whhit数控技术-201功能分析.ppt

1、第2章 计算机数控（CNC）系统,1,2.1 数控技术的功能分析 2.2 自动编程技术 2.3 运动轨迹控制 2.4 现代数控的插补技术 2.5 现代数控技术的体系结构,2.1 数控技术的功能分析,2,2.1.1 数控的基本思想 2.1.2 数控系统的组成分类 2.1.3 数控系统的工作原理,2.1.1 数控的基本思想,3,数控装置,控制信息,伺服系统,辅助系统,机床,用控制信息通过一系列环节控制机器的运动，使机器精确地实现预定的位置和轨迹。以增强灵活性和适用性。,4,5,2.1.2 计算机数控系统组成分类,6,2.1.2.1 计算机数控系统的组成,1.操作面板,7,是操作人员与数控装置进行信

2、息交流的工具。 组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。 它是数控机床特有部件。,2.输入输出装置,8,可以通过多种方式获得数控加工程序: 软驱 现已较少使用 MDI（Manual Data Input）方式 USB接口 RS232C接口 DNC接口 存储卡 未来会广泛使用 以太网,3.计算机数控装置,9,组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。,4.伺服驱动与检测装置,10,伺服单元和驱动装置： 主轴伺服

3、单元和主轴电机 进给伺服单元和进给电机 检测装置： 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用： 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令； 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）； 主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）。,5.PLC、机床I/O装置,11,PLC、机床I/O电路和装置 -PLC (Programmable Logic Controller) 用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制； -机床I/O电路和装置 实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）; -功能 接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并

4、转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。,2.1.2.2 数控系统的分类,12,1.按运动控制方式分类,13,1)点位控制 (Point to Point Control Systems),仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。,1,直线控制,14,2)直线控制：(Line Control Systems) 不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台

5、或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45角的方向进行直线移动和切削加工。,轮廓控制,15,3)轮廓控制 (Contouring Control Systems) 对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。,2.按联动轴数分类,16,1)两坐标加工,2)二轴半或三坐标加工,3)四坐标加工,4)五坐标加工,17,1)开环控制 (Open-Loop Servo-Drive),特点: 没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜, 精度不高。,电机,机械执行部件,A相、B相 C

6、相、,f、n,CNC 插补指令,脉冲频率f 脉冲个数n 换算,脉冲环形分配变换,功率放大,3.按伺服系统方式分类,18,步进电机,步进电机,开环控制-步进电机,19,2)半闭环控制(Half-Closed-Loop Servo-Drive),速度控制,电路,工作台,伺服电机,位置比较,电路,指令脉冲,速度反馈,位置反馈,检测元件,特点：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部；不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。,半闭环控制,20,交流伺服电机,半闭环控制-码盘,21,3)闭环控制(Closed-Loop Servo-Drive ),

7、特点：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。,闭环控制,22,光栅尺,光栅尺,闭环控制-光栅尺,23,步进电机、开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴及以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10m/min以下。,1)经济型,2)普及型,伺服电机、半闭环驱动，4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1m，进给速度为1524m/min，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户

8、的宏程序功能。,3)高档型,伺服电机、闭环驱动，并开始采用直线电机，实现5轴以上联动，脉冲当量为0.11m，进给速度达40m/min以上。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。 大机床,4.按功能水平分类,24,分为：,普通数控机床 加工中心,金属切削数控机床 金属成形数控机床 特种加工数控机床,或分为：,5.按工艺方法分类,25,普通车床,普通铣床,普通数控车床铣床,26,主要内容,车削加工中心,铣削加工中心,车铣削加工中心,27,主要内容,磨 削,滚齿磨齿,28,主要内容,（慢走丝）线切割,慢走丝线切割,29,主要内容,激光切割加工,激光切

9、割,30,主要内容,水刀切割,水刀切割,2.1.3 数控系统的工作原理,31,2.1.3.1数控加工与传统加工的比较,传统加工,数控加工,32,工艺处理,加工图纸,数学处理,编程手册,数控编程,程序仿真,输 入 装 置,加工程序,毛坯或半成品,数 控 系 统,数控机床,程序编制,成品,译码 、数据处理、插补、伺服驱动,N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;,2.1.3.2数控加工零件的过程,33,2.1.3.3数控加工中数据转换过程,34,1.译码(Decode) 译码程序的主要功能是将用文本格式（通常用ASCII码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换

10、成刀补处理程序所要求的数据结构（格式）。 该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。,N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;,010 01011 00010111 110101110 10101100 00011101;,译码,35,2. 刀补处理(计算刀具中心轨迹) 用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的程序。,刀补,36,3. 插补计算 本模块以系统规定的插补周期t定时运行，它将由各种线形（直线，园弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在t内位移指令（X1、Y1、），并送给进给伺服系统，实现成形运动。,插补,37,4. PLC控制 PLC控制是对机床动作的“顺序控制”。即以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换