数控机床控制系统设计

1、 TDNC150数控机床控制系统输入输出装置的主要作用是输入程序和数据、打印和显示。数控机床是严格按照外部输入的加工程序完成自动加工的。加工程序是用字母、数字和其他编码指令表示的程序，是按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，它包括零件加工的轨迹(如几何尺寸、几何形状等)、工艺信息(如进给速度、主轴转速等)及开关命令(如换刀、冷却液开或关等)。加工程序常常记录在各种信息载体上，这些载体可以是穿7L带、磁带、磁盘等。输入装置是将程序载体上的数控代码转换成相应的电脉冲信息，传送并存人数控装置内。输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。1主传动系统：为了获得高精度就必须要有

2、高稳定性，高精确度，采用无极变速，减少传动机构；用交流伺服主轴电机，通过具有高精度，减震性能的同步齿形带带动主轴运动。2进给传动系统：为了满足进给运动时，被加工工件的最终位置的精确度和轮廓精度，此进给传动系统必须具备高传动精度，高灵敏度和搞稳定性，所以横向、纵向进给采用性能优良的交流伺服电动机直接驱动。主运动变速采用变频器来调速，实现无级变速。3传动元件选用滚珠丝杠螺母副。此元件具有传动效率高，传动灵敏，摩擦力小且不易产生滑行，寿命较长，又有可逆性，轴向精度较高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程。4导轨副选用滚动直线导轨副。它具有一定承载能力，刚性好且有良良好导向精度。5刀架选用制

3、动回转刀架。6电机与丝杠的联接方式采用联轴器联接，此联接方式既有较大的扭转刚度，而且能补偿因同轴度及垂直误差引起的干涉现象，能过简化结果，减少噪音，消除传动间隙，减少中间环节带来的传动误差，提高传动刚度控制电路如图所示BK系列机床控制变压器(以下简称变压器)在BK系列控制变压器基础上，我公司技术研发部门经过多年来进一步吸收国内外同类产品的优点，采用先进工艺和严谨设计进行制造，并优选国外先进方法的接线端子，具有性能优良、工作可靠、耗能低、体积小、接线安全，适用性广等特点，是一种理想的变压电源。适用于5060Hz，额定电压不超过1000V的交流 电路中，作为机床和机械设备的控制电源，工作

4、照明及信号灯电源；也可作为小型动力电源使用。BK变压器按结构可分为壳式，按安装方式可分为立式BK150变压器是用来控制接触器和电磁阀的 线圈电压为220V用途及概况RDK（BK）系列控制变压器是在国内BK系列控制变压器基础上，经过多年来进一步吸收国内外同类产品的优点，采用先进工艺和严谨设计进行制造，并优选国外先进方法的接线端子，具有性能优良、工作可靠、很低、体积小、接线安全、适用性广等特点，是一种理想的变压电源。本公司RBK变压器获国家专利产品称号。RDK（BK）系列控制变压器（以下简称变压器），适用于5060Hz，额定电源电压不超过1000V的交流电路中，作为机床和机械设备的控制电源，工作照

5、明及信号灯电源；也可作为小型动力电源作用。二、工作环境使用条件1、海拔高度不超过2000m；2、最高环境温度为+40，最高月平均气温不大于+30，年平均气温不大于+20；3、空气相对湿度不大于95%；4、环境空气中,不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体或尘埃;使用中,不得使变压器受到水、雨、雪的侵蚀；5、电源电压波形近似于正弦波。注意事项：1、购买前，先估算好您所用的电器总容量，并选用有相当容量的变压器，确保瞬时起动时不烧坏变压器。2、本变压器严格按国家有关标准设计生产。当您使用多绕组（多控制电压）的变压器时，容量应按电压比相应增加变压器容量，以免烧坏变压器。3、安装前，应仔细校核铭牌所列各项数

6、据是否符合您的要求，确认无误后，方可安装使用。4、通电工作后，变压器铁心和线圈将发热（但温升不超过80）属正常现象，若温升超过80，甚至冒烟，则应切断电源开关，重新检查您所用的电器容量。5、在运输中，应尽可能避免碰撞，切勿受潮，使用时，请注意维护，以保护变压器使用寿命这是数控机床控制系统的核心。其余各部分都由该装置发出指令，并根据接收各部分的反馈信号，按照情况发出新的指令。目前，数控装置采用的是数字计算机，数控软件是一种特殊的操作系统，是用于机床实时控制的操作系统。数控系统的特性主要表现在软件的不同可编程序接口 该部分用来实现机床的强电控制，也就是执行数控装置发出的T功能(选刀与换刀

7、)和(辅助)功能。步进电机参数用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。特征与用途外径60，厚度25，电源电压5V。分辨率有25P/R,50P/R,50P/R,100P/R等可选，输出信号为A、B两相。滚针与齿轮结合定位，转动手感好，齿轮经久耐用，抗干扰能力强，可长距离传输。多种输出电路可选（L驱动器输出，E电压输出），出线方式为接线端子后出。适用于数控机床、印刷机械零位补正和信号分割等行业。超薄型设计，适用于手动操作的数控机床。分辨率有25P/R、50P/R与100P/R。薄型、体轻、手感极佳。有多种电子输出方式供选用。NC设备中可长期可靠运行。输出信

8、号为A、B相。用于数控机床零位补正和信号分割。一:增量型旋转编码器，AB两相或ABZ三相。通过旋转的光栅盘和光耦产生可识别方向的计数脉冲信号。400P/R-400脉冲每转。DC5-24V供电。最大机械转速6000转/分，响应频率：0-20KHz；二:编码器主体尺寸：38×35.5mm；轴6×13mm；轴外止动平台为：高5mm，20mm；固定空为：三个3mm螺丝孔成120度分布或六个3MM螺丝孔成60度分布，到圆心距离为14mm；三 :AB两相输出矩形正交脉冲，电路输出为NPN集电极开路输出型，此种输出类型可以和带内部上拉电阻的单片机或者PLC直接相连，如51单片机或者三菱P

9、LC（PLC的输入方式应为开关接到0V起作用），注意：如果编码器不接到设备上无法直接示波器示波（集电极开路输出在没有上拉电阻的时候，是没有电压输出的）如要示波请在AB两相输出上加上两个上拉电阻；四:用于测量物体的旋转速度、角度、加速度及长度测量。五: 适用于各种位移变化测量的智能控制、全自动定长自动铡皮机、钢筋定长裁剪控制器、民用的测身高人体秤、大学生比赛用机器人等。六 : 具有体积小、重量轻，安装方便，性价比极高的显著优点。七 :A相，B相，Vcc正电源，V0地，屏蔽线。接线颜色产品铭牌上有明确标注。八：AB两相输出一定不要直接接VCC，否则，会烧输出三极管。增量旋转编码器选型有哪些注意事项

10、？ 应注意三方面的参数：1 械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积；工作环境防护等级是否满足要求。2 分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。3电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式)，电压输出(E)，集电极开路(C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出)，长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。如何使用增量编码器？ 1，增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，数目从6到5400或更高，脉冲数越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。2，增量型编码器通常有三

11、路信号输出(差分有六路信号)：A,B和Z，一般采用TTL电平，A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差90度，每圈发出一个Z脉冲，可作为参考机械零位。一般利用A超前B或B超前A进行判向，我公司增量型编码器定义为轴端看编码器顺时针旋转为正转，A超前B为90°，反之逆时针旋转为反转B超前A为90°。也有不相同的，要看产品说明。3，使用PLC采集数据，可选用高速计数模块；使用工控机采集数据，可选用高速计数板卡；使用单片机采集数据，建议选用带光电耦合器的输入端口。4，建议B脉冲做顺向(前向)脉冲，A脉冲做逆向(后向)脉冲，Z原点零位脉冲。5，在电子装置中设立计数栈。接触器是指供电中利

12、用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他电力负载，如电热器，电焊机，照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大。适用于频繁操作和远距离控制Autonics PS17-5DN （奥托尼克斯）接近开关！接近开关是最常用的无接触检测的解决方案。最常用的接近传感器是电感型的，即通过电磁波，来感应经过传感器检测面附近的金属物体；在实际应用中，这是一种针对于一到二英寸金属物体检测的非常简单的应用技术。AUTONICS(奥托尼克斯) 全

13、系列产品，型号齐全，价格低：高速计数器、光纤传感器、转速表、线速表、光电开关、接近开关、计时器、PID温控器、电压表、电流表，光电传感器，微型光电传感器，连接器、反射板，光纤，旋转编码器（绝对型）（增量型），LCD计数器，数显计时/计数器，预算计数器，模拟计时器，数显计时器，LCD计时器，插头，插座，LCD转速表，线速度表，显示单元，面板表，多用面板表等.AUTONICS奥托尼克斯接近开关型号伺服系统 伺服驱动系统分为开环、半闭环、闭环驱动。该系统采用半闭环控制，这类伺服系统的位置检测点是从驱动电机（常用交直流伺服电机）或丝杠端引出，通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量

14、，而不是直接检测工作台的实际位置。由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。另外，由于在位置环内各组成环节的误差可得到某种程度的纠正，而位置环外的各环节如丝杠的螺距误差、齿轮间隙引起的运动误差均难以消除。因此，其精度比开环要好，比闭环要差。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高。 TDNC-1500数控车床可以采用交直流伺服驱动系统。直流电机结构复杂、成本高、对其他设备易产生干扰。这些问题的存在，限制了直流伺服系统在高精度、高性能要求伺服驱动场合的应用。

15、针对直流电动机的缺点，人们一直在努力寻求以交流伺服电动机取代具有机械换向器和电刷的直流伺服电动机的方法，以满足各种应用领域，尤其是高精度、高性能伺服驱动领域的需要。交流伺服系统除了具有稳定性好、快速性好、精度高的特点外，与直流伺服电机系统相比有一系列优点：交流电机不存在换向器圆周调速限制，也不存在电枢元件中电抗电势数值限制，其转速限制可以设计得比相同功率的直流电机高；调速范围宽，目前大多数的交流伺服电机的变速比可以达到1:5000，高性能的伺服电机的变速比已达1:10000以上。满足数控机床传动调速范围宽、静差率小的要求；矩频特性好，交流电机为恒力矩输出，即在其额定转速以内输出额定转矩，在额定

16、转速以上为恒功率输出。并且具有转矩过载能力，可克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。满足机床伺服系统输出转矩大、动态相应好、定位精度高的要求。综上所述选择交流伺服驱动系统PLC在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和NC 之间没有多余的导线连接, 增加了

17、系统的可靠性, 而且NC 和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。数控系统一般都采用这种形式的PLC。PLC在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑, P

18、LC 和NC 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且NC 和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。数控系统一般都采用这种形式的PLC。进给驱动 自80年代以来，随着电子电力等各项技术的发展，特别是现代控制理论的发展，在矢量控制算法方面的突破，原来一直困扰着交流电动机的问题得以解决，交流伺服发展地越来越快。交流伺服系统除了具有稳定性好、快速性好、精度高的特点外，与直流伺服电机系统相比有一系列优点:交流电机不存在换向器圆周调速限制，也不存在电枢元件中电抗电势数值限制，其转速限制可以设计得比相同功率的直流电机高；调速范围宽，目前大多数的交流伺服电机的