數(shù)控機(jī)床控制基礎(chǔ)課件

1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程1.2數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)1.3數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)1.4進(jìn)給運(yùn)動控制（插補(bǔ)）1.5開關(guān)量（順序）控制1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控(NC)階段（１９５２－１９７０年）計算機(jī)數(shù)控(CNC)階段（１９７０－至今）

控制介質(zhì)1.2數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)

輸入裝置

數(shù)控裝置

驅(qū)動裝置和檢測裝置

機(jī)床本體

輔助控制裝置基本結(jié)構(gòu)圖基本結(jié)構(gòu)圖基本結(jié)構(gòu)圖控制介質(zhì)

數(shù)控機(jī)床工作時必須編制加工程序，而加工程序需存儲在控制介質(zhì)上，常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、磁帶和磁盤等。輸入裝置輸入裝置的作用是將控制介質(zhì)上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。輸入裝置根據(jù)控制介質(zhì)的不同分為光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)和軟盤驅(qū)動器。數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲器中取出或接收輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動和動作。驅(qū)動裝置和檢測裝置驅(qū)動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)大都采用直流或交流伺服電動機(jī)。驅(qū)動裝置接收來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動機(jī)床的移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。檢測裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控中。數(shù)控裝置將反饋回來的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制驅(qū)動裝置按指令值運(yùn)動。輔助控制裝置輔助控制裝置包括主軸運(yùn)動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停，工件和機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運(yùn)算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動作。輔助控制裝置普遍使用PLC。機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，只是在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面發(fā)生了很大的變化?？刂平橘|(zhì)輸入裝置數(shù)控裝置機(jī)床驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測裝置數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)圖1.3數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)

系統(tǒng)組成圖

數(shù)控裝置（CNC）

進(jìn)給伺服系統(tǒng)

主軸伺服系統(tǒng)

機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成圖數(shù)控裝置（CNC）數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的控制中心。它能夠自動地對輸入的數(shù)控加工程序進(jìn)行處理，將數(shù)控加工程序信息按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往伺服系統(tǒng)；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，從而協(xié)調(diào)控制機(jī)床各部分的運(yùn)動，完成數(shù)控機(jī)床所有運(yùn)動的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的加工過程。

進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)由進(jìn)給軸伺服電機(jī)(一般內(nèi)裝速度和位置檢測器件)和進(jìn)給伺服裝置組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給，提供切削過程中所需要的轉(zhuǎn)矩、運(yùn)轉(zhuǎn)速度。主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)包括主軸電機(jī)(含速度檢測器件)和主軸伺服裝置，實(shí)現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制，有的主軸伺服裝置還含有主軸定向控制功能。

機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)

包括可編程控制器控制系統(tǒng)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)。機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)，除了對機(jī)床輔助運(yùn)動和輔助動作(包括電動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、冷卻箱及潤滑油箱等)的控制外，還包括對保護(hù)開關(guān)、各種行程極限開關(guān)和操作盤上所有元件(包括各種按鍵、操作指示燈、波段開關(guān))的檢測和控制。在機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)中，可編程控制器(PLC)可替代機(jī)床上傳統(tǒng)的強(qiáng)電控制中大部分機(jī)床電器，從而實(shí)現(xiàn)對潤滑、冷卻、氣動、液壓和主軸換刀等系統(tǒng)的邏輯控制。

1.4進(jìn)給運(yùn)動控制（插補(bǔ)）

按運(yùn)動軌跡分類

按伺服系統(tǒng)分類按運(yùn)動軌跡分類

點(diǎn)位控制系統(tǒng)

直線控制系統(tǒng)

輪廓控制系統(tǒng)

示意圖

示意圖

示意圖數(shù)控鉆床點(diǎn)位控制示意圖點(diǎn)位控制系統(tǒng)只是精確地控制刀具相對工件從一個坐標(biāo)點(diǎn)移動到另一個坐標(biāo)點(diǎn)，移動過程中不進(jìn)行任何切削加工，點(diǎn)與點(diǎn)之間移動軌跡、速度和路線決定了生產(chǎn)率的高低。為了提高加工效率，保證定位精度，系統(tǒng)采用“快速趨近，減速定位”的方法實(shí)現(xiàn)控制。這類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。

數(shù)控銑床直線控制示意圖直線控制系統(tǒng)不僅要求具有準(zhǔn)確的定位功能，而且要控制兩點(diǎn)之間刀具移動的軌跡是一條直線，且在移動過程中刀具能以給定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削加工。直線控制系統(tǒng)的刀具運(yùn)動軌跡一般是平行于各坐標(biāo)軸的直線；特殊情況下，如果同時驅(qū)動兩套運(yùn)動部件，其合成運(yùn)動的軌跡是與坐標(biāo)軸成一定夾角的斜線。這類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。

數(shù)控線切割機(jī)床加工示意圖輪廓控制系統(tǒng)能同時控制兩個或兩個以上坐標(biāo)軸，需要進(jìn)行復(fù)雜的插補(bǔ)運(yùn)算，即根據(jù)給定的運(yùn)動代碼指令和進(jìn)給速度，計算刀具相對工件的運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。這類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控加工中心等。按伺服系統(tǒng)分類

開環(huán)控制系統(tǒng)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖開環(huán)控制系統(tǒng)框圖開環(huán)控制系統(tǒng)沒有檢測反饋裝置，以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件，由步進(jìn)驅(qū)動裝置和步進(jìn)電機(jī)組成。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)帶動工作臺移動。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，調(diào)試和維修都比較方便，但無位置閉環(huán)控制，精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的精度，因而精度較差。半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

半閉環(huán)控制系統(tǒng)位置檢測裝置安裝在電動機(jī)或絲杠軸端，通過角位移的測量，間接測量機(jī)床工作臺的實(shí)際位置，并與CNC裝置的指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)以交、直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件，由位置比較、速度控制、伺服電機(jī)等組成。

閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)位置檢測裝置安裝在機(jī)床工作臺上，直接測量工作臺的實(shí)際位移，并與CNC裝置的指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)以交直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件，用于高精度設(shè)備的控制。1.5開關(guān)量（順序）控制輸入接口接收機(jī)床操作面板各開關(guān)、按鈕的信號，分為

輸出接口將機(jī)床各種工作狀態(tài)燈的信息送到機(jī)床操作面板，把控制機(jī)床動作的信號送到強(qiáng)電柜，分為