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1、第第3章章 数控机床控制系统数控机床控制系统3.1 数数 控控 系系 统统 概概 述述3.2 机床常用数控系统机床常用数控系统3.3 数控机床数控机床PMC3.4 数控机床的强电控制系统数控机床的强电控制系统 3.5 数控机床故障的判定数控机床故障的判定 3.1 数数 控控 系系 统统 概概 述述 数控系统性能的优劣决定了数控机床数控系统性能的优劣决定了数控机床加工效率、成形精度和运行的稳定性。加工效率、成形精度和运行的稳定性。数控系统可以控制机床实现二轴、三数控系统可以控制机床实现二轴、三轴或多轴联动加工轴或多轴联动加工。加工中心与普通数控机床的区别在于加工中心与普通数控机床的区别在于有无刀
2、库和自动换刀装置。有无刀库和自动换刀装置。3.1.1 数控系统的计算机功能数控系统的计算机功能1具具有有与与计计算算机机网网络络进进行行通通信信和和联网的功能联网的功能2实现远程控制的功能实现远程控制的功能3.1.2 数控系统的高效加工功能数控系统的高效加工功能1自动原点补偿自动原点补偿 数控机床自身携带的专用位置检测工数控机床自身携带的专用位置检测工具对工件的侧边进行定长扫描（可以自动具对工件的侧边进行定长扫描（可以自动或手动），以扫描后诸点的拟合直线作为或手动），以扫描后诸点的拟合直线作为数控机床水平面内的数控机床水平面内的X坐标轴的方向，数坐标轴的方向，数控机床的绝对坐标系同时以控机床的
3、绝对坐标系同时以X轴为准进行轴为准进行粗加工前的位置补偿。粗加工前的位置补偿。2高阶曲线插补高阶曲线插补 通过程序段预读（通过程序段预读（1000段或更多）的段或更多）的方式，将折线重新拟合为曲线，数控系统方式，将折线重新拟合为曲线，数控系统以此曲线加工轨迹控制刀具的运动以此曲线加工轨迹控制刀具的运动。3刀具磨损补偿值记忆刀具磨损补偿值记忆 根据刀具的使用时间按照预定的补偿量根据刀具的使用时间按照预定的补偿量对刀具直径和刀具的长度进行补偿。对刀具直径和刀具的长度进行补偿。4区域加工功能区域加工功能 根据工序余量的特点，在加工区域中根据工序余量的特点，在加工区域中设置任意多个特定要求的加工区域，
4、每个设置任意多个特定要求的加工区域，每个区域的切削参数不同。区域的切削参数不同。5切削异常检出功能及寿命控制切削异常检出功能及寿命控制 在数控系统中设置每一把刀具在正常状在数控系统中设置每一把刀具在正常状态下用额定切削用量工作的切削负荷。当切态下用额定切削用量工作的切削负荷。当切削负荷增加到一定程度时，数控系统会认为削负荷增加到一定程度时，数控系统会认为刀具磨损严重需要更换刀具。刀具寿命控制刀具磨损严重需要更换刀具。刀具寿命控制功能，即数控系统允许设置每一把刀具的最功能，即数控系统允许设置每一把刀具的最佳工作寿命，达到工作时间不管刀具的工作佳工作寿命，达到工作时间不管刀具的工作状态如何均进行刀
5、具的自动更换状态如何均进行刀具的自动更换。3.2 机床常用数控系统机床常用数控系统3.2.1 SIEMENS数控系统数控系统 SINUMERIK 840D共设置有共设置有10个数控个数控通道，具有同时处理通道，具有同时处理10组加工数据的能力；组加工数据的能力；最多可控制最多可控制24个个NC轴和轴和6个主轴。标准配个主轴。标准配备的以太网接口具有很强的通信功能备的以太网接口具有很强的通信功能。3.2.2 FANUC数控系统数控系统 FANUC 16/18系系列列数数控控系系统统具具有有多多主主轴轴、多多控控制制轴轴控控制制功功能能，数数控控铣铣床床可可以以构构成成具具有有三三轴轴联联动动和和
6、五五轴轴联联动动功功能能的的加加工工中中心心；具具有有与计算机联网组成柔性制造系统的能力。与计算机联网组成柔性制造系统的能力。开发有存储卡在线开发有存储卡在线DNC加工功能。加工功能。FANUC数控系统及伺服系统采用数控系统及伺服系统采用3220V、50Hz交流电源标准交流电源标准。3.3 数控机床数控机床PMC3.3.1 PMC概述概述 PMC又称为数控机床内置式又称为数控机床内置式PLC，是，是对数控系统功能进行的二次开发。对数控系统功能进行的二次开发。NC模模块块、PMC模模块块在在数数控控系系统统中中的的关关系如图系如图3.3所示。所示。图3.3 NC模块、PMC模块在数控系统中的关系
7、 3.3.2 数控机床数控机床PMC的动作要求的动作要求 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；具有刀库管理和自动换刀控制功能；具有刀库管理和自动换刀控制功能；具有双工作台交换功能；具有双工作台交换功能；具具有有工工作作台台定定角角度度分分度度定定位位控控制制功功能；能；具有故障诊断、显示和报警功能。具有故障诊断、显示和报警功能。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为两部分：报警功能部分和动作功能部分。分为两部分：报警功能部分和动作功能部分。在拟定动作功能时，应尽可能多的考虑在拟定动作功能时，应尽可能多的考虑执行该动作的安全限制条件，使特定的动
8、作执行该动作的安全限制条件，使特定的动作能安全、高效、顺利进行，这些限制条件应能安全、高效、顺利进行，这些限制条件应覆盖包括国家安全、劳保等法规所规定的限覆盖包括国家安全、劳保等法规所规定的限制条件。制条件。3.3.3 PMC程序总体结构程序总体结构1模块化的模块化的PMC软件开发思想软件开发思想 每一个模块完成特定的功能。每一个模块完成特定的功能。每一个子模块都可以在每一个子模块都可以在NC的人的人机接机接口口PLC参数设置栏中设置开关条件参数设置栏中设置开关条件。2PMC软件的总体结构（1）头文件 PMC程序所需要的基本规范和数学定义等称为头文件 （2）变量声明接口、变量等定义定义PMC的
9、输入点 定义PMC的输出点 动动作作停停留留时时间间的的长长短短、位位移移的的距距离离、运运动的速度等等。动的速度等等。约定：如果参数用以表示时间，其单约定：如果参数用以表示时间，其单位时间为位时间为1/512s；如果参数用以表示长度，；如果参数用以表示长度，其单位长度为其单位长度为1/1000mm；如果参数用以表；如果参数用以表示速度，其单位为示速度，其单位为mm/min。（4）PMC软件组成软件组成 PMC软件分为初始化、运行和关闭三软件分为初始化、运行和关闭三个组成部分。个组成部分。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轴运动控制、加工中心的基本功能包
10、括轴运动控制、手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准停、手动调整操作面板的管理等功能。停、手动调整操作面板的管理等功能。（1）工作方式转换程序段）工作方式转换程序段 （2）主轴速度修调）主轴速度修调3.3.4 PMC典型子模块举例典型子模块举例1.Z轴去换刀位；轴去换刀位；2.主轴准停；主轴准停；3.刀库前进；刀库前进；4.Y轴去换刀位；轴去换刀位；5.X轴去换刀位；轴去换刀位；6.松刀吹气；松刀吹气；1.主轴还刀后刀库退回；主轴还刀后刀库退回；2.计算最短选刀路径；计算最短选刀路径；3.启动刀盘旋转；启动刀盘旋转；4.刀库前进；刀库前进；5.主轴抓刀；主轴抓
11、刀；6.X轴去刀库安全返回位；轴去刀库安全返回位；7.主轴抓刀后刀库退回；主轴抓刀后刀库退回；8.解除主轴准停。解除主轴准停。3.4 数控机床的强电控制系统数控机床的强电控制系统 合合适适的的强强电电控控制制系系统统，使使它它能能够够接接受受数数控控系系统统发发出出的的弱弱电电信信号号，并并将将弱弱电电信信号号放放大大后后去去控控制制强强电电设设备备的的运运转转。同同时时，数数控控机机床床工工作作时时的的各各种种信信号号又又可可以以用用合合适适的的电电平回馈给数控系统。平回馈给数控系统。强电系统在设计时应充分考虑避免外强电系统在设计时应充分考虑避免外界干扰信号的侵入和数控机床本身强电元界干扰信
12、号的侵入和数控机床本身强电元件起动和停止时可能产生的干扰。对外界件起动和停止时可能产生的干扰。对外界干扰信号（如：大型动力机械起动、电弧干扰信号（如：大型动力机械起动、电弧焊机焊接时等）采取隔离变压器或自动交焊机焊接时等）采取隔离变压器或自动交流稳压器进行处理可以取得良好的效果；流稳压器进行处理可以取得良好的效果；对于强电系统内部接触器吸合等产生对于强电系统内部接触器吸合等产生的干扰信号，使用浪涌抑制元件可以消除的干扰信号，使用浪涌抑制元件可以消除其影响；对于数控系统通信使用的控制信其影响；对于数控系统通信使用的控制信号电缆使用单端或两端接地的方式可以有号电缆使用单端或两端接地的方式可以有效消
13、除电磁波的干扰；数控机床的控制柜效消除电磁波的干扰；数控机床的控制柜一定要良好接地使其能够良好屏蔽外部的一定要良好接地使其能够良好屏蔽外部的电磁干扰信号；在控制柜内部的数控系统电磁干扰信号；在控制柜内部的数控系统和伺服驱动系统等运动控制系统也应采取和伺服驱动系统等运动控制系统也应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点点进入进入PLC逻辑控制的信号如下。逻辑控制的信号如下。1PLC与第二操作面板间的连接信号与第二操作面板间的连接信号2PLC与手轮之间的连接信号与手轮之间的连接信号3PLC与手动操作面板间的连接信号与手动操作面板间的连接信号4PLC与机床主
14、体之间的连接信号与机床主体之间的连接信号5PLC与与各各轴轴驱驱动动单单元元之之间间的的连连接接信信号号6其他信号其他信号3.5 数控机床故障的判定数控机床故障的判定 故障可以分为数控系统故障、伺服系故障可以分为数控系统故障、伺服系统故障、液压系统故障和机械系统故障等统故障、液压系统故障和机械系统故障等几种，数控系统的故障通常由数控系统自几种，数控系统的故障通常由数控系统自身的逻辑处理程序直接处理身的逻辑处理程序直接处理。坐标轴伺服系统或主轴驱动系统通常在坐标轴伺服系统或主轴驱动系统通常在制造时也设置了几十甚至上百的故障信息制造时也设置了几十甚至上百的故障信息。在液压系统和机械系统等系统内部，设在液压系统和机械系统等系统内部，设置有许多保证系统稳定正常运转的传感器，置有许多保证系统稳定正常运转的传感器，如：接近开关、温度传感器、力传感器、振如：接近开关、温度传感器、力传感器、振动传感器以及过电压、过电流、缺相等检测动传感器以及过电压、过电流、缺相等检测元件元件。