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1、第第3章章 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)3.1 數(shù)數(shù) 控控 系系 統(tǒng)統(tǒng) 概概 述述3.2 機(jī)床常用數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床常用數(shù)控系統(tǒng)3.3 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床PMC3.4 數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制系統(tǒng) 3.5 數(shù)控機(jī)床故障的判定數(shù)控機(jī)床故障的判定 3.1 數(shù)數(shù) 控控 系系 統(tǒng)統(tǒng) 概概 述述 數(shù)控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣決定了數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣決定了數(shù)控機(jī)床加工效率、成形精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。加工效率、成形精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。數(shù)控系統(tǒng)可以控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)二軸、三數(shù)控系統(tǒng)可以控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)二軸、三軸或多軸聯(lián)動(dòng)加工軸或多軸聯(lián)動(dòng)加工。加工中心與普通數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于加工中心與普通數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于有無刀

2、庫和自動(dòng)換刀裝置。有無刀庫和自動(dòng)換刀裝置。3.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)功能數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)功能1具具有有與與計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)進(jìn)進(jìn)行行通通信信和和聯(lián)網(wǎng)的功能聯(lián)網(wǎng)的功能2實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能3.1.2 數(shù)控系統(tǒng)的高效加工功能數(shù)控系統(tǒng)的高效加工功能1自動(dòng)原點(diǎn)補(bǔ)償自動(dòng)原點(diǎn)補(bǔ)償 數(shù)控機(jī)床自身攜帶的專用位置檢測工數(shù)控機(jī)床自身攜帶的專用位置檢測工具對工件的側(cè)邊進(jìn)行定長掃描（可以自動(dòng)具對工件的側(cè)邊進(jìn)行定長掃描（可以自動(dòng)或手動(dòng)），以掃描后諸點(diǎn)的擬合直線作為或手動(dòng)），以掃描后諸點(diǎn)的擬合直線作為數(shù)控機(jī)床水平面內(nèi)的數(shù)控機(jī)床水平面內(nèi)的X坐標(biāo)軸的方向，數(shù)坐標(biāo)軸的方向，數(shù)控機(jī)床的絕對坐標(biāo)系同時(shí)以控機(jī)床的

3、絕對坐標(biāo)系同時(shí)以X軸為準(zhǔn)進(jìn)行軸為準(zhǔn)進(jìn)行粗加工前的位置補(bǔ)償。粗加工前的位置補(bǔ)償。2高階曲線插補(bǔ)高階曲線插補(bǔ) 通過程序段預(yù)讀（通過程序段預(yù)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(shù)控系統(tǒng)方式，將折線重新擬合為曲線，數(shù)控系統(tǒng)以此曲線加工軌跡控制刀具的運(yùn)動(dòng)以此曲線加工軌跡控制刀具的運(yùn)動(dòng)。3刀具磨損補(bǔ)償值記憶刀具磨損補(bǔ)償值記憶 根據(jù)刀具的使用時(shí)間按照預(yù)定的補(bǔ)償量根據(jù)刀具的使用時(shí)間按照預(yù)定的補(bǔ)償量對刀具直徑和刀具的長度進(jìn)行補(bǔ)償。對刀具直徑和刀具的長度進(jìn)行補(bǔ)償。4區(qū)域加工功能區(qū)域加工功能 根據(jù)工序余量的特點(diǎn)，在加工區(qū)域中根據(jù)工序余量的特點(diǎn)，在加工區(qū)域中設(shè)置任意多個(gè)特定要求的加工區(qū)域，

4、每個(gè)設(shè)置任意多個(gè)特定要求的加工區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的切削參數(shù)不同。區(qū)域的切削參數(shù)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(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置每一把刀具在正常狀在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置每一把刀具在正常狀態(tài)下用額定切削用量工作的切削負(fù)荷。當(dāng)切態(tài)下用額定切削用量工作的切削負(fù)荷。當(dāng)切削負(fù)荷增加到一定程度時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為削負(fù)荷增加到一定程度時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為刀具磨損嚴(yán)重需要更換刀具。刀具壽命控制刀具磨損嚴(yán)重需要更換刀具。刀具壽命控制功能，即數(shù)控系統(tǒng)允許設(shè)置每一把刀具的最功能，即數(shù)控系統(tǒng)允許設(shè)置每一把刀具的最佳工作壽命，達(dá)到工作時(shí)間不管刀具的工作佳工作壽命，達(dá)到工作時(shí)間不管刀具的工作狀態(tài)如何均進(jìn)行刀

5、具的自動(dòng)更換狀態(tài)如何均進(jìn)行刀具的自動(dòng)更換。3.2 機(jī)床常用數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床常用數(shù)控系統(tǒng)3.2.1 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) SINUMERIK 840D共設(shè)置有共設(shè)置有10個(gè)數(shù)控個(gè)數(shù)控通道，具有同時(shí)處理通道，具有同時(shí)處理10組加工數(shù)據(jù)的能力；組加工數(shù)據(jù)的能力；最多可控制最多可控制24個(gè)個(gè)NC軸和軸和6個(gè)主軸。標(biāo)準(zhǔn)配個(gè)主軸。標(biāo)準(zhǔn)配備的以太網(wǎng)接口具有很強(qiáng)的通信功能備的以太網(wǎng)接口具有很強(qiáng)的通信功能。3.2.2 FANUC數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) FANUC 16/18系系列列數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)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(shù)數(shù)控控銑銑床床可可以以構(gòu)構(gòu)成成具具有有三三軸軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)動(dòng)和和

6、五五軸軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)動(dòng)功功能能的的加加工工中中心心；具具有有與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成柔性制造系統(tǒng)的能力。與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成柔性制造系統(tǒng)的能力。開發(fā)有存儲卡在線開發(fā)有存儲卡在線DNC加工功能。加工功能。FANUC數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)采用數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)采用3220V、50Hz交流電源標(biāo)準(zhǔn)交流電源標(biāo)準(zhǔn)。3.3 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床PMC3.3.1 PMC概述概述 PMC又稱為數(shù)控機(jī)床內(nèi)置式又稱為數(shù)控機(jī)床內(nèi)置式PLC，是，是對數(shù)控系統(tǒng)功能進(jìn)行的二次開發(fā)。對數(shù)控系統(tǒng)功能進(jìn)行的二次開發(fā)。NC模模塊塊、PMC模模塊塊在在數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的關(guān)關(guān)系如圖系如圖3.3所示。所示。圖3.3 NC模塊、PMC模塊在數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)系

7、 3.3.2 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床PMC的動(dòng)作要求的動(dòng)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(dòng)換刀控制功能；具有刀庫管理和自動(dòng)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(bào)警功能。具有故障診斷、顯示和報(bào)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(bào)警功能部分和動(dòng)作功能部分。分為兩部分：報(bào)警功能部分和動(dòng)作功能部分。在擬定動(dòng)作功能時(shí)，應(yīng)盡可能多的考慮在擬定動(dòng)作功能時(shí)，應(yīng)盡可能多的考慮執(zhí)行該動(dòng)作的安全限制條件，使特定的動(dòng)

8、作執(zhí)行該動(dòng)作的安全限制條件，使特定的動(dòng)作能安全、高效、順利進(jìn)行，這些限制條件應(yīng)能安全、高效、順利進(jìn)行，這些限制條件應(yīng)覆蓋包括國家安全、勞保等法規(guī)所規(guī)定的限覆蓋包括國家安全、勞保等法規(guī)所規(guī)定的限制條件。制條件。3.3.3 PMC程序總體結(jié)構(gòu)程序總體結(jié)構(gòu)1模塊化的模塊化的PMC軟件開發(fā)思想軟件開發(fā)思想 每一個(gè)模塊完成特定的功能。每一個(gè)模塊完成特定的功能。每一個(gè)子模塊都可以在每一個(gè)子模塊都可以在NC的人的人機(jī)接機(jī)接口口PLC參數(shù)設(shè)置欄中設(shè)置開關(guān)條件參數(shù)設(shè)置欄中設(shè)置開關(guān)條件。2PMC軟件的總體結(jié)構(gòu)（1）頭文件 PMC程序所需要的基本規(guī)范和數(shù)學(xué)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(diǎn) 定義PMC的輸出點(diǎn) 動(dòng)動(dòng)作作停停留留時(shí)時(shí)間間的的長長短短、位位移移的的距距離離、運(yùn)運(yùn)動(dòng)的速度等等。動(dòng)的速度等等。約定：如果參數(shù)用以表示時(shí)間，其單約定：如果參數(shù)用以表示時(shí)間，其單位時(shí)間為位時(shí)間為1/512s；如果參數(shù)用以表示長度，；如果參數(shù)用以表示長度，其單位長度為其單位長度為1/1000mm；如果參數(shù)用以表；如果參數(shù)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(yùn)行和關(guān)閉三軟件分為初始化、運(yùn)行和關(guān)閉三個(gè)組成部分。個(gè)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(yùn)動(dòng)控制、加工中心的基本功能包

10、括軸運(yùn)動(dòng)控制、手輪、歸零、各種工作方式轉(zhuǎn)換、主軸準(zhǔn)手輪、歸零、各種工作方式轉(zhuǎn)換、主軸準(zhǔn)停、手動(dòng)調(diào)整操作面板的管理等功能。停、手動(dòng)調(diào)整操作面板的管理等功能。（1）工作方式轉(zhuǎn)換程序段）工作方式轉(zhuǎn)換程序段 （2）主軸速度修調(diào)）主軸速度修調(diào)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(zhǔn)停；主軸準(zhǔn)停；3.刀庫前進(jìn)；刀庫前進(jìn)；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(jì)算最短選刀路徑；計(jì)算最短選刀路徑；3.啟動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)；啟動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)；4.刀庫前進(jìn)；刀庫前進(jìn)；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(zhǔn)停。解除主軸準(zhǔn)停。3.4 數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制系統(tǒng) 合合適適的的強(qiáng)強(qiáng)電電控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)，使使它它能能夠夠接接受受數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)發(fā)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(qiáng)強(qiáng)電電設(shè)設(shè)備備的的運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。同同時(shí)時(shí)，數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床工工作作時(shí)時(shí)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(shù)控系統(tǒng)。平回饋給數(shù)控系統(tǒng)。強(qiáng)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮避免外強(qiáng)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮避免外界干擾信號的侵入和數(shù)控機(jī)床本身強(qiáng)電元界干擾信

12、號的侵入和數(shù)控機(jī)床本身強(qiáng)電元件起動(dòng)和停止時(shí)可能產(chǎn)生的干擾。對外界件起動(dòng)和停止時(shí)可能產(chǎn)生的干擾。對外界干擾信號（如：大型動(dòng)力機(jī)械起動(dòng)、電弧干擾信號（如：大型動(dòng)力機(jī)械起動(dòng)、電弧焊機(jī)焊接時(shí)等）采取隔離變壓器或自動(dòng)交焊機(jī)焊接時(shí)等）采取隔離變壓器或自動(dòng)交流穩(wěn)壓器進(jìn)行處理可以取得良好的效果；流穩(wěn)壓器進(jìn)行處理可以取得良好的效果；對于強(qiáng)電系統(tǒng)內(nèi)部接觸器吸合等產(chǎn)生對于強(qiáng)電系統(tǒng)內(nèi)部接觸器吸合等產(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)通信使用的控制信其影響；對于數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控機(jī)床的控制柜效消除電磁波的干擾；數(shù)控機(jī)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(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)電磁干擾信號；在控制柜內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也應(yīng)采取和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也應(yīng)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(diǎn)點(diǎn)進(jìn)入進(jìn)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(dòng)操作面板間的連接信號與手動(dòng)操作面板間的連接信號4PLC與機(jī)床主

14、體之間的連接信號與機(jī)床主體之間的連接信號5PLC與與各各軸軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)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(shù)控機(jī)床故障的判定數(shù)控機(jī)床故障的判定 故障可以分為數(shù)控系統(tǒng)故障、伺服系故障可以分為數(shù)控系統(tǒng)故障、伺服系統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)故障和機(jī)械系統(tǒng)故障等統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)故障和機(jī)械系統(tǒng)故障等幾種，數(shù)控系統(tǒng)的故障通常由數(shù)控系統(tǒng)自幾種，數(shù)控系統(tǒng)的故障通常由數(shù)控系統(tǒng)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(biāo)軸伺服系統(tǒng)或主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常在坐標(biāo)軸伺服系統(tǒng)或主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常在制造時(shí)也設(shè)置了幾十甚至上百的故障信息制造時(shí)也設(shè)置了幾十甚至上百的故障信息。在液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)等系統(tǒng)內(nèi)部，設(shè)在液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)等系統(tǒng)內(nèi)部，設(shè)置有許多保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的傳感器，置有許多保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的傳感器，如：接近開關(guān)、溫度傳感器、力傳感器、振如：接近開關(guān)、溫度傳感器、力傳感器、振動(dòng)傳感器以及過電壓、過電流、缺相等檢測動(dòng)傳感器以及過電壓、過電流、缺相等檢測元件元件。