《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》2.5 數(shù)字化控制

智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用高等職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用

第二章智能制造數(shù)字化基礎(chǔ)第二節(jié)數(shù)字化設(shè)計(jì)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(yuǎn)程維護(hù)第一節(jié)概述數(shù)字化控制5第五節(jié)

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用一、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(bǔ)和輸出信息，控制執(zhí)行部件，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求進(jìn)行自動加工。

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)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(shí)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(zhǔn)備功能插補(bǔ)功能進(jìn)給功能主軸功能輔助功能刀具功能補(bǔ)償功能字符、圖形顯示功能自診斷功能通信功能人機(jī)交互圖形編程功能系統(tǒng)功能

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)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(jī)床參數(shù)和刀具補(bǔ)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(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)形式。（3）刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償包括刀具半徑補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償。（4）進(jìn)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(biāo)合成運(yùn)動方向上的速度。（5）插補(bǔ)曲線上自動進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)密化”。（6）位置控制將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置進(jìn)行比較，用其差值控制進(jìn)給電動機(jī)。（7）I/O處理實(shí)現(xiàn)CNC與機(jī)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(jī)床狀態(tài)顯示、報警信息顯示等。

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用二、伺服系統(tǒng)1.基本概念伺服系統(tǒng)是指以機(jī)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(jìn)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(yùn)動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置(計(jì)算機(jī))和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。數(shù)控機(jī)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(jī)構(gòu)或伺服單元。該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強(qiáng)。進(jìn)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(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動方向，進(jìn)給速度與位移量。伺服系統(tǒng)一般由伺服電機(jī)、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(chǔ)與應(yīng)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(fù)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(dá)到新的或者恢復(fù)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(yīng)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，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(jī)械要求電機(jī)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(jìn)給坐標(biāo)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(biāo)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(chǔ)與應(yīng)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(chǔ)與應(yīng)用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用閉環(huán)伺服系統(tǒng)

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)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(dá)和電液伺服馬達(dá)。優(yōu)點(diǎn)：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(yīng)快和速度平穩(wěn)。缺點(diǎn)：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(jī)（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：操作維護(hù)方便，可靠性高。（3）按被控對象分類a.進(jìn)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(chǔ)與應(yīng)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(yīng)用情況1976年FS-5FS-7POWERMATE系列F200C，F(xiàn)330D

DC伺服電機(jī)

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(jī)（模擬控制）

1985年FS0系列4/4一般機(jī)械小型機(jī)械經(jīng)濟(jì)型機(jī)械1987年FS15系列24/16AC伺服電機(jī)

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

1993年FS21系列5/4高性能機(jī)械一般機(jī)械1996年FS16i系列8/6高性能機(jī)械五面體加工機(jī)一般機(jī)械FS18i系列8/418iMB58/5FS21i系列5/41998年FS15i系列24/24高精度復(fù)合機(jī)械五面體加工機(jī)2001年FS0i-A系列4/4一般機(jī)械小型機(jī)械經(jīng)濟(jì)機(jī)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(fù)合機(jī)械五面體加工機(jī)生產(chǎn)線31i20/1232i9/5

*智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)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(chǔ)與應(yīng)用FANUC0i-BFANUC0imate-BFANUC0i-CFANUC30i/31i/32i系列

*智能制造基礎(chǔ)與