數控技術第6章課件

1、第6章 數 控 系 統 6.1 數 控 裝 置 6.1.1 概 述1. CNC系統的組成 圖6.1 CNC系統的組成框圖6.1.1 概 述2. CNC裝置的工作過程（1）輸入（2）譯碼（3）刀具補償 （4）進給速度處理（5）插補（6）位置控制（7）I/O接口（8）顯示（9）診斷6.1.1 概 述3、CNC裝置的功能 CNC裝置的功能是指它滿足不同控制對象各種要求的能力，通常包括基本功能和選擇功能?；竟δ苁菙悼叵到y必備的功能，如控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、字符顯示功能和自診斷功能等。選擇功能是供用戶根據不同機床的特點和用途進行選擇的功能，如補償功能、固

2、定循環(huán)功能、通訊功能和人機對話編程功能等。6.1.2 CNC裝置的硬件結構 1. 單微處理機硬件結構（1） 微處理器和總線（2）存儲器 （3） I/O接口 （4）MDICRT接口 （5） 位置控制模塊 （6） 可編程控制器（PLC）6.1.2 CNC裝置的硬件結構2. 多微處理機硬件結構6.1.2 CNC裝置的硬件結構多微處理機硬件結構的CNC裝置具有以下特點：1）計算處理速度高 多微處理機硬件結構中每一個微處理器完成系統指定的一部分功能，獨立執(zhí)行程序，并行運行，因而比單微處理機硬件結構提高了計算處理速度。2）可靠性高 多微處理機硬件結構采用模塊化結構，每個模塊完成自己的任務。模塊拆裝方便，將

3、故障對系統的影響減到最小。共享資源不僅節(jié)省了重復機構，降低了成本，而且也提高了系統可靠性。3）有良好的適應性和擴展性 多微處理機硬件結構按其功能可由以上各種基本功能的硬件模塊組成，其相應的軟件也是模塊結構，固化在硬件結構中。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工業(yè)標準，彼此可以進行信息交換。模塊化結構使系統不僅設計簡單，而且有良好的適應性和擴展性。 6.1.2 CNC裝置的硬件結構3. 開放式CNC系統圖6.5 單元PC機結構數控系統圖6.6 分層式多微處理機結構數控系統6.1.3 CNC裝置的軟件結構 1. CNC裝置的軟件組成 圖6.7 CNC裝置軟件組成6.1.3 CNC裝置的

4、軟件結構2. CNC裝置的軟件結構特點（1）多任務并行處理（2）實時中斷處理3. CNC裝置的軟件結構 （1）前后臺型軟件結構（2）中斷型軟件結構6.1.4 CNC裝置的插補原理“插補”實質是數控系統根據零件輪廓線型的有限信息，計算出刀具的一系列加工點、完成所謂的數據“密化”工作。數控系統中完成插補工作的裝置稱為插補器。 根據插補所采用的原理和計算方法的不同，目前應用的插補方法分為兩類：脈沖增量插補和數字增量插補。（1）脈沖增量插補（2）數字增量插補 6.1.5 CNC裝置的刀具補償與加減速控制 1. CNC裝置的刀具補償（1）刀具長度補償 （2）刀具半徑補償 CNC裝置的加減速控制 （1）前

5、加減速控制（2）后加減速控制 6.1.6 數控系統中的PLC在數控機床上采用PLC代替繼電器控制，使數控機床結構更緊湊，功能更豐富，響應速度和可靠性大大提高。在數控機床、加工中心等自動化程度高的加工設備和生產制造系統中，PLC是不可缺少的控制裝置。 6.1.6 數控系統中的PLC2. PLC基本結構和工作過程圖6.28 通用型PLC的硬件基本結構6.1.6 數控系統中的PLC3. PLC在數控機床控制中的應用CNC給PLC的信息主要是M、S、T等輔助功能代碼。（1）M、S、T功能的實現 1）M功能的實現 PLC完成的M功能是多樣的。根據不同的M代碼，可以控制主軸正反轉或停止，主軸齒輪箱的變速，

6、冷卻液的開、關，卡盤的夾緊與松開，以及自動換刀裝置機械手取刀、歸刀等運動。 2）S功能的實現 S用來指定主軸轉速。CNC裝置將S代碼送入PLC。經電平轉換、譯碼、數據轉換、限位控制和DA變換，最后送給主軸電動機伺服系統。3）T功能的實現自動換刀控制方式有固定存取換刀方式和隨機存取換刀方式，它們分別采用刀套編碼制和刀具編碼制。對于刀套編碼的T功能處理過程是：CNC裝置送出T代碼指令給PLC，PLC經過譯碼，在數據表內檢索，找到T代碼指定的新刀號所在的數據表的表地址，并與現行刀號進行判別比較，如不符合，則將刀庫回轉指令發(fā)送給刀庫控制系統，直到刀庫定位到新刀號位置時，刀庫停止回轉，并準備換刀。 6.

7、1.7 CNC系統的接口電路CNC系統接口電路的主要任務如下：（1）電平轉換和功率放大 （2）防止干擾引起誤動作 （3）數/模和模/數轉換 （4）防止信號畸變 6.1.7 CNC系統的接口電路2. CNC系統的I/O接口（1）直流輸入信號接口電路（2）直流輸出信號接口電路3. CNC系統的串行通訊接口6.2數控檢測裝置6.2.1 概述1. 對位置檢測裝置的要求 （1）受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強；（2）在機床執(zhí)行部件移動范圍內，能滿足精度和速度的要求；（3）使用維護方便，適應機床工作環(huán)境；（4）成本低。 6.2.1 概述2 檢測裝置的分類位置檢測裝置按檢測方式分

8、類直接測量光柵、感應同步器、編碼盤間接測量編碼盤、旋轉變壓器按測量裝置編碼方式分類增量式測量光柵、增量式光電碼盤絕對式測量接觸式碼盤、絕對式光電碼盤按檢測信號的類型分類數字式測量光柵、光電碼盤、接觸式碼盤模擬式測量旋轉變壓器、感應同步器、磁柵6.2.2 光柵1. 光柵的結構和工作原理6.2.2 光柵如果將指示光柵在其自身的平面內轉過一個很小的角度，使兩塊光柵的刻線相交，當平行光線垂直照射標尺光柵時，則在相交區(qū)域出現明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱為莫爾條紋。 6.2.2 光柵2. 光柵位移數字變換電路6.2.3 光電脈沖編碼器1. 光電脈沖編碼器的結構和工作原理 1光源；2圓光柵；3指示光柵；

9、4光敏元件；5軸；6連接法蘭；7防護罩；8電路板圖6.40 光電脈沖編碼器的結構組成示意圖6.2.3 光電脈沖編碼器2. 光電脈沖編碼器的應用光電脈沖編碼器在數控機床上用于數字比較的伺服系統中作為位置檢測裝置，將檢測信號反饋給數控裝置。光電脈沖編碼器將位置檢測信號反饋給CNC裝置有兩種方式：一種是適應帶加減計數要求的可逆計數器，形成加計數脈沖和減計數脈沖。另一種是適應有計數控制和計數要求的計數器，形成方向控制信號和計數脈沖。6.3數控伺服系統 6.3.1 概述伺服系統的組成圖6.43 伺服系統結構圖6.3.1 概述2. 對伺服系統的基本要求（1）精度高 （2）穩(wěn)定性好 （3）快速響應 （4）調

10、速范圍寬 （5）低速大轉矩 3. 伺服系統的分類 可分為開環(huán)伺服系統、閉環(huán)控制系統和半閉環(huán)控制系統。 6.3.2 伺服電動機伺服電動機（簡稱伺服電機）為數控伺服系統的重要組成部分，是速度和軌跡控制的執(zhí)行元件。 交流伺服電機及工作特性在交流伺服系統中一般采用同步型交流伺服電機和異步型交流感應伺服電機。交流異步（感應）伺服電機結構簡單，制造容量大，主要用在主軸驅動系統中；交流同步伺服電機可方便地獲得與頻率成正比的可變速度，可以得到非常硬的機構特性和很寬的調速范圍，在電源電壓和頻度固定不變時，它的轉速是穩(wěn)定不變的，主要用在進給驅動系統中。 6.3.2 伺服電動機2. 直線電機直線運動系統傳統的驅動電

11、機為旋轉電機，經過機械轉換裝置將旋轉運動變?yōu)橹本€運動。 隨著電機技術、材料科學和自動控制學科的發(fā)展，直線電機的優(yōu)越性越來越充分地體現出來。直線電機用于數控伺服系統中，可以簡化系統結構、提高定位精度、實現高速直線運動，乃至平面運動。 6.3.3 速度控制速度控制系統是數控伺服系統中的重要組成部分，它由速度控制單元、伺服電機、速度檢測裝置（由速度傳感器、信號處理電路和軟件組成）等構成。速度控制主要是完成對伺服電機的調速和穩(wěn)速。（1）主軸與進給驅動的同步控制 該功能使數控機床具有螺紋（或螺旋槽）加工能力。（2）準?？刂?在加工中心上為了自動換刀，要求主軸能進行高精度的準確位置停止。（3）角度分度控制

12、角度分度有兩種情況：一是固定的等分角位置控制，二是連續(xù)的任意角度控制。 （4）恒線速度控制 為了保證端面加工的表面質量，要求主軸具有恒線速度切削功能。 6.3.3 速度控制交流進給運動的速度控制（1）交流伺服電機的調速方法 （2）正弦脈寬調制（Sinusoidal PWM）變壓變頻器 2. 交流進給驅動的速度控制交流進給驅動系統采用永磁交流同步伺服電機。 3. 交流主軸驅動的速度控制4. 交流伺服電機的矢量控制6.3.4 位置控制位量控制是伺服系統的重要組成部分，它是保證位置精度的環(huán)節(jié)。作為一個完整概念，位置控制包括：位置控制環(huán)、速度控制環(huán)和電流控制環(huán)，具有位置控制環(huán)的系統才是真正完整意義的伺

13、服系統。數控機床進給系統就是包括了三環(huán)控制的伺服系統。位置控制按結構分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類；按工作原理分為相位控制、幅值控制和數字控制等類。 6.3.4 位置控制位置控制的基本原理位置控制環(huán)是伺服系統的外環(huán)，它接收數控裝置插補器每個插補采樣周期發(fā)出的指令，作為位置環(huán)的給定。同時還接收每個位置采樣周期測量反饋裝置測出的實際位置值，然后與位置給定值進行比較（給定值減去反饋值）得出位置誤差，該誤差作為速度環(huán)的給定。 6.3.4 位置控制2. 數字脈沖比較位置控制伺服系統（1）數字脈沖比較位置控制系統的組成 圖6.66 數字脈沖比較位置控制的半閉環(huán)伺服系統 6.3.4 位置控制3. 全數字控制伺服系統隨著計算機技術、電子技術和現代控制理論的發(fā)展，數控伺服系統向著交流全數字化方向發(fā)展。 復 習 題6.1 簡述CNC裝置的工作過程及主要功能。6.2 CNC裝置的單微處理機硬件結構由幾部分組成？這種結構有什么特點？6.3 CNC裝置的多微處理機硬件結構由幾種功能模塊組成？該結構有什么特點？6.4 開放式數控系統的基本特征是什么？6.5 CNC裝置的軟件由幾部分組成？CNC裝置的軟件結構有何特點？6.6 加工第一象限直線OE，起點，終點，采用逐點比較法插補，試寫出插補計算過程并繪制插補軌跡。6.7 何謂刀具長度補償？何謂刀具半徑補償？ 6.8 CNC