2023年有关数控系统的一些基本概念（教学课件）.ppt

一、数控系统的根本概念一、数控系统的根本概念 1 1数控数控 数控是数字控制的简称，其含义如下。数控是数字控制的简称，其含义如下。广义：利用数字化信息并采用数字控制技术对一个生产过程进广义：利用数字化信息并采用数字控制技术对一个生产过程进行控制。行控制。狭义：利用数字化信息并采用数字控制技术对机床运动轨迹和狭义：利用数字化信息并采用数字控制技术对机床运动轨迹和机床工作状态进行控制。机床工作状态进行控制。2 2数字控制系统数字控制系统数控系统数控系统 广义：利用数字化信息并采用数字控制技术对一个生产过程进广义：利用数字化信息并采用数字控制技术对一个生产过程进行自动控制的系统。行自动控制的系统。狭义：利用数字化信息并采用数字控制技术对机床工作过程进狭义：利用数字化信息并采用数字控制技术对机床工作过程进行控制的系统。行控制的系统。数字控制系统的一般工作过程如下。数字控制系统的一般工作过程如下。首先，用户采用某种首先，用户采用某种编程语言编程语言来描述系统来描述系统工作过程工作过程，既编写程，既编写程序，并以序，并以数字形式数字形式送入数字控制装置中。送入数字控制装置中。其次，数控装置通过数据计算和处理快速识别出其次，数控装置通过数据计算和处理快速识别出该程序所描述该程序所描述的工作过程的工作过程并并将程序分解为一系列的实际控制信号将程序分解为一系列的实际控制信号。最后，数控装置输出最后，数控装置输出实际控制信号实际控制信号使相应的使相应的执行部件执行部件产生相应产生相应的动作。的动作。可见数字控制系统都是由可见数字控制系统都是由输入输入、决策决策与与输出输出三个环节组成的。三个环节组成的。3数控机床数控机床 数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。根据机床本体的不同类型，数控机床也被分为相应的类型。根据机床本体的不同类型，数控机床也被分为相应的类型。例如：数控车床、数控铣床、数控加工中心等等。例如：数控车床、数控铣床、数控加工中心等等。数控机床是典型的机电一体化产品。数控机床是典型的机电一体化产品。4本课程内容本课程内容 以机床为控制对象的数控系统的一般原理。以机床为控制对象的数控系统的一般原理。西门子西门子802D系统的根本原理。系统的根本原理。数控加工程序数控加工程序 二、数控系统的组成二、数控系统的组成 数控系统的一般组成如以下图所示，其中机床本体为被控对象。数控系统的一般组成如以下图所示，其中机床本体为被控对象。输入输入 输出输出 装置装置 数控装置数控装置 伺服系统伺服系统 机床电器控制装置机床电器控制装置 机机 床床 本本 体体 1 1数控加工程序数控加工程序 数控加工程序是指从外部输入并描述了机床加工过程的程序。数控加工程序是指从外部输入并描述了机床加工过程的程序。数控系统将严格按照数控加工程序对工件进行自动加工。数控系统将严格按照数控加工程序对工件进行自动加工。数控加工程序记载了机床加工所需要的各种信息，包括：数控加工程序记载了机床加工所需要的各种信息，包括：轨迹信息：几何形状和几何尺寸。轨迹信息：几何形状和几何尺寸。工艺信息：进给速度、主轴转速、刀具号和刀具补偿号等。工艺信息：进给速度、主轴转速、刀具号和刀具补偿号等。开关命令：主轴正反转、换刀、开开关命令：主轴正反转、换刀、开/关切削液和装关切削液和装/卸工件等等。卸工件等等。数控加工程序被记录在各种信息载体上，主要有穿孔纸带、磁带、数控加工程序被记录在各种信息载体上，主要有穿孔纸带、磁带、磁盘和各种半导体存储器等。磁盘和各种半导体存储器等。2 2输入输出装置输入输出装置 输入装置将数控加工程序和其他数字信息输入给数控装置。输入装置将数控加工程序和其他数字信息输入给数控装置。输出装置输出或显示数控装置的内部信息。输出装置输出或显示数控装置的内部信息。常见的输入输出装置：纸带阅读机、磁盘驱动器、键盘和显示器、常见的输入输出装置：纸带阅读机、磁盘驱动器、键盘和显示器、通信接口等。通信接口等。3 3数控装置数控装置 数控装置是数控系统的核心，其主要功能是：数控装置是数控系统的核心，其主要功能是：正确识别和解释数控加工程序，并对解释结果进行数据计算和正确识别和解释数控加工程序，并对解释结果进行数据计算和逻辑处理，从而将数控加工程序分解为一系列的实际控制信号，使逻辑处理，从而将数控加工程序分解为一系列的实际控制信号，使系统中相应的执行部件执行相应的动作。系统中相应的执行部件执行相应的动作。数控装置将数控加工程序转换为两种类型的控制信号。数控装置将数控加工程序转换为两种类型的控制信号。1 1伺服控制量：送往伺服驱动装置，产生插补运动。伺服控制量：送往伺服驱动装置，产生插补运动。2 2开关控制量：送往机床电器逻辑控制装置，产生开关动作。开关控制量：送往机床电器逻辑控制装置，产生开关动作。数控装置有两种形式。数控装置有两种形式。1 1硬件数控装置硬件数控装置NCNC装置装置：由数字逻辑硬件电路构成，其：由数字逻辑硬件电路构成，其数控功能由硬件逻辑电路实现。数控功能由硬件逻辑电路实现。2 2计算机数控装置计算机数控装置CNCCNC装置装置：由计算机构成，其数控功能：由计算机构成，其数控功能由硬件和软件来共同实现。由硬件和软件来共同实现。4伺服系统伺服系统伺服驱动装置伺服驱动装置 伺服系统位于数控装置和机床本体之间，包括进给轴伺服驱动装置伺服系统位于数控装置和机床本体之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。和主轴伺服驱动装置。进给轴伺服驱动装置：根据数控装置发出的位置控制命令和速度控进给轴伺服驱动装置：根据数控装置发出的位置控制命令和速度控制命令驱动机床工作台进行坐标运动。制命令驱动机床工作台进行坐标运动。主轴伺服驱动装置：根据数控装置发出的速度控制命令驱动机床主主轴伺服驱动装置：根据数控装置发出的速度控制命令驱动机床主轴以指定的转速旋转。轴以指定的转速旋转。5机床电器控制装置机床电器控制装置 机床电器控制装置位于数控装置和机床本体之间，其主要功能为：机床电器控制装置位于数控装置和机床本体之间，其主要功能为：接收数控装置发出的开关命令，实现相应的开关动作。接收数控装置发出的开关命令，实现相应的开关动作。例如机床主轴的选速、起停和方向控制，换刀装置的换刀控制，工例如机床主轴的选速、起停和方向控制，换刀装置的换刀控制，工件装夹系统的装件装夹系统的装/卸控制，冷却、液压、气动、润滑系统的逻辑控制卸控制，冷却、液压、气动、润滑系统的逻辑控制以及机床的其他辅助功能。以及机床的其他辅助功能。机床电器控制装置的具体形式有两种：一是继电器控制装置；二是机床电器控制装置的具体形式有两种：一是继电器控制装置；二是可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器。6 6机床本体机床本体 根据不同的加工方式，机床本体可以是车床、铣床、钻床、镗床、根据不同的加工方式，机床本体可以是车床、铣床、钻床、镗床、磨床、加工中心以及电加工机床等等。磨床、加工中心以及电加工机床等等。7 7辅助装置辅助装置 数控机床配置有各种辅助装置，以配合机床的零件加工。数控机床配置有各种辅助装置，以配合机床的零件加工。传统的机床辅助装置：切削液处理装置、气动液动装置等等。传统的机床辅助装置：切削液处理装置、气动液动装置等等。数控机床特有的辅助装置：对刀仪、自动编程器、自动排屑器、数控机床特有的辅助装置：对刀仪、自动编程器、自动排屑器、物料储运及上下料装置等等。物料储运及上下料装置等等。当数控系统的数控装置采用计算机数控装置当数控系统的数控装置采用计算机数控装置CNCCNC装置装置时，此系时，此系统就称为计算机数控系统。统就称为计算机数控系统。计算机数控系统由硬件和软件来共同完成数控功能，其根本组成计算机数控系统由硬件和软件来共同完成数控功能，其根本组成如以下图所示。如以下图所示。信息载体信息载体 输入装置输入装置 CNC装置装置 主轴主轴 控制单元控制单元 可编程控制器可编程控制器 PLC 主轴电机主轴电机 编程器编程器 通信线路通信线路 CAD/CAM 系统系统 上位机上位机 输出装置输出装置 机床机床 进给电机进给电机 位置位置 检测器检测器 速度速度 控制单元控制单元 现代计算机数控系统具有如下特点：现代计算机数控系统具有如下特点：除了除了读取信息载体读取信息载体，还可通过其他方式获得数控加工程序还可通过其他方式获得数控加工程序。例如通过键盘方式输入和编辑数控加工程序例如通过键盘方式输入和编辑数控加工程序，通过通信方式输入通过通信方式输入自动编程器自动编程器、CAD/CAMCAD/CAM系统或上位机所提供的数控加工程序系统或上位机所提供的数控加工程序。可以实现硬件数控装置难以完成的诸多功能可以实现硬件数控装置难以完成的诸多功能。例如：图形模拟显示、系统诊断、各种复杂的轨迹控制算法和补例如：图形模拟显示、系统诊断、各种复杂的轨迹控制算法和补偿算法的实现，通信和网络功能等等。偿算法的实现，通信和网络功能等等。取代了传统的继电器控制取代了传统的继电器控制线路线路，采用，采用可编程控制器可编程控制器来实现数来实现数控机床的逻辑控制。控机床的逻辑控制。PLCPLC可位于数控装置之外，称为可位于数控装置之外，称为独立型独立型PLCPLC；也可以与数控装置合；也可以与数控装置合为一体，称为为一体，称为内装型内装型PLCPLC。三、数控系统中的有关约定三、数控系统中的有关约定 一一数控加工程序所采用的编码数控加工程序所采用的编码 数控加工程序总是保存在某种信息载体上的，在这个载体中组成数控加工程序总是保存在某种信息载体上的，在这个载体中组成数控加工程序的字母、数字和其它各种符号都是以某种编码的形式来数控加工程序的字母、数字和其它各种符号都是以某种编码的形式来表示的。表示的。在数控系统中常用的编码有以下三种。在数控系统中常用的编码有以下三种。1 1ASCIIASCII编码编码 在数控系统的存储器中，数控加工程序通常以在数控系统的存储器中，数控加工程序通常以ASCIIASCII编码形式来编码形式来保存。在计算机数控系统中，数控加工程序文件实质上就是保存。在计算机数控系统中，数控加工程序文件实质上就是ASCIIASCII编编码形式的文本文件。码形式的文本文件。ASCIIASCII编码是七位二进制编码，可表示编码是七位二进制编码，可表示128128个字符。个字符。2 2ISOISO编码和编码和EIAEIA编码编码 在保存数控加工程序的纸带中，通常采用这两种编码。在保存数控加工程序的纸带中，通常采用这两种编码。ISOISO编码是八位二进制编码，它是在编码是八位二进制编码，它是在ASCIIASCII编码的根底上，在最编码的根底上，在最高位增加一个补偶位形成的，因此可表示高位增加一个补偶位形成的，因此可表示128128个字符。个字符。EIAEIA编码也是八位二进制编码，但其第五位为补奇位，最高位只编码也是八位二进制编码，但其第五位为补奇位，最高位只有“程序段结束符有“程序段结束符CRCR用到，因此可表示用到，因此可表示6464个字符。个字符。二二数控机床坐标系数控机床坐标系 为精确控制机床移动部件的运动，在数控机床系统中需要建立起为精确控制机床移动部件的运动，在数控机床系统中需要建立起相应的坐标系，为此国家标准和国际标准都做出了相应的规定。相应的坐标系，为此国家标准和国际标准都做出了相应的规定。1 1标准的数控机床坐标系统采用右手直角笛卡儿坐标系标准的数控机床坐标系统采用右手直角笛卡儿坐标系 这个坐标系一共包含了以下这个坐标系一共包含了以下6 6根轴。根轴。+Y+B+X+A+Z+C X X、Y Y、Z Z轴轴 ：直线运动轴，分别表示三个方向的直线运动，：直线运动轴，分别表示三个方向的直线运动，这三个运动方向遵循右手法那么。这三个运动方向遵循右手法那么。A A、B B、C C轴轴 ：旋转运动轴，分别表示围绕：旋转运动轴，分别表示围绕X X、Y Y、Z Z轴的旋转轴的旋转运动，运动方向遵循右手螺旋法那