数控机床控制系统介绍和数控机床编程及加工

第3章数控机床控制系统3.1数控系统概述3.2机床常用数控系统3.3数控机床PMC3.4数控机床的强电控制系统3.5数控机床故障的判定

3.1数控系统概述数控系统性能的优劣决定了数控机床加工效率、成形精度和运行的稳定性。数控系统可以控制机床实现二轴、三轴或多轴联动加工。加工中心与普通数控机床的区别在于有无刀库和自动换刀装置。3.1.1数控系统的计算机功能1．具有与计算机网络进行通信和联网的功能2．实现远程控制的功能3.1.2数控系统的高效加工功能1．自动原点补偿数控机床自身携带的专用位置检测工具对工件的侧边进行定长扫描（可以自动或手动），以扫描后诸点的拟合直线作为数控机床水平面内的X坐标轴的方向，数控机床的绝对坐标系同时以X轴为准进行粗加工前的位置补偿。2．高阶曲线插补通过程序段预读（1000段或更多）的方式，将折线重新拟合为曲线，数控系统以此曲线加工轨迹控制刀具的运动。3．刀具磨损补偿值记忆根据刀具的使用时间按照预定的补偿量对刀具直径和刀具的长度进行补偿。4．区域加工功能根据工序余量的特点，在加工区域中设置任意多个特定要求的加工区域，每个区域的切削参数不同。5．切削异常检出功能及寿命控制在数控系统中设置每一把刀具在正常状态下用额定切削用量工作的切削负荷。当切削负荷增加到一定程度时，数控系统会认为刀具磨损严重需要更换刀具。刀具寿命控制功能，即数控系统允许设置每一把刀具的最佳工作寿命，达到工作时间不管刀具的工作状态如何均进行刀具的自动更换。3.2机床常用数控系统3.2.1SIEMENS数控系统SINUMERIK840D共设置有10个数控通道，具有同时处理10组加工数据的能力；最多可控制24个NC轴和6个主轴。标准配备的以太网接口具有很强的通信功能。3.2.2FANUC数控系统FANUC16/18系列数控系统具有多主轴、多控制轴控制功能，数控铣床可以构成具有三轴联动和五轴联动功能的加工中心；具有与计算机联网组成柔性制造系统的能力。开发有存储卡在线DNC加工功能。FANUC数控系统及伺服系统采用3×220V、50Hz交流电源标准。3.3数控机床PMC3.3.1PMC概述PMC又称为数控机床内置式PLC，是对数控系统功能进行的二次开发。NC模块、PMC模块在数控系统中的关系如图3.3所示。

图3.3NC模块、PMC模块在数控系统中的关系3.3.2数控机床PMC的动作要求①具有加工中心的基本控制功能；②具有刀库管理和自动换刀控制功能；③具有双工作台交换功能；④具有工作台定角度分度定位控制功能；⑤具有故障诊断、显示和报警功能。在操作界面上加工中心的PMC功能可以分为两部分：报警功能部分和动作功能部分。在拟定动作功能时，应尽可能多的考虑执行该动作的安全限制条件，使特定的动作能安全、高效、顺利进行，这些限制条件应覆盖包括国家安全、劳保等法规所规定的限制条件。3.3.3PMC程序总体结构1．模块化的PMC软件开发思想每一个模块完成特定的功能。每一个子模块都可以在NC的人—机接口PLC参数设置栏中设置开关条件。2．PMC软件的总体结构（1）头文件PMC程序所需要的基本规范和数学定义等称为头文件（2）变量声明接口、变量等定义定义PMC的输入点定义PMC的输出点动作停留时间的长短、位移的距离、运动的速度等等。约定：如果参数用以表示时间，其单位时间为1/512s；如果参数用以表示长度，其单位长度为1/1000mm；如果参数用以表示速度，其单位为mm/min。（4）PMC软件组成PMC软件分为初始化、运行和关闭三个组成部分。3．加工中心的基本功能程序段加工中心的基本功能包括轴运动控制、手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准停、手动调整操作面板的管理等功能。（1）工作方式转换程序段（2）主轴速度修调3.3.4PMC典型子模块举例Z轴去换刀位；主轴准停；刀库前进；Y轴去换刀位；X轴去换刀位；松刀吹气；主轴还刀后刀库退回；计算最短选刀路径；启动刀盘旋转；刀库前进；主轴抓刀；X轴去刀库安全返回位；主轴抓刀后刀库退回；解除主轴准停。3.4数控机床的强电控制系统

合适的强电控制系统，使它能够接受数控系统发出的弱电信号，并将弱电信号放大后去控制强电设备的运转。同时，数控机床工作时的各种信号又可以用合适的电平回馈给数控系统。强电系统在设计时应充分考虑避免外界干扰信号的侵入和数控机床本身强电元件起动和停止时可能产生的干扰。对外界干扰信号（如：大型动力机械起动、电弧焊机焊接时等）采取隔离变压器或自动交流稳压器进行处理可以取得良好的效果；对于强电系统内部接触器吸合等产生的干扰信号，使用浪涌抑制元件可以消除其影响；对于数控系统通信使用的控制信号电缆使用单端或两端接地的方式可以有效消除电磁波的干扰；数控机床的控制柜一定要良好接地使其能够良好屏蔽外部的电磁干扰信号；在控制柜内部的数控系统和伺服驱动系统等运动控制系统也应采取良好的接地措施。3.4.1加工中心PMC的I/O点进入PLC逻辑控制的信号如下。1．PLC与第二操作面板间的连接信号2．PLC与手轮之间的连接信号3．PLC与手动操作面板间的连接信号4．PLC与机床主体之间的连接信号5．PLC与各轴驱动单元之间的连接信号6．其他信号3.5数控机床故障的判定

故障可以分为数控系统故障、伺服系统故障、液压系统故障和机械系统故障等几种，数控系统的故障通常由数控系统自身的逻辑处理程序直接处理。坐标轴伺服系统或主轴驱动系统通常在制造时也设置了几十甚至上百的故障信息。在液压系统和机械系统等系统内部，设置有许多保证系统稳定正常运转的传感器，如：接近开关、温度传感器、力传感器、振动传感器以及过电压、过电流、缺相等检测元件。数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指令有程序段号和若干个指令代码组成，指令代码在程序段中的位置可以是任意的，同组指令在同一程序段中不能重复使用；最后一个程序段由指令代码M02作为程序结束标志。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍

在运行加工程序之前，必须通过参数设置对机床和刀具进行调整，使其与加工要求相符，这样才能正确地进行加工或模拟加工。OpenSoftCNC软件系统的参数主要有以下内容：①基本设置设置可修改的基本参数。②刀具设置设置刀具编号、类型和刀具补偿等参数。③轴参设置设置和查看坐标轴参数。④工件坐标设置设置G54—G59等工件坐标系的原点坐标。⑤PLC设置用于查看PLC缓冲区配置、PL