数控机床控制系统与数控机床技术.pptx

速度反馈
工作台 位置检测反馈
图1-5 数控机床进给伺服系统
第1 绪 论
一般说来，数控机床功能的强弱主要取决于计算机数控系 统(CNC)装置，而数控机床性能的优劣，如运动速度与精度等 ， 主要取决于进给伺服驱动系统。为了保证进给运动的位置 精度， 人们采取了一些有效的措施。 如对机械传动链进行预 紧和反向间隙调整；采用高精度的位置检测装置；采用高性能 的伺服驱动装置和伺服电动机, 来提高数控系统的运算速度等 。
第1 绪 论
第1
论
1.1 数控机床控制系统的组成 1.2 数控机床的分类 1.3 数控机床技术的发展 思考与练习
第1 绪 论
1.1 数控机床控制系统的组成
1.1.1 数控机床的组成
数字控制（NC, Numerical Control， 简称数控）技术是 用数字化信息进行控制的自动控制技术。 采用数控技术的控制 系统称为数控系统，装备了数控系统的机床即为数控机床。 数 控机床是集机床、计算机、电机、自动控制、传感检测等技术 于一体的自动化设备。
第1 绪 论
数控机床接口是指数控装置与机床电气设备之间的电气 连接部分。根据国际标准《ISO4336-1981（E）机床数字控制 ——数控装置和数控电气设备之间的接口规范》的规定，接 口分为四种类型。 图1-6所示为数控装置、 数控设备和机床间 的连接关系。
第1
绪 论 数 控 装 置
Ⅰ
接
口 分
Ⅱ
第1 绪 论 图1-2 卧式车床传动系统示意图
第1 绪 论
2 1
3
4
1—主 轴 电 动 机 ； 2—主 轴 编 码 器 ； 3—X轴 进 给 电 动 机 ； 4—X轴 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 ； 5— Z轴 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 ；Z6轴—进 给电动机
6
5
图1-3 卧式数控车床传动系统示意图
第1 绪 论
3. 输入／输出（I/O）接口
数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运 动轨迹进行准确的控制外，还需要对机床主轴启/停、换向、 刀具更换、工件夹紧/松开以及液压、冷却、润滑、分度工作 台转位等辅助动作进行控制。例如，通过对加工程序中的M代 码指令、机床操作面板上的控制开关及分布在机床各部位的行 程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控系统 内的可编程控制器（PLC）进行逻辑运算，输出控制信号驱动 中间继电器、接触器、电磁阀及电磁制动器等输出元件， 对 冷却泵、润滑泵、液压系统和气动系统进行控制。
数控机床一般由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系 统和辅助控制装置、检测反馈系统以及机床本体组成，如图1-1 所示。
第1 绪 论
加
输
数
工
入
控
程
装
系
序
置
统
伺服系统 机
辅助控制装置 床
检测反馈系统
图1-1 数控机床的组成
第1 绪 论
图1-2和图1-3分别为卧式普通车床和数控车床的传动系统 示意图。可以看出，数控车床与普通车床相比，传动链简单清 晰， 其主轴转动和进给轴移动分别由主轴电机和进给电机来 驱动, 而辅助运动，都是由数控系统中的可编程控制器(PLC) 来控制完成的。 如主轴卡盘的松紧和尾座顶尖的伸缩是通过 PLC控制液压系统的液压缸来完成的， 从刀库中选刀和换刀同 样是经M(辅助指令)指令与T(换刀指令)指令由PLC功能指令来 完成。
第1
机床侧操作 MDI / CRT
绪论
机床电气控制柜
12 3
4
机床侧
机床操作 面板
10 9
机床侧行程开关、 接近开关、按钮、 液位、压力等开关
机床侧液压、气动 系统、冷却泵、润 滑泵电动机等
8
7
6
5
1—熔 断 器 及 断 路 器 ； 2—开 关 电 源 ； 3—主 轴 及 进 给 驱 动 装 置 ； 4—CNC装 置 ； 5—接 地 排 ； 6—接 触 器 ； 7—接 线 排 ； 8—机 床 控 制 变 压 器 ； 9—中 间 继 电 器 ； 10—输 入 / 输 出 (I / O)端 子 排
第4类： 通/断信号和代码信号连接电路。
第1、 2类接口连接电路传送的信息是数控装置与伺服单 元、伺服电机、位置检测和速度检测器件间的控制信息及反馈 信息。 它们属于数字控制及伺服控制。
பைடு நூலகம்
第1 绪 论
第3类电源及保护电路由数控机床强电线路中的电源控制 电路构成。强电线路由电源变压器、 控制变压器、各种断路 器、保护开关、接触器、熔断器等连接而成，以便为辅助交流 电机（如风扇电机、冷却泵电机、润滑泵电机等）、电磁铁、 离合器、电磁阀等功率执行元件供电。强电线路不能与低压下 工作的控制电路或弱电线路直接连接，只有通过断路器、热动 开关、中间继电器等器件转换成在直流低压下工作的触点的开 合工作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反 之亦然。
类
Ⅲ 联锁 停止命令
电动机速度控制
机床
X、Y、Z速 度
坐标轴进给
电源
主轴驱动
位置测量 传感器激励 位置指示
电源
坐标轴进
速度
给电动机
电源
主轴驱动 电动机
操作面板
Ⅳ 开 / 关指令 信号
总电源 保护接地线
机床控制设备
控制装置
电源控制 (变 压 器 、 保 护 装
置等)
限位开关
机电器件 (电 磁 铁 、 离 合
第1 绪 论
2. 进给运动
进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方，即用 电气驱动替代了机械驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服 系统完成的。进给伺服系统由进给伺服驱动装置、伺服电动机 、 进给传动链及位置检测反馈装置等组成， 如图1-5所示。
第1 绪 论
CNC
位置检测
伺服驱 动装置
伺服 速度 电动机 检测
器等)
辅 助 功 能 (齿 轮 箱 、 回 转刀架、
换刀装置等)
辅助电动机
图 1-6 数控装置、 控制设备与机床间的连接关系
第1 绪 论 第1类：与驱动命令有关的连接电路，主要是指与坐标轴 进给驱动和主轴驱动的连接电路。
第2类： 数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电 路。
第3类： 电源及保护电路。
图1-4 数控机床电气控制柜示意图
第1 绪 论
1.1.2 数控机床的工作原理和特点 1. 主轴运动 和普通机床一样， 主轴运动主要完成切削任务，其动力
约占整台机床动力的70%～80%。 基本控制功能是主轴的正、 反转和停止，可自动换挡及无级调速；对加工中心和有些数 控车床， 还要求主轴进行高精度准停和分度功能。