《智能制造基礎與應用》2.5 數(shù)字化控制

智能制造基礎與應用高等職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材

*智能制造基礎與應用

第二章智能制造數(shù)字化基礎第二節(jié)數(shù)字化設計與仿真第三節(jié)數(shù)字化工藝第四節(jié)數(shù)字化加工與裝配第五節(jié)數(shù)字化控制第六節(jié)數(shù)字化生產(chǎn)管理第七節(jié)數(shù)字化遠程維護第一節(jié)概述數(shù)字化控制5第五節(jié)

*智能制造基礎與應用一、計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）概述1.數(shù)控系統(tǒng)的組成CNC系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。其核心是計算機數(shù)字控制裝置。它通過系統(tǒng)控制軟件配合系統(tǒng)硬件，合理地組織、管理數(shù)控系統(tǒng)的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補和輸出信息，控制執(zhí)行部件，使數(shù)控機床按照操作者的要求進行自動加工。

*智能制造基礎與應用2.CNC系統(tǒng)的功能CNC系統(tǒng)由于現(xiàn)在普遍采用了微處理器，通過軟件可以實現(xiàn)很多功能。數(shù)控系統(tǒng)有多種系列，性能各異。數(shù)控系統(tǒng)的功能通常包括基本功能和選擇功能?？刂乒δ?/p>

準備功能插補功能進給功能主軸功能輔助功能刀具功能補償功能字符、圖形顯示功能自診斷功能通信功能人機交互圖形編程功能系統(tǒng)功能

*智能制造基礎與應用3.CNC系統(tǒng)的一般工作過程（1）輸入輸入CNC控制器的通常有零件加工程序、機床參數(shù)和刀具補償參數(shù)。（2）譯碼把其中零件的輪廓信息按一定的語法規(guī)則解釋（編譯）成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式。（3）刀具補償?shù)毒哐a償包括刀具半徑補償和刀具長度補償。（4）進給速度處理數(shù)控加工程序給定的刀具相對于工件的移動速度是在各個坐標合成運動方向上的速度。（5）插補曲線上自動進行“數(shù)據(jù)點密化”。（6）位置控制將插補計算出的理論位置與實際反饋位置進行比較，用其差值控制進給電動機。（7）I/O處理實現(xiàn)CNC與機床之間的信息傳遞和變換。（8）顯示有零件程序的顯示、參數(shù)的顯示、刀具位置顯示、機床狀態(tài)顯示、報警信息顯示等。

*智能制造基礎與應用二、伺服系統(tǒng)1.基本概念伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置(計算機)和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構或伺服單元。該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結構復雜，綜合性強。進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機構”。它忠實地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運動命令，精確控制執(zhí)行部件的運動方向，進給速度與位移量。伺服系統(tǒng)一般由伺服電機、驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路、電子電力驅(qū)動放大模塊、位置調(diào)節(jié)單元、速度調(diào)節(jié)單元、電流調(diào)節(jié)單元、檢測裝置。

*智能制造基礎與應用2.對伺服系統(tǒng)的要求（1）精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。（2）穩(wěn)定性好穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。（3）快速響應快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。（4）調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機械要求電機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。0～24m/min。（5）低速大轉(zhuǎn)矩進給坐標的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個速度范圍內(nèi)都要保持這個轉(zhuǎn)矩；主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。

*智能制造基礎與應用3.伺服系統(tǒng)的分類（1）按調(diào)節(jié)理論分類開環(huán)伺服系統(tǒng)

*智能制造基礎與應用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

*智能制造基礎與應用閉環(huán)伺服系統(tǒng)

*智能制造基礎與應用（2）按使用的執(zhí)行元件分類a.電液伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件：電液脈沖馬達和電液伺服馬達。優(yōu)點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數(shù)小、反應快和速度平穩(wěn)。缺點：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。b.電氣伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件：伺服電機（步進電機、直流電機和交流電機）優(yōu)點：操作維護方便，可靠性高。（3）按被控對象分類a.進給伺服系統(tǒng)指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。b.主軸伺服系統(tǒng)只是一個速度控制系統(tǒng)。（4）按反饋比較控制方式分類a.脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)b.相位比較伺服系統(tǒng)c.幅值比較伺服系統(tǒng)

*智能制造基礎與應用三、案例分析1.FANUC數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史列表年代系統(tǒng)的種類控制軸數(shù)/聯(lián)動軸數(shù)伺服的種類應用情況1976年FS-5FS-7POWERMATE系列F200C，F(xiàn)330D

DC伺服電機

1979年FS-2系列

FS-3系列FS-6系列FS-9系列

1984年FS10系列FS11系列FS12系列

AC伺服電機（模擬控制）

1985年FS0系列4/4一般機械小型機械經(jīng)濟型機械1987年FS15系列24/16AC伺服電機

（數(shù)字控制）高精度機床復合機械五面體加工機1990年FS16系列8/6高性能機械五面體加工機1991年FS18系列6/4高性能機械1992年FS20系列4/3

1993年FS21系列5/4高性能機械一般機械1996年FS16i系列8/6高性能機械五面體加工機一般機械FS18i系列8/418iMB58/5FS21i系列5/41998年FS15i系列24/24高精度復合機械五面體加工機2001年FS0i-A系列4/4一般機械小型機械經(jīng)濟機械2003年FS0i-B系列4/4FS0iMATE-B系列3/32004年FS0i-C系列4/4FS0iMATE-C系列3/3FS30i/31i/32i系列30i32/24高精度復合機械五面體加工機生產(chǎn)線31i20/1232i9/5

*智能制造基礎與應用2.常見FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC0-C/0-D系列FANUC16/18/21系列FANUC16i/18i/21i系列FANUC0i-A

*智能制造基礎與應用FANUC0i-BFANUC0imate-BFANUC0i-CFANUC30i/31i/32i系列

*智能制造基礎與