第二章 数控机床的组成和工作原理

主要介绍数控机床的组成和工作原理

2、数控机床的组成和工作原理

主要介绍数控机床的组成和工作原理

2.1 概述2.1.1 机床的数字控制数字控制(NC)-指用数字化信号对机床运动及其加工过程 进行控制的一种方法，简称数控； 数控机床(NC机床)-是一种采用计算机技术，利用数字进 行控制的高效、能自动化加工的机床，能够按照数字和文 字编码方式，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能， 用数字、文字符号表示出来，经过程序控制系统(即数控 系统的逻辑处理和运算),发出各种控制指令，实现要求 的机械动作，自动完成加工任务； 数控系统-包含了数控装置和伺服控制部分两部分；

2.1.2 数控技术-实现FMS和CIMS的基础技术

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2.2 数控机床的组成数控机床由信息输入、信息运算及控制、伺服驱动系统、 机床本体、机电接口等五大部分组成。机电 接口

CRT

冷却液电动机限位开关

磁盘 手摇脉冲 发生器 信息 接口

信 息 运 算 控 制

位 置 控 制 位置反馈 数控机床的组成示意图

速 度 控 制 速度反馈

机 床 本 体

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2.2 数控机床的组成(1)信息输入

磁盘输入； 手动数据输入(MDI)-按键+显示器CRT; 手摇脉冲发生器(电子手轮)输入-调整机床、对刀； 通讯接口输入-由上位机输入；(2)信息运算及控制(数控装置-数控机床的核心)

数控装置的组成 - CPU+存储器+总线+相应的软件；数控装置的主要功能 ：

具有多轴联动、多坐标控制；实现多种函数的插补计算； 程序的编辑、输入和修改功能；信息转换功能；补偿功 能；多种加工方式选择；故障自诊断功能；显示功能； 通讯和联网功能。

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2.2 数控机床的组成(3)伺服驱动系统(装置)

a.伺服驱动装置包括： 主轴驱动单元-实现速度控制； 进给驱动单元-实现速度控制和位置控制； 回转工作台和刀库伺服控制装置+相应的伺服电机； 安装在伺服电机(或机床的执行部件)上的速度、位移 检测元件及其电路；(常用的检测装置-测速电机、旋转变压器、脉冲编码 器、感应同步器、光栅、磁性检测元件、霍尔检测元件) b.伺服系统按所用电机的类型分为：

直流伺服系统-使用直流伺服电机； 交流伺服系统-使用交流伺服电机；

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2.2 数控机床的组成(4)机床本体(主机) 数控机床本体由主运动部件、进给运动部件、执行 部件和基础部件组成。

数控机床与普通机床在结构上的区别有:伺服电机驱动(无级变速)-传动链短、结构简单；

采用精密滚珠丝杠和直线滚动导轨-实现快速响应特性；机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼精度、 耐磨性及抗热变形性能-实现高精度、高效率、高自动 化加工。

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2.2 数控机床的组成(5)机电接口机电接

口-指数控装置与机床之间的接口。 作用：实现数控机床强电线路与低压下工作的控制 电路或弱电线路的连接，将数字控制信息和开关控 制信息很好地协调起来，实现机床的正常运转和工 作。数控机床的开关量控制(动作控制),一般采 用可编程控制器(PC、PLC、PMC)来实现。 数控系统-CNC装置+伺服驱动装置+PLC控制+检测装置； 伺服系统-伺服驱动单元(速度控制环)+伺服电机+机械

传动环节；

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2.2 数控机床的组成

数控机床的逻辑组成

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2.3 数控机床的基本工作原理(1)数控机床的加工过程零件几何信息 加工工艺信息 NC程序输 入

计算机 数控装置

转 换

各轴实 现运动

伺服电 机工作放 大

各轴

驱动电路

产品

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2.3 数控机床的基本工作原理(2)点位控制与轮廓加工控制 点位控制-控制点到点之间的距离。特点：与刀具路径 无关。包括钻、镗、攻螺纹等加工。 轮廓加工控制-亦称连续轨迹控制，分为加工平面曲线 (X,Y轴运动的合成)和加工空间曲线(X,Y,Z轴运动 的合成)两种情况。 轮廓加工控制的特点： 对各坐标轴的移动量、速度及相互间的比例同时进行 控制。

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2.3 数控机床的基本工作原理(2)点位控制与轮廓加工控制 点位控制及轮廓加工控制均通过插补运算来实现。

插补-指在被加工轨迹的起点和终点之间，插进许多中 间点(数据点的密化),然后用已知线型逼近的过程。 如直线、圆弧、抛物线插补等等。数控系统将插补运算的结果通过伺服驱动装置 (伺服控制)来实现机床各坐标轴的运动。 伺服控制-分为关断控制和调节控制两种控制方式。 定义P17 适用于点位控制 适用于轮廓控制

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2.3 数控机床的基本工作原理(3)数控机床的基本(电气)控制要求

各伺服轴的插补运动控制位移 主轴速度控制 主轴定位控制 主轴及各轴的插补控制 主轴电机正反转、 停止；冷却泵电机 的启动和停止；机 械原点限位开关信 号的检测。 定时润滑、刀库控 制、主轴管理等。 由逻辑编 程实现

运动控制

速度 加速度

简单逻辑输入

逻辑控制

输出控制

组合逻辑控制

由PLC来 实现

(4)数控机床常用的调试功能：P17

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2.4 数控机床的基本类型2.4.1 按运动轨迹分类 (1)点位控制系统-代表：数控钻床，数控镗床，etc. 只控制刀具相对于工件定位点的位置精度，不控制刀 具的运动轨迹，刀具运动过程中不进行切削。 (2)直线控制系统-代表：数控车床，数控铣床，etc. 控制起点与终点间的准确位置的同时，还要求刀具的 运动轨迹为一直线，并能控制位移速度，刀具运动过程中 进行切削加工。 点位/直线控制系统-同时具有以上功能，如数

控镗铣床，etc. (3)轮廓控制系统-代表：数控铣床，数控车床，etc. 对两个或两个以上的坐标轴方向进行连续控制的同时， 也对位移和速度进行连续控制，刀具运动过程中进行切削 加工。 可分为2轴控制，2.5轴控制，3-5轴控制。

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2.4 数控机床的基本类型2.4.2 按伺服系统控制方式分类 (1)开环伺服系统 特点：不带位置测量元件，对执行机构的动作情况不进 行检查，控制精度较低，成本较低。如：步进电机伺服 系统。其精度主要取决于伺服元件和机床传动元件。

开环控制系统框图

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2.4 数控机床的基本类型2.4.2 按伺服系统控制方式分类 (2)闭环伺服系统 特点：机床工作台上装有位置测量元件(直线位移测量 元件),运动精度主要取决于检测装置精度，与传动链 误差无关；系统不易稳定，调试和维修较复杂。

闭环控制系统框图

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2.4 数控机床的基本类型2.4.2 按伺服系统控制方式分类 (3)半闭环伺服系统 特点：通过角位移测量元件间接测量伺服机构中执行元 件的转角，通过计算换算出工作台的实际位移量，将计 算值与指令值进行比较，用比较后的差值进行控制机床 的位移，直至差值为0。其控制精度不如闭环控制数控机 床，但调试比较方便，成本 …… 此处隐藏：2175字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……