数控系统结构课件.ppt

数控机床的结构及刀夹具简介 沙市大学机械工程学院 本章提要： 本章主要介绍数控机床的数控系统硬、软件组成、工作过程、分类及功能；介绍数控机床的机械构造，主传动系统、进给传动系统，介绍开、闭环进给伺服系统、步进电机、交、直流伺服电机，常见的自动换刀装置和其它辅助装置；简单介绍数控车床、铣床常见的刀具和典型的工件夹具。 2.1 数控系统的组成及工作过程 2.1.1 数控系统的组成 数控系统是数控机床的核心部分，是整个数控机床的运算中心和控制中心，其性能的好坏直接决定了数控机床的整体性能,数控系统由硬件部分和软件部分组成: 1.数控系统的硬件组成： 数控系统的硬件包括微机基本系统、人机对话界面接口、通信接口、进给轴控制接口、主轴控制接口以及辅助控制接口等 。 ⑴微机基本系统 通常微机基本系统是由CPU、存储器、I/O接口、定时器、中断控制器等几个主要部分组成。 ⑵人机界面接口 数控系统的人机界面包括以下四部分： ①键盘(MDl)：用于加工程序的编制以及参数的输入等。 ②显示器(CRT)：用于显示程序、数据以及加工信息等。 ③操作面板：用于对机床进行操作。 ④手摇脉冲发生器(MPG)：通过手摇控制机床运动。 华中数控系统操作面板 广州数控系统操作面板 手摇脉冲发生器 ⑶通信接口 通常数控系统均具有标准的RS232C串行通信接口，因此与外设以及上级计算机连接很方便。 ⑷进给轴控制接口 实现进给轴的位置控制包括三方面的内容：进给速度控制、插补运算和位置闭环控制。插补方法分为基准脉冲法与数据采样法。基准脉冲法就是数控系统系统每次插补的结果以脉冲的形式提供给位置控制单元，这种插补方法进给速度与控制精度较低，主要应用于开环数控系统。 ⑸主轴控制接口 主轴S功能可分为无级变速、有级变速和分段无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、主轴准停功能以及主轴转速监控等。 ⑹MST控制接口 数控系统的MST功能是通过开关量输入／输出接口完成(除S模拟量输出外)。数控系统所要执行的MST功能，通过开关量输出接口送至强电箱，而机床与强电侧的信号则通过开关量输入接口送至数控系统。因为MST功能的开关量控制逻辑关系复杂，在数控机床中大量采用PLC可编程控制器来实现MST功能。 2.数控系统的软件组成 数控系统系统软件是为实现数控系统系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件。 一般由输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序等组成。 ⑴输入数据处理程序 它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。 ⑵插补计算程序 数控系统系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲，这个过程称为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。 ⑶速度控制程序 速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保预定的进给速度。在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。 ⑷管理程序 管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。 ⑸诊断程序 诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件（CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等）的功能是否正常，并指出发生故障的部位。 2.1.2 数控系统的工作过程 一个零件程序的执行首先要输入数控系统中，经过译码、数据处理、插补、位置控制，由伺服系统执行数控系统输出的指令以驱动机床完成加工。 1.输入 零件程序及控制参数、补偿量等数据的输入，可采用光电阅读机、键盘、磁盘、连接上级计算机的DNC 接口、网络等多种形式。 2.译码 不论系统工作在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F 代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码过