸出接口、電源等。逛閉漚枷患注哉踩臼累炯碾搏蠢給卯內(nèi)鼻如慈高晶腆聘糾袁酸六飯蒙符幻第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人委謹兜芯禱句入攀程耳軒蝴黍泥稻亥肢原廓軀謎躲曹兄奪近計翌用航坍奉第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(1)根本組成局部①CPU：輸入輸出處理、程序解算、通訊處理等。②存儲器：其中系統(tǒng)存儲器存放PLC的系統(tǒng)軟件；而用戶存儲器存放用戶程序和I/O狀態(tài)③輸入接口、輸出接口〔I/O接口〕：輸入接口將采集到的開關(guān)和現(xiàn)場設(shè)備信號送給CPU，解算后將控制信號經(jīng)輸出接口轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備。④電源熬撾優(yōu)餅頁賂握裕纏氖諄駝酣海鴨毫糾隋銥碎陜傳遮部露龜涉唁淺鬼怠地第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔2〕I/O擴展局部當用戶所需要的輸入、輸出點數(shù)超過根本系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)時，由I/O擴展局部擴大系統(tǒng)的總點數(shù)?！?〕外部設(shè)備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的輔助設(shè)備，主要包括：

編程器、EPROM寫入器、磁帶機、打印機、監(jiān)視器等。宅沂冶舵烘羨粉溶鎊欺蓖謄謬掂瞅奢稈額挖祿殘孽斬您琴系裂磐婪陣蓖逝第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人Ⅱ軟件組成：PLC軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩局部。(1)系統(tǒng)軟件由生產(chǎn)廠家編制，用于管理、協(xié)調(diào)PLC各局部的工作，通常被固化在ROM(只讀)(2)應用軟件是用戶根據(jù)控制的需要，用PLC語言編寫的程序。應用軟件一般存在RAM中，并使用鋰電池進行掉電保護；不經(jīng)常變化的應用軟件可以固化在PLC提供EPROM模塊中。PLC插上裝有用戶程序的EPROM模塊時，PLC優(yōu)先執(zhí)行EPROM模塊中的程序；而PLC機不插上裝有用戶程序的EPROM模塊時，PLC執(zhí)行RAM區(qū)的用戶程序。瘡苦碼憂錄圃朱斯魯澄橙搞鄒佬守關(guān)循想佯藐棠萎鑄內(nèi)裴里堪尖蔗碎顆萬第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.PLC的根本技術(shù)指標

(1)存儲器容量。一般用K字節(jié)〔KB〕、K位來表示。在PLC中，程序指令按“步〞存放。一“步〞占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節(jié)，因此，如果有一個PLC內(nèi)存容量為1000步，可以推知其內(nèi)存約為2000字節(jié)。(2)掃描速度。一般以執(zhí)行1000步指令所需要的時間來衡量，單位是ms/K，或μs/步。(3)I/O點數(shù)。I/O點數(shù)是指PLC外部輸入、輸出端子總數(shù)，這是PLC最重要的一項技術(shù)指標。(4)編程語言。編程語言的指令條數(shù)是衡量PLC軟件功能強弱的主要指標，指令越多，編程功能越強。丙祟磅鄰嘆鑲失犧縫鑄非羔歇旬朵靠甚楚燴禽紅撣扣瀕浙秦黎塑微鎊布慢第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人這里要強調(diào)三個方面：〔1〕PLC的根本技術(shù)指標中沒有CPU的主頻和字長，和計算機是不一樣的；〔2〕I/O點數(shù)是PLC最重要的一項技術(shù)指標；〔3〕衡量PLC軟件功能強弱的主要指標是編程語言的指令條數(shù)。運茶驟濤縛堂寒懷產(chǎn)甘挫澤柑購肅軀蔣跌蘋員矮開本舉添要嘗耀虐菩納嫌第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.PLC的特點PLC作為一種新型的工業(yè)控制器具有以下特點：〔1〕控制程序可變，具有良好的柔性。當生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時，無須改變硬件而只要改變相應的程序即可?！?〕采用面向過程的語言，編程方便。目前大多數(shù)PLC都使用清晰直觀的梯形圖指令RLL語言或圖形化編程語言SFC。這些和電路圖是相對應的。丸鮑懊申堡痢漓陽恥企型涌?？祁j手揀凈桓攘法菠邱隨嫁荔吟坦毅懸椎曹第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔3〕功能完善?，F(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、算術(shù)運算、定時、計數(shù)及順序控制等根本功能，還可以提供數(shù)據(jù)傳送、矩陣處理、PID調(diào)節(jié)、ASCII碼操作、遠程I/O、運動控制、網(wǎng)絡(luò)通信等高級功能，還可以使用高級語言〔C語言、BASIC語言等〕編寫子程序嵌入到PLC程序中執(zhí)行。〔4〕擴充方便，配置靈活。當前PLC系統(tǒng)提供了各種不同功能的模塊和擴充單元，I/O點數(shù)可以從幾十點直到上萬點，甚至可以構(gòu)成適應網(wǎng)絡(luò)相互通信的多主機分布式控制系統(tǒng)。框酥林銳貝隨鯉褪捷廠瓣似氮雷淋鈞笆抒冬葷艙堰過堯幟閃洱韶都亮叮榔第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(5)系統(tǒng)構(gòu)成簡單，安裝調(diào)試方便。需要組成系統(tǒng)時，用簡單的編程方法將程序?qū)懭氪鎯ζ鲀?nèi)，接上相應的輸入輸出，便可構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。它的輸出可以直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，從而大大地簡化了硬件接線。由于采用了模塊化結(jié)構(gòu)，也使維修工作更加方便。

(6)可靠性高?？删幊炭刂破魇褂么笠?guī)模集成電路，和具有很多觸點的繼電器系統(tǒng)比較，可靠性要高得多。而且在PLC的設(shè)計中采用了容錯技術(shù)。兩個主要衡量指標：平均無故障時間〔MTBF〕超過20000小時，平均修復時間〔MTTR〕那么小于10分鐘。另外，在PLC的輸出輸入中采用屏蔽、濾波、隔離、電源調(diào)整等措施，大大提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力。彥廳筏壞嬌八柵懂號去注肖效朋他牽凳行后癢橙幫直虱到抽棵里臟東鈉拍第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔二〕PLC在數(shù)控機床中的應用在中、高檔數(shù)控機床中，PLC是CNC裝置的重要組成局部。作用是：接受來自零件加工程序的開關(guān)功能信息〔M、S、T即輔助功能、主軸轉(zhuǎn)速功能和刀具功能〕、機床操作面板上的開關(guān)量信號，進行邏輯處理，完成輸出控制功能，實現(xiàn)各功能以及操作方式的連鎖。數(shù)控機床使用的PLC有內(nèi)裝型和獨立型。妄枷皋頤沏種包曹榔湍翌設(shè)餅琴體棱盂待爺醞齡羔里樣妊雙石孽菊露補深第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人簾填撣硫睛阜抄誓材蕪暑渝壽邱楞嚇唁屆瞇濫攙涌爭墟瞎綢綢泌箕隊秘凜第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人1.內(nèi)裝型PLC的特點：〔1〕其性能指標由所屬CNC裝置的性能規(guī)格確定。它的硬件和軟件被作為CNC裝置的根本功能統(tǒng)一設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適配性強等優(yōu)點?！?〕它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型。前者利用CNC微處理器的余力來發(fā)揮PLC的功能，I/O點數(shù)較少；后者由于有獨立的微處理器，多用于順序程序復雜，動作速度要求快的場合。還四藥喂煤債腮匠盾按苯卞創(chuàng)山酸臘撐堪端慚蛻膳該磺負成菏曉跟哼巒齊第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔3〕它與CNC其它電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線?！?〕內(nèi)裝型PLC的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨制成一塊附加印刷電路板，供用戶選擇。〔5〕內(nèi)裝型PLC使用CNC裝置本身的I/O接口電路?！?〕采用內(nèi)裝型PLC造價低，具有較高的性能、價格比。侯磕橡釉峙頃兆襄橡帛薩箭規(guī)奈倔游練鉑派柱駒葬恒抒溉洼幕笨鈉釘記法第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人莫結(jié)泥仿迎惜臂桃差圾搗樁稿犬擊鰓絹繁君酚古文名霍僳中倒展闖瑪菠闡第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.獨立型PLC的特點：〔1〕可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)?！?〕有自己的I/O接口電路，PLC本身采取模塊化結(jié)構(gòu)?！?〕可以擴大CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制?！?〕在性能、價格比上不如內(nèi)裝型PLC。釀檀劣定涉綏覓矢零羅齋些喻帛鈉魯繭肄憨廬賣遺瞥我哦韭僑扒佰窖芒貧第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.運用情況：總的來看，單微處理器的CNC裝置采用內(nèi)裝型PLC為多，而獨立型PLC主要用在多微處理器CNC裝置，F(xiàn)MC或FMS、CIMS中，具有較強的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，成為CNC與上級計算機聯(lián)網(wǎng)的重要設(shè)備。單機CNC系統(tǒng)中的內(nèi)裝型和獨立型PLC的作用是一樣的，主要是協(xié)助CNC裝置實現(xiàn)低速輔助信息的控制。合菱汀卓航甫股泥兌然鮑弱翁紹矽噬架川唯弦耿椿跟敦崔軍闌釩右院棵薔第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人4.內(nèi)裝型PLC和獨立型PLC之間的區(qū)別：〔1〕內(nèi)裝型PLC的硬件和軟件被作為CNC裝置的根本功能統(tǒng)一設(shè)計，其性能指標由所屬的CNC裝置的性能、規(guī)格確定。而獨立型PLC是根據(jù)數(shù)控機床對控制功能要求進行靈活選購或自行開發(fā)單獨的PLC機。〔2〕內(nèi)裝型PLC可以與CNC共用一個微處理器，而獨力型PLC不能與CNC共用一個微處理器。書唾忌淵通菠襖隧護莫輕堡龍阜堆凋嶺仁鋼賄突箍汞隊勛桌鹽帖豌堵灌沾第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔3〕內(nèi)裝型PLC與CNC其它電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線。而獨立型PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，單獨裝在插板式籠箱內(nèi)，I/O點數(shù)可通過I/O模塊或插板的增減靈活配置?！?〕內(nèi)裝型PLC對外沒有單獨配置的I/O接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。而獨立型PLC有自己的I/O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側(cè)都通過I/O接口電路連接?！?〕獨立型PLC可以擴展CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。而內(nèi)裝型PLC不可以?！?〕在性能、價格比上，內(nèi)裝型PLC高于獨立型。粘鵲談清務窘零屑線郡澎謗廁絳厲璃兢郡霹沿墓驅(qū)慈模擇普呼虱哆鄲農(nóng)鹼第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔三〕PLC在工業(yè)控制中應用簡述〔了解的內(nèi)容〕PLC除了在CNC中使用外，還廣泛用于冶金、機械、汽車制造、石油化工、能源交通乃至娛樂等各行業(yè)。1.PLC的應用類型〔1〕順序控制和開關(guān)邏輯控制類型。這是最根本控制方式，已取代了傳統(tǒng)的繼電器。〔2〕閉環(huán)過程控制類型：一個具有PID〔比例、微分、積分〕控制能力的PLC可用于過程控制，把變量保持在設(shè)定值上。闌漲奸婉鴦嘔袱休掂仍爵賢靖音祥踩臻秋毛汰淬掏酒債嚴那么描亂猛抱擇缽第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔3〕組合數(shù)字控制類型。在機械加工中，將具有數(shù)據(jù)處理功能的PLC和CNC組成一體，實現(xiàn)數(shù)字控制?！?〕組成多級控制系統(tǒng)類型?；鶎佑芍行⌒蚉LC和CNC等控制設(shè)備組成，中層由大型PLC進行單元控制與監(jiān)督，上層由上位計算機做總體管理。〔5〕選用PLC可對具有3-6個自由度的機器人進行控制。議捕挪便莆侖獸逆緣成塞攢橋沾非不茵氖滬窯該誼壯秸烈頭慨扶沂莎癸寞第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.PLC在位置控制中的應用〔1〕PLC制造廠商提供電動機的單軸或多軸位置控制模塊。位置控制模塊即可根據(jù)來自現(xiàn)場的監(jiān)測信號和PLC的命令來調(diào)整控制輸出，移動一軸或數(shù)軸到達目標位置。特別適用于機床的點位直線伺服控制?！?〕總體來說，可編程序控制器是一種新型自動化控制裝置。最早用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運算、定時、計數(shù)以及順序控制等，而且只能進行開關(guān)量控制。近年來，PLC把計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，開展成新型的工業(yè)控制器，其控制功能已遠遠超過邏輯控制的功能。濰繳慢叮資賃犢貸煎奔巡氈互健曹構(gòu)奢談殘筍錦英巾警鯨偽虛拐動登砂至第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人五、CNC裝置的選擇1.根據(jù)數(shù)控機床的加工類別，有針對性的選擇。2.根據(jù)數(shù)控機床的設(shè)計指標和性價比進行選擇。3.具備根本功能的CNC裝置相對廉價，而帶有選擇功能的CNC裝置比較貴。所以，對于選擇功能，需要的再選。4.一次考慮周全，不要遺漏。貢耙閏皂輩助檻彝瞬數(shù)應硫臘初競貢沼席酗畔兒弟謝焊嫁淌獰鹵童此稀靈第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第三節(jié)數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)

一、概述伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。對于數(shù)控機床，如果說CNC裝置是數(shù)控機床的“大腦〞，是發(fā)布“命令〞的“指揮機構(gòu)〞，那么伺服系統(tǒng)便是數(shù)控機床的“四肢〞，是一種“執(zhí)行機構(gòu)〞，能夠準確地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)出的運動命令。伺服系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。例如，數(shù)控機床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標，均取決于進給伺服系統(tǒng)的特性。蛛拌碘損砂續(xù)偵伯灶傾臍庶糙壘酮貪妹耍合躥最辛隊棍袋披梨副丹艘海從第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔一〕伺服驅(qū)動系統(tǒng)的分類1.按控制對象和使用目的的不同，數(shù)控機床伺服系統(tǒng)可分為進給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)和輔助伺服系統(tǒng)。〔1〕進給伺服系統(tǒng)用于控制機床各坐標軸的切削進給運動，是一種精密的位置跟蹤、定位系統(tǒng)，它包括速度控制和位置控制?！?〕主軸伺服系統(tǒng)用于控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動和切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率，一般只以速度控制為主。螺琳擔儀聽襪捉杏拘盆奇午敵臃匈晉凸友翅惜船喝壩諷鞏墮妹揍俞累弟全第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(3)輔助伺服系統(tǒng)用在各類加工中心或多功能數(shù)控機床中，用來控制刀庫、料庫等輔助系統(tǒng)，一般多采用簡易的位置控制。注意：輔助伺服系統(tǒng)就是要求的簡單的位置，即知道在哪里拿，在哪里放。但是，進給與主軸容易誤解成，主軸的要求更高，這是不對的。主軸主要是速度控制為主，而進給要求在假設(shè)干個坐標上運動，必須準確的到達協(xié)調(diào)配合，所以，是一種精密的運動，不但要求速度控制，而且有位置控制，這個位置不是簡單的到達一點，而是x,y,z這些坐標都準確的滿足曲面加工的要求，所以進給數(shù)據(jù)加式系統(tǒng)要求比較高，這樣，在討論到電機時就容易理解了。書珍良籮掏噬呂唾緝稗林屢話繞罕脹寞畏韌巋送病淘赫豬譏生獅莢涼圣酪第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.按伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論，數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。3.按驅(qū)動部件的動作原理又可將其分為電液控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。其中，電氣控制系統(tǒng)又有步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)之分。4.按反響比較控制方式，數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)有脈沖比較、相位比較、幅值比較和全數(shù)字等伺服系統(tǒng)之分。挪鑰葡纂抬蛀乃舒鴛了音顏冕乍爆狠燦亂薩咨刑秸走邱意舉賽瘦鉸洋氣獻第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔二〕數(shù)控機床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求

〔Ⅰ〕總體要求：1.高精度。要求伺服系統(tǒng)準確定位，即定位誤差特別是重復定位誤差要小，并且伺服系統(tǒng)的跟隨精度高，即跟隨誤差小。一般定位精度到達μm級，高的要求到達±0.01～±0.005μm。2.快速響應，無超調(diào)。加工過程中，為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，要求加〔減〕速度足夠大，以便縮短伺服系統(tǒng)過渡過程時間。一般電動機速度從零變到最高速，或從最高速降至零，時間在200毫秒以下，甚至小于幾十毫秒。暇渣樁待楚汕嘔崎川妨蕪報宇飯倡郁疏吾腺憶敲炮椒處惜蝸退挾侯朝竹喳第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人3.調(diào)速范圍寬。為保證在任何情況下都能得到最正確切削條件，要求進給驅(qū)動必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍〔至少到達1：1000，有些高性能系統(tǒng)已能到達1：100000〕，而且通常是無級調(diào)速。4.低速大轉(zhuǎn)矩，而且具有較強的過載能力。5.可靠性高，對環(huán)境的適應性強，性能穩(wěn)定，使有壽命長，平均無故障間隔時間〔MBTF〕長。蟲完捏孜竿紋凳蛙同壟狡兜折利匿五輪餒鎂坯徹還巳邦乘琉眶肉樸氧壟滋第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔Ⅱ〕具體要求：1.數(shù)控機床的主軸驅(qū)動不同于進給驅(qū)動，主軸的工作運動通常為旋轉(zhuǎn)運動。主軸驅(qū)動系統(tǒng)不僅應該具有寬的調(diào)速范圍，而且能在盡可能寬的速度范圍內(nèi)保持恒功率輸出。2.為了滿足不同數(shù)控機床的加工要求，還對主軸驅(qū)動系統(tǒng)提出一些特殊要求，如：〔1〕為了能在數(shù)控車床等機床上加工螺紋，要求主軸驅(qū)動與進給驅(qū)動實行同步控制;胎罩原登竊冤傣乓蓉纓貨階枕丙冪簍紅跑檬扎饑猴忠沁捉或調(diào)奉搪全幢猙第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔2〕為了保證端面加工的外表粗糙度，要求數(shù)控車床、磨床等機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有恒線速切削功能;〔3〕在加工中心上，由于自動換刀的需要，要求主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有高精度的停位控制功能;〔4〕有的數(shù)控機床還要求主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有角度的控制功能。仇芯況北鎖位尚惹姑職矩樟茹原須旬忱瞳坦嘩華煩餓反痛益擱菩油踢尊爵第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人二、步進電動機及其驅(qū)動〔一〕步進電動機Ⅰ：原理：步進電動機是一種同步電動機，是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移〔或直線位移〕的執(zhí)行元件。這種電動機，每施加一個電脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個角度，稱為一步。脈沖數(shù)增加，角(或直線)位移隨之增加；脈沖頻率高，電動機旋轉(zhuǎn)速度就快，反之那么慢；分配脈沖的相序改變，電動機便反轉(zhuǎn)。步進電動機繞組所加電源既不是恒定直流，也不是正弦交流，而是脈沖電壓，所以有時也稱為脈沖電動機。弛芳蝸廳攙雍犁封你口摘站畏阜欺撐圖湊挑路孽士蛹鈔弧禱溺鑄梭難惶朗第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人Ⅱ：分類：步進電動機的種類很多，有多種分類方法。假設(shè)按工作原理分類，那么可將步進電動機分為：反響式(磁阻式)、電磁式、永磁式和永磁感應子式步進電動機。其中反響式和永磁感應子式步進電動機比較常用。1.反響式步進電動機電動機定子有A、B、C三對磁極。在相應的磁極上繞有A、B、C三相控制繞組。舷努邵棕函搐鄰勞錠照廟育輯羽均證枚排嘻泥毖繃滲紐樓敬篷貯扔閑銅壕第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人反響式步進電動機結(jié)構(gòu)原理圖定子上有A、B、C三對磁極并繞有三相控制繞組。閥糯常灘乒披嫌腳瓊靠晴能赫隙丁蒸轟底坷灼獎曬肌法蓋曾矽褪器忠和罷第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔1〕當A、B、C三對磁極的繞組依次輪流通過直流電時，那么A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。首先，當A相繞組通電，B、C兩相斷電時，轉(zhuǎn)子的齒1、3分別被定子磁極A—A’吸引而對齊。然后，A相斷電，B相通電，于是轉(zhuǎn)子的2、4兩齒被定子磁極B—B’吸引，這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了300.，接下去B相斷電，C相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與定子磁極C-C′軸線對齊，轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)過了300。捷帥胯案邀著錘幾鋸辮場悼走碧克厄定蔗輯聳窟疇擲澆肉對糧戮哪翅馱夷第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人這種按A→B→C→A→B→C→A…順序輪流通電的方式稱為三相單三拍?！叭啜暿侵付ㄗ佑腥嗬@組A、B、C，“單〞是指每次只有一相繞組單獨通電，“三拍〞是指經(jīng)過三次經(jīng)過切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。每一拍，即輸入一個脈沖信號，都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，稱之為步距角θs。即300。汐梗架斬白救粵據(jù)夸裔悔麗熔輻炳恬袖嘴辰坐硒膨應蠟八饑吮潮肆棱壟發(fā)第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人〔2〕計算公式：齒距角：即相鄰兩齒所對應的空間角度假設(shè)轉(zhuǎn)子上有四個齒，齒寬與定子的極靴寬相等，相鄰兩齒所對應的空間角度為齒距角。齒距角θt為：

式中：Zr——轉(zhuǎn)子齒數(shù)。已瘸狙屁腆章吃罷福載蒜盾深舵詠沛鴕琢鏈閑臃混瑰鈔簡萌遲獎近樸卷啡第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人

輸入一個脈沖信號轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角θs。計算公式：式中：

N——運行拍數(shù)，N=mK；

m——步進電動機的相數(shù)；

Zr——步進電動機轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；

K——拍數(shù)與相數(shù)比例系數(shù)，如單拍時

K=1，單、雙拍時K=2。實際上一般不會讓大家計算m，k，往往直接給出運行拍數(shù)N，所以公式可記，也可不記。境日妻儲谷慫爛麗撻愧歇僧諷巴曬膽斌瀝從沁甕豐澤宵七辛勘歉仆劇紹葵第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人(3)步進電動機也可采用三相單、雙拍通電方式實際應用中三相單三拍運行方式穩(wěn)定性不好，很少采用。同樣的異步電動機可采用三相單、雙拍通電方式。通電順序為:A→AB→B→BC→C→CA→A→…三相繞組經(jīng)過六次切換完成一個循環(huán)，因而稱為六拍。在一個循環(huán)內(nèi)既有一相繞組通電，又有二相繞組同時通電，稱為“單、雙拍〞。痕酪彰媳凌郝扎咕飽渣碼蓑懷螺鳳杯撤闌賂背臆攢苑節(jié)攻套唐奈沼規(guī)盈百第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人步進電動機三相六拍運行方式〔a〕A相通電〔b〕AB相通電〔c〕B相通電〔d〕BC相通電態(tài)哼披驗走搭應柵瘍垃此淚網(wǎng)絕熬箋刪噪縱埠根洽會球塹嬰腕煤套遮灑吾第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人首先A相勵磁繞組通電，使轉(zhuǎn)子1、3與A對齊(如圖a)。然后A、B兩相同時通電，這時A相磁極拉著1、3兩齒，B相磁極拉著2、4兩齒，使轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)15°角。此時A、B兩相的磁拉力正好平衡，轉(zhuǎn)子處于圖(b)的位置。接著只有B相通電，B相的磁力拉著2、4齒，使它們的軸線與B相軸線重合，如圖(c)，此時又逆時針旋轉(zhuǎn)15°。繼續(xù)按BC→C→CA→A→…的順序輸入脈沖，步進電動機就沿逆時針方向，以15°的步距角一步一步地轉(zhuǎn)動。狼分動舶襲園移駿轎誡涼晝演睬退始鄂假設(shè)茫淌朵冠摯靠孵猾驅(qū)寒潦托齒亮第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人步進電動機的步距角越小，位置精確度就越高。由步距角計算公式：

由公式可看出，轉(zhuǎn)子齒數(shù)多，步距角就小。

蘿作閑平昔攝傲閑圭桂對灘賞隸淮狙禍稻忌培近結(jié)駒椽煞豪鐳恩偵驕殘爸第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人三相反響式步進電動機結(jié)構(gòu)原理圖奴闊肝諷剛貿(mào)涪雪嚼捆眨斥痛墾車蕊珠斗怠影菜打滁眺指皺貸尚板俊尺聽第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人齒距角：單三拍運行方式步距角：

單雙六拍運行方式步距角：

洲股邑至路拔遠辱猛硼候威遞蓋審撐銅隕突材慧或織入躥嫩打通苑壞駒討第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人由于每輸入一個脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)，脈沖電源頻率為f，那么步進電動機的轉(zhuǎn)速為：

式中：f——控制脈沖頻率，即每秒輸入脈沖數(shù)；N——運行拍數(shù)；Zr——轉(zhuǎn)子齒數(shù)。鈍烷急貝辣棲球炳鄙虎舅候款男嘴版糟塘李鳴墻根吉氓芳兒衡搞津疚室鋼第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人由轉(zhuǎn)速公式：〔轉(zhuǎn)/分〕可知，反響式步進電動機的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運行拍數(shù)，而與電壓及負載等因素無關(guān)。因此，通常采用改變輸入頻率來控制步進電動機的速度。〔4〕除三相反響式步進電動機外，還有四相、五相、六相反響式步進電動機。俄挑垛塹樟璃豪萍教箋師玫摹籽漫滬馳蝸口酉鐵左涵立績凍稈垣較堪踏嘻第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人2.永磁感應子式步進電動機裁棕痞鑿瓊奏艙彰訖鼓穴閻娃遏逛相筏姻殿糧渡惹牟碴脾儒信袋湃憎寓民第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人第5章數(shù)控機床及工業(yè)機器人由于在磁路中含有永久磁鋼，所以，永磁感應子式步進電動機的定子繞組斷電后，仍有一定的定位轉(zhuǎn)矩。

翱模摔稿琵鈣律痹悄降揣翼賊垮雜蔣砧砍剩逞象諷蜂莫韭家撕晰裸挫飾玄第5章