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(yè)，課件共31頁(yè)，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(yè)，課件共31頁(yè)，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(guò)程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入計(jì)算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的工件的一類(lèi)機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。

第3頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、數(shù)控機(jī)床的三大控制對(duì)象（任務(wù)）(Controltasks)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：刀具或工作臺(tái)的位置及速度主運(yùn)動(dòng)：主軸無(wú)級(jí)調(diào)速輔助動(dòng)作：開(kāi)關(guān)動(dòng)作第4頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(dòng)裝置主軸驅(qū)動(dòng)裝置輔助控制裝置反饋裝置機(jī)床本體第5頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、方塊圖（Blockdiagram）第6頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、工作過(guò)程圖示（Illustration）第7頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、工作過(guò)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(duì)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(dòng)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(hào)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(dòng)，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(dòng)（伺服輸出）；同時(shí)，位置反饋系統(tǒng)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)的實(shí)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瑪?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(jì)算、輸出、反饋等控制過(guò)程中，從而保證刀具和工件之間相對(duì)位置的準(zhǔn)確性。第8頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(yè)，課件共31頁(yè)，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(yǔ)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(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)，包括硬件和軟件，且已實(shí)現(xiàn)CNC單元LCD顯示器一體化。第12頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Servodrive)

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

主軸驅(qū)動(dòng)是速度控制系統(tǒng)，通常的調(diào)速范圍為100：1。主軸驅(qū)動(dòng)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(lèi)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(yè)，課件共31頁(yè)，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(dòng)或停止，刀具的選擇和更換，分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位和鎖緊，工件的夾緊或松開(kāi)，切削液的開(kāi)或關(guān)等輔助操作的信號(hào)，經(jīng)功率放大直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行元件，諸如接觸器、電磁閥等，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中的全部自動(dòng)操作。輔助裝置的功能通常用M代碼實(shí)現(xiàn)。第15頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(jià)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(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的光電式測(cè)量裝置。

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

立柱導(dǎo)軌工作臺(tái)主軸箱第17頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例：FANUC0i系統(tǒng)的組成第18頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(jì)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(dòng)裝置和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動(dòng)裝置（包括檢測(cè)裝置）等組成。第19頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(chǔ)器（ROM，RAM）、輸入輸出（I/O）接口，數(shù)控專(zhuān)用接口和部件，即位置控制器、紙帶閱讀機(jī)接口、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI）接口和顯示（CRT）接口。第20頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）CNC裝置的軟件：是為了實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各功能而編制的專(zhuān)用軟件，稱為系統(tǒng)軟件。在系統(tǒng)軟件的控制下，CNC裝置對(duì)輸入的加工程序自動(dòng)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(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程第22頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、數(shù)控機(jī)床伺服控制第23頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(yè)，課件共31頁(yè)，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(dòng)機(jī)指令位置實(shí)際位置編碼器機(jī)床移動(dòng)部件第25頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開(kāi)環(huán)(Open-loopcontrol)減速器數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)電路工作臺(tái)輸入步進(jìn)電機(jī)實(shí)際位置無(wú)檢測(cè)第26頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(tái)輸入位置檢測(cè)元件速度檢測(cè)元件速度反饋位置反饋第27頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(tái)輸入速度檢測(cè)元件速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件旋轉(zhuǎn)編碼器--滾珠絲杠構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)第28頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種控制方式優(yōu)缺點(diǎn)比較開(kāi)環(huán)全閉環(huán)半閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜，環(huán)路長(zhǎng)一般，不包括傳動(dòng)部件控制精度低0.05mm高0.001mm較高0.01mm，但對(duì)于熱變形、絲杠螺距誤差、加工速度變化引起的誤差無(wú)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(jià)格便宜昂貴適中第29頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)(Classroompractice)1.

數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是

。

A. 顯示屏

B. 計(jì)算機(jī)

C. 操作臺(tái)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(tái)或刀具的位置控制

C. 刀具自動(dòng)交換的控制3.

數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的選刀是

控制。

A. 主軸運(yùn)動(dòng)

B.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

C.輸入/輸出4.

數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的位置控制是

控制。

A. 主軸運(yùn)動(dòng)

B.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

C.輸入/輸出5.

數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)鏈較普通機(jī)床傳動(dòng)鏈

。

A. 復(fù)雜

B.簡(jiǎn)單

C.沒(méi)區(qū)別第30頁(yè)，課件共31頁(yè)，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(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，然后通過(guò)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的直線位移。2.開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)主要特征是系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)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(dòng)控制系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置插補(bǔ)運(yùn)算生成的

，