數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接-

模塊1：數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接

課題1數(shù)控系統(tǒng)與接口

數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第1頁本章內(nèi)容一、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)概述二、數(shù)控機(jī)床組成數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第2頁一、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）是指采取數(shù)字形式信息控制機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化代碼將零件加工過程中所需各種操作和步驟以及刀具與工件之間相對位移量等統(tǒng)計在程序介質(zhì)上，送入計算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算及處理，控制機(jī)床刀具與工件相對運動，加工出所需要工件一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。

數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第3頁2、數(shù)控機(jī)床三大控制對象（任務(wù)）(Controltasks)進(jìn)給運動：刀具或工作臺位置及速度主運動：主軸無級調(diào)速輔助動作：開關(guān)動作數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第4頁二、數(shù)控機(jī)床組成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)動裝置主軸驅(qū)動裝置輔助控制裝置反饋裝置機(jī)床本體數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第5頁2、方塊圖（Blockdiagram）數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第6頁3、工作過程圖示（Illustration）數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第7頁4、工作過程描述(Description)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，首先必須將工件幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)按要求代碼和格式編制成數(shù)控加工程序(編程)；并用適當(dāng)方法將加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)（輸入）；數(shù)控系統(tǒng)對輸入加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出各種信息和指令，控制機(jī)床各部分按要求有序地動作（數(shù)據(jù)處理）。這些信息和指令最基本包含：各坐標(biāo)軸進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量，各狀態(tài)控制I/O信號等。伺服系統(tǒng)作用就是將進(jìn)給位移量等信息轉(zhuǎn)換成機(jī)床進(jìn)給運動，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)械運動（伺服輸出）；同時，位置反饋系統(tǒng)將機(jī)械運動實際位移信息反饋至數(shù)控系統(tǒng)，以確保位置控制精度（反饋輸入）?？傊瑪?shù)控機(jī)床運行在數(shù)控系統(tǒng)控制下，處于不停地計算、輸出、反饋等控制過程中，從而確保刀具和工件之間相對位置準(zhǔn)確性。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第8頁三、數(shù)控機(jī)床各組成部分1、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)連接示意圖數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第9頁2、各組成部分作用1）、加工程序(NCprogram)program 程序：用數(shù)控語言、按要求格式表示一套指令，其內(nèi)容是零件幾何形狀和工藝描述。由若干程序段（block）組成。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第10頁2、輸入/輸出裝置(Input/Outputunit）早期：紙帶閱讀機(jī)/紙帶穿孔機(jī)當(dāng)代：①直接由操作人員經(jīng)過手動數(shù)據(jù)輸入（MDI）鍵盤輸入零件程序，而且經(jīng)過CRT給操作者提供信息；②軟驅(qū)、FLASH卡、USB接口③采取通信方式進(jìn)行零件程序輸入/輸出。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第11頁3、數(shù)控裝置(CNCunit)

依據(jù)輸入零件程序和操作指令進(jìn)行對應(yīng)處理（如運動軌跡處理、機(jī)床輸入/輸出處理等），然后輸出控制命令到對應(yīng)執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等），從而加工出需要零件。當(dāng)前，數(shù)控裝置采取是數(shù)字計算機(jī)，包含硬件和軟件，且已實現(xiàn)CNC單元LCD顯示器一體化。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第12頁4、伺服驅(qū)動系統(tǒng)(Servodrive)將位置指令轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸移動數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第13頁5、主軸驅(qū)動裝置

主軸驅(qū)動是速度控制系統(tǒng)，通常調(diào)速范圍為100：1。主軸驅(qū)動系統(tǒng)接收指令，是數(shù)控裝置輸出代表某一速度模擬電壓值。補(bǔ)充：主軸分類變頻主軸：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)字量給主軸數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第14頁6、輔助控制裝置(Miscellaneousunit)

主要功效是接收數(shù)控裝置所控制內(nèi)置式可編程控制器（PLC）輸出主軸變速、換向、開啟或停頓，刀具選擇和更換，分度工作臺轉(zhuǎn)位和鎖緊，工件夾緊或松開，切削液開或關(guān)等輔助操作信號，經(jīng)功率放大直接驅(qū)動對應(yīng)執(zhí)行元件，諸如接觸器、電磁閥等，從而實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在加工過程中全部自動操作。輔助裝置功效通慣用M代碼實現(xiàn)。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第15頁7、反饋裝置(Feedbackunit)

今天絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采取價位較低光電數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器直線光柵尺是高精度測量軸運動光電式測量裝置。

數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第16頁8、機(jī)床本體(Mechanicalpart)

立柱導(dǎo)軌工作臺主軸箱數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第17頁實例：FANUC0i系統(tǒng)組成數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第18頁四、CNC系統(tǒng)組成和接口（一）、CNC系統(tǒng)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)動裝置和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動裝置（包含檢測裝置）等組成。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第19頁2.CNC單元CNC系統(tǒng)關(guān)鍵是CNC裝置，由硬件和軟件組成，軟件在硬件支持下工作。1）硬件：微處理器（CPU）、存放器（ROM，RAM）、輸入輸出（I/O）接口，數(shù)控專用接口和部件，即位置控制器、紙帶閱讀機(jī)接口、手動數(shù)據(jù)輸入（MDI）接口和顯示（CRT）接口。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第20頁2）CNC裝置軟件：是為了實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各功效而編制專用軟件，稱為系統(tǒng)軟件。在系統(tǒng)軟件控制下，CNC裝置對輸入加工程序自動進(jìn)行處理，并發(fā)出對應(yīng)控制指令。系統(tǒng)軟件由管理軟件和控制軟件兩部分組成。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第21頁3.數(shù)控系統(tǒng)工作過程數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第22頁1）.數(shù)控裝置硬件組成①CPU控制主板：組成：部件1、2、5、6、操作面板組成；功效：CNC系統(tǒng)關(guān)鍵，完成工作管理（信息輸入、I/O處理、顯示處理、故障診療處理）和控制（譯碼、賠償、插補(bǔ)運算、速度運算、位置運算）。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第23頁②對外接口：XS2～XS5：外部通訊接口，XS6：遠(yuǎn)程擴(kuò)展接口，普通不使用，XS8：手輪（手搖脈沖發(fā)生器）接口；XS9：主軸驅(qū)動器接口。③內(nèi)置非獨立式PLC（PMC）部件4，數(shù)控系統(tǒng)第二控制關(guān)鍵，完成開關(guān)量、動作量控制；對外接口：XS10、XS11：開關(guān)量輸入，XS20、XS21：開關(guān)量輸出。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第24頁④位置控制板部件3，完成完成位置信號處理（轉(zhuǎn)換、放大等），對外接口：XS40～XS43，外接4個數(shù)字式進(jìn)給驅(qū)動單元。XS30～XS33，其它類型進(jìn)給驅(qū)動單元接口。⑤強(qiáng)電接口板：部件6、8，傳遞強(qiáng)電控制信號，對外接口XS1。⑥系統(tǒng)電源：部件7，維持系統(tǒng)供電。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第25頁2）.外圍模塊①主軸驅(qū)動單元：包含主軸驅(qū)動器和檢測反饋裝置。完成主軸電機(jī)驅(qū)動信號處理和傳遞。②進(jìn)給驅(qū)動單元：包含速度控制單元和位置、速度檢測反饋裝置。完成位置速度控制信號處理和傳遞數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第26頁③手搖脈沖發(fā)生器（手輪）：完成系統(tǒng)運動手動操作。④CRT顯示器：系統(tǒng)信息顯示。⑤外部輸入裝置：鍵盤、軟驅(qū)、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口、RS232接口等。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第27頁⑥I/O接口端子板：對系統(tǒng)對外接口進(jìn)行分解（轉(zhuǎn)接）。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第28頁三HNC-21系統(tǒng)電柜與電氣元件1.電柜結(jié)構(gòu)電氣控制柜為了確保電柜電磁一致性，采取0.8㎜鋼板沖壓成形后焊接結(jié)構(gòu)。內(nèi)部安裝板采取鍍鋅鋼板，以提升系統(tǒng)接地性能?？刂乒駜?nèi)各個部件按照強(qiáng)、弱電分開安裝、布線。進(jìn)給驅(qū)動電動機(jī)、主軸驅(qū)動電動機(jī)動力線和反饋線直接接入驅(qū)動單元，不經(jīng)過端子轉(zhuǎn)接。各位置反饋線、指令給定線、通信線等弱電信號線采取雙絞雙屏蔽電纜。開關(guān)量端子板、編碼盤反饋屏蔽電纜中電源線采取多芯絞合共用，以提升信號電源和這些部件抗干擾能力。各部件外殼可靠接地；各結(jié)構(gòu)間可靠接地、共地。2.電柜內(nèi)部組成低壓電氣部分、接線板、伺服驅(qū)動部分，其它：包含通風(fēng)、冷卻、屏蔽、安全保護(hù)等裝置。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第29頁數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第30頁3.電源單元結(jié)構(gòu)（1）總電源AC380V三相四線制，頻率50Hz；電源線接入總空氣開關(guān)和變壓器輸入端前，三相對地接高壓磁片電容（V），以降低外界進(jìn)入干擾（如脈沖、浪涌等），并將每相導(dǎo)線在鐵氧體磁環(huán)上繞4～5圈，用于抑制快速瞬變脈沖串干擾；接地端使用車間總接地引出，接地電阻≤4Ω。（2）系統(tǒng)供電CNC單元、伺服單元、控制電源均采取開關(guān)電源供電，在開關(guān)電源進(jìn)線側(cè)使用低通濾波器進(jìn)行隔離，降低工頻電源高頻干擾信號；各電感負(fù)載采取組容吸收器RC（滅弧器）吸收高壓反電動勢，抑制干擾信號。電源部分原理設(shè)計以下列圖數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第31頁圖中QF0～QF4為三相空氣開關(guān)，QF5～QF10為單相空氣開關(guān)；KM1～KM6為三相交流接觸器；RC1～RC4為三相滅弧器，RC5～RC10為單相滅弧器；KA1～KA8為直流24V繼電器。數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第32頁四HNC-21系統(tǒng)接口1.CNC裝置對外接口數(shù)控系統(tǒng)與綜合連接第33頁2.接口類型：串連接口可分為9針、15針與25針三種。9針串口普通連