数控系统与综合连接

模块1：数控系统与综合连接课题1数控系统与接口本章内容一、数控机床控制技术概述二、数控机床的组成一、数控机床概述1、什么叫数控机床？数控机床（NumericalControlMachineTools）是指采用数字形式信息控制的机床。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，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。2、数控机床的三大控制对象（任务）(Controltasks)进给运动：刀具或工作台的位置及速度主运动：主轴无级调速辅助动作：开关动作二、数控机床的组成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2、方块图（Blockdiagram）3、工作过程图示（Illustration）4、工作过程描述(Description)数控机床进行加工，首先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(编程)；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I/O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、反馈等控制过程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。三、数控机床的各组成部分1、数控机床控制系统连接示意图2、各组成部分作用1）、加工程序(NCprogram)program程序：用数控语言、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艺描述。由若干程序段（block）构成。2、输入/输出装置(Input/Outputunit）早期：纸带阅读机/纸带穿孔机现代：①直接由操作人员通过手动数据输入（MDI）键盘输入零件程序，并且通过CRT给操作者提供信息；②软驱、FLASH卡、USB接口③采用通信方式进行零件程序的输入/输出。3、数控装置(CNCunit)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/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、驱动装置和PLC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，包括硬件和软件，且已实现CNC单元LCD显示器一体化。4、伺服驱动系统(Servodrive)将位置指令转换成坐标轴的移动5、主轴驱动装置主轴驱动是速度控制系统，通常的调速范围为100：1。主轴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。补充：主轴的分类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6、辅助控制装置(Miscellaneousunit)主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（PLC）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。辅助装置的功能通常用M代码实现。7、反馈装置(Feedbackunit)今天绝大多数数控机床采用价位较低的光电数字式旋转编码器直线光栅尺是高精度的测量轴运动的光电式测量装置。8、机床本体(Mechanicalpart)立柱导轨工作台主轴箱实例：FANUC0i系统的组成四、CNC系统的组成和接口（一）、CNC系统的基本组成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（包括检测装置）等组成。2.CNC单元CNC系统的核心是CNC装置，由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下工作。1）硬件：微处理器（CPU）、存储器（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。纸带阅读机接口EPROMRAMMDI/CRT接口PLC接口输出接口输入按口位置控制总线速度控制单元MDI/CRT纸带阅读机M伺服电机CPU位置测测器2）CNC装置的软件：是为了实现CNC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，CNC装置对输入的加工程序自动进行处理，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。管理软件输入I/O处理显示诊断插补速度处理刀具补偿译码位置控制控制软件CNC系统软件3.数控系统的工作过程程序输入插补插补准备位置控制伺服电机速度控制测量软件软件第一种情况第二种情况第三种情况硬件软件硬件硬件硬件硬件1）.数控装置硬件构成①CPU控制主板：组成：部件1、2、5、6、操作面板组成；功能：CNC系统核心，完成工作管理（信息输入、I/O处理、显示处理、故障诊断处理）和控制（译码、补偿、插补运算、速度运算、位置运算）。②对外接口：XS2～XS5：外部通讯接口，XS6：远程扩展接口，一般不使用，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，数控系统第二控制核心，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。④位置控制板部件3，完成完成位置信号的处理（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。2）.外围模块①主轴驱动单元：包括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：包括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③手摇脉冲发生器（手轮）：完成系统运动的手动操作。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。⑥I/O接口端子板：对系统对外接口进行分解（转接）。三HNC-21系统电柜与电气元件1.电柜结构电气控制柜为了保证电柜的电磁一致性，采用0.8㎜钢板冲压成形后焊接结构。内部安装板采用镀锌钢板，以提高系统的接地性能。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、主轴驱动电动机的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用双绞双屏蔽电缆。开关量端子板、编码盘反馈屏蔽电缆中电源线采用多芯绞合共用，以提高信号电源和这些部件的抗干扰能力。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：包括通风、冷却、屏蔽、安全保护等装置。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（2000V），以减少外界进入的干扰（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的干扰；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、控制电源均采用开关电源供电，在开关电源进线侧使用低通滤波器进行隔离，减少工频电源的高频干扰信号；各电感负载采用组容吸收器RC（灭弧器）吸收高压反电动势，抑制干扰信号。电源部分的原理设计如下图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。四HNC-21系统的接口1.CNC装置对外接口2.接口类型：串连接口可分为9针、15针与25针三种。9针的串口一般连接串连插口，如步进电机驱动器的连接；而15针串口就多了六个串口连接脉冲信号，如进给伺服驱动器的连接；25针一般是用在输入/输出接口，除了电源串口外，其余串口作为输入/输出开关量的串口。XS1XS5—RS2323.开关量接线端子板1）开关量输入端子板结构2）输出端子板3）继电器板