机械工程系,CNC技术,返回主页,退出,机械工程系,CNC技术,返回目录,退出,返回主页,上一页,机械工程系,CNC技术,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数控机床与数控编程技术,单位：机电工程系,濮阳职业技术学院,数控机床与数控编程技术单位：机电工程系濮阳职业技术学院,课题二,数控机床的数控系统,一、旧课复习,1,、,数控机床主要由哪几部分组成？,2,、数控车床和数控铣床的切削运动有何区别？,3,、与传统机械加工方法相比，数控加工有哪些特点,?,课题二 数控机床的数控系统一、旧课复习,课题二,数控机床的数控系统,二、,新课的教学内容,计算机数控系统的组成,计算机数控系统（,Computer Numerical Control,）,是数控机床的核心部分，主要由计算机数控装置（CNC）、伺服驱动装置、位置检测装置、可编程控制器PLC和接口电路组成。,课题二 数控机床的数控系统二、新课的教学内容 计算机数控,课题二,数控机床的数控系统,课题二 数控机床的数控系统,课题二,数控机床的数控系统,数控装置,课题二 数控机床的数控系统数控装置,课题二,数控机床的数控系统,伺服系统,课题二 数控机床的数控系统伺服系统,课题二,数控机床的数控系统,图2-1,计算机数控系统的组成,课题二 数控机床的数控系统图2-1计算机数控系统的组成,课题二,数控机床的数控系统,(一),计算机数控,装置,从自动控制的角度来看，,CNC,系统是一种位置（轨迹）控制系统，,其本质上是以多执行部件,（各运动轴）,的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。,从外部特征来看，,CNC,系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。,1.,CNC,装置的组成,课题二 数控机床的数控系统(一)计算机数控装置从自动控,课题二,数控机床的数控系统,（,1,）,CNC,系统硬件的层次结构,图,2-2 CNC,系统硬件的层次结构,课题二 数控机床的数控系统（1）CNC系统硬件的层次结,I/O,设备,计算机主板,显 示 卡,功能模板,m,功能模板,1,电 子 盘,多功能卡,位置控制板,n,位置控制板,1,PLC,模块,主轴控制模板,机床,I/O,控制面板,速度控制单元,1,速度控制单元,n,功能驱动,1,功能驱动,m,系 统 总 线（,BUS,）,标准,PC,计算机,CNC,装置,CNC,系统,课题二,数控机床的数控系统,图,2-3 CNC,系统硬件结构,I/O设备计算机主板显 示 卡功能模板m功能模板1电 子 盘,课题二,数控机床的数控系统,从本质特征来看，,CNC,系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统，从功能特征来看，该操作系统由,CNC,管理软件和,CNC,控制软件两部分组成。它是,CNC,系统活的灵魂。其结构框图如图,2-4,所示。,（2,）,CNC,系统软件的功能结构,课题二 数控机床的数控系统从本质特征来看，CNC系统软件是,课题二,数控机床的数控系统,图,2-4 CNC系统,软件系统功能框图,课题二 数控机床的数控系统图2-4 CNC系统软件系统功,课题二,数控机床的数控系统,CNC,装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。,CNC,系统的硬件和软件构成了,CNC,系统的系统平台，如图,2-5,所示。,（3,）,CNC,硬件软件的作用和相互关系,课题二 数控机床的数控系统CNC装置的系统软件在系统硬件的,课题二,数控机床的数控系统,图,2-5 CNC,系统平台,硬件,操作系统,管理软件,应用软件,控制软件,数控加工程序,接,口,被控设备,机 床,机器人,测量机,.,课题二 数控机床的数控系统图2-5 CNC系统平台硬件操作,课题二,数控机床的数控系统,2.,CNC,装置的工作过程,图,2-6 CNC装置的工作过程,课题二 数控机床的数控系统2.CNC装置的工作过程图2-,课题二,数控机床的数控系统,3.,CNC,装置可执行的功能,1,）,CNC,装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能。,2,）,CNC,装置的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能是,CNC,系统必备的数控功能，选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。,课题二 数控机床的数控系统 3.CNC装置可执行的功能,控制功能 主轴功能准备功能 辅助功能,插补功能 字符显示功能,进给功能 自诊断功能,刀具功能 补偿功能及固定循环功能,功能如下：,控制功能 主轴功能准备功能,课题二,数控机床的数控系统,4.,CNC,装置的特点,（1）具有灵活性,与NC装置相比，灵活性是CNC装置的主要特点，只要改变系统软件，就可以改变和扩展其功能。,（2）具有通用性,在CNC装置中，硬件有多种通用的模块化结构，而且易于扩展，主要依靠系统软件变化来满足机床的各种不同要求。,（3）可靠性高,CNC装置的零件程序在加工前被一次送入存储器，并经过检查后方可调用。许多功能由软件实现，硬件结构大大简化，特别是采用大规模和超大规模集成电路，使可靠性得到很大提高。,课题二 数控机床的数控系统 4.CNC装置的特点（1）具,（,4）具有丰富的数控功能,CNC装置利用计算机的计算能力，可以实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补、动态图形显示、各种补偿功能等。,（5）使用维修方便,由于CNC装置具有诊断功能，使维修变得容易。又由于具有编程功能，使编程变得简单。这些都表现出较好的使用性。,（6）基于PC平台的CNC可以缩短数控系统的开发和升级周期，计算机发展的新技术只要用户需要，都可以移植到数控系统当中。,课题二,数控机床的数控系统,（4）具有丰富的数控功能课题二 数控机床的数控系统,课题二,数控机床的数控系统,(二),数控机床的检测,装置,位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号和数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使着向消除偏差的方向运动直至偏差等于零为止。为此，对位置检测装置提出如下要求：,1、,概述,课题二 数控机床的数控系统(二)数控机床的检测装置,课题二,数控机床的数控系统,(1),在机床工作台移动范围内，能,满足精度和速度的要求。,通常要求检测元件的分辨度（即检测的最小位移量）在,0.00010.01mm,之内，测量精度在,0.010.02mm,以内。运动速度为,024m/min,。,(2),在机床的工作环境下，能可靠地工作，亦即受温度影响小，抗干扰能力强，并能长期保持精度。,(3),使用、维护简单方便，成本低。,课题二 数控机床的数控系统(1)在机床工作台移动范围内，,课题二,数控机床的数控系统,数控系统的检测装置分位移、速度和加速度三种类型，数控机床伺服系统中采用的位置检测装置基本分为直线型和旋转型两大类。,直线型位置检测装置用来检测运动部件的直线位移量，旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转动位移量。,2.,位置检测装置的分类,课题二 数控机床的数控系统 数控系统的检测装置分位移、,课题二,数控机床的数控系统,图,2-7 常用的位置检测装置,课题二 数控机床的数控系统图2-7 常用的位置检测装置,课题二,数控机床的数控系统,精度：精度主要由精密度（反映随机误差）和准确度（反映系统误差）来决定。数控传感器要满足高精度和高速时测量的要求。,分辨率：是指所能测到的最小位移量，分辨率的提高对提高零件的加工精度、提高运行平稳性都很重要，高分辨率传感器已能满足亚微米和角秒级设备的要求。,测量范围的量程：传感器的测量范围要满足系统的要求，并留有余地。,其他指标：对测量装置还要求工作可靠、抗干扰性强、使用维护方便、成本低等,3,.数控,检测装置的性能指标及要求,课题二 数控机床的数控系统精度：精度主要由精密度（反映随机,课题二,数控机床的数控系统,（1）旋转变压器,：,旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为,400H,、,500H,、,1000H,、,3000H,、,5000H,，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。,3,.常用的位置,检测装置：,课题二 数控机床的数控系统 （1）旋转变压器：旋转变,课题二,数控机床的数控系统,利用电磁耦合原理，将位移或转角变成电信号（极为普遍）。即使滑尺与定尺相互平行，并保持一定的间距。向滑尺通以交流激磁电压，则在滑尺中产生激磁电流，绕组周围产生按正弦规律变化的磁场，由电磁感应，在定尺上感出感应电压，当滑尺与定尺间产生相对位移时，由于电磁耦合的变化，使定尺上感应电压随位移的变化而变化（相同频率）。,2、,感应同步器测量装置,课题二 数控机床的数控系统 利用电磁耦合原理，将,课题二,数控机床的数控系统,图,2-8,直线感应同步器,课题二 数控机床的数控系统图2-8 直线感应同步器,课题二,数控机床的数控系统,光栅用于数控机床作为检测装置，已有几十年的历史，用以测量长度、角度、速度、加速度、振动和爬行等。它是数控机床闭环系统用得较多的一种检测装置。,光栅主要是利用莫尔条纹实现的，使莫尔条纹的整体反映。它有两个作用：一是可以把信号放大，二是对误差有均化作用。,3、,光栅位置检测装置,课题二 数控机床的数控系统 光栅用于数控机床,课题二,数控机床的数控系统,图,2-9,光栅条纹,图,2-10,莫尔条纹示意图,课题二 数控机床的数控系统图2-9 光栅条纹图2-10,课题二,数控机床的数控系统,图,2-11,光栅测量系统简图,课题二 数控机床的数控系统图2-11 光栅测量系统简图,直线光栅尺的主要技术指标：,精度等级：分辨率：测量长度：最大30m,零参考点：可选择一个或多个,允许最大运动速度：120m/min,安装方式：快速安装,课题二,数控机床的数控系统,直线光栅尺的主要技术指标：课题二 数控机床的数控系统,光电编码器是用来测量旋转运动的角位移，它是利用光电原理把机械角位移变成脉冲电信号，是一种使用广泛的角位移传感器。,按输出信号与对应位置关系分类：分别有增量式光电编码器、绝对式光电编码器和混合式光电编码器。,课题二,数控机床的数控系统,光电编码器是用来测量旋转运动的角位移，它是利用光电原理把机械,课题二,数控机床的数控系统,增量式光电编码器,图,2-12,增量式光电编码器工作原理图,课题二 数控机床的数控系统增量式光电编码器图2-12 增,课题二,数控机床的数控系统,编码盘测量装置,图,2-13,码盘,课题二 数控机床的数控系统编码盘测量装置图2-13 码,课题二,数控机床的数控系统,脉冲数/每转 刻线精度 1/10栅距,最大速度 12000RPm,零参考点 每转一个,最大频率 200KHz,输出信号 方波/正弦波,光电编码器的主要技术指标：,课题二 数控机床的数控系统光电编码器的主要技术指标：,课题二,数控机床的数控系统,磁尺位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成。利用录磁的原理将一定周期变化的方法，正弦波或脉冲电信号，用录磁磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量的基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信号转换成电信号，经过检测电路处理后，用以计量磁头相对磁尺之间的位移量。,特点：,对使用环境的条件要求较低，对周围磁场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较多的地方使用有较好的稳定性。,磁尺测量装置,课题二 数控机床的数控系统 磁尺位置检测装置是由磁,课题二,数控机床的数控系统,图,2-14,读取磁头,课题二 数控机床的数控系统图2-14 读取磁头,课题二,数控机床的数控系统,(三),数控机床的伺服驱动,装置,1,.,伺服系统的概念,伺服系统完成机床移动部件的位置和速