数控系统与综合连接-

模块1：数控系统与综合连接

课题1数控系统与接口

数控系统与综合连接第1页本章内容一、数控机床控制技术概述二、数控机床组成数控系统与综合连接第2页一、数控机床概述1、什么叫数控机床？数控机床（NumericalControlMachineTools）是指采取数字形式信息控制机床。详言之，凡是用数字化代码将零件加工过程中所需各种操作和步骤以及刀具与工件之间相对位移量等统计在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床刀具与工件相对运动，加工出所需要工件一类机床即为数控机床。

数控系统与综合连接第3页2、数控机床三大控制对象（任务）(Controltasks)进给运动：刀具或工作台位置及速度主运动：主轴无级调速辅助动作：开关动作数控系统与综合连接第4页二、数控机床组成1、文字描述加工程序输入/输出装置数控（CNC）装置伺服驱动装置主轴驱动装置辅助控制装置反馈装置机床本体数控系统与综合连接第5页2、方块图（Blockdiagram）数控系统与综合连接第6页3、工作过程图示（Illustration）数控系统与综合连接第7页4、工作过程描述(Description)数控机床进行加工，首先必须将工件几何数据和工艺数据按要求代码和格式编制成数控加工程序(编程)；并用适当方法将加工程序输入数控系统（输入）；数控系统对输入加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按要求有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本包含：各坐标轴进给速度、进给方向和进给位移量，各状态控制I/O信号等。伺服系统作用就是将进给位移量等信息转换成机床进给运动，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）；同时，位置反馈系统将机械运动实际位移信息反馈至数控系统，以确保位置控制精度（反馈输入）。总之，数控机床运行在数控系统控制下，处于不停地计算、输出、反馈等控制过程中，从而确保刀具和工件之间相对位置准确性。数控系统与综合连接第8页三、数控机床各组成部分1、数控机床控制系统连接示意图数控系统与综合连接第9页2、各组成部分作用1）、加工程序(NCprogram)program 程序：用数控语言、按要求格式表示一套指令，其内容是零件几何形状和工艺描述。由若干程序段（block）组成。数控系统与综合连接第10页2、输入/输出装置(Input/Outputunit）早期：纸带阅读机/纸带穿孔机当代：①直接由操作人员经过手动数据输入（MDI）键盘输入零件程序，而且经过CRT给操作者提供信息；②软驱、FLASH卡、USB接口③采取通信方式进行零件程序输入/输出。数控系统与综合连接第11页3、数控装置(CNCunit)

依据输入零件程序和操作指令进行对应处理（如运动轨迹处理、机床输入/输出处理等），然后输出控制命令到对应执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），从而加工出需要零件。当前，数控装置采取是数字计算机，包含硬件和软件，且已实现CNC单元LCD显示器一体化。数控系统与综合连接第12页4、伺服驱动系统(Servodrive)将位置指令转换成坐标轴移动数控系统与综合连接第13页5、主轴驱动装置

主轴驱动是速度控制系统，通常调速范围为100：1。主轴驱动系统接收指令，是数控装置输出代表某一速度模拟电压值。补充：主轴分类变频主轴：变频器控制，误差较大主轴伺服主轴：闭环控制，精度好

模拟主轴：CNC发送模拟量给主轴主轴串行主轴：CNC发送数字量给主轴数控系统与综合连接第14页6、辅助控制装置(Miscellaneousunit)

主要功效是接收数控装置所控制内置式可编程控制器（PLC）输出主轴变速、换向、开启或停顿，刀具选择和更换，分度工作台转位和锁紧，工件夹紧或松开，切削液开或关等辅助操作信号，经功率放大直接驱动对应执行元件，诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加工过程中全部自动操作。辅助装置功效通惯用M代码实现。数控系统与综合连接第15页7、反馈装置(Feedbackunit)

今天绝大多数数控机床采取价位较低光电数字式旋转编码器直线光栅尺是高精度测量轴运动光电式测量装置。

数控系统与综合连接第16页8、机床本体(Mechanicalpart)

立柱导轨工作台主轴箱数控系统与综合连接第17页实例：FANUC0i系统组成数控系统与综合连接第18页四、CNC系统组成和接口（一）、CNC系统基本组成1.组成部分CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包含检测装置）等组成。数控系统与综合连接第19页2.CNC单元CNC系统关键是CNC装置，由硬件和软件组成，软件在硬件支持下工作。1）硬件：微处理器（CPU）、存放器（ROM，RAM）、输入输出（I/O）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（MDI）接口和显示（CRT）接口。数控系统与综合连接第20页2）CNC装置软件：是为了实现CNC系统各功效而编制专用软件，称为系统软件。在系统软件控制下，CNC装置对输入加工程序自动进行处理，并发出对应控制指令。系统软件由管理软件和控制软件两部分组成。数控系统与综合连接第21页3.数控系统工作过程数控系统与综合连接第22页1）.数控装置硬件组成①CPU控制主板：组成：部件1、2、5、6、操作面板组成；功效：CNC系统关键，完成工作管理（信息输入、I/O处理、显示处理、故障诊疗处理）和控制（译码、赔偿、插补运算、速度运算、位置运算）。数控系统与综合连接第23页②对外接口：XS2～XS5：外部通讯接口，XS6：远程扩展接口，普通不使用，XS8：手轮（手摇脉冲发生器）接口；XS9：主轴驱动器接口。③内置非独立式PLC（PMC）部件4，数控系统第二控制关键，完成开关量、动作量控制；对外接口：XS10、XS11：开关量输入，XS20、XS21：开关量输出。数控系统与综合连接第24页④位置控制板部件3，完成完成位置信号处理（转换、放大等），对外接口：XS40～XS43，外接4个数字式进给驱动单元。XS30～XS33，其它类型进给驱动单元接口。⑤强电接口板：部件6、8，传递强电控制信号，对外接口XS1。⑥系统电源：部件7，维持系统供电。数控系统与综合连接第25页2）.外围模块①主轴驱动单元：包含主轴驱动器和检测反馈装置。完成主轴电机驱动信号处理和传递。②进给驱动单元：包含速度控制单元和位置、速度检测反馈装置。完成位置速度控制信号处理和传递数控系统与综合连接第26页③手摇脉冲发生器（手轮）：完成系统运动手动操作。④CRT显示器：系统信息显示。⑤外部输入装置：键盘、软驱、USB接口、网络接口、RS232接口等。数控系统与综合连接第27页⑥I/O接口端子板：对系统对外接口进行分解（转接）。数控系统与综合连接第28页三HNC-21系统电柜与电气元件1.电柜结构电气控制柜为了确保电柜电磁一致性，采取0.8㎜钢板冲压成形后焊接结构。内部安装板采取镀锌钢板，以提升系统接地性能。控制柜内各个部件按照强、弱电分开安装、布线。进给驱动电动机、主轴驱动电动机动力线和反馈线直接接入驱动单元，不经过端子转接。各位置反馈线、指令给定线、通信线等弱电信号线采取双绞双屏蔽电缆。开关量端子板、编码盘反馈屏蔽电缆中电源线采取多芯绞合共用，以提升信号电源和这些部件抗干扰能力。各部件外壳可靠接地；各结构间可靠接地、共地。2.电柜内部组成低压电气部分、接线板、伺服驱动部分，其它：包含通风、冷却、屏蔽、安全保护等装置。数控系统与综合连接第29页数控系统与综合连接第30页3.电源单元结构（1）总电源AC380V三相四线制，频率50Hz；电源线接入总空气开关和变压器输入端前，三相对地接高压磁片电容（V），以降低外界进入干扰（如脉冲、浪涌等），并将每相导线在铁氧体磁环上绕4～5圈，用于抑制快速瞬变脉冲串干扰；接地端使用车间总接地引出，接地电阻≤4Ω。（2）系统供电CNC单元、伺服单元、控制电源均采取开关电源供电，在开关电源进线侧使用低通滤波器进行隔离，降低工频电源高频干扰信号；各电感负载采取组容吸收器RC（灭弧器）吸收高压反电动势，抑制干扰信号。电源部分原理设计以下列图数控系统与综合连接第31页图中QF0～QF4为三相空气开关，QF5～QF10为单相空气开关；KM1～KM6为三相交流接触器；RC1～RC4为三相灭弧器，RC5～RC10为单相灭弧器；KA1～KA8为直流24V继电器。数控系统与综合连接第32页四HNC-21系统接口1.CNC装置对外接口数控系统与综合连接第33页2.接口类型：串连接口可分为9针、15针与25针三种。9针串口普通连