3.1 数控机床电气控制系统的概述.doc

3.1 数控机床电气控制系统的概述 3.1.1数控机床电气控制系统的组成 数控系统通常由人机界面、数字控制以及机床逻辑控制这三个相互依存的功能部件构成。 人机界面：是数控机床操作人员与数控系统进行信息交换的窗口。 数字控制：是数控系统核心，数字控制包括了轨迹运算和位置调节两大主要功能，以及各种相关的控制，比如加速度控制、刀具参数补偿、零点偏移、坐标旋转与缩放等。 逻辑控制：也叫做可编程控制器机床接口或PLC，是用来完成机床的逻辑控制。 3.1.2数控机床电气控制系统的数据流 数据转换流程：译码→准备→插补→位置控制。 3.2 数控系统的功能和特点 3.2.1计算机数控系统的特点 计算机数控系统有下述主要特点： 具有灵活性 具有通用性 较强的环境适应性 复杂、高效的数控功能 高可靠性 完善的输入/输出通道 易于实现机电一体化 3.2.2数控系统的功能 CNC系统的功能通常包括基本功能和选择功能。其主要功能如下： 控制功能 准备功能和辅助功能 点位与连续移动功能 插补功能 固定循环加工功能 进给功能 主轴速度控制功能 刀具管理功能 补偿功能 人机对话功能 程序编制功能 输入、输出和通信功能 自诊断功能 3.2.3数控系统的插补原理 1、插补的基本概念：数据密化的过程。对输入数控系统的有限坐标点（例如起点、终点），计算机根据曲线的特征，运用一定的计算方法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，以满足加工精度的要求。 2、插补方法的分类：基准脉冲插补和数据采样插补两大类。 （1）基准脉冲插补： 1）应用：适用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。 2）特点：每次插补结束后产生一个行程增量，并以脉冲的方式输出到坐标轴上的步进电机。 3）脉冲当量：单个脉冲使坐标轴产生的移动量，是脉冲分配的基本单位。一般用δ来表示。 4）逐点比较插补法是以折线来逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。 （2）数据采样插补： 1）应用：适用于交、直流伺服电动机驱动的闭环（或半闭环）位置采样控制系统。 2）特点：是插补运算分粗插补和精插补两步进行。这类插补算法都是采用时间分割的思想，根据程序编制的进给速度，将轮廓曲线分割为采样周期的进给段（轮廓步长），即用直线或圆弧逼近轮廓曲线。 3、典型的插补方法简介（了解） 3.2.4 典型数控系统及其应用 1、数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。 2、典型数控系统： 国外：FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MITSUBISHI（日本）； 国内：华中数控、航天数控。 3.3 数控机床上的可编程控制器（PLC） 3.3.1 PLC的工作原理 1、作用：代替数控机床上的继电器逻辑，完成逻辑控制。 2、组成： 硬件组成：由中央处理器（CPU）、存储器、输入／输出单元、编程器、电源和外部设备等组成，内部通过总线相连。 软件组成：包括系统软件和用户应用软件。 4、PLC内部一般采用循环扫描工作方式，在大、中型PLC中还增加了中断工作方式。 5、特点： (1) 可靠性高。 (2) 编程简单，使用方便。 (3) 灵活性好。 (4) 直接驱动负载能力强。 (5) 便于实现机电一体化。 (6) 利用其通信网络功能可实现计算机网络控制。 3.3.2数控机床的PLC 3.3.2.1 数控机床PLC的控制对象 　　1、PLC处于CNC和MT之间，对NC侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。 　　2、PLC在数控机床中三种配置方式： 　　（1）PLC在机床一侧。 　　（2）PLC在电气控制柜中。 　　（3）PLC在电气控制柜中，而输入/输出接口在机床一侧。 　　3、CNC装置和机床输入/输出信号的处理包括：（1）CNC→机床（2）机床→CNC 3.3.2.2 数控机床PLC的形式 　　数控机床用PLC可分为两类：内装型和独立型。 3.4关于数控伺服系统 　　作用：伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构。 3.4.1数控机床对伺服系统的要求 　　1、数控机床对进给伺服系统的要求： 　　（1）可逆运行 　　（2）速度范围宽 　　（3）具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 　　（4）快速响应并无超调 　　（5）高精度 　　（6）低速大转矩 　　2、伺服系统对伺服电机的要求 　　(1) 调速范围宽、运动平稳。 　　(2) 有过载能力。 　　(3) 负载特性硬。 　　(4) 电机应能承受频繁启动、制动和反转。 3.4.2伺服电机的特性与选型 　　常用伺服电机：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、电主轴。 　　伺服电机选型要根据机床的设计性能指标，以及机床实际应