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斷橋鋁門窗設備配件--數控系統,加工中心數控系統

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樓主
發表于 2016-4-16 10:12:52 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
什么是數控系統?


數字控制系統簡稱,英文名稱為Numerical Control System,早期是與計算機并行發展演化的,用于控制自動化加工設備的,由電子管和繼電器等硬件構成具有計算能力的專用控制器的稱為硬件數控(Hard NC)。20世紀70年代以后,分離的硬件電子元件逐步由集成度更高的計算機處理器代替,稱為計算機數控系統。
計算機數控(Computerized numerical control,簡稱CNC)系統是用計算機控制加工功能,實現數值控制的系統。CNC系統根據計算機存儲器中存儲的控制程序,執行部分或全部數值控制功能,并配有接口電路和伺服驅動裝置,用于控制自動化加工設備的專用計算機系統。
CNC系統由數控程序存儲裝置(從早期的紙帶到磁環,到磁帶、磁盤到計算機通用的硬盤)、計算機控制主機(從專用計算機進化到PC體系結構的計算機)、可編程邏輯控制器(PLC)、主軸驅動裝置和進給(伺服)驅動裝置(包括檢測裝置)等組成。
由于逐步使用通用計算機,數控系統日趨具有了軟件為主的色彩,又用PLC代替了傳統的機床電器邏輯控制裝置,使系統更小巧,其靈活性、通用性、可靠性更好,易于實現復雜的數控功能,使用、維護也方便,并具有與網絡連接及進行遠程通信的功能。


金邁達選用的數控系統:三菱
金邁達應用數控系統的設備:鋸銑加工中心鋸切加工中心切割鋸組角機等。

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 樓主| 發表于 2016-4-16 10:16:14 | 只看該作者
數控系統的基本構成


世界上的數控系統種類繁多,形式各異,組成結構上都有各自的特點。這些結構特點來源于系統初始設計的基本要求和硬件和軟件的工程設計思路。對于不同的生產廠家來說,基于歷史發展因素以及各自因地而異的復雜因素的影響,在設計思想上也可能各有千秋。例如,在上世界90年代,美國Dynapath系統采用小板結構,熱變形小,便于板子更換和靈活結合,而日本FANUC系統則趨向大板結構,減少板間插接件,使之有利于系統工作的可靠性。然而無論哪種系統,它們的基本原理和構成是十分相似的。一般整個數控系統由三大部分組成,即控制系統,伺服系統和位置測量系統。控制系統硬件是一個具有輸入輸出功能的專用計算機系統,按加工工件程序進行插補運算,發出控制指令到伺服驅動系統;測量系統檢測機械的直線和回轉運動位置、速度,并反饋到控制系統和伺服驅動系統,來修正控制指令;伺服驅動系統將來自控制系統的控制指令和測量系統的反饋信息進行比較和控制調節,控制PWM電流驅動伺服電機,由伺服電機驅動機械按要求運動。這三部分有機結合,組成完整的閉環控制的數控系統。
控制系統硬件是具有人際交互功能,具有包括現場總線接口輸入輸出能力的專用計算機。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統主要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。

硬件結構
從硬件結構上的角度,數控系統到目前為止可分為兩個階段共六代,第一階段為數值邏輯控制階段,其特征是不具有CPU,依靠數值邏輯實現數控所需的數值計算和邏輯控制,包括第一代是電子管數控系統,第二代是晶體管數控系統,第三代是集成電路數控系統;第二個階段為計算機控制階段,其特征是直接引入計算機控制,依靠軟件計算完成數控的主要功能,包括第四代是小型計算機數控系統,第五代是微型計算機數控系統,第六代是PC數控系統。
由于上世紀90年代開始,PC結構的計算機應用的普及推廣,PC構架下計算機CPU及外圍存儲、顯示、通訊技術的高速進步,制造成本的大幅降低,導致PC構架數控系統日趨成為主流的數控系統結構體系。PC數控系統的發展,形成了“NC+PC”過渡型結構,既保留傳統NC硬件結構,僅將PC作為HMI。代表性的產品包括FANUC的160i,180i,310i,840D等。還有一類即將數控功能集中以運動控制卡的形式實現,通過增擴NC控制板卡(如基于DSP的運動控制卡等)來發展PC數控系統。典型代表有美國DELTA TAU公司用PMAC多軸運動控制卡構造的PMAC-NC系統。另一種更加革命性的結構是全部采用PC平臺的軟硬件資源,僅增加與伺服驅動及I/O設備通信所必需的現場總線接口,從而實現非常簡潔硬件體系結構。

軟件結構
(1)輸入數據處理程序
它接收輸入的零件加工程序,將標準代碼表示的加工指令和數據進行譯碼、數據處理,并按規定的格式存放。有的系統還要進行補償計算,或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常,輸入數據處理程序包括輸入、譯碼和數據處理三項內容。
(2)插補計算程序
CNC系統根據工件加工程序中提供的數據,如曲線的種類、起點、終點、既定速度等進行中間輸出點的插值密化運算。上述密化計算不僅要嚴格遵循給定軌跡要求還要符合機械系統平穩運動加減速的要求。根據運算結果,分別向各坐標軸發出形成進給運動的位置指令。這個過程稱為插補運算。計算得到進給運動的位置指令通過CNC內或伺服系統內的位置閉環、速度環、電流環控制調節,輸出電流驅動電機帶動工作臺或刀具作相應的運動,完成程序規定的加工任務。
CNC系統是一邊插補進行運算,一邊進行加工,是一種典型的實時控制方式。
(3)管理程序
管理程序負責對數據輸入、數據處理、插補運算等為加工過程服務的各種程序進行調度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。在PC化的硬件結構下,管理程序通常在實時操作系統的支持下實現。
(4)診斷程序
診斷程序的功能是在程序運行中及時發現系統的故障,并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發生后,檢查系統各主要部件(CPU、、開關、等)的功能是否正常,并指出發生故障的部位。

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 樓主| 發表于 2016-4-16 10:17:03 | 只看該作者
基本分類

運動軌跡

(1)點位控制數控系統
控制工具相對工件從某一加工點移到另一個加工點之間的精確坐標位置,而對于點與點之間移動的軌跡不進行控制,且移動過程中不作任何加工。這一類系統的設備有數控鉆床、數控坐標鏜床和數控沖床等。
(2)直線控制數控系統
不僅要控制點與點的精確位置,還要控制兩點之間的工具移動軌跡是一條直線,且在移動中工具能以給定的進給速度進行加工,其輔助功能要求也比點位控制數控系統多,如它可能被要求具有主軸轉數控制、進給速度控制和刀具自動交換等功能。此類控制方式的設備主要有簡易數控車床、數控鏜銑床等。
(3)輪廓控制數控系統
  這類系統能夠對兩個或兩個以上坐標方向進行嚴格控制,即不僅控制每個坐標的行程位置,同時還控制每個坐標的運動速度。各坐標的運動按規定的比例關系相互配合,精確地協調起來連續進行加工,以形成所需要的直線、斜線或曲線、曲面。采用此類控制方式的設備有數控車床、、電加工機床和等。


加工工藝
⑴車削、銑削類數控系統
針對數控車床控制的數控系統和針對加工中心控制數控系統。這一類數控系統屬于最常見的數控系統。FANUC用T,M來區別這兩大類型號。西門子則是在統一的數控內核上配典型的車銑復合型數控系統
置不同的編程工具:Shopmill,shopturn來區別。兩者最大的區別在于:車削系統要求能夠隨時反映刀尖點相對于車床軸線的距離,以表達當前加工工件的半徑,或乘以2表達為直徑;車削系統有各種車削螺紋的固定循環;車削系統支持主軸與C軸的切換,支持端面直角坐標系或回轉體圓柱面坐標系編程,而數控系統要變換為極坐標進行控制;而對于銑削數控系統更多地要求復雜曲線、曲面的編程加工能力,包括五軸和斜面的加工等。隨著車銑復合化工藝的日益普及,要求數控系統兼具車削、銑削功能,例如大連光洋公司的GNC60/61系列數控系統。

⑵磨削數控系統
針對磨床控制的專用數控系統。FANUC用G代號區別,西門子須配置功能。與其他數控系統的區別主要在于要支持工件在線量儀的接入,量儀主要監測尺寸是否到位,并通知數控系統退出磨削循環。磨削數控系統還要支持砂輪修整,并將修正后的砂輪數據作為刀具數據計入數控系統。此外,磨削數控系統的PLC還要具有較強的溫度監測和控制回路,還要求具有與振動監測、超聲砂輪切入監測儀器接入,協同工作的能力。對于非圓磨削,數控系統及伺服驅動在進給軸上需要更高的動態性能。有些非圓加工(例如凸輪)由于被加工表面高精度和高光潔度要求,數控系統對曲線平滑技術方面也要有特殊處理。
⑶面向特種加工數控系統
這類系統為了適應特種加工往往需要有特殊的運動控制處理和加工作動器控制。例如,并聯機床控制需要在常規數控運動控制算法加入相應并聯結構解耦算法;線切割加工中需要支持沿路徑回退;沖裁切割類機床控制需要C軸保持沖裁頭處于運動軌跡切線姿態;齒輪加工則要求數控系統能夠實現符合齒輪范成規律的電子齒輪速比關系或表達式關系;激光加工則要保證激光頭與板材距離恒定;電加工則要數控系統控制放電電源;激光加工則需要數控系統控制激光能量。

伺服系統
按照伺服系統的控制方式,可以把數控系統分為以下幾類:
⑴開環控制數控系統
這類數控系統不帶檢測裝置,也無反饋電路,以步進電動機為驅動元件。CNC裝置輸出的進給指令(多為脈沖接口)經驅動電路進行功率放大,轉換為控制步進電動機各定子繞組依此通電/斷電的電流脈沖信號,驅動步進電動機轉動,再經機床傳動機構(齒輪箱,絲杠等)帶動工作臺移動。這種方式控制簡單,價格比較低廉,從70年代開始,被廣泛應用于經濟型數控機床中。
⑵半閉環控制數控系統
位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端,通過角位移的測量間接計算出機床工作臺的實際運行位置(直線位移),由于閉環的環路內不包括絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環節,由這些環節造成的誤差不能由環路所矯正,其控制精度不如全閉環控制數控系統,但其調試方便,成本適中,可以獲得比較穩定的控制特性,因此在實際應用中,這種方式被廣泛采用。
⑶全閉環控制數控系統
位置檢測裝置安裝在機床工作臺上,用以檢測機床工作臺的實際運行位置(直線位移),并將其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較,用差值進行調節控制。這類控制方式的位置控制精度很高,但由于它將絲杠、螺母副及機床工作臺這些連接環節放在閉環內,導致整個系統連接剛度變差,因此調試時,其系統較難達到高增益,即容易產生振蕩。

功能水平
⑴經濟型數控系統
又稱簡易數控系統,通常采用步進電機或脈沖串接口的伺服驅動,不具有位置反饋或位置反饋不參與位置控制;僅能滿足一般精度要求的加工,能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件,采用的微機系統為單板機或單片機系統;通常不具有用戶可編程的PLC功能。通常裝備的機床定位精度在0.02mm以上。
⑵普及型數控系統
介于簡式型數控系統和高性能型數控系統之間的數控系統,其特點聯動軸數4軸以下(含4軸),閉環控制(伺服電機反饋信息參與控制),具有螺距誤差補償和刀具管理功能,支持用戶開發PLC功能。
⑶高檔型數控系統
一般是指具有多通道(兩個及以上)數控設備控制能力,具有雙驅控制、5軸及以上的插補聯動功能、斜面加工、樣條插補、雙向螺距誤差補償、直線度和垂直度誤差補償、刀具管理及刀具長度和半徑補償功能、高靜態精度(分辨率0.001μm即最小分辨率為1nm)和高動態精度(隨動誤差0.01mm以內)、高速度及完備的PLC控制功能數控系統

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 樓主| 發表于 2016-4-16 10:17:52 | 只看該作者
選型因素


數控系統的功能適用性對于數控機床的設計選型無疑是重要的限制性因索。以下因素是在選擇數控系統中必須考慮的重要因素。
⑴驅動能力
不同的數控供應商的解決方案中伺服的功率范圍和配套電機范圍也是不同的。首先應該從可匹配的電機類型,功率范圍來初步篩選。特別是要注意數控機床方案中是否包括力矩電機、直線電機、電主軸屬于同步電主軸還是異步電主軸,上述電機的額定電流需求和過載電流需求,電主軸的最高轉速需求等。
⑵全閉環需求與雙驅需求
數控機床,特別是大型、重型數控機床大多數都有全閉環和雙驅需求。在全閉環控制方案中,要在距離編碼光柵、絕對值式光柵、普通增量光柵間進行選擇,同時數控系統也要支持相應的反饋信號接入。
⑶五軸控制需求
五軸機床需要明確是否五軸聯動還是僅要求五面加工,相應選擇數控系統功能也不同。比如針對五面箱體類加工,通常不需要RTCP,選擇余地就比較大。同時針對五軸功能可能涉及數控系統供貨商在出口許可證、售后服務、技術支持等也必須認真考慮。
⑷生產系統需求
數控系統網絡化支持成為生產系統集成的必要條件。對于要納入自動化程度很高的生產系統的數控機床,必須明確數控系統具有相應的接入解決方案,包括低級的依靠PLC輸入輸出點直接接入到高級的數控系統內置OPC服務器,依照OPC標準向用戶開放數控系統內部數據。此外面向生產系統,自動化的在線工件檢測和刀具檢測也是必須支持的功能。


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 樓主| 發表于 2016-4-16 10:18:44 | 只看該作者
工作流程


1、輸入:零件程序及控制參數、補償量等數據的輸入,可采用光電閱讀機、鍵盤、磁盤、連接上級計算機的DNC 接口、網絡等多種形式。CNC裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和代碼轉換等工作。
2、譯碼:不論系統工作在MDI方式還是存儲器方式,都是將零件程序以一個程序段為單位進行處理,把其中的各種零件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度信息(F 代碼)和其他輔助信息(M、S、T代碼等)按照一定的語法規則解釋成計算機能夠識別的數據形式,并以一定的數據格式存放在指定的內存專用單元。在譯碼過程中,還要完成對程序段的語法檢查,若發現語法錯誤便立即報警。
3、刀具補償:刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌跡編程,刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡。在比較好的CNC裝置中,刀具補償的工件還包括程序段之間的自動轉接和過切削判別,這就是所謂的C刀具補償。
4、進給速度處理:編程所給的刀具移動速度,是在各坐標的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據合成速度來計算各運動坐標的分速度。在有些CNC裝置中,對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理。
5、插補:插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行“ 數據點的密化 ”。插補程序在每個插補周期運行一次,在每個插補周期內,根據指令進給速度計算出一個微小的直線數據段。通常,經過若干次插補周期后 ,插補加工完一個程序段軌跡,即完成從程序段起點到終點的“數據點密化”工作。
6、位置控制:位置控制處在伺服回路的位置環上, 這部分工作可以由軟件實現, 也可以由硬件完成。它的主要任務是在每個采樣周期內,將理論位置與實際反饋位置相比較, 用其差值去控制伺服電動機。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償,以提高機床的定位精度。
7、I/0 處理:I/O 處理主要處理CNC裝置面板開關信號,機床電氣信號的輸入、輸出和控制(如換刀、換擋、冷卻等)。
8、顯示:CNC裝置的顯示主要為操作者提供方便,通常用于零件程序的顯示、參數顯示、刀具位置顯示、機床狀態顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態和動態圖形顯示。
9、診斷:對系統中出現的不正常情況進行檢查、定位,包括聯機診斷和脫機診斷。

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