《智能制造基础与应用》2.5 数字化控制

智能制造基础与应用高等职业教育“十三五”规划教材

*智能制造基础与应用

第二章智能制造数字化基础第二节数字化设计与仿真第三节数字化工艺第四节数字化加工与装配第五节数字化控制第六节数字化生产管理第七节数字化远程维护第一节概述数字化控制5第五节

*智能制造基础与应用一、计算机数控系统（CNC系统）概述1.数控系统的组成CNC系统主要由硬件和软件两大部分组成。其核心是计算机数字控制装置。它通过系统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求进行自动加工。

*智能制造基础与应用2.CNC系统的功能CNC系统由于现在普遍采用了微处理器，通过软件可以实现很多功能。数控系统有多种系列，性能各异。数控系统的功能通常包括基本功能和选择功能。控制功能

准备功能插补功能进给功能主轴功能辅助功能刀具功能补偿功能字符、图形显示功能自诊断功能通信功能人机交互图形编程功能系统功能

*智能制造基础与应用3.CNC系统的一般工作过程（1）输入输入CNC控制器的通常有零件加工程序、机床参数和刀具补偿参数。（2）译码把其中零件的轮廓信息按一定的语法规则解释（编译）成计算机能够识别的数据形式。（3）刀具补偿刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。（4）进给速度处理数控加工程序给定的刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合成运动方向上的速度。（5）插补曲线上自动进行“数据点密化”。（6）位置控制将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用其差值控制进给电动机。（7）I/O处理实现CNC与机床之间的信息传递和变换。（8）显示有零件程序的显示、参数的显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警信息显示等。

*智能制造基础与应用二、伺服系统1.基本概念伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说C装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。伺服系统一般由伺服电机、驱动信号控制转换电路、电子电力驱动放大模块、位置调节单元、速度调节单元、电流调节单元、检测装置。

*智能制造基础与应用2.对伺服系统的要求（1）精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。包括定位精度和轮廓加工精度。（2）稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。（3）快速响应快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。（4）调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。0～24m/min。（5）低速大转矩进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。

*智能制造基础与应用3.伺服系统的分类（1）按调节理论分类开环伺服系统

*智能制造基础与应用半闭环伺服系统

*智能制造基础与应用闭环伺服系统

*智能制造基础与应用（2）按使用的执行元件分类a.电液伺服系统执行元件：电液脉冲马达和电液伺服马达。优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳。缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。b.电气伺服系统执行元件：伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机）优点：操作维护方便，可靠性高。（3）按被控对象分类a.进给伺服系统指一般概念的位置伺服系统，包括速度控制环和位置控制环。b.主轴伺服系统只是一个速度控制系统。（4）按反馈比较控制方式分类a.脉冲、数字比较伺服系统b.相位比较伺服系统c.幅值比较伺服系统

*智能制造基础与应用三、案例分析1.FANUC数控系统的发展历史列表年代系统的种类控制轴数/联动轴数伺服的种类应用情况1976年FS-5FS-7POWERMATE系列F200C，F330D

DC伺服电机

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伺服电机（模拟控制）

1985年FS0系列4/4一般机械小型机械经济型机械1987年FS15系列24/16AC伺服电机

（数字控制）高精度机床复合机械五面体加工机1990年FS16系列8/6高性能机械五面体加工机1991年FS18系列6/4高性能机械1992年FS20系列4/3

1993年FS21系列5/4高性能机械一般机械1996年FS16i系列8/6高性能机械五面体加工机一般机械FS18i系列8/418iMB58/5FS21i系列5/41998年FS15i系列24/24高精度复合机械五面体加工机2001年FS0i-A系列4/4一般机械小型机械经济机械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高精度复合机械五面体加工机生产线31i20/1232i9/5

*智能制造基础与应用2.常见FANUC数控系统FANUC0-C/0-D系列FANUC16/18/21系列FANUC16i/18i/21i系列FANUC0i-A

*智能制造基础与应用FANUC0i-BFANUC0imate-BFANUC0i-CFANUC30i/31i/32i系列

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