数控系统组成及工作过程

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1、典型数控系统与原理典型数控系统与原理数维教研室数维教研室第一章第一章 绪论绪论1.1数控系统组成及工作过程数控系统组成及工作过程一基本概念一基本概念1数字控制（数字控制（NC，Numerical Control）简称数控，是指利用数字简称数控，是指利用数字 化的代码构成化的代码构成的程序对控制对象的工作过程实现自动的程序对控制对象的工作过程实现自动控制的一种方法。控制的一种方法。2.数控系统（数控系统（NCS，Numerical Control System）是指利用数字）是指利用数字 控制技术实现的控制技术实现的自动控制系统。自动控制系统。CNC系统是由计算机承担数控中的命令发生系统是由计算

2、机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。器和控制器的数控系统。3.数控机床（数控机床（CNC Machine Tool）装备了）装备了数控系统的机床称之为数控机床。数控系统的机床称之为数控机床。二数控系统的组成和工作过程二数控系统的组成和工作过程1.数控机床的组成数控机床的组成数控机床数控机床数控系统数控系统机床本体机床本体2.数控系统组成数控系统组成由输入由输入/输出装置、数控装置、伺服驱动输出装置、数控装置、伺服驱动装置和辅助装置组成装置和辅助装置组成 数控系统分硬件数控系统和软件数控系统，数控系统分硬件数控系统和软件数控系统，即即CNC系统。系统。1）输入）输入/输出装置输出装置输入

3、装置：操作人员向机床数控装置输入操输入装置：操作人员向机床数控装置输入操作命令，如键盘、控制介质、磁盘、串行通信作命令，如键盘、控制介质、磁盘、串行通信方式等。方式等。输出装置：数控装置要为操作人员显示必要输出装置：数控装置要为操作人员显示必要的信息，如坐标值、加工程序、报警信号等，的信息，如坐标值、加工程序、报警信号等，如显示器。如显示器。2）数控装置（核心）数控装置（核心）将输入装置传送的数控加工程序，经数控将输入装置传送的数控加工程序，经数控装置系统软件进行译码、插补运算和速度预装置系统软件进行译码、插补运算和速度预处理，产生位置和速度指令以及辅助控制功处理，产生位置和速度指令以及辅助控

4、制功能信息等。能信息等。u几何数据：刀具相对于工件运动路径的数几何数据：刀具相对于工件运动路径的数据据u工艺数据：主轴转速和进给速度工艺数据：主轴转速和进给速度u开关功能：冷却液开开关功能：冷却液开/关等关等3）伺服驱动装置）伺服驱动装置包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置，伺服驱动装置由驱动电路和伺服电动机置，伺服驱动装置由驱动电路和伺服电动机组成，并与机床上的机械传动部件组成数控组成，并与机床上的机械传动部件组成数控机床的主传动系统和进给传动系统。机床的主传动系统和进给传动系统。主轴伺服驱动装置接受来自主轴伺服驱动装置接受来自PLC的转向的转向和转速指

5、令，经过功率放大后驱动主轴电动和转速指令，经过功率放大后驱动主轴电动机转动。机转动。进给伺服驱动装置在每个插补周期内接进给伺服驱动装置在每个插补周期内接受数控装置的位移指令，经过功率放大后驱受数控装置的位移指令，经过功率放大后驱动进给电动机转动，同时完成速度控制和反动进给电动机转动，同时完成速度控制和反馈控制功能。馈控制功能。根据电机不同，伺服驱动装置的控制根据电机不同，伺服驱动装置的控制对象有：对象有：步进电动机步进电动机直流伺服电动机直流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机伺服驱动装置分为：伺服驱动装置分为：开环开环半闭环半闭环闭环闭环4）辅助控制装置）辅助控制装置介于数控装置和机床机械

6、、液压部件介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制装置，通过之间的控制装置，通过PLC实现。实现。PLC主要完成与逻辑运算有关的动作；主要完成与逻辑运算有关的动作；接受来自机床操作面板和数控装置的指接受来自机床操作面板和数控装置的指令；一方面通过接口电路直接控制机床令；一方面通过接口电路直接控制机床动作，另一方面通过伺服驱动装置控制动作，另一方面通过伺服驱动装置控制主轴电机的转动。主轴电机的转动。数控装置主要完成与数字运算和程序数控装置主要完成与数字运算和程序管理等有关的功能。管理等有关的功能。5）位置检测装置）位置检测装置位置检测装置与伺服驱动装置配套组成位置检测装置与伺服驱动装置配套组成

7、半闭环和闭环伺服驱动系统。通过直接半闭环和闭环伺服驱动系统。通过直接或间接测量执行部件的实际进给位移量或间接测量执行部件的实际进给位移量检测出来，反馈到数控装置并与指令检测出来，反馈到数控装置并与指令（理论）位移量进行比较，将其误差转（理论）位移量进行比较，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动，以换放大后控制执行部件的进给运动，以提高系统精度。提高系统精度。3.数控系统的主要工作过程数控系统的主要工作过程1）正常工作前的准备工作正常工作前的准备工作2）零件加工控制信息的输入零件加工控制信息的输入3）数控加工程序的译码和预处理数控加工程序的译码和预处理4）插补计算插补计算5）位置控制位置控制

8、1.点位控制系统点位控制系统 控制机床运动部件从一点准确的移动到控制机床运动部件从一点准确的移动到另一点，移动过程中不进行加工，对运另一点，移动过程中不进行加工，对运动部件的动部件的移动速度移动速度和和运动轨迹运动轨迹没有严格没有严格要求，如数控钻床、冲床、镗床、数控要求，如数控钻床、冲床、镗床、数控测量机等。测量机等。一按运动轨迹分类一按运动轨迹分类1.2数控系统分类数控系统分类2.直线控制系统直线控制系统控制机床运动部件从一点准确的定位到控制机床运动部件从一点准确的定位到另一点后，还要控制两相关点之间的另一点后，还要控制两相关点之间的移动移动速度速度和和运动轨迹运动轨迹，如数控车床、数控铣

9、床。，如数控车床、数控铣床。3.轮廓控制系统轮廓控制系统对两个以上机床坐标轴的对两个以上机床坐标轴的移动速度移动速度和和运运动轨迹动轨迹同时进行连续相关的控制。同时进行连续相关的控制。1.开环控制系统开环控制系统 没有任何检测反馈装置没有任何检测反馈装置,CNC装置发出的装置发出的指令信号经过驱动电路进行功率放大后，指令信号经过驱动电路进行功率放大后，通过步进电机带动工作台移动，信号的传通过步进电机带动工作台移动，信号的传输时单方向的，机床工作台的位移量、速输时单方向的，机床工作台的位移量、速度和方向取决于进给脉冲个数、频率和通度和方向取决于进给脉冲个数、频率和通电方式。电方式。二按伺服系统分

10、类二按伺服系统分类工作台工作台数控数控装置装置进给进给脉冲脉冲步进电步进电机功率机功率放大器放大器步进步进电机电机齿轮齿轮副副图图1-2 开环数控系统示意图开环数控系统示意图特点：控制简单、稳定性好、控制精度低特点：控制简单、稳定性好、控制精度低 2.半闭环控制系统半闭环控制系统采用采用角位移检测装置角位移检测装置，安装在伺服电安装在伺服电动机轴或滚珠丝杠端部动机轴或滚珠丝杠端部，用来检测伺，用来检测伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到台的实际位移量，反馈到CNC装置的装置的比较器中，与程序指令值进行比较，比较器中，与程序指令值进行比较，用差

11、值进行控制，直到差值为零，用差值进行控制，直到差值为零，工工作台和丝杠螺母副的造成的误差不能作台和丝杠螺母副的造成的误差不能消除消除。数控数控装置装置进给进给脉冲脉冲伺服伺服放大器放大器工作台工作台伺服伺服电机电机齿轮齿轮副副位置检位置检测装置测装置反馈反馈脉冲脉冲图图1-3 半闭环数控系统示意图半闭环数控系统示意图特点：控制稳定性较好，控制精度较高特点：控制稳定性较好，控制精度较高3.闭环控制系统闭环控制系统采用采用直线位移检测装置直线位移检测装置，安装安装在机床运动部件或工作台上在机床运动部件或工作台上，将，将检测到的实际位移指令反馈到检测到的实际位移指令反馈到CNC装置的比较器中，用程序

12、指装置的比较器中，用程序指令进行比较，用差值进行控制，令进行比较，用差值进行控制，直到差值为零，直到差值为零，能够消除工作台能够消除工作台和机床的机械传动链造成的误差。和机床的机械传动链造成的误差。数控数控装置装置进给进给脉冲脉冲伺服伺服放大器放大器工作台工作台伺服伺服电机电机齿轮齿轮副副位置检位置检测装置测装置反馈反馈脉冲脉冲图图1-4 闭环数控系统示意图闭环数控系统示意图特点：控制稳定性差、控制精度高特点：控制稳定性差、控制精度高 1.通用型数控系统通用型数控系统2.专用型数控系统专用型数控系统三按制造方式分类三按制造方式分类1.经济型数控系统经济型数控系统2.普及型数控系统普及型数控系统3.高级型数控系统高级型数控系统四按功能水平分类四按功能水平分类1、数控系统由那几部分组成，各部、数控系统由那几部分组成，各部分有何作用？分有何作用？2、开环、半闭环、闭环控制系统有、开环、半闭环、闭环控制系统有何区别和联系？何区别和联系？3、世界上第一台数控系统什么年代、世界上第一台数控系统什么年代什么公司研发而成？数控系统的发展什么公司研发而成？数控系统的发展阶段如何划分？阶段如何划分？作业：补充题作业：补充题