米乐棋牌:数控系统的定义及组成


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  键盘和显示器是数控系统必不可少的人机交互设备,操 作人员可通过键盘和显示器输入程序、编辑修改程序和发送 操作命令,即进行手动数据输入(MDI),因此,键盘是MDI中 最主要的输入设备。数控系统通过显示器为操作人员提供必 要的信息,根据系统所处的状态和操作命令的不同,显示的 信息可以是正在编辑的程序,也可以是机床的加工信息。较 简单的显示器仅有若干个数码管,显示的信息也很有限;较 高级的系统一般配有CRT显示器或点阵式液晶显示器,显示的 信息较丰富;低档的显示器或液晶显示器只能显示字符,中 高档的显示系统能显示图形。数控加工程序编制好后,一般 存放在便于输入到数控装置的一种控制介质上。传统的方式 是将编制好的程序记录在穿孔纸带或磁带上,然后由纸带阅 读机或磁带机输入数控系统,因此,纸带阅读机和磁带机是 早期数字控制机床的典型输入设备。

  根据不同的被控对象,有各种数控系统存在, 其中,最 早产生的、目前应用最为广泛的是机械加工行业中的各种机床 数控系统,即以加工机床为被控对象的数字控制管理系统,例如数 控车床、数控铣床、数控线切割机、数控加工中心等。 机床 数控是具有高的附加价值的技术密集型产品,实现了高度的机电一 体化。 它集机械制造、计算机、微电子、现代控制及精密测 量等多种技术为一体,使传统的机械加工工艺发生了质的变化。

  辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间 的控制装置。通过可编程序控制器(PLC)来实现,PLC和数控装 置相互配合,共同完成数字控制机床的控制。数控装置主要完成与 数字运算和程序管理等有关的功能,如零件程序的编辑、译码、 插补运算、位置控制等。PLC主要完成与逻辑运算有关的动作。 零件加工程序中的M代码、S代码、T代码等顺序动作信息,经 译码后转换成对应的控制信号,控制辅助装置完成机床的相应 开关动作,如工件的装夹、刀具的更换、切削液的开关等一些 辅助功能。它接收机床操作面板和来自数控装置的指令,一方 面通过接口电路直接控制机床的动作;另一方面通过伺服驱动 装置控制主轴电动机的转动。

  数控是数字控制(Numeric Control,NC)的简称。 我们当 前的机床数控系统是在传统的硬件数控的基础上发展起来的。 它用一台计算机代替硬件数控装置,由软件实现部分或全部数 控功能。因此,机床数控系统是一种包含计算机在内的用数字 控制技术实现的自动控制系统, 其被控对象可以是各种生产过 程。

  CNC机床在来加工前,必须接受由操作人员输入的零件 加工程序,然后才能依据输入的加工程序来加工控制,从而 加工出所需的零件。在工艺流程中,操作人员要向机床数控装 置输入操作命令,数控装置要为操作人员显示必要的信息,如 坐标值、报警信号等。此外,输入的程序有时并非全部正确, 还需要编辑、修改和调试。以上工作都是机床数控系统和操作 人员进行信息交流的过程,要进行信息交流,CNC系统中就必 须具备必要的交互设备,即输入/输出装置。

  伺服驱动装置包含主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置 两部分。伺服驱动装置由驱动电路和伺服电动机组成,并与机 床上的物理运动部件组成数控机床的主传动系统和进给传动系 统。主轴伺服驱动装置接收来自PLC的转向和转速指令,经过 功率放大后驱动主轴电动机转动。进给伺服驱动装置在每个插 补周期内接收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馈控制功能。根据所选电 动机的不同,伺服驱动装置的控制对象可以是步进电动机、直 流伺服电动机或交流伺服电动机。伺服驱动装置有开环、半闭 环和闭环之分。由于主轴的运动没有进给轴的要求高,因此, 有时普通数控车、铣床的主轴电机不是伺服电动机,而是普通 电动机。

  (1)机床主运动,包括主轴的启/停、转向和速度选择。 (2)机床的进给运动,如点位、直线、圆弧、循环进给 的选择,坐标方向和进给速度的选择等。 (3)刀具的选择和刀具的长度、半径补偿。 (4)其他辅助运动,如工作台的锁紧和松开、工作台的 旋转与分度、工件的夹紧与松开、冷却液的开/关及空运行等。 (5)自诊断及通信功能等。

  机床数控系统一般由输入/输出装置、计算机数控装置 (CNC装置)、伺服驱动装置、辅助控制装置等部分所组成, 有些 数控系统还配有位置检测装置, 如图3-1所示。 其中数控装 置是数控系统的核心部分,它由硬件和软件两大部分共同构成, 硬件最重要的包含微处理器(CPU)、存储器和各种接口; 软件主要 有系统软件和应用软件。应用软件包括零件数控加工程序或其 他辅助软件,如CAD/CAM软件。系统软件是为实现CNC系统各 项功能所编制的专用软件, 也叫控制系统软件,它存放在计算机 EPROM内存中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同, 它们的系统软件在结构上和规模上差别很大,但是一般都包括 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。

  位置检测装置与伺服驱动装置配套组成半闭环和闭环伺 服驱动系统。位置检测装置通过直接或间接测量执行部件的 实际进给位移量,反馈到数控装置并与指令(理论)位移量进 行比较,将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动,以 提高系统精度。

  数控装置是数控系统的核心。它的基本功能是:正确识别 和解释数控加工程序,并对解释结果进行各种数据计算和逻辑 判断处理,从而完成各种输入、输出任务。其形式可以是由数 字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或是计算机数控装置。前 者称做硬件数控装置,或NC装置,其数控功能由硬件逻辑电路 实现;后者称为CNC装置,其数控功能由硬件和软件共同实现。 数控装置将数控加工程序信息按两类控制量分别输出,从而控 制机床各组成部分实现各种数控功能:一类是连续控制量,送 往伺服驱动装置;另一类是离散的开关控制量,送往PLC逻辑 控制装置。