数控系统的组成及工作原理

数控系统的组成及工作原理 一 数控机床的基本组成 1程序载体 2输入装置 3CNC单元 4伺服系统 5位置测量反馈系统 6辅助控制装置 作用是将程序载体内有关加工信息读入CNC单元 是数控机床的核心 作用是接受程序送来的各种信息 经过插补和分配后以脉冲形式向伺服系统发出驱动执行命令 是数控机床的执行部分 接受CNC过来的数字信号 经驱动放大电路后转换成模拟信号 驱动伺服电动机带动机床移动部件进行动作 分为转角位移反馈和直线位移反馈 通过传感器将角位移或直线位移转换成电信号 输送给CNC 与指令位置进行比较 并由CNC单元发出指令 纠正所产生的误差 作用是接受CNC单元输出的一系列信号 经过编译 运算和功率放大后直接驱动相应的电器 带动机床的辅助装置完成指令规定的动作 7机床的机械部件 数控机床的工作原理 数控机床加工工件 首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化 用规定的代码格式编写加工程序 并储存到程序载体 然后用相应的输入装置将所编的程序指令输入到CNC单元 CNC单元将程序译码 运算之后 向机床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号 以驱动机床的各运动部件 并控制所需要的辅助动作 最后加工出合格的工件 加工程序 输入装置 数控系统 机床 辅助控制装置 反馈系统 伺服系统 数控机床组成框图 数控装置是数控机床的控制系统 它采集和控制着机床所有的运动状态和运动量 数控装置是由中央处理单元 CPU 只读存储器 ROM 随机存储器 RAM 相应的总线和各种接口电路所构成的专用计算机 驱动装置接受数控装置输出的进给指令 严格按照驱动电动机转动 经滚珠丝杠驱动机床的溜板运动 加工出符合图纸要求的工件 所以驱动装置的精度和动态响应是影响数控机床的加工精度 表面质量与生产效率的重要因素之一 目前 驱动装置的电动机有步进电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机 加工程序可以通过输入设备存储于数控装置 CNC计算机数字控制系统 内的存储器 在需要的时候也可以将存储器内的加工程序通过输出设备把加工程序存储在外部存储介质上 以长期保存 数控机床的特点 1自动化程度高 2加工精度高 3加工生产效率高 4对零件加工的适应性强 灵活性好 能加工形状复杂的工件 5有利于生产管理的现代化 具有良好的经济效益 数控机床的分类 一般按机械运动的轨迹分 点位直线控制系统 轮廓 连续轨迹 控制系统点位控制系统 按伺服系统分 开环伺服系统 闭环伺服系统 半闭环伺服系统 按工艺用途分 金属切削类 金属成型类 特种加工及其他类型 按功能水平分 高 中 低三类 点位控制数控机床 这类数控机床的数控装置只要求精确的控制刀具相对于工件从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度 而与轨迹运动无关 Y O X K Q P X Y R 点位控制的特点是严格控制用最小的位移量 即脉冲当量 表示两点间的距离 这类机床主要有数控钻床 数控坐标镗床 数控冲床和数控测量机等 点位直线控制机床 这类数控机床不仅要求具有准确的定位功能 而且要求从一点到另一点按直线运动进行切削加工 其路径一般是由和各轴线平行的直线段组成 运动时的速度是可以控制的 对于不同的刀具和工件 可以选择不同的切削用量 这类数控机床主要有 数控车床 数控镗铣床 加工中心等 轮廓切削控制数控机床 这类数控机床能够对两个或两个以上坐标轴同时进行切削加工控制 它不仅能够控制机床移动部件的起点与终点坐标 而且能够按需要严格控制刀具移动轨迹 以加工任意斜率的直线 圆弧 抛物线以及其他函数关系的曲面或曲线 开环控制系统数控机床 这类数控机床不带位置检测反馈装置 CNC单元发出的指令信号是单向的 一般以功率步进电动机作为伺服驱动元件 特点 结构简单 调试维修方便 价格低 运行平稳 在精度和速度要求不高的场合应用广泛 一般用于经济型数控机床和旧机床的数控化改造 闭环控制系统数控机床 这类数控机床带有位置检测装置 在输入位移指令的同时 反馈检测机床工作台的实际位移量 反馈量与输入量在CNC装置中进行比较 若有差值 则CNC控制机床向着消除误差的方向运动 特点 精度高 结构复杂 调试维修困难 价格高 运行不平稳 数控机床的主要技术指标与功能 一 数控机床的指标1 规格指标规格指标是指数控机床的基本能力指标 主要有以下几个方面 1 工作台面尺寸2 行程范围3 控制轴数4 联动轴数5 承载能力6 主轴功率和进给轴扭矩7 零件程序的容量8 PLC的输入 输出点数2 精度指标1 几何精度几何精度是综合反映机床关键零部件和总装后的几何形状误差的指标 几何精度指标可分为两类 机床基础件和运动大件的直线度 平面度和垂直度 机床执行切削运动的主要部件主轴的几何精度 2 位置精度 位置精度指标综合反映了机床各运动部件在数控系统控制下空载所能达到的位置 位置精度指标主要有 1 定位精度 定位精度是数控机床工作台等移动部件在指令的终点达到后实际位置与指令位置的一致程度 两者的误差称为定位误差 2 重复定位精度 重复定位精度是指在相同条件下加工一批零件所得到的连续结果的一致性 3 分辨率与脉冲当量 分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔 数控装置每发出一个脉冲 反映到机床坐标轴上的位移量 通常称为脉冲当量 3 效率指标 1 最高主轴转速和最大加速度 2 最大快移速度 4 可靠性指标 1 平均无故障工作时间 2 平均修复时间 3 固有可用度 二 数控机床的功能 1 控制功能 2 插补功能 3 准备功能 4 进给功能 进给倍率 进给速度 同步进给速度 5 主轴功能 切削速度 恒线速度控制 主轴定向控制 C轴控制 切削倍率 6 辅助功能 7 刀具管理功能 8 补偿功能 刀具半径和长度补偿 反向间隙补偿和螺距误差 智能补偿功能 9 自动加减速功能 10 人机对话功能 11 自诊断功能 12 通信功能 数控机床的一般操作过程 1 接通电源检查机床状态是否正常检查电源是否负荷要求 接线是否正确接通电源检查风扇电动机运转是否正常检查面板上的知识灯是否正常接通电源后 数控系统会自行运行系统软件 显示装置会显示系统软件操作界面2 复位系统上电进入软件操作界面时 若系统的工作方式为 急停 需旋转并拔出控制面板上的 急停 按钮使系统复位 以接通伺服电源 3 返回机床参考点操作方法如下 如果系统当前工作方式不是回零方式 置控制面板上的工作方式为 回零 方式 由控制面板上的按钮选择回参考点坐标轴 并按相应的回参考点启动按钮当检测到位置测量装置反馈的基准脉冲时 被选轴停止运行 回参考点结束4 手动进给1 点动进给一般操作方法如下置控制面板上的工作方式为 点动 方式由控制面板上的按钮选择点动进给坐标轴 并按压相应的点动进给按钮被选轴将产生正向或负向连续移动松开相应的点动进给按钮 被选轴即减速停止2 增量进给一般操作方法如下置控制面板上的工作方式为 增量 方式由控制面板上的按钮选择增量进给坐标轴 并按一下相应的增量进给按钮被选轴将向正向或负向移动一个增量值3 手摇进给一般操作方法如下 打开手轮开关通过手轮上的开关选择手摇进给坐标轴手动顺时针或逆时针旋转手轮 被选轴将向正向或负向移动一个增量值 5 手动机床动作控制1 主轴正转在手动方式下 按一下控制面板上的 主轴正转 按钮 主轴将顺时针方向转动2 主轴反转在手动方式下 按一下控制面板上的 主轴反转 按钮 主轴将逆时针方向转动3 主轴停止在手动方式下 按一下控制面板上的 主轴停止 按钮 主轴将停止转动4 冷却启动 停止在手动方式下 按一下控制面板上的 冷却开 关 按钮 切削液开 再按一下 切削液则关 6 自动运行方式1 自动运行一般操作方法如下 置控制面板上的工作方式为 自动 方式在系统操作界面下 选择要运行的零件程序按一下控制面板上的 循环启动 自动加工开始2 单段运行一般操作方法如下 置控制面板上的工作方式为 单段 方式按一下控制面板上的 循环启动 自动运行一个程序段再按一下控制面板上的 循环启动 又执行下一个程序段 3 MDA方式 置控制面板上的工作方式为 MDA 方式通过键盘区的按键输入一个程序段确认后 按下 循环启动 键 程序段就自动运行7 紧急情况的处理1 急停2 超程解除解除方法是 按下复位键置工作方式为 点动 状态下 在此方式下使该轴向相反的方向推出超程状态8 关机按下控制面板上的按钮 断开伺服电源断开数控系统电源断开机床电源 数控机床机械结构 机床基础部件又叫机床大件 通常是指床身 底座 立柱 横梁 滑座 工作台等 它是整台机床的基础和框架 机床的其他零 部件 或者固定在基础件上 或者工作时在它的导轨上运动 数控机床的机械结构 除机床基础部件外 还有下列部分 1主传动系统2进给系统3实现工件回转 定位的装置和部件4实现某部件动作和辅助功能的系统和装置 如液压 气动 润滑 冷却等系统和排屑 防护装置等 5刀架或自动换刀装置 ATC 6自动托盘交换装置 APC 7特殊功能装置 如刀具破损监控 精度检测和监控装置8为完成自动化控制功能的各种反馈信号及元件 数控机床机械结构的主要特点 1 高刚度和高抗振性 机床刚度时机床的性能之一 它反映了机床结构抵抗变形的能力 提高数控机床结构刚度的措施 1 提高机床构件的静刚度和固有频率改善薄弱环节的结构或布局 以减少所承受的弯曲载荷和转矩负载 2 改善机床结构的阻尼特性 3 用新材料和钢板焊接结构 2 减少机床的热变形的影响 3 驱动系统机械结构简化 数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统 分别采用交 直流主轴电动机 伺服电动机驱动 这两类电动机调速范围大 并可无级调速 因此使主轴箱 进给变速及传动系统大为简化 箱体结构简单 齿轮 轴承和轴类零件数量大为减少甚至不用齿轮 由电动机直接带动主轴或进给丝杠 4 高传动效率和无间隙传动装置 数控机床在高进给速度下 工作要求平稳 并有高定位精度 因此 对进给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命 高刚度 无间隙 高灵敏度和低摩擦阻力的特点 目前 数控机床进给驱动系统中常用的机械装置主要有3种 滚珠丝杠副 静压蜗杆 蜗母条机构和预加载荷双齿轮 齿条 5 低摩擦因素的导轨 机床导轨是机床的基本部件之一 机床加工精度和使用寿命在很大程度上决定于机床导轨的质量 数控机床的导轨则有更高的要求 如在高速进给时不振动 低速时不爬行 具有很高的灵敏度 能在重载下长期连续工作 耐磨性高 精度保持性好等 现代数控机床上采用的导轨 依然是滑动导轨 滚动导轨和静压导轨 主轴部件 一