《数控系统结构》PPT课件

数控机床及刀架结构简介，沙市大学机械工程学院数控机床及刀架结构简介，本章概述：本章主要介绍数控机床数控系统的硬件、软件组成、工作过程、分类及功能；介绍了数控机床的机械结构、主传动系统和进给传动系统，以及开环和闭环进给伺服系统、步进电机、交流和DC伺服电机、常用自动换刀装置和其他辅助装置。简要介绍了数控车床和铣床的常用刀具和典型工件夹具。2.1数控系统的组成和工作过程，2.1.1数控系统的组成数控系统是数控机床的核心部分，是整个数控机床的操作中心和控制中心，其性能直接决定了数控机床的整体性能，数控系统由硬件和软件：1组成。数控系统硬件：数控系统硬件包括微机基础系统、人机对话接口、通讯接口、进给轴控制接口、主轴控制接口和辅助控制接口等。计算机基本系统通常由中央处理器、存储器、输入输出接口、定时器和中断控制器组成。(2)人机界面。数控系统的人机界面包括以下四个部分：键盘：用于加工程序的编程和参数输入。(2)显示器：用于显示程序、数据、处理信息等。操作面板：用于操作机床。手动脉冲发生器：机床的运动由手控制。华中数控系统操作面板、广州数控系统操作面板、手动脉冲发生器，以及(3)通信接口，通常数控系统都有标准的RS232C串行通信接口，因此连接外设和上位机非常方便。(4)进给轴控制界面，实现进给轴的位置控制包括进给速度控制、插补运算和位置闭环控制三个方面。插值方法分为参考脉冲法和数据采样法。参考脉冲法是将数控系统的每次插补结果以脉冲的形式提供给位置控制单元。这种插补方法进给速度和控制精度低，主要应用于开环数控系统。主轴控制界面，主轴S功能可分为三类：无级变速、有级变速和分段无级变速。当数控机床装有主轴驱动装置时，系统主轴控制接口的模拟输出可用于无级变速，否则需要MST接口实现无级变速。为了提高低速输出扭矩，现代数控机床大多采用分段无级变速。主轴位置反馈主要用于切线功能、主轴准停功能和主轴转速监控。6 MST控制界面。数控系统的MST功能通过开关输入/输出接口完成(除S模拟输出外)。将由数控系统执行的MST功能通过开关输出接口发送到高压箱，而来自机床和高压侧的信号通过开关输入接口发送到数控系统。由于MST功能开关量控制的复杂逻辑关系，在数控机床中广泛使用可编程控制器来实现MST功能。2。数控系统软件的组成，数控系统软件是为实现数控系统的各种功能而编制的专用软件，也称控制软件。一般由输入数据处理程序、插补计算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序组成。(1)输入数据处理程序，其接收输入部分处理程序，解码并处理由标准代码指示的处理指令和数据，并以指定的格式存储它们。2插补计算程序，数控系统符合(4)管理程序，负责调度和管理服务于处理过程的各种程序，如数据输入、数据处理、插值等。管理程序还处理由面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断。(5)诊断程序。诊断程序的功能是在程序运行过程中及时发现系统故障并指出故障类型。也可以检查系统的主要部件(中央处理器、存储器、接口、开关、伺服系统等)。)运行前或故障发生后功能正常，并指出故障位置。2.1.2在数控系统的工作过程中，零件程序的执行必须首先输入数控系统。伺服系统经过解码、数据处理、插补和位置控制后，执行数控系统输出的指令，驱动机床完成加工。部分程序、控制参数和补偿量等数据的输入可以采用多种形式，如光电阅读器、键盘、磁盘、与上位机连接的DNC接口、网络等。无论系统工作在MDI模式还是内存模式，解码都以一个程序段为单位处理零件程序，并解释各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)。)，处理速度信息(f码)和其他辅助信息(m、s、t码等)转换成计算机可以根据特定语法规则识别的数据形式，并以特定的数据格式存储在特定的存储单元中。在解码过程中，必须检查程序段的语法。如果发现语法错误，将立即发出警报。3。刀具补偿，包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常，数控系统设备的零件程序由零件轮廓轨迹编程，刀具补偿功能是将零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前，在比较好的数控系统设备中，被刀具补偿的工件还包括程序段之间的自动切换和过切判别，这就是所谓的数控系统刀具补偿。4。进给速度加工，编程给定刀具运动速度，是各坐标速度的合成方向。速度处理的第一个任务是根据合成速度计算每个运动坐标的子速度。插值的任务是用给定的起点和终点在曲线上“加密数据点”。插值程序在每个插值周期运行一次。在每个插值循环中，根据指令进给速度计算微小的直线数据段。通常，在几个插值周期之后，插值处理程序段轨迹，即完成从程序段开始到结束的“数据点加密”。6.位置控制。位置控制位于伺服回路的位置环上。这部分工作可以通过软件或硬件来实现。它的主要任务是比较每个采样周期的理论位置和实际反馈位置，并利用其差值来控制伺服电机。在位置控制中，为了提高机床的定位精度，通常要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的俯仰误差补偿和反向间隙补偿。7。输入输出处理主要处理数控系统设备面板开关信号和机床电信号(如换刀、换挡、冷却等)的输入、输出和控制。)。8。显示，数控系统的显示主要是为操作者提供方便，显示装置有阴极射线管显示器或液晶数字显示器，一般位于机床的控制面板上。通常有零件程序显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警信息显示等。9。诊断、检查和定位系统中的异常情况，包括在线诊断和离线诊断。2.2数控系统的分类、性能指标和功能，2.2.1数控系统的分类就系统硬件和软件的组成和结构形式而言，当今世界上各种数控系统大致可分为以下四种类型：1。传统的专用数控系统，这种数控系统的硬件是由数控系统制造商自己开发的，具有很强的专用性，经过长时间的使用，其质量和性能但是，由于采用完全封闭的体系结构，往往存在以下缺点：用户的应用、维护和操作人员培训完全依赖于数控系统的制造商，系统维护成本相对较高；(2)系统功能的扩展和更新完全取决于公司的技术水平，周期较长；(3)大量商用的廉价通用软件和硬件不能用于特殊的数控系统，且功能相对单一。2。PC嵌入式数控结构的开放式数控系统，这种数控系统与传统的专用数控系统相比，结构具有一定的开放性，功能非常强大，但系统软硬件结构非常复杂，系统价格也非常昂贵，一般中小型数控机床制造商没有经济能力购买。3.数控系统嵌入到一个开放式的计算机数控系统中。该数控系统的硬件部分由一个开放式运动控制卡和一台PC机组成，具有很强的运动控制和PLC控制能力。开启性能更好，便于功能改进。系统的控制功能主要由运动控制卡实现。当机床硬件发生变化时，只需修改控制软件的相应部分，系统的性价比也较高，能够满足大多数数控机床制造商的需求。4。全软件开放式数控系统，这是一种最新的开放式数控系统，所有数控功能(包括插补、位置控制等)。)都是通过计算机软件实现的。与以前的数控系统相比，全软件开放式数控系统具有最高的性价比和最大的生命力。2.2.2数控系统的功能，1。控制轴数和联动轴数数控系统设备可以控制的轴数和可以同时控制(即联动)的轴数是其主要性能之一。控制轴的数量表示数控系统可以控制的坐标轴的最大数量，包括移动轴和旋转轴。2。准备功能，也称为G功能，用于指示机床操作模式，包括基本运动、程序暂停、平面选择、坐标设置、刀具补偿、参考点返回、固定周期、公制/英制转换等。3。插值函数。插补功能是指数控机床能够实现的线性能力，如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、正弦曲线等。机床的插补功能越强，可以加工的轮廓种类就越多。4。进给功能，进给功能包括快速进给(空行程)、切割进给、手动连续进给、点动进给、进给速度调节(放大开关)、自动加减速功能等。5。主轴功能。主轴功能可实现恒速、恒线速度、方向停止和速度调节(放大开关)。恒定线速度意味着主轴自动改变速度，以保持刀具到工件切割点的线速度不变。主轴方向挡块及其圆周精确定位。6。刀具功能、自动刀具选择和自刀具功能指的是动态刀具更换。7.刀具补偿，包括刀具位置补偿、半径补偿和长度补偿。半径补偿是对刀尖半径和铣刀半径的补偿。长度补偿是指铣床和加工中心对刀具长度沿加工深度方向变化的补偿。8.机械误差补偿，这意味着系统可以自动补偿机械传动部件间隙引起的误差。9。操作功能：数控机床通常具有单程序段执行和跳转段执行、试运行、图形模拟、机械锁定、暂停和紧急停止功能，有些还具有软件操作功能。10。程序管理功能。程序管理功能是指检索、编译、修改、插入、删除、重命名、锁定、在线编辑，即后台编辑(执行自动处理时的编辑)和程序存储通信等。处理程序的。11岁。图形显示功能，图形显示功能是用显示器(CRT)进行二