《2022年CNC数控基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年CNC数控基础知识.docx（17页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料机床 CNC 基础学问一 CNC 机床与 CNC 系统 CNC 的含义是运算机数值掌握；1 CNC 机床 金属切削用 孔加工、攻丝、镗削、铣削、车削、切螺纹、切平面、轮廓加工、平面磨削、外圆磨削、内圆磨削等；线电极切割机；冲床、步冲、冲压、金属成型、弯管等机床；产业机器人；注塑机；检测、测量机；木工机械；特殊材料加工机械：如加工石材、玻璃、发射性矿料等；特种加工机械 激光加工机、气体切割机、焊接机、制图机、印刷机等；随着电子技术和运算机技术以 及 IT 技术的进展,目前,这些机床与加工设备都
2、可用数值运算机用数值数据进行掌握,称 为 CNC 掌握；2 CNC 系统 CNC 系统的含义是运算机数值掌握系统；CNC 系统的基本配置机床的 CNC 掌握是集成多学科的综合掌握技术；一台 CNC 掌握单元（数值掌握器部分） ；伺服驱动单元和进给伺服电动机；主轴驱动单元和主轴电动机； PMC（PLC）掌握器；CNC 系统包括：机床强电柜（包括刀库）掌握信号的输入 /输出（ I/O）单元；机床的位置测量与反馈单元（通常包括在伺服驱动单元中）；外部轴（机械）掌握单元；如：刀库、交换工作台、上下料机械手等的驱动轴；信息的输入 /输出设备；如电脑、磁盘机、储备卡、键盘、专用信息设备等；网络；如以太网、
3、 HSSB（高速数据传输口）、RS-232C 口等和加工现场的局域网；CNC 设备制造厂自 CNC 单元（掌握器部分）的硬件实际上就是一台专用的微型运算机；是 己设计生产的特地用于机床的掌握的核心；下面的几张图表示出其基本硬件模块；基本的控 制功能模块和一台实际的掌握器硬件；二机床的运动坐标及进给轴 一台机床有几个运动轴执行加工时的切削进给,因此称其为进给轴；机床开机后以机床细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - -
4、- - - -名师精编 优秀资料零点为基准建立了机床的机械坐标系（直角坐标系）；每个轴对应于其中的一个相应的坐标；轴有直线运动的, 有回转运动的； 国际标准 ISO 对坐标轴的方向与名称是有规定的；如下图；依据规定, 按直角坐标系右手法就定义各坐标轴,Z 轴正方向一般为机床主轴的方向；X、Y、Z 定义为直线运动轴； U、V、W 为分别平行于 X、Y、Z 的直线运动轴； A、B、C 为回转运动轴, 分别环绕 X、Y、Z 运动,其正方向符合右手螺旋规章；CNC 掌握时用程序命令X、Y、Z、U、V、W 、A、B、C 等指令被控的坐标轴,用数值指令其运动的距离,正负号指令移动方向, F 指令运动速度；
5、例如：G01 X120 Y-300 F1000；意义是 G01：X 轴与 Y 轴和谐运动,加工一条直线；轴走 300mm；F：进给速度为 1000mm/分；三CNC 插补与位置掌握指令的输出 1轨迹运动的插补运算 -插补器X120,Y-300：X 轴走 120mm；Y CNC 对机床的坐标运动进行掌握；在掌握原理上这是位置量掌握系统；需要掌握的是：几个轴的联动,运动轨迹（加工轮廓）的运算：最重要的是保证运动精度和定位精度（动态的轮廓几何精度和静态的位置几何精度）；各轴的移动量（ mm）；移动速度（ mm/分）；移动方向；起 /制动过程（加速 /降速）；移动的辨论率；现代的 CNC 系统是纯电气
6、的掌握系统；进给轴的移动是由伺服电动机执行的；通常,一个进给轴由一个伺服电动机驱动；电动机由伺服放大器供应动力；伺服放大器的工作由CNC 的插补器的安排输出信号掌握；CNC 对机床进给轴的掌握, 是执行事先编制好的加工程序指令；程序指令是按零件的轮廓编制的加工刀具运动轨迹（如上图） ；程序是依据零件轮廓分段编制的；一个程序段加工一段外形的轮廓；轮廓外形不同,使用不同的程序指令（零件轮廓外形元素）；例如： G01-直线运动指令；G32（G33）-螺纹加工 G02-顺时针圆弧运动指令； G03-逆时针运动圆弧指令；但是,在一段加工指令中, 只是编写此段的走刀终点； 如：下面一个程序段要加工 X-Y
7、 平面上一段圆弧, 程序中只指令了终点的坐标值X100；Y-200： G90 G17 G02 X100. Y-200. R50. F500；此段的起点已在前一段编写, 就是前段的终点； 因此,加工此段时, 如上图所示, CNC 掌握器即运算机处理器只知道该段的起点和终点坐标值；段中的刀具运行轨迹上其它各个点的坐标值必需由处理器运算出来；处理器是依据该段轮廓指令（G02）和起点和终点的坐标值运算的,即必需算出期望加工的工件轮廓, 算出在执行该段指令过程中刀具沿 X 轴和 Y 轴同时移动的中间各点的位置； X 轴和 Y 轴的合成运动即形成了刀具加工的工件轮廓轨迹；除此之外,在程序中必需指令运动速度
8、（加工速度）,如： F500（mm/min）；在位置运算时,要依据轮廓位置算出对应点的刀具运动方向速度；此例中是分别算出沿X 轴各点的对应速度和沿 Y 轴各点的对应速度；实现上述运算的机构称之为插补器；插补器每运算一次称为一个插补周期,一般为 8ms；运算复杂型面的插补器使用高速CPU,插补周期可缩短, 目前可达 2ms；一个程序段分多个插补周期,取决于轮廓外形和轮廓尺寸；执行上例程序段的指令是进行顺 时针圆弧的插补；是执行以圆弧运算公式为基础的插补子程序；运算时的判定条件是：不断地执行刀具沿X 轴向和 Y 轴向的进给,每进给一个脉冲当量即判定是否到达终点,是否超 第 2 页,共 10 页 细
9、心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料差,运算方向是顺时针,进给当量是1 m/脉冲,速度是 500mm/min；CNC 的系统掌握软件中包括了多个插补子程序,工件外形的每一种几何元素均对应着刀具的一种几何运动, 因此就要求 CNC 有相应的插补子程序； 这就是 CNC 系统掌握软件中控制坐标轴运动的 G 代码；如： G01,G02,G03,G32,G33,G05,G08 ；仍有一些子程序是考虑加工工艺的要求掌
10、握刀具运动的；G 代码越多,CNC 的功能也就越强； 用这些 G 代码编制零件的加工程序； CNC 的系统掌握软件是用汇编语言编制的；不同类型的机床使用不同的 CNC 系统；当然,这些系统的掌握软件是完全不同的； 插补器的硬件是 CNC 的主 CPU；当然,仍有用纯硬件的插补器；2插补脉冲的安排输出经过插补运算,算出了加工所要求的工件外形在同一时间周期（插补周期）内各个坐标轴移动的距离（移动量） ,它是以脉冲数表示的,如：在本插补周期内 X 轴进給 25 个脉冲；Y 轴进給 50 个脉冲,分别送给对应的坐标轴,作为相应轴的位置移动指令；脉冲序列有正负号,指令对应轴的运动方向；脉冲序列按肯定的频
11、率输出,指令该轴的运动速度；这一装置叫做脉冲安排器为了防止产生加工运动的冲击、提高加工精度和光滑度,在脉冲安排给各进给轴之前,对进给速度都进行加/减速；如下图所示, CNC 可实现两种加 /减速掌握：插补前加 /减速和插补后加 /减速；插补后通常用直线型或指数型加减速方法：指数型加 /减速的速度变化比较平滑,因而冲击小,但是速度指令的滞后较大；相反,直线型加减速的速度变化快速,时间常数设得较小时会造成冲击,引起机床的震惊；但是,加工出的零件轮廓可能与裎编的轮廓接近；插补前用直线型加减速方法,这样可以减小加工的外形误差；除此之外,为了提高加工精度和加工速度,仍开发了预读 /预处理多个程序段、 精
12、细加减速等 CNC 软件；3 加工刀具的偏置及补偿 上述插补的位置脉冲,是按工件轮廓编制的程序运算出来的,即刀具中心点的运行轨迹是工件的轮廓；考虑到刀具有半径和不同的长度,实际加工时刀具中心不能按此轨迹行进,必需依据实际使用的刀具,计入其实际半径和长度,由CNC 运算出实际刀具的中心轨迹,按此轨迹掌握刀具的移动；此功能叫做“ 刀具的偏置及补偿”；刀具半径偏置,补偿 如下图所示,实际的刀具中心轨迹与依据零件轮廓尺寸编制的 CNC 加工程序轨迹偏移了一个刀具半径的尺寸；在编程时,用G 指令（ G41,G42）告知 CNC 的插补器执行刀具半径的偏置运算,插补器即依据实际的刀具半径运算出刀具的中心轨
13、迹,以此掌握刀具的行进；就是说,上述脉冲安排器输出的给各个进给轴的脉冲数,是插补的零件轮廓偏移了一个刀具半径后的刀心轨迹的进给脉冲数；每个轴的补偿脉冲分别送给相应的进給轴；实际刀具的半径值在加工前必需输入至刀具补偿储备器；刀具补偿储备器可同时储备多把刀具的几何尺寸（半径值）；加工中用哪一把刀具,由程序用刀具号指定,如：T102；依据程序中指令的刀号, CNC 插补器找到实际的刀具半径值执行运算；G41 为左刀补：沿着刀具行进的方向看,在工件的左侧加补偿；G42：沿着刀具行进的方向,在工件的右侧加补偿；加工前,用一把刀具的长度作为基准,将实际加工中使用的各把刀具先测量好其与基准刀具刀长的正、负差
14、值,将这一差值与上述的刀具半径值一样按刀号输入刀具补偿储备器；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -编制加工程序时, 第 3 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料编入刀具号；加工的开头,用基准刀具的刀尖对刀；CNC 执行加工程序时,依据程序中指令的刀号找出刀长的差值,按刀长差值的符号伸长或缩短,进行补偿；上图是铣床刀具长度的补偿,只有 Z 向补偿；对于车床,有 X 和 Z 两个方向；如下图所示；在铣床类的 CNC 系统中,用
15、G43 和 G44 指令刀具的长度补偿, G43 为正刀补,即将刀具补偿值加到程序指令的终点坐标值上； G44 为负刀补,即由程序指令的终点坐标值减去刀具的补偿值；加工复杂外形的零件 （如模具）需要用多个坐标轴同时移动的多坐标插补器；当然也必需用多坐标 （多维）的刀具补偿；四运动误差的补偿1 运动轴反向时的间隙补偿（失动量补偿）在机床工作台的运动中从某一方向变为相反方向的反向时刻,会由于滚珠丝杠和螺母的间隙或丝杠的变形而丢失脉冲,就是所说的失动量；在机床上打表实测各轴的反向移动间隙量,依据实测的间隙值用参数设定其补偿量-补偿脉冲数（ 1 m/脉冲）；这样,在工作台反向时、执行 CNC 的程序指
16、令的移动前, CNC 将补偿脉冲经脉冲安排器、按 CNC 事先设定的速率输出至相应轴的伺服放大器,对失动量补偿； 反向间隙值与工作台的移动速度有关,设定相关参数,系统可以对G00（快速移动）和进给速度（F）下的间隙分别进行补偿；2螺距误差补偿 机床使用的滚珠丝杠, 其螺距是有误差的； CNC 可对实测的各进给轴滚珠丝杠的螺距误差进行补偿；通常是用激光干涉仪测量滚珠丝杠的螺距误差；测量的基准点为机床的零点；每隔肯定的距离设置一个补偿点,该距离是用参数设定的；当然,各轴可以任意设定,比如：X 轴的行程长,设为50mm 补一个点, Z 轴行程短或是要求移动精度高,设为20mm 补一个点 ；补偿值依据
17、实际测量的滚珠丝杠误差确定,其值（补偿脉冲个数）依据补偿点号（从基准点即机床零点算起）设入CNC 的螺距误差补偿储备器,如下图所示；通常,一个补偿脉冲的当量是一个 m；补偿值可正、 可负；在进给轴运动时, CNC 实时检测移动距离,依据这些事先设定的参数值在各轴的相应补偿点给各轴分别输出补偿值,使相应轴在 CNC 插补输出脉冲的基础上多走或少走相应的螺补脉冲数；近来,CNC 系统开发了按工作台移动方向的双向螺距误差的补偿功能；进一步提高了进给轴的移动精度；五信息、数据的输入、输出掌握CNC 的输入信息与数据包括加工程序,功能参数,系统参数, 机床参数,伺服掌握参数,主轴掌握参数, PMC 参数
18、,刀具数据, Macro宏变量,坐标系,专用软件数据 这些信 息与数据由信息输入 /输出操作设备经相应的数据口输入或输出；1 数据的输入、输出设备 CNC 系统目前常用的 I/O 设备有： . 键盘：为了减小安装尺寸,通常是特地设计的,称为 MDI 键盘,向 CNC 输入信息与数据,用于操作CNC 单元； . 机床操作面板：操作工操作机床的各种动作； . PC 机； . 软磁盘驱动器 Handy file ：FANUC 系统的专用设备； . Panel- i ：FANUC 系统的专用设备；驱动与掌握程序；2 数据的输入、输出口. Flash 储备卡等等；每一种设备都有相应的细心整理归纳 精选学
19、习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料CNC 掌握器上配有几种数据传送口,用于与外界数据设备的连接；. RS-232C 口：连接 PC 机、软磁盘驱动器等有串行通讯口的设备；. HSSB：高速串行数据总线,用于与PC 机或 Panel- i连接,高速传送数据；. I/O Link ：是基于 RS-485 的数据口,日本的工业企业标准,用于传送机床强点掌握 的 I/O 信号信息；. 以太网；. 现场局部
20、网络；关于和,下面特地表达；3 显示器 用来显示系统的操作与运行的现状与结果,显示加工仿真图形；目前的 FANUC 系统已 经全部使用 LCD 显示器；这种显示器体积小,彩色显示器的颜色丰富,加工件的仿真特别 逼真；六网络及 CNC 加工的集中掌握机械加工厂的网络一般可分3 级：厂级网；加工单元级网和下级的现场网厂级和加工单元级网目前多用以太网； 加工现场网络, FANUC 系统可配：Profibus-DP；Devicenet；FL-Net；选用不同的网路需配不同的网路板1 以太网 FANUC CNC-16i/18i/21i ,0i-C 可配 3 个不同用途的以太网口：内装于 CNC 主板的以
21、 太网口,网板和网卡,其中,网卡为即用即插,为暂时用途,如调试梯形图；调试机床的进给伺服特性和主轴特性 ；网板是在系统上增加的插板,上有大容量半导体储备器（最大1GB）,代替硬磁盘；主要用于与大容量数据设备（如PC 机）连接,批量传送数据与信息,如用于模具加工；内装于主板的以太网口可用于单元掌握,与单元掌握主机连接；2 现场网现场网络用于与其他设备批量传送I/O 掌握信号信息；如,在自动生产线上与其它专用加工机械、装料 /卸料机械、物料搬运机械、清洗机械等的信息（信号）联系；依据要求或地 域可选 Profibus-DP,Device-net 或 FL-net；FANUC 生产了这些网路板,并开
22、发了相应的配 套软件；3 CNC 加工的集中掌握现代的机械加工工厂（如汽车发动机制造厂）使用CNC 机床不只是使其单机运行,是将多台 CNC 机床和有关的专用设备如上 /下料装置,物料传送机械,清洗机,翻转机,测量 机,专用加工机等连成流水生产线；对这些机械用网路连接起来,用运算机实施生产的集中 治理；整个工厂的生产集中治理的基础是加工单元的集中掌握；加工单元掌握器：由一台主 运算机集中掌握多台 CNC 机床的运行；主机与 CNC 系统用以太网连接； 为实现对多台 CNC 机床的集中掌握,掌握加工单元的主运算机必需能猎取各CNC 机床的各种信息与数据,包括： . 机床的运行状态：是处于加工运行
23、仍是待机；是否有报警；加工哪一个程序？哪一个程序段？是否终止了此次的加工任务？ . CNC 与机床的信息与数据, 如：CNC 储备的加工程序；机床正在运行的加工程序；CNC 储备的刀具信息；主轴上的刀具号；已加工的工件数； 加工时间； 程序的运行时间； CNC 参数；伺服参数； 主轴参数； 机床参数； PMC 参细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料数； PMC 的梯形图；宏变量；
24、报警号与信息等等；就是说,主运算机能够实时监视各 CNC 机床的运行状况,明白对机床进行保护的信息；另外,主运算机仍必需： . 对各机床进行必要、有时是实时的掌握；如,机床的暂停,急停；. 信息与数据的下传,如：加工运行指令；要求的加工工件数；加工程序；刀具信息；CNC 参数；伺服参数；主轴参数；机床参数；PMC 参数； PMC 的梯形图；宏变量等等；. CNC 机床的保护与修理指导信息；最终用户可在单元掌握的主运算机上自行开发集中掌握软件（包括生产治理,方案调度,加工现 场监控,故障诊断等软件） ；这些应用软件的开发基础,必需使用 CNC 系统的生产厂家供应 的 CNC 信息库与通讯软件包；
25、FANUC 为用户开发了用于此目的的工具软件 FOCAS（FANUC OpenCNC Application Software）； 利用该软件包供应的指令, 用户可以实现主运算 FANUC 仍开发了单 机与 CNC 的通讯,上 /下传送上面所述的信息与数据；为了便利用户,元掌握器 -i-CELL 作为商品； 下面的图是 i-CELL 的功能框图； 假如 CNC 使用的 PMC 是 SB7,仍可以传送与显示（在主机上）被控机床的梯形图；七PMC 和机床的强电掌握 机床的开机、停机；主轴的起动、停止；加工的开头、终止、中停；润滑、冷却的开、关；工件的装、卸掌握；找刀、换刀；工作台交换；辅机的起、停
26、等这些机床动作,都是由 接触器、继电器、阀执行的；指令这些动作的掌握信号相互间都有肯定的次序或时序,相互 之间是互锁的；一般机床因动作简洁,由电气元、部件（按钮,按键,触点,线圈等）按继电规律的原理图硬接线实现的,运行起来不行靠；CNC 机床采纳 PMC 规律掌握； PMC 其实就是 PLC（可编程规律掌握器； ）但是由于 FANUC 的机床掌握 PLC 是特地用于掌握机床的,其中有多条专用指令,故而叫做PMC- 可编程机床掌握器；而且,PMC 的程序格式FANUC 采纳的是梯形图；梯形图的显示格式特别类似于机床的继电规律图,直观易懂,易编,易操作； CNC 一启动, PMC 程序即运行；在
27、CNC 执行加工程序时, PMC 与加工程序并行运行； PMC 时刻扫描机床或机床操作者的输入信号和强电柜掌握信号的执行结果；执行上述机床上的各种动作, 在加工程序中需要编制掌握指令：二帮助功能）；1. 信号及其地址 PMC 把信号依据其作用部位及作用方向分为 4 种,M（帮助功能）,T（换刀）,B（第X：由机床输入至 PMC；如：操作员由机床操作面板上输入的按钮、按键、开关信号；Y：由 PMC 输出至机床的使机床强电动作的信号；如：主轴的正、反向；润滑、冷却的 开/关信号； PMC 处理梯形图程序输出这些信号使机床动作；G：PMC 输出至 CNC 的信号（ CNC 输入）；这些信号中有些是启
28、动 CNC 的一个子程序； 这些子程序是 CNC 掌握软件的一部分： 根据机床的实际动作设计好的机床的强电掌握功能；如：急停（G8.4）；自动加工程序启动 G7.2；工作方式挑选（G43.02）另外一些信号是 PMC 通知 CNC,使 CNC 转变或执行某一种运行；如：FIN（G4.3）-是 PMC 通知 CNC 帮助功能 M 或换刀功能 T 已经终止执行； CNC 接受到该信号后即可启动下个加工程序段的执行；信号；*SSTP（G29.6）：CNC 停止主轴电机的掌握细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 10 页 - - - -
29、 - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料F：CNC 输出至 PMC 的信号；其中的一些信号是反映 CNC 运行状态的标志,说明 CNC 正处于某一状态；如：AL（F1.0）：报警状态； MV （F102）：进给轴移动中；另一些信号是 CNC 响应 X（经过 G）后,执行某一运行的结果,用以通知PMC；PMC 收到该信号,视其详细情形,再做适当处理；仍有一些信号是加工程序指令的译码输出；如：M 代码（ F10F13）；T 代码（ F26F29）；CNC 将这些信号输出给 PMC 进行处理；上述这些信号在梯图程序
30、中都必需给予地址；G 和F 信号的地址是由 CNC 的系统软件规定好的,是固定的；有一些 X 信号地址也由 CNC 规定好； CNC 供应地址表； Y 信号可由 PMC 设计人员自行指定； X 和 Y 信号由输入 /输出模块经 CNC 的 I/O Link 口与 CNC 单元连接；X 和 Y 信号的另一端经电缆线与电器元件连接；2. 内部寄存器在编制 PMC 程序时,为了储存数据或信号, PMC 要用到内部的一些寄存器： R,K,D,T, C,和 A；R：中间寄存器；可任意使用；K：保持型寄存器；储备的内容由后备电池保护；有几个储备单元已被 PMC 系统使用；D：数据储备器；如储备刀具表；主轴
31、变速的各挡速度表；T：定时器；储备定时器时间；C：计数器；储备计数器的预置值,计数值；A：显示信息：储备信息字符；3. 功能指令编制机床的 PMC（PLC）掌握规律,第一必需要弄清所掌握的（要实现的）机床动作,对该动作的各个细节排出时序,即,将实现该动作的一步步的子步骤（微小动作）按先后次序列出次序表,必要步骤仍要估量出其执行时间,仍要考虑各动作之间的相互关系,动作之间的互锁和解锁条件,另外要明白实现各微小动作,执行PMC 指令的电器元件； PMC 规律就是用 PMC 指令（语言）将这些微小动作的执行按次序表示出来；对于次序规律程序,不 同的系统制造厂供应了不同的格式,常用的有：语句表和梯形图
32、；FANUC 的 PMC 规律程序 用梯形图格式, 特点是直观, 类似于机床的继电器规律图, 所以特别易于懂得； 而且,PMC 语 言用了很多专用指令,称为功能指令；这样,规律图编得相当简洁；FANUC PMC 的功能指令约有 50 余条,但实际常用的也就是20 条左右,如：定时器,计数器,回转指令,译码器等；下面的两张图为功能指令格式和功能指令集（部分）；4. 梯形图 5. PMC 的执行 CNC 开机后,CNC 与 PMC 同时运行；如是 PMC 接收到机床操作者的 X 信号要求 CNC 实现某一操作,例如启动自动加工程序,在梯形图中就把该X 信号送到 G7.2,CNC 收到该指令后,知道
33、是执行自动循环启动子程序,即立刻执行；执行过程中输出 F0.5,通知 PMC,CNC 正处于运行加工程序状态； 假如 CNC 在执行加工程序时, 发觉程序段中有 M,T 等指令,即将该指令译码后以 F 信号地址送往 PMC,例如：M 代码,送到 F10F13；PMC 处理（译码,次序和互锁）后,在经某一Y 地址送到强电柜,由执行元件（继电器等）执行所须细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编
34、优秀资料的掌握动作； 如 M 指令所在的零件加工程序的程序段中有进给轴运动指令,被控轴走完要求的移动量后,仍要判定 PMC 是否已经执行完 CNC 给予（指令）的动作,因此就要求 PMC 在执行 M,T 等指令时必需返回一个完成信号 下一个程序段；八进给伺服轴掌握FIN；CNC 收到该信号时,即可读下一段,执行机床工作台（包括转台）的进给是用伺服机构驱动的,目前都是电气化的,是用伺服电 动机驱动的,而且多数都是用同步电动机；电动机与滚珠丝杠直接连接（如下图）,这样由于 传动链短,运动缺失（ lost motion）小,且反应快速,因此可获得高精度；机床的进给伺服属于位置掌握伺服系统；如下图所示
35、,输入端接收的是来自CNC 插补器、在每个插补周期内串行输出的位置脉冲； 脉冲数表示位置的移动量 （通常是一个脉冲为 1 m-即系统的辨论 率为 1 m）；脉冲的频率（即在单位时间内输出的脉冲数的多少）表示进给的速度；脉冲的 符号表示轴的进给方向 ,通常是将脉冲直接送往不同伺服轴的指令输入口；下图只画出了一个 进给轴,实际的机床有几个轴,但是掌握原理都是一样的；几个轴在同一插补周期内接收到 插补指令时,由于在同一时间内的进给量不同,进給速度不同,运动方向不同,其合成的运 动就是曲线,刀具依此曲线轨迹运动即可加工出程序所要求的工件轮廓；对进给伺服的要求 不只是静态特性,如：停止时的定位精度、稳固
36、度；更重要的是进给的伺服刚性好,响应性 快,运动的稳固性好,辨论率高；这样才能高速、高精度地加工出表面光滑的高质量工件；1. 伺服系统的结构类型 伺服系统分为开环和闭环两种结构；开环：所谓开环,就是没有位置反馈的伺服系统；这种结构的电气系统都用步进电动机 驱动；由于没有速度和位置的反馈,所以跟随精度差,响应性差,因此加工精度差,效率低；闭环：闭环是有被控元件的位置反馈的伺服系统；系统的构成包括：执行元件- 伺服 CNC 插补 电动机（一般与滚珠丝杠直接连接） ；速度掌握器和位置掌握器,位置掌握器接收 器的输出指令 2. 同步电动机 闭环伺服结构的电气系统目前都用沟通伺服电动机驱动,多数使用永磁
37、式同步电动机；永磁式同步电动机的结构如下图所示；其转子是用高导磁率的永久磁钢作成的磁极,中间穿 有电机轴,轴两端用轴承支撑并将其固定于机壳上；定子是用矽钢片叠成的导磁体,导磁体 的内表面有齿槽,嵌入用导线绕成的三相绕组线圈；另外在轴的后端部装有编码器；当定子 的三相绕组通有三相沟通电流时,产生的空间旋转磁场就会吸住转子上的磁极同步旋转；同 步电动机的速度掌握与电功率的供应是用逆变器,逆变器中从直流变到三相沟通的功率驱动 电路元件需要依据转子磁场的位置实时地换向,这一点特别类似于直流电动机的转子绕组电 流随定子磁场位置的换向；因此,为了实时地检测同步电动机转子磁场的位置,在电动机轴上（后端）安装
38、了一个编码器（光码盘- 图中的 11）；由于有了光码盘,无论电机的转速是快、仍是慢,均可以随着电机轴地回转实际地测出转子上磁极磁场的位置,将该位置值送 到掌握电路后,使掌握器可以实时地掌握逆变器功率元件的换向,实现了伺服驱动器的自控 换向；因此,有人将这种同步电动机的驱动掌握器和电动机一起称为自换向同步电动机；另细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料外,由于其掌握特性类似于直流电动
39、机,所以也称为无整流子式直流电动机；直线电动机：为了提高工作台的运动速度,提高加速度,简化传动链,从而提高传动精 度,近来又显现了直线电动机；这种电机属于直连电动机,即直接装在直线运动的工作台上；3. 位置传感器和速度传感器 光电编码器：编码器是回转运动的测量元件,通常是装在电动机轴上或是滚珠丝杠上,它直接测量的物理量是电动机或丝杠转过的角度；编码器分为增量式测量或肯定量式测量两 个品种；直线光栅尺：目前,测量直线运动部件的位置或位移使用直线光栅尺；光栅尺有使用玻璃的透射尺和使用金属基板的反射尺；工作原理与光电编码器类似； 透射式光栅尺易于安装,直接贴装在工作台的侧面,故使用较多；4. 伺服驱
40、动器 掌握同步伺服电动机运行的放大器（驱动器）是沟通逆变器；FANUC 将放大器分为两 个模块：整流供电模块（ PSM）和伺服逆变模块（ SVM）九主轴的驱动掌握1；掌握框图 主轴掌握主要是速度及电动机的转速掌握；在程序中用指令：S 及五位数值指令主轴的转数；例如：S1200; 表示要求主轴以 1200 转转动； 正反转的指令为 M03正转；M04（反转）；为了检测主轴的转速,在主轴或主轴电动机上安装了速度传感器；2 主轴速度传感器与位置传感器 只是速度掌握时无位置反馈回路；主轴电动机的速度测量与反馈用装在主轴电动机轴上的磁性传感器；如下图所示；随着主轴电动机的转动,传感器转一转发出 128,
41、256,384 或512 个脉冲（取决于电动机的型号） ,运算出主轴电动机的转数；如电动机与主轴间不是 1：1 耦合,就必需在主轴上安装位置编码器,用编码器发出的一转信号测量主轴的转数；通常这种编码器是光电式的,转一转发出1024 个脉冲,此外仍发出一个一转信号；用这种编码器可实现螺纹加工和刚性攻丝及加工中心机床换刀时的主轴定向 3 主轴电动机 用于主轴驱动的电动机有两种形式：异步电动机和同步电动机；异步机简洁制造,牢靠性也高,高速运转性能好,所以FANUC 用的是异步机；同步机低速性能好,掌握性好,低速有大力矩,简洁实现较宽的恒功率调速范畴；通常,加工铝件和轻金属件主轴转数高,一 般使用异步
42、电动机；加工铸铁或钢件主轴转速较低,另外有些加工方式（如 Cs 轴方式）仍 要求低速时有较大的力矩,故倾向使用同步电动机；特殊是近来,为了提高加工精度,机械 设计使驱动电动机直接与机床主轴连接,因此进展用同步机作主轴的驱动,特殊是内装主轴 电动机,多使用同步机；4 主轴电动机驱动放大器 主轴电动机的掌握类似于上述的伺服电动机；但是通常只有速度掌握,故无需位置环；下图是 FANUC 主轴电动机驱动器的框图；分两个模块：PSM 及 SPM；PSM 是电源模块,细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 10 页 - - - - - - -
43、 - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀资料它与进给伺服驱动一样, 是将输入的沟通功率电源变为直流功率电源给逆变器供电；SPM 是逆变器部分,是将直流电源变为三相沟通给电动机的定子供电；十外部轴的掌握用伺服电动机掌握机床上或机床以外的帮助机械设备的动作,如：换刀机械手,交换工作台,上 /下料,工件或毛坯的搬运；Power Mate i 是一种位置运动掌握器,掌握各个轴独立运动或是时间上和谐运动,使某一轴以肯定速度移动到某一位置或是移动某一距离；但是相互间没有位置上的依靠关系,即系统中不必具备位置插补器的功能；当然,FANUC 的 Power Mate i D 是有两轴连动的插补器的,可依据实际需要使用；十一 Open CNC 为了提高 CNC 的开放性, FANUC 开发了开放式CNC；其概念是在一般的CNC 增加了通用微运算机的功能；有以下结构：一般 十二操作向导PC 机 + CNC 和 Panel i + CNC；为了帮忙机床操作员编制加工程序,CNC 掌握器上通常都有在机编程功能；依据所配的软件包,其功能的强弱有所不同,但多数都是图形化的引导格式；FANUC