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1、第第3章章 數控機床控制系統數控機床控制系統3.1 數數 控控 系系 統統 概概 述述3.2 機床常用數控系統機床常用數控系統3.3 數控機床數控機床PMC3.4 數控機床的強電控制系統數控機床的強電控制系統 3.5 數控機床故障的判定數控機床故障的判定 3.1 數數 控控 系系 統統 概概 述述 數控系統性能的優劣決定了數控機床數控系統性能的優劣決定了數控機床加工效率、成形精度和運行的穩定性。加工效率、成形精度和運行的穩定性。數控系統可以控制機床實現二軸、三數控系統可以控制機床實現二軸、三軸或多軸聯動加工軸或多軸聯動加工。加工中心與普通數控機床的區別在于加工中心與普通數控機床的區別在于有無刀
2、庫和自動換刀裝置。有無刀庫和自動換刀裝置。3.1.1 數控系統的計算機功能數控系統的計算機功能1具具有有與與計計算算機機網網絡絡進進行行通通信信和和聯網的功能聯網的功能2實現遠程控制的功能實現遠程控制的功能3.1.2 數控系統的高效加工功能數控系統的高效加工功能1自動原點補償自動原點補償 數控機床自身攜帶的專用位置檢測工數控機床自身攜帶的專用位置檢測工具對工件的側邊進行定長掃描（可以自動具對工件的側邊進行定長掃描（可以自動或手動），以掃描后諸點的擬合直線作為或手動），以掃描后諸點的擬合直線作為數控機床水平面內的數控機床水平面內的X坐標軸的方向，數坐標軸的方向，數控機床的絕對坐標系同時以控機床的
3、絕對坐標系同時以X軸為準進行軸為準進行粗加工前的位置補償。粗加工前的位置補償。2高階曲線插補高階曲線插補 通過程序段預讀（通過程序段預讀（1000段或更多）的段或更多）的方式，將折線重新擬合為曲線，數控系統方式，將折線重新擬合為曲線，數控系統以此曲線加工軌跡控制刀具的運動以此曲線加工軌跡控制刀具的運動。3刀具磨損補償值記憶刀具磨損補償值記憶 根據刀具的使用時間按照預定的補償量根據刀具的使用時間按照預定的補償量對刀具直徑和刀具的長度進行補償。對刀具直徑和刀具的長度進行補償。4區域加工功能區域加工功能 根據工序余量的特點，在加工區域中根據工序余量的特點，在加工區域中設置任意多個特定要求的加工區域，
4、每個設置任意多個特定要求的加工區域，每個區域的切削參數不同。區域的切削參數不同。5切削異常檢出功能及壽命控制切削異常檢出功能及壽命控制 在數控系統中設置每一把刀具在正常狀在數控系統中設置每一把刀具在正常狀態下用額定切削用量工作的切削負荷。當切態下用額定切削用量工作的切削負荷。當切削負荷增加到一定程度時，數控系統會認為削負荷增加到一定程度時，數控系統會認為刀具磨損嚴重需要更換刀具。刀具壽命控制刀具磨損嚴重需要更換刀具。刀具壽命控制功能，即數控系統允許設置每一把刀具的最功能，即數控系統允許設置每一把刀具的最佳工作壽命，達到工作時間不管刀具的工作佳工作壽命，達到工作時間不管刀具的工作狀態如何均進行刀
5、具的自動更換狀態如何均進行刀具的自動更換。3.2 機床常用數控系統機床常用數控系統3.2.1 SIEMENS數控系統數控系統 SINUMERIK 840D共設置有共設置有10個數控個數控通道，具有同時處理通道，具有同時處理10組加工數據的能力；組加工數據的能力；最多可控制最多可控制24個個NC軸和軸和6個主軸。標準配個主軸。標準配備的以太網接口具有很強的通信功能備的以太網接口具有很強的通信功能。3.2.2 FANUC數控系統數控系統 FANUC 16/18系系列列數數控控系系統統具具有有多多主主軸軸、多多控控制制軸軸控控制制功功能能，數數控控銑銑床床可可以以構構成成具具有有三三軸軸聯聯動動和和
6、五五軸軸聯聯動動功功能能的的加加工工中中心心；具具有有與計算機聯網組成柔性制造系統的能力。與計算機聯網組成柔性制造系統的能力。開發有存儲卡在線開發有存儲卡在線DNC加工功能。加工功能。FANUC數控系統及伺服系統采用數控系統及伺服系統采用3220V、50Hz交流電源標準交流電源標準。3.3 數控機床數控機床PMC3.3.1 PMC概述概述 PMC又稱為數控機床內置式又稱為數控機床內置式PLC，是，是對數控系統功能進行的二次開發。對數控系統功能進行的二次開發。NC模模塊塊、PMC模模塊塊在在數數控控系系統統中中的的關關系如圖系如圖3.3所示。所示。圖3.3 NC模塊、PMC模塊在數控系統中的關系
7、 3.3.2 數控機床數控機床PMC的動作要求的動作要求 具有加工中心的基本控制功能；具有加工中心的基本控制功能；具有刀庫管理和自動換刀控制功能；具有刀庫管理和自動換刀控制功能；具有雙工作臺交換功能；具有雙工作臺交換功能；具具有有工工作作臺臺定定角角度度分分度度定定位位控控制制功功能；能；具有故障診斷、顯示和報警功能。具有故障診斷、顯示和報警功能。在操作界面上加工中心的在操作界面上加工中心的PMC功能可以功能可以分為兩部分：報警功能部分和動作功能部分。分為兩部分：報警功能部分和動作功能部分。在擬定動作功能時，應盡可能多的考慮在擬定動作功能時，應盡可能多的考慮執行該動作的安全限制條件，使特定的動
8、作執行該動作的安全限制條件，使特定的動作能安全、高效、順利進行，這些限制條件應能安全、高效、順利進行，這些限制條件應覆蓋包括國家安全、勞保等法規所規定的限覆蓋包括國家安全、勞保等法規所規定的限制條件。制條件。3.3.3 PMC程序總體結構程序總體結構1模塊化的模塊化的PMC軟件開發思想軟件開發思想 每一個模塊完成特定的功能。每一個模塊完成特定的功能。每一個子模塊都可以在每一個子模塊都可以在NC的人的人機接機接口口PLC參數設置欄中設置開關條件參數設置欄中設置開關條件。2PMC軟件的總體結構（1）頭文件 PMC程序所需要的基本規范和數學定義等稱為頭文件 （2）變量聲明接口、變量等定義定義PMC的
9、輸入點 定義PMC的輸出點 動動作作停停留留時時間間的的長長短短、位位移移的的距距離離、運運動的速度等等。動的速度等等。約定：如果參數用以表示時間，其單約定：如果參數用以表示時間，其單位時間為位時間為1/512s；如果參數用以表示長度，；如果參數用以表示長度，其單位長度為其單位長度為1/1000mm；如果參數用以表；如果參數用以表示速度，其單位為示速度，其單位為mm/min。（4）PMC軟件組成軟件組成 PMC軟件分為初始化、運行和關閉三軟件分為初始化、運行和關閉三個組成部分。個組成部分。3加工中心的基本功能程序段加工中心的基本功能程序段 加工中心的基本功能包括軸運動控制、加工中心的基本功能包
10、括軸運動控制、手輪、歸零、各種工作方式轉換、主軸準手輪、歸零、各種工作方式轉換、主軸準停、手動調整操作面板的管理等功能。停、手動調整操作面板的管理等功能。（1）工作方式轉換程序段）工作方式轉換程序段 （2）主軸速度修調）主軸速度修調3.3.4 PMC典型子模塊舉例典型子模塊舉例1.Z軸去換刀位；軸去換刀位；2.主軸準停；主軸準停；3.刀庫前進；刀庫前進；4.Y軸去換刀位；軸去換刀位；5.X軸去換刀位；軸去換刀位；6.松刀吹氣；松刀吹氣；1.主軸還刀后刀庫退回；主軸還刀后刀庫退回；2.計算最短選刀路徑；計算最短選刀路徑；3.啟動刀盤旋轉；啟動刀盤旋轉；4.刀庫前進；刀庫前進；5.主軸抓刀；主軸抓
11、刀；6.X軸去刀庫安全返回位；軸去刀庫安全返回位；7.主軸抓刀后刀庫退回；主軸抓刀后刀庫退回；8.解除主軸準停。解除主軸準停。3.4 數控機床的強電控制系統數控機床的強電控制系統 合合適適的的強強電電控控制制系系統統，使使它它能能夠夠接接受受數數控控系系統統發發出出的的弱弱電電信信號號，并并將將弱弱電電信信號號放放大大后后去去控控制制強強電電設設備備的的運運轉轉。同同時時，數數控控機機床床工工作作時時的的各各種種信信號號又又可可以以用用合合適適的的電電平回饋給數控系統。平回饋給數控系統。強電系統在設計時應充分考慮避免外強電系統在設計時應充分考慮避免外界干擾信號的侵入和數控機床本身強電元界干擾信
12、號的侵入和數控機床本身強電元件起動和停止時可能產生的干擾。對外界件起動和停止時可能產生的干擾。對外界干擾信號（如：大型動力機械起動、電弧干擾信號（如：大型動力機械起動、電弧焊機焊接時等）采取隔離變壓器或自動交焊機焊接時等）采取隔離變壓器或自動交流穩壓器進行處理可以取得良好的效果；流穩壓器進行處理可以取得良好的效果；對于強電系統內部接觸器吸合等產生對于強電系統內部接觸器吸合等產生的干擾信號，使用浪涌抑制元件可以消除的干擾信號，使用浪涌抑制元件可以消除其影響；對于數控系統通信使用的控制信其影響；對于數控系統通信使用的控制信號電纜使用單端或兩端接地的方式可以有號電纜使用單端或兩端接地的方式可以有效消
13、除電磁波的干擾；數控機床的控制柜效消除電磁波的干擾；數控機床的控制柜一定要良好接地使其能夠良好屏蔽外部的一定要良好接地使其能夠良好屏蔽外部的電磁干擾信號；在控制柜內部的數控系統電磁干擾信號；在控制柜內部的數控系統和伺服驅動系統等運動控制系統也應采取和伺服驅動系統等運動控制系統也應采取良好的接地措施良好的接地措施。3.4.1 加工中心加工中心PMC的的I/O點點進入進入PLC邏輯控制的信號如下。邏輯控制的信號如下。1PLC與第二操作面板間的連接信號與第二操作面板間的連接信號2PLC與手輪之間的連接信號與手輪之間的連接信號3PLC與手動操作面板間的連接信號與手動操作面板間的連接信號4PLC與機床主
14、體之間的連接信號與機床主體之間的連接信號5PLC與與各各軸軸驅驅動動單單元元之之間間的的連連接接信信號號6其他信號其他信號3.5 數控機床故障的判定數控機床故障的判定 故障可以分為數控系統故障、伺服系故障可以分為數控系統故障、伺服系統故障、液壓系統故障和機械系統故障等統故障、液壓系統故障和機械系統故障等幾種，數控系統的故障通常由數控系統自幾種，數控系統的故障通常由數控系統自身的邏輯處理程序直接處理身的邏輯處理程序直接處理。坐標軸伺服系統或主軸驅動系統通常在坐標軸伺服系統或主軸驅動系統通常在制造時也設置了幾十甚至上百的故障信息制造時也設置了幾十甚至上百的故障信息。在液壓系統和機械系統等系統內部，設在液壓系統和機械系統等系統內部，設置有許多保證系統穩定正常運轉的傳感器，置有許多保證系統穩定正常運轉的傳感器，如：接近開關、溫度傳感器、力傳感器、振如：接近開關、溫度傳感器、力傳感器、振動傳感器以及過電壓、過電流、缺相等檢測動傳感器以及過電壓、過電流、缺相等檢測元件元件。
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