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1、CNC数控知识,一：数控机床的概述,全称：数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）优点：适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高1952年美国帕森斯（PARSONS）和麻省理工学院（MIT）合作研制第一台三坐标数控铣床1958年，我国开始研究数控机床,数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围复盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术：(6)软件技术等。计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为
2、工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地。,按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：电子管数控，晶体管数控，中小规模IC数控，小型计算机数控，微处理器数控；从体系结构的发展，可分为以硬件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统，后者也称为软数控系统：从伺服及控制的方式可分为步进电机驱动的开环系统和伺服电机驱动的闭环系统。,发动机二厂数控系统统计,二:数控机床的机械结构,数控机床的本体及机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件如工作台、刀架及其传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位和夹紧装置。对于加工中心类的数控机床，还有存
3、放刀具的刀库，更换刀具的机械手等部件。,上料门,排屑 装置,龙门架窗口,电柜,Main components(1),Click to continue,前液压控制柜,机床操作面板,三色灯,部分操作面板,后液压控制柜,Main components(2),Click to continue,数控机床的坐标系轴的分类:几何轴 附加轴 特殊轴几何轴：X、Y、Z凡是旋转的轴便不是几何轴附加轴：U、V、W（一般是直线轴）A、B、C（一般是旋转轴）,X,Y,Z,Motor spindle,Palett changer,Rotary table,Tool magazine,Vertical axis,Hor
4、izontal axis,Machining axis,Axes description,Click to continue,三:数空机床的控制原理,数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成,控制介质,数控装置,伺服系统,机床,测量装置,数控系统的组成：一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。,(1)数据输入装置将指
5、令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，CNC键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、PC计算机等等。(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。,(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排
6、序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC，使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。,(4)主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时
7、接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。(5)进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。,位置测量系统,位置检测器件的选择机械原点是数控机床所有座标系的基准点，机械原点的稳定性是数控机床极为重要的技术指标，也是稳定加工精度的基本保证，机械原点的建立方法有两种：在采用相对位置编码器、感应同步器或光栅作为位置反馈器件的数控机床中，数控系统
8、将各进给轴的回零减速开关（或标记）之後由位置反馈器件产生的第一个零点标记信号作为基准点。这类机床在每次断电或紧急停机後都必须重新作各进给轴的回零操作，否则，实际位置可能发生偏移，回零减速开关与其撞块的相对位置调整不妥，也会引起机械原点位置的不稳定，这些都是应该重视的；,在采用绝对位置编码器作为位置反馈器件的数控机床中，绝对位置编码器能够自动记忆各进给轴全行程内的每一点位置，不需回零开关，每次断电或紧急停机後，都不必重新作基准点的设定操作。基准点位置设定後永久不变，并由专供绝对位置编码器使用的存储器记忆，特别适用于鼠牙盘定位的旋转工作臺零点位置的设定，不仅稳定性好，而且给操作和调整带来极大方便。
9、,数控系统的位置控制方式开环控制系统：采用步进电机作为驱动部件，没有位置和速度反馈器件，所以控制简单，价格低廉，但它们的负载能力小，位置控制精度较差，进给速度较低，主要用于经济型数控装置；半闭环和闭环位置控制系统：采用直流或交流伺服电机作为驱动部件，可以采用内装於电机内的脉冲编码器，旋转变压器作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，也可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。,由于螺距误差的存在，使得从半闭环系统位置检测器反馈的丝杠旋转角度变化量，还不能精确地反映进给轴的直线运动位置。但是，经过数控系统对螺距误差的补偿後，它们也能达到
10、相当高的位置控制精度。与全闭环系统相比，它们的价格较低，安装在电机内部的位置反馈器件的密封性好，工作更加稳定可靠，几乎无需维修，所以广泛地应用于各种类型的数控机床。,伺服驱动系统,直流伺服电机的控制比较简单，价格也较低，其主要缺点是电机内部具有机械换向装置，碳刷容易磨损，维修工作量大。运行时易起火花，使电机的转速和功率的提高较为困难。交流伺服电机是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高，目前已在很大範围内取代了直流伺服电机。,为了实现更高的加工精度和速度，90年代，许多公司又研制了直线电机。它由两个非接触元件组成，即磁板和线卷滑座：电磁力直接作用于移动的元件而无需机械连接
11、，没有机械滞后或螺距周期误差，精度完全依赖于直线反馈系统和分级的支承，由全数字伺服驱动，刚性高，频响好，因而可获得高速度。但由于它的推力还不够大，发热，漏磁及造价也影响了它的广泛应用。对现代数控系统，伺服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。这两种突破的结果产生了交流数字驱动系统，应用在数控机床的伺服进给和主轴装置。,电主轴以及齿轮主轴,自动换刀装置,两种主要形式：回转刀架和带刀库的自动装置刀库的形式：鼓轮式和链式 1.盘式刀库 刀库容量相对较小，一般在124把刀具，主要适用于小型加工中心；2.链式刀库 刀库容量大，一般在1
12、100把刀具，主要适用于大中型加工中心。链式多为轴向取刀。刀具的选择方法：顺序选刀方式和任选方式两种。换刀过程。（如图）,刀具识别方法刀座编码刀柄编码,刀柄编码,刀座编码,识别传感器,识别码块,直接往刀库中手动装入刀具（1）适用于刀柄编码的机床：将已确定刀具号的刀柄装入刀库中任意位置，由系统自动识别。（2）若在刀座编码的机床上使用，需按照刀具号将刀具装入对应的刀座中；或是先随机将刀具装入刀库后，进行刀具重整（M80、M81），确定刀具号。,多种补偿功能,数控系统能实现多种补偿功能，提高数控机床的加工精度和动态特性。数控系统的补偿功能主要用来补偿机械系统带来的误差。,1)直线度的补偿：随着某一轴
13、的运动，对另一 轴加以补偿，提高机床工作台运动的直度。2)采用新的丝杠导程误差补偿方法：用几条近似线表示导程误差，仅对其中几个点进补偿。此法可减少补偿数据的设定点数，使补偿方法大为简化。3)杠、齿轮间隙补偿。4)热变形误差补偿：用来补偿由于机床热变形而产生机床几何位置变化引起的加工误差。5)刀具长度、位置、半径等补偿。6)存储型补偿：这种补偿方法，可根据机床使 用中的实际情况(如机床零件的磨损情况 等)适时地修订补偿值。,人机界面,操作面板,键盘,PLC,840D数控系统基本的硬件配置1.人机界面2.操作面板3.键盘4.PLC部分:PS模块;IM模块;SM模块5.NC部分:MS模块;NCU模块
14、;MSD模块；FDD模块,四:数空机床面板介绍,1.阿拉伯字母键组2.数字键组3.光标键组4.控制键组5.鼠标键6.区域转换键7.扩展（ETC）键8.软键9.软键及直接控制键10.机床区域键11.返回键,OP12的按键布置图,五:数空设备的维护,数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。,数控设备的使用环境 为提高数控设备的使用寿
15、命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床、锻压设备等。,操作规程 操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一，操作者一定要按操作规程操作。机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断出故障的原因，及时排除。,日常维护 1）严格遵守操作规程和日常维护制度2）应尽量少开数控柜和强电柜的门 在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有的用户在夏天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。,3）定时清扫数控柜的散热通风系统应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。,THE END,
