数控系统与综合连接

2、数控机床的三大控制对象（任务） (Control 、数控机床的三大控制对象（任务） tasks) 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
4、伺服驱动系统(Servo drive) 、伺服驱动系统
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 补充 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
1. A. 2. A. B. C. 3. A. 4. A. 5. A. 数控系统实质上是 。 显示屏 B. 计算机 C. 操作台 伺服控制的主要目的是 。 主轴转速的控制 机床工作台或刀具的位置控制 刀具自动交换的控制 数控车床回转刀架的选刀是 控制。 主轴运动 B. 进给运动 C. 输入/输出 数控机床工作台的位置控制是 控制。 主轴运动 B.进给运动 C. 输入/输出 数控机床的传动链较普通机床传动链 。 复杂 B.简单 C. 没区别
CPU
EPROM 总 RAM
纸带阅读机接口
纸带阅读机
MDI/CRT接口
MDI/CRT 伺服电机 M 速度控制单元
位置控制 输入按口 位置测测器 线 PLC接口 输出接口
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。
7、反馈装置(Feedback unit) 、反馈装置 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(Mechanical part) 、机床本体 立柱 导轨 工作台 主轴箱
实例：FANUC 0i系统 的组成
四、CNC系统的组成和接口 系统的组成和接口
全闭环(Fully closed-loop control)
X轴带直线光栅尺
工作台 输入 数控 装置 控制 电路 伺服 电机 位置检 测元件
速度检 速度反馈 测元件 位置反馈
半闭环(Semi-closed-loop control)
旋转编码器-滚珠丝杠构成 测量系统
工作台 输入 数控 装置 控制 电路 伺服 电机 速度检测元件 速度反馈 转角检测元件 位置反馈
模块1 模块1：数控机床的组成与硬件连接
课题1 数控机床的组成
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？ 、什么叫数控机床？ 数控机床（Numerical Control Machine Tools）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。
数控机床伺服控制方块图(Automatic control block diagram)
指令位置 位置控 制器 速 度 控 制 器 功 率 放 大 器 伺服电 动机
编 码 器
机床移动部件
实际位置
开环(Open-loop control)
实际位置 无检测
工作台
输入 数控 装置
驱动 电路
步进 电机 减速器
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(CNC unit) 、数控装置 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。
课堂练习
1.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过 传动机构，将角度转换成工作台的直线位移。 2.开环伺服系统主要特征是系统内没有 装置。 3. 数 控 机 床 控 制 系 统 包 括 了 、 、 、 、 、 。 4. 进给伺服系统是以 为控制量的自动控制系统，它根据数 控装置插补运算生成的 ，精确地变换为机床移动部件的位移， 直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 5.闭环和半闭环控制是基于 原理工作的。 6.无论是半闭环还是闭环进给系统，都要求传动部件刚度好、间隙小。 系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精 在 度；在 系统中，传动部件的间隙影响进给系统的 稳定性。
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(Miscellaneous unit) 、辅助控制装置 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。
管理软件
输入 I/O处 理 显示 诊断 译码 刀具补偿 速度处理 插补 位置控制
CNC系 统 软 件
控制软件
3.数控系统的工作过程
测量
程 序 硬件 硬件 硬件
输 入 软件
插补 准备
插 补 硬件
位置 控制
速度 控制
伺服 电机 第一种情况
软件 软件
硬件
第二种情况 第三种情况
Fra Baidu bibliotek
五、数控机床伺服控制
闭环控制系统的各组成环节
三种控制方式优缺点比较
开环
系统结构 简单
全闭环
复杂，环路长
半闭环
一般，不包括传动部件 较高0.01mm，但对于 热变形、丝杠螺距误差、 加工速度变化引起的误 差无能为力 系统稳定，易于调整 适中
控制精度
低 0.05mm
高 0.001mm
稳定性 价格
稳定 便宜
不稳定，不易调整 昂贵
课堂练习(Classroom practice)
（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。
2、方块图（Block diagram） 、方块图（ ）
3、工作过程图示（Illustration） 、工作过程图示（ ）
4、工作过程描述(Description) 、工作过程描述
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(NC program) program 程序 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 、输入 输出装置 输出装置(Input/Output unit ）