数控机床控制系统设计_图文

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

2、行。 1主传动系统:为了获得高精度就必须要有高稳定性,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

3、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

4、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。

5、 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

6、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

7、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 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

8、(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×

9、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 PLC (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、

10、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?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

11、.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

12、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

13、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 全系列产品,型号齐全,价格低:高速计数 器、光纤传感器、

14、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, 而不是直接检测工作台

15、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。 针对

16、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

17、其额定转速以内输出额定转矩,在额定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

18、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。 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