数控系统与综合连接学习教案.pptx

数控系统与综合数控系统与综合(zngh)连接连接第一页，共30页。一、数控机床一、数控机床一、数控机床一、数控机床(sh(sh kn j chun)kn j chun)概述概述概述概述1 1、什么叫数控机床？、什么叫数控机床？、什么叫数控机床？、什么叫数控机床？数控机床（数控机床（数控机床（数控机床（Numerical Control Machine ToolsNumerical Control Machine Tools）是指采用）是指采用）是指采用）是指采用数字形式信息数字形式信息数字形式信息数字形式信息(xnx)(xnx)控制的机床。详言之，凡是用数字化的代控制的机床。详言之，凡是用数字化的代控制的机床。详言之，凡是用数字化的代控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。第1页/共30页第二页，共30页。2 2、数控机床的三大控制对象（任务）、数控机床的三大控制对象（任务）、数控机床的三大控制对象（任务）、数控机床的三大控制对象（任务）(Control (Control tasks)tasks)进给运动：刀具或工作台的位置进给运动：刀具或工作台的位置进给运动：刀具或工作台的位置进给运动：刀具或工作台的位置(wi zhi)(wi zhi)及速度及速度及速度及速度 主运动：主轴无级调速主运动：主轴无级调速主运动：主轴无级调速主运动：主轴无级调速 辅助动作：开关动作辅助动作：开关动作辅助动作：开关动作辅助动作：开关动作第2页/共30页第三页，共30页。二、数控机床二、数控机床二、数控机床二、数控机床(sh kn j(sh kn j chun)chun)的组成的组成的组成的组成1 1、文字描述、文字描述、文字描述、文字描述加工程序加工程序加工程序加工程序 输入输入输入输入/输出装置输出装置输出装置输出装置 数控（数控（数控（数控（CNCCNC）装置）装置）装置）装置 伺服驱动装置伺服驱动装置伺服驱动装置伺服驱动装置 主轴主轴主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)驱动装置驱动装置驱动装置驱动装置 辅助控制装置辅助控制装置辅助控制装置辅助控制装置 反馈装置反馈装置反馈装置反馈装置 机床本体机床本体机床本体机床本体第3页/共30页第四页，共30页。2、方块图（、方块图（Block diagram）第4页/共30页第五页，共30页。3、工作、工作(gngzu)过程图示过程图示（Illustration）第5页/共30页第六页，共30页。4 4、工作过程描述、工作过程描述、工作过程描述、工作过程描述(Description)(Description)数控机床进行加工，首先数控机床进行加工，首先数控机床进行加工，首先数控机床进行加工，首先(shuxin)(shuxin)必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编制成数控加工程序和格式编制成数控加工程序和格式编制成数控加工程序和格式编制成数控加工程序(编程编程编程编程)；并用适当的方法将加工程序输入数控系统（输入）；并用适当的方法将加工程序输入数控系统（输入）；并用适当的方法将加工程序输入数控系统（输入）；并用适当的方法将加工程序输入数控系统（输入）；数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、规定有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、规定有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、规定有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量，各状态控制的进给方向和进给位移量，各状态控制的进给方向和进给位移量，各状态控制的进给方向和进给位移量，各状态控制的I/OI/O信号等。信号等。信号等。信号等。伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服系统正确、快速地跟随控制信息，执行机械运动（伺服输出）；系统正确、快速地跟随控制信息，执行机械运动（伺服输出）；系统正确、快速地跟随控制信息，执行机械运动（伺服输出）；系统正确、快速地跟随控制信息，执行机械运动（伺服输出）；同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信息反馈至数控系统，以保证位置控制精同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信息反馈至数控系统，以保证位置控制精同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信息反馈至数控系统，以保证位置控制精同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信息反馈至数控系统，以保证位置控制精度（反馈输入）。度（反馈输入）。度（反馈输入）。度（反馈输入）。总之，数控机床的运行在数控系统的控制下，处于不断地计算、输出、反馈等控制过总之，数控机床的运行在数控系统的控制下，处于不断地计算、输出、反馈等控制过总之，数控机床的运行在数控系统的控制下，处于不断地计算、输出、反馈等控制过总之，数控机床的运行在数控系统的控制下，处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。第6页/共30页第七页，共30页。三、数控机床三、数控机床三、数控机床三、数控机床(sh kn j(sh kn j chun)chun)的各组成部分的各组成部分的各组成部分的各组成部分1 1、数控机床、数控机床、数控机床、数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)控制系统连接示意图控制系统连接示意图控制系统连接示意图控制系统连接示意图第7页/共30页第八页，共30页。2 2、各组成部分作用、各组成部分作用、各组成部分作用、各组成部分作用1 1）、加工程序）、加工程序）、加工程序）、加工程序(NC program)(NC program)programprogram程序：用数控语言程序：用数控语言程序：用数控语言程序：用数控语言(yyn)(yyn)、按规定格、按规定格、按规定格、按规定格式表示的一套指令，其内容是零件的几何形状和工式表示的一套指令，其内容是零件的几何形状和工式表示的一套指令，其内容是零件的几何形状和工式表示的一套指令，其内容是零件的几何形状和工艺描述。由若干程序段（艺描述。由若干程序段（艺描述。由若干程序段（艺描述。由若干程序段（blockblock）构成。）构成。）构成。）构成。第8页/共30页第九页，共30页。2 2、输入、输入、输入、输入/输出输出输出输出(shch)(shch)装置装置装置装置(Input/Output unit(Input/Output unit）早期：纸带阅读机早期：纸带阅读机早期：纸带阅读机早期：纸带阅读机/纸带穿孔机纸带穿孔机纸带穿孔机纸带穿孔机现代：现代：现代：现代：直接由操作人员通过手动数据输入（直接由操作人员通过手动数据输入（直接由操作人员通过手动数据输入（直接由操作人员通过手动数据输入（MDIMDI）键盘）键盘）键盘）键盘输入零件程序，并且通过输入零件程序，并且通过输入零件程序，并且通过输入零件程序，并且通过CRTCRT给操作者提供信息；给操作者提供信息；给操作者提供信息；给操作者提供信息；软驱、软驱、软驱、软驱、FLASHFLASH卡、卡、卡、卡、USBUSB接口接口接口接口采用通信方式进行零件程序的输入采用通信方式进行零件程序的输入采用通信方式进行零件程序的输入采用通信方式进行零件程序的输入/输出输出输出输出(shch)(shch)。第9页/共30页第十页，共30页。3 3、数控装置、数控装置、数控装置、数控装置(CNC unit)(CNC unit)根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处理根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处理根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处理根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入（如运动轨迹处理、机床输入（如运动轨迹处理、机床输入（如运动轨迹处理、机床输入/输出处理等），然后输输出处理等），然后输输出处理等），然后输输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和和和和PLCPLC等），从而加工出需要的零件。等），从而加工出需要的零件。等），从而加工出需要的零件。等），从而加工出需要的零件。目前，数控装置采用的是数字计算机，包括硬件和软目前，数控装置采用的是数字计算机，包括硬件和软目前，数控装置采用的是数字计算机，包括硬件和软目前，数控装置采用的是数字计算机，包括硬件和软件件件件(run jin)(run jin)，且已实现，且已实现，且已实现，且已实现CNCCNC单元单元单元单元LCDLCD显示器一体化。显示器一体化。显示器一体化。显示器一体化。第10页/共30页第十一页，共30页。4 4、伺服驱动系统、伺服驱动系统、伺服驱动系统、伺服驱动系统(Servo drive)(Servo drive)将位置将位置将位置将位置(wi zhi)(wi zhi)指令转换成坐标轴的移动指令转换成坐标轴的移动指令转换成坐标轴的移动指令转换成坐标轴的移动 第11页/共30页第十二页，共30页。5 5、主轴、主轴、主轴、主轴(zhzhu)(zhzhu)驱动装置驱动装置驱动装置驱动装置 主轴主轴主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)驱动是速度控制系统，通常的调速范围为驱动是速度控制系统，通常的调速范围为驱动是速度控制系统，通常的调速范围为驱动是速度控制系统，通常的调速范围为100100：1 1。主轴主轴主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)驱动系统接收的指令，是数控装置输驱动系统接收的指令，是数控装置输驱动系统接收的指令，是数控装置输驱动系统接收的指令，是数控装置输出的代表某一速度的模拟电压值。出的代表某一速度的模拟电压值。出的代表某一速度的模拟电压值。出的代表某一速度的模拟电压值。补充：主轴补充：主轴补充：主轴补充：主轴(zhzhu)(zhzhu)的分类的分类的分类的分类 变频主轴变频主轴变频主轴变频主轴(zhzhu)(zhzhu)：变频器控制，误差较大：变频器控制，误差较大：变频器控制，误差较大：变频器控制，误差较大 主轴主轴主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)伺服主轴伺服主轴伺服主轴伺服主轴(zhzhu)(zhzhu)：闭环控制，精度好：闭环控制，精度好：闭环控制，精度好：闭环控制，精度好 模拟主轴模拟主轴模拟主轴模拟主轴(zhzhu)(zhzhu)：CNCCNC发送模拟量给主轴发送模拟量给主轴发送模拟量给主轴发送模拟量给主轴(zhzhu)(zhzhu)主轴主轴主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)串行主轴串行主轴串行主轴串行主轴(zhzhu)(zhzhu)：CNCCNC发送数字量给主轴发送数字量给主轴发送数字量给主轴发送数字量给主轴(zhzhu)(zhzhu)第12页/共30页第十三页，共30页。6 6、辅助控制装置、辅助控制装置、辅助控制装置、辅助控制装置(Miscellaneous unit)(Miscellaneous unit)主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（PLCPLC）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如的执行元件，诸如的执行元件，诸如的执行元件，诸如(zhr)(zhr)接触器、电磁阀等，从而实现数接触器、电磁阀等，从而实现数接触器、电磁阀等，从而实现数接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加工过程中的全部自动操作。控机床在加工过程中的全部自动操作。控机床在加工过程中的全部自动操作。控机床在加工过程中的全部自动操作。辅助装置的功能通辅助装置的功能通辅助装置的功能通辅助装置的功能通常用常用常用常用MM代码实现。代码实现。代码实现。代码实现。第13页/共30页第十四页，共30页。7 7、反馈装置、反馈装置、反馈装置、反馈装置(zhungzh)(Feedback unit)(zhungzh)(Feedback unit)今天绝大多数数控今天绝大多数数控今天绝大多数数控今天绝大多数数控 机床采用价位较低机床采用价位较低机床采用价位较低机床采用价位较低 的光电数字式旋转的光电数字式旋转的光电数字式旋转的光电数字式旋转 编码器编码器编码器编码器 直线光栅尺是高精度的直线光栅尺是高精度的直线光栅尺是高精度的直线光栅尺是高精度的测量轴运动的光电式测测量轴运动的光电式测测量轴运动的光电式测测量轴运动的光电式测量装置量装置量装置量装置(zhungzh)(zhungzh)。第14页/共30页第十五页，共30页。8 8、机床、机床、机床、机床(jchung)(jchung)本体本体本体本体(Mechanical part)(Mechanical part)立柱立柱立柱立柱 导轨导轨导轨导轨 工作台工作台工作台工作台 主轴箱主轴箱主轴箱主轴箱第15页/共30页第十六页，共30页。实例(shl)：FANUC0i系统的组成第16页/共30页第十七页，共30页。四、四、四、四、CNCCNC系统的组成系统的组成系统的组成系统的组成(z chn)(z chn)和接口和接口和接口和接口（一）、（一）、CNCCNC系统的基本组成系统的基本组成1.1.组成部分组成部分CNCCNC系统由数控程序、输入装置、输出系统由数控程序、输入装置、输出(shch)(shch)装置、计算机装置、计算机数控装置（数控装置（CNCCNC装置）、可编程逻辑控制器（装置）、可编程逻辑控制器（PLCPLC）、主轴驱动装）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。第17页/共30页第十八页，共30页。2.CNC2.CNC单元单元CNCCNC系统的核心是系统的核心是CNCCNC装置，由硬件和软件装置，由硬件和软件(run jin)(run jin)组成，软件组成，软件(run jin)(run jin)在硬在硬件的支持下工作。件的支持下工作。1 1）硬件：微处理器（）硬件：微处理器（CPUCPU）、存储器（）、存储器（ROMROM，RAMRAM）、输入输出（）、输入输出（I/OI/O）接口，数控）接口，数控专用接口和部件，即位置控制器、纸带阅读机接口、手动数据输入（专用接口和部件，即位置控制器、纸带阅读机接口、手动数据输入（MDIMDI）接口和）接口和显示（显示（CRTCRT）接口。）接口。第18页/共30页第十九页，共30页。2 2）CNCCNC装置的软件：是为了实现装置的软件：是为了实现CNCCNC系统各功能而编制的专用软系统各功能而编制的专用软件，称为系统软件。在系统软件的控制下，件，称为系统软件。在系统软件的控制下，CNCCNC装置对输入的加工装置对输入的加工(jigng)(jigng)程序自动进行处理，并发出相应的控制指令。系统软件由程序自动进行处理，并发出相应的控制指令。系统软件由管理软件和控制软件两部分组成。管理软件和控制软件两部分组成。第19页/共30页第二十页，共30页。3.3.数控系统的工作数控系统的工作(gngzu)(gngzu)过程过程第20页/共30页第二十一页，共30页。五、数控机床(shknjchun)伺服控制第21页/共30页第二十二页，共30页。闭环控制系统(xtng)的各组成环节第22页/共30页第二十三页，共30页。数控机床数控机床(shknjchun)(shknjchun)伺服控制方块图伺服控制方块图(Automatic(Automaticcontrolblockdiagram)controlblockdiagram)位置控制器速 度控 制器功 率放 大器伺 服电 动机指令位置实际位置编码器机床移动部件第23页/共30页第二十四页，共30页。开环(Open-loopcontrol)减速器减速器减速器减速器数控数控数控数控装置装置装置装置驱动驱动驱动驱动电路电路电路电路工作台工作台工作台工作台输入输入输入输入步进步进步进步进电机电机电机电机实际位置(wi zhi)无检测第24页/共30页第二十五页，共30页。全闭环(Fullyclosed-loopcontrol)X轴带直线(zhxin)光栅尺数控数控数控数控装置装置装置装置控制控制控制控制电路电路电路电路伺服伺服伺服伺服电机电机电机电机工作台工作台工作台工作台输入输入输入输入位置检位置检位置检位置检测元件测元件测元件测元件速度检速度检速度检速度检测元件测元件测元件测元件速度反馈速度反馈速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈位置反馈位置反馈第25页/共30页第二十六页，共30页。半闭环(Semi-closed-loopcontrol)数控数控数控数控装置装置装置装置控制控制控制控制电路电路电路电路伺服伺服伺服伺服电机电机电机电机工作台工作台工作台工作台输入输入输入输入速度检测元件速度检测元件速度检测元件速度检测元件速度反馈速度反馈速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈位置反馈位置反馈转角检测元件转角检测元件转角检测元件转角检测元件旋转编码器-滚珠(gnzh)丝杠构成测量系统第26页/共30页第二十七页，共30页。三种控制(kngzh)方式优缺点比较开环全闭环半闭环系统结构简单复杂，环路长一般，不包括传动部件控制精度低0.05mm高0.001mm较高0.01mm，但对于热变形、丝杠螺距误差、加工速度变化引起的误差无能为力稳定性稳定不稳定，不易调整系统稳定，易于调整价格便宜昂贵适中第27页/共30页第二十八页，共30页。课堂练习(Classroompractice)1.1.数控系统实质上是数控系统实质上是。A.A.显示屏显示屏B.B.计算机计算机C.C.操作台操作台2.2.伺服控制的主要目的是伺服控制的主要目的是。A.A.主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)转速的控制转速的控制B.B.机床工作台或刀具的位置控制机床工作台或刀具的位置控制C.C.刀具自动交换的控制刀具自动交换的控制3.3.数控车床回转刀架的选刀是数控车床回转刀架的选刀是控制。控制。A.A.主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)运动运动B.B.进给运动进给运动C.C.输入输入/输出输出4.4.数控机床工作台的位置控制是数控机床工作台的位置控制是控制。控制。A.A.主轴主轴(zhzhu)(zhzhu)运动运动 B.B.进给运动进给运动C.C.输入输入/输出输出5.5.数控机床的传动链较普通机床传动链数控机床的传动链较普通机床传动链。A.A.复杂复杂B.B.简单简单C.C.没区别没区别第28页/共30页第二十九页，共30页。课堂练习1.1.半闭环控制中，半闭环控制中，CNCCNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过精确控制电动机的旋转角度，然后通过(tnggu)(tnggu)传动机构，将角度转换成工作台的直线位移。传动机构，将角度转换成工作台的直线位移。2.2.开环伺服系统主要特征是系统内没有开环伺服系统主要特征是系统内没有装置。装置。3.3.数控机床控制系统包括了数控机床控制系统包括了、。4.4.进进给给伺伺服服系系统统是是以以 为为控控制制量量的的自自动动控控制制系系统统，它它根根据据数数控控装装置置插插补补运运算算生生成成的的 ，精精确确地地变变换换为为机机床床移移动动部部件件的的位位移移，直直接接反反映映了了机机床床坐坐标标轴轴跟跟踪踪运运动动指指令令和实际定位的性能。和实际定位的性能。5.5.闭环和半闭环控制是基于闭环和半闭环控制是基于原理工作的。原理工作的。6.6.无无论论是是半半闭闭环环还还是是闭闭环环进进给给系系统统，都都要要求求传传动动部部件件刚刚度度好好、间间隙隙小小。在在 系系统统中中，传传动动部部件件的的间间隙隙直直接接影影响响进进给给系系统统的的定定位位精精度度；在在 系系统统中中，传传动动部件的间隙影响进给系统的稳定性。部件的间隙影响进给系统的稳定性。第29页/共30页第三十页，共30页。