数控机床电气控制课件 项目二

2.1.2 熟悉数控机床
CNC 装置的系统软件 软件任务 (Software tasks)： 1 、输入 ①把零件程序经缓冲器到存储器 ②把存储的程序读入缓冲器 2 、译码 进行代码的识别，及功能代码的翻译 ①代码识别是指将读入代码 按内部码地址的不同进行处理 ②功能处理是指将代码识别的结果按功能再 分类，转入相应的功能子程序 例如： N50 G90 G01 X106. Y-60. F46 M03； 3 、刀补计算 将零件的轮廓轨迹转化为刀具中心的轨迹。 4 、速度预计算： 脉冲增量插补方式下，由控制脉冲源频率来控制坐标轴 的进给速度 F （ mm/min ），δ （ mm/ 脉冲） ， f （脉冲 / 秒） 数据采 样插补方式下，由一个插补周期内的位移给定量控制坐标轴的进给速度 F （ mm/min ）， T （ ms ），Δ L （ mm ） 5 、插补计算作用是对加工轨迹的细化，实现坐标轴脉冲分配。 6 、位置控制作用：在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际 反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机 。 7 、管理程序管理：数据的输入、处理及切削加工处理主板、时钟信号、 故障信号管理为主程序，执行周期较长，实时程序靠中断完成。 8 、诊断程序 对系统内的软件、硬件进行诊断，对故障做出相应的报警提 示例如：编程、超程、伺服、 PLC 等
项目二 数控机床的组成 2 逐点比较法插补
2.1 直线插补运算 1. 偏差判别 假设加工如图1所示的第一象限的直线OA。取起点为坐标原点O，直线
终点坐标A(Xe，Ye)是已知的。M(Xm，Ym)为加工点(动点)，若M在OA直线 上，则根据相似三角形的关系可得
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2.1
数控系统结构认识
2.2
自动控制系统分析
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2.1 数控系统结构认识
2.1.1认识数控机床 2.1.2 熟悉数控系统 2.1.3 理解轮廓插补
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2.1.1 认识数控机床
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2.1.1 认识数控机床 1．相关术语 数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号 对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。 数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某 一工作过程实现自动控制的技术。 数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机 床的加工过程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。 数控系统（Numerical Control System）是实现数字控制的装置。 计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）是以计算机为核 心的数控系统。
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2.1.1 认识数控机床
数控机床的特点 优点：1）能够适用于复杂零件的加工 2）高精度 3）加工稳定可靠 4）高柔性 5）高生产率 6）劳动条件好 7）有利于管理现代化 缺点：1）投资大，使用费用高 2）生产准备工作复杂 3）维修困难
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2.1.2 熟悉数控机床
CNC 装置的硬件组成 • 计算机（微机）：数控装 置的核心 • 接口：是数控装置中 CPU 与键盘、显示器、伺服机构、 机床强电柜以及外部设备通信 的重要部件。 1、 计算机部分 ：由中央处 理单元、总线、存储器组成。 2 、接口部分：机床控制和 外部设备
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插补计算就是对数控系统输入基本数据(如直线的起点和终点，圆弧的 起点、终点、圆心坐标等)，运用一定的算法进行计算，并根据计算结果向 相应的坐标发出进给指令。对应每一进给指令，机床在相应的坐标方向移 动一定的距离，从而将工件加工出所需的轮廓形状。实现这一插补运算的 装置称为插补器。控制刀具或工件的运动轨迹是数控机床轮廓控制的核心， 无论是硬件数控(NC)系统，还是计算机数控(CNC)系统，都有插补装置。 在CNC中，以软件(即程序)插补或者以硬件和软件联合实现插补；而在NC 中，则完全由硬件实现插补。无论哪种方式，其插补原理是相同的。
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一般来讲，脉冲增量插补算法较适合于中等精度(如0.01 mm)和中等 速度(1～3 m/min)的CNC系统中。由于脉冲增量插补误差不大于一个脉冲 当量，并且其输出的脉冲速率主要受插补程序所用时间的限制，所以， CNC系统精度与切削速度之间是相互影响的。例如实现某脉冲增量插补算 法大约需要30 μs的处理时间，当系统脉冲当量为0.001 mm时，则可得 单个运动坐标轴的极限速度约为2 m/min。当要求控制两个或两个以上坐 标轴时，所获得的轮廓速度还将进一步降低。反之，如果将系统单轴极限 速度提高到20 m/min，则要求将脉冲当量增大到0.01 mm。可见，CNC系 统中这种制约关系限制了其精度和速度的提高。
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1.1 插补概念
1概 述
实际加工中零件的轮廓形状是由各种线形(如直线、圆弧、螺旋线、抛物 线、自由曲线)构成的。其中最主要的是直线和圆弧。用户在零件加工程序中， 一般仅提供描述该线形所必需的相关参数，如对直线，提供其起点和终点； 对圆弧，提供起点、终点、顺圆或逆圆、以及圆心相对于起点的位置。为满 足零件几何尺寸精度要求，必须在刀具(或工件)运动过程中实时计算出满足线 形和进给速度要求的若干中间点(在起点和终点之间)，这就是数控技术中插补 (Interpolation)的概念。据此可知，插补就是根据给定进给速度和给定轮廓线 形的要求，在轮廓已知点之间，确定一些中间点的方法，这种方法称为插补 方法或插补原理。
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2. 数据采样插补
数据采样插补是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近给定曲线， 由于这些微小直线段是根据程编进给速度，按系统给定的时间间隔来进行 分割的，所以又称为“时间分割法”插补。该时间间隔即插补周期()。分割 后得到的这些微小直线段对于系统精度而言仍是比较大的，为此，必须进 一步进行数据点的密化工作。所以，也称微小直线段的分割过程是粗插补， 而后续进一步的密化过程是精插补。
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CNC 装置实例
1 系统主 CPU （安装在系统主板上） 为 32 位 /64 位微处理器，新系统为奔腾 CPU 。
2 动态存储器 DRAM 模块 系统运行时用 来装载系统文件和用户文件。
3 FROM/SRAM 模块 闪存 FROM 用来存储 系统文件和用户文件（系统梯形图和宏控制 程序）。静态存储器 SRAM 用来存储用户文 件。
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当数控系统选用数据采样插补方法时，由于插补频率较低，大约在 50～125 Hz，插补周期约为8～20 ms，这时使用计算机是易于管理和实 现的。计算机完全可以满足插补运算及数控加工程序编制、存储、收集运 行状态数据、监视机床等其它数控功能。并且，数控系统所能达到的最大 轨迹运行速度在10 m/min以上，也就是说数据采样插补程序的运行时间已 不再是限制轨迹运行速度的主要因素，其轨迹运行速度的上限将取决于圆 弧弦线误差以及伺服系统的动态响应特性。
数控机床的适用范围 1．批量小而又多次重复生产的零件； 2．几何形状复杂的零件； 3．贵重零件加工； 4．需要全部检验的零件； 5．试制件。
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2.1.1 认识数控机床
数控机床的组成
计算机数控系统
机床 I/O 电路和装置
操作面板
PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床
主进辅
运给助
动
传 动
控 制
机机机
构构构
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1、操作面板
2．控制介质与输入输出设备 3．数控装置
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4．伺服系统
5．PLC、机床I/O电路和装置 6．机床
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4 系统 ROM 用来装载系统引导文件。 5 PMC 控制模块 6 显示控制模块 实现显示装置的视频信 号和文字信息显示控制。7 主轴控制模块 实现模拟量主轴和串行数字主轴控制。
FANUC 0 i 系统为模块化结构
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2.1.3 理解轮廓插补
1 概述 2 逐点比较法插补 3 数字积分法 4 数据采样插补法
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一般情况下，数据采样插补法中的粗插补是由软件实现，并且由于其 算法中涉及到一些三角函数和复杂的算术运算，所以，大多数采用高级语 言完成。而精插补算法大多采用脉冲增量插补算法，它既可由软件实现也 可由硬件实现，由于相应算术运算较简单，所以软件实现时大多采用汇编 语言完成。
位置控制周期(Tc)是数控系统中伺服位置环的采样控制周期，对于给 定的某个数控系统而言，插补周期和位置控制周期是两个固定不变的时间 参数。
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1.2 插补的分类
1. 脉冲增量插补
脉冲增量插补(又称基准脉冲插补)就是通过向各个运动轴分配脉冲，控制 机床坐标轴作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。显然， 这类插补算法的输出是脉冲形式，并且每次进给产生一个单位的行程增量， 故称之为脉冲增量插补。而相对于控制系统发出的每个脉冲信号，机床移动 部件对应坐标轴的位移大小，称之为脉冲当量，一般用表示。它标志着数控 机床的加工精度，对于普通数控机床一般为0.01 mm，对于较精密的数控机 床一般为0.005 mm、0.0025 mm或0.001 mm。
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数控机床控制系统是由数据输入 / 输出装置、数控装置、进给伺 服驱动装置、主轴伺服驱动装置、可编程接口以及检测装置组 成的一个完整系统等。其中数控装置是数控机床控制系统的核 心部分，处理数控加工信息（几何信息、工艺信息、辅助信息 等）。