数控技术6学习教案.pptx

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1、会计学1数控技术数控技术(sh kn j sh)6第一页，共43页。第六章 典型数控机械 一、数控车床的机械结构及原理 数控车床没有脱离普通车床的结构形式，包括有主传动系统、进给系统及 液压、冷却、润滑系统。由于数控机床常常采用了调速电机，实现了电气无级变速。所以其传动系统比普通车床简单得多。（一）主传动系统 1、由旧机床改装的及一些经济型的数控机床 可不要求主轴数控变速，其主传动系统与普通机床类似(li s)，依靠机械有级变速。例如图61。第1页/共43页第二页，共43页。第2页/共43页第三页，共43页。2、全功能型的数控车床、全功能型的数控车床 其主传动系统一般采用直流或交流调速主轴电机

2、实现无级调速，通过其主传动系统一般采用直流或交流调速主轴电机实现无级调速，通过(tnggu)皮带及变速齿轮（皮带及变速齿轮（12级）带动主轴旋转，以获得要求的调速范围和输出转矩。级）带动主轴旋转，以获得要求的调速范围和输出转矩。机械部分的有级自动变速机械部分的有级自动变速 一般采用电磁离合器或一般采用电磁离合器或 液压缸拨动齿轮。如前一章所述。液压缸拨动齿轮。如前一章所述。全功能型的数控车床，有些包含全功能型的数控车床，有些包含C轴功能（严格地说，属于旋转方向的进给运动）。以实现主轴定向停车和圆周进给，并在数控装置控制下实现轴功能（严格地说，属于旋转方向的进给运动）。以实现主轴定向停车和圆周进

3、给，并在数控装置控制下实现C轴、轴、Z轴联动插补和轴联动插补和C轴、轴、X轴联动插补。实现圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻丝及曲面铣加工。轴联动插补。实现圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻丝及曲面铣加工。图图65 为为C轴坐标功能的示意图。轴坐标功能的示意图。第3页/共43页第四页，共43页。第4页/共43页第五页，共43页。2、全功能型的数控车床、全功能型的数控车床 由于由于C轴功能完全轴功能完全(wnqun)不同与主轴功能，实际上是主轴的一种旋转进给运动，不同与主轴功能，实际上是主轴的一种旋转进给运动，需要专门的伺服电机，且与主轴电机分开需要专门的伺服电机，且与主轴电机分开

4、其传动有多种结构形式。其传动有多种结构形式。图图66和图和图67分别为两个系统的分别为两个系统的C轴传动原理图。轴传动原理图。第5页/共43页第六页，共43页。采用可啮合采用可啮合(nih)和脱开的蜗轮副结构（蜗杆和脱开的蜗轮副结构（蜗杆1、蜗轮、蜗轮3）第6页/共43页第七页，共43页。滑移齿轮滑移齿轮(chln)5与主轴齿轮与主轴齿轮(chln)7可啮合，实现可啮合，实现C轴运动。轴运动。滑移齿轮滑移齿轮(chln)5与主轴齿轮与主轴齿轮(chln)7脱离。实现主轴运动。脱离。实现主轴运动。第7页/共43页第八页，共43页。3、主轴编码器 因为数控车床的进给运动与主运动无机械链联系(lin

5、x)，所以加工螺纹时，必须要有脉冲编码器记录主轴转角，保证主轴每转一转，螺纹车刀移动一个导程。同时还保证每次走刀都在工件的同一点切入，不会乱扣.工作时，脉冲编码器与主轴同步旋转，直接装在主轴的后方，或通过1：1的齿轮（同步齿形带）与主轴联系(linx)，分别如图61和62。第8页/共43页第九页，共43页。第9页/共43页第十页，共43页。第10页/共43页第十一页，共43页。二、进给系统 数控车床的进给系统是数字控制的主要部分，结构上与普通车床截然不同，由步进电机或伺服电机驱动，经过03级的齿轮传动，通过滚珠丝杆带动刀架完成纵向(zn xin)（Z向）和横向（X向）的进给运动。图68、69、

6、610、611为几种常用的进给传动装置。第11页/共43页第十二页，共43页。图图68、69中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与滚珠丝杆相连，与滚珠丝杆相连，结构简单，传动误差结构简单，传动误差(wch)少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动负载。负载。第12页/共43页第十三页，共43页。图图68、69中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与滚珠中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与滚珠丝杆相连，丝杆相连，结构结构(jigu)简单，传动误差少，但要求电

7、机的输出转矩较大，能直接带动负载。简单，传动误差少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动负载。第13页/共43页第十四页，共43页。图图610、611中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高输出转矩。输出转矩。其中齿轮采用其中齿轮采用(ciyng)柔性调整法消除间隙（见柔性调整法消除间隙（见CC）。）。丝杆螺母付采用丝杆螺母付采用(ciyng)双螺母螺纹调隙式结构。双螺母螺纹调隙式结构。第14页/共43页第十五页，共43页。图图610、611中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高输出转矩。中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连

8、，可提高输出转矩。其中齿轮采用柔性其中齿轮采用柔性(ru xn)调整法消除间隙（见调整法消除间隙（见CC）。）。丝杆螺母付采用双螺母螺纹调隙式结构丝杆螺母付采用双螺母螺纹调隙式结构第15页/共43页第十六页，共43页。（三）数控车床的刀架 1。自动转位刀架 在经济型数控车床上大都使用自动转位刀架（4、5、6把刀），目前使用最多的是螺旋(luxun)转位刀架。其工作原理如图 612 所示。第16页/共43页第十七页，共43页。1。自动转位刀架 换刀时，微电机4正转经离合器3 蜗轮蜗杆副丝杆螺母副螺母上升（丝杆2固定），抬起刀架1，使定位用端齿盘的上盘与下盘分离，带动刀架旋转。到位后，发信号使电机

9、4反转(fn zhun)，螺母反转(fn zhun)，端齿盘的上盘下降，与下盘啮合并压紧，完成刀架换位。第17页/共43页第十八页，共43页。2。转塔刀架。转塔刀架 利用转塔头的各刀座来安装或夹持各种刀具，通过转塔头的旋转分度定位来实现利用转塔头的各刀座来安装或夹持各种刀具，通过转塔头的旋转分度定位来实现自动换刀。转塔头的轴线与主轴轴线平行。自动换刀。转塔头的轴线与主轴轴线平行。刀位数可多达刀位数可多达20余种。余种。每当一把刀的切削工序完成后，转塔头根据每当一把刀的切削工序完成后，转塔头根据(gnj)指令转指令转过一个或几个刀位，选下一工步所需的刀具。过一个或几个刀位，选下一工步所需的刀具。

10、转塔刀架可由电机或液压马达驱动。图转塔刀架可由电机或液压马达驱动。图615为转位传动机构简图。为转位传动机构简图。第18页/共43页第十九页，共43页。3.动力动力(dngl)刀架刀架车削中心车削中心C轴功能轴功能 第19页/共43页第二十页，共43页。（四）床身与导轨 数控车床的床身由四种结构形式，如图616。水平的床身加工工艺性好，但床身下部空间小，排屑困难，一般只在经济型数控车床中使用。中小规格的现代数控车床多采用斜床身和平床身与斜滑板的结构，便于(biny)排屑，占地面积小，便于(biny)操作，容易实现封闭式防护和便于(biny)安装机械手，可实现单机自动化。第20页/共43页第二十

11、一页，共43页。（四）床身与导轨 经济型数控车床一般采用(ciyng)塑料粘接导轨，成本低，性能较好。滚动导轨由于摩擦特性好，数控机床应用广泛。第21页/共43页第二十二页，共43页。二、经济型数控车床的CNC数控系统 以CKL6132系统为例，作一介绍。（一）主要技术参数与功能（略）（二）硬件结构 该机的控制系统框图如图617所示 该机控制系统以一台16位工控机为主机，以Z80 CPU微处理器为核心的单板机作从机，构成二级控制系统。主机担负数据处理、插补控制及一些(yxi)功能管理等任务；从机担负辅助机能的控制任务（如调速、换刀等），还担任手动操作方面的控制任务。第22页/共43页第二十三页

12、，共43页。第23页/共43页第二十四页，共43页。（二）硬件结构（二）硬件结构 主机可利于进一步开发，其接口电路主机可利于进一步开发，其接口电路(dinl)，其中：，其中：8255主要用来传送数据和扫描开关量，并控制伺服驱动系统。主要用来传送数据和扫描开关量，并控制伺服驱动系统。8253主要用来采集主轴脉冲信号和作为主要用来采集主轴脉冲信号和作为G00快速进给的定时控制，快速进给的定时控制，8279用于中断控制。用于中断控制。Z80单板机的单板机的PIO接口电路接口电路(dinl)用于扫描开关和强电控制，用于扫描开关和强电控制，CTC接口电路接口电路(dinl)用于主轴直流调速和刀具快速移动

13、的定时控制。用于主轴直流调速和刀具快速移动的定时控制。主轴脉冲发生器与主轴同步回转。主轴脉冲发生器与主轴同步回转。它起两个作用：一方面用于进给控制，另一方面用于主轴调速的数字反馈。它起两个作用：一方面用于进给控制，另一方面用于主轴调速的数字反馈。第24页/共43页第二十五页，共43页。（三）软件结构 1。软件的总体结构 该车床的软件总体框图如图618所示。经济型，功能简单(jindn)，速度要不高，车床无刀具半径补偿计算，开环 中断 很少 （读入）译码一段加工一段第25页/共43页第二十六页，共43页。第26页/共43页第二十七页，共43页。2。特殊功能模块程序设计 （1）螺纹切削处理软件 加

14、工螺纹时，与主轴(zhzhu)同步回转的主轴(zhzhu)脉冲发生器每转发出二组脉冲：一组脉冲为每转发1024个，用于控制主轴(zhzhu)每转一转，刀架在z向移动一个螺距值。另一组脉冲每转发一个脉冲，用于保证每次走刀是在同一切削点切入加工，以免乱扣。第27页/共43页第二十八页，共43页。2。特殊功能模块程序设计 （1）螺纹切削处理软件 为实现主轴每转一转，刀架在Z向移动一个螺距P（对应F个脉冲，F=P/)，可以采用数字积分法（DDA法），原理如下：用两个存储单元，其中一个用来寄存螺距值JV（严格地说，是经过换算，正比于实际螺距值的数）作为(zuwi)被积函数，另一个用来寄存余数JR（累加器

15、）。采用中断方式，主轴脉冲发生器每发一个脉冲，就产生一次中断，每次中断进行一次累加运算（被积函数往累加器累加）。当累加器有溢出时，即向Z方向发送一个进给脉冲。第28页/共43页第二十九页，共43页。主轴每转中发主轴每转中发1024个脉冲，累加运算个脉冲，累加运算1024次，进给方向共发次，进给方向共发P/个脉冲（个脉冲（P为实际为实际的螺距，单位的螺距，单位mm；为脉冲当量），为脉冲当量），就保证了主轴每转一转，刀架在就保证了主轴每转一转，刀架在Z向移动一向移动一个螺距值个螺距值P。设余数寄存器的容量设余数寄存器的容量(rngling)为为R，则有关系式：则有关系式：RP/=JV 1024 由

16、上式可求得寄存螺距值由上式可求得寄存螺距值JV（被积函数）（被积函数）.书上：书上：JV=F=P/则则 R=1024 图图619为为DDA法法第29页/共43页第三十页，共43页。CTC常数设置法常数设置法在单片机中可以在单片机中可以(ky)利用利用T0或或T1计计数器数器图图6-20第30页/共43页第三十一页，共43页。（2）刀具选择的软件(run jin)设计 自动转位刀架的软件(run jin)控制过程：当前刀位 转动角 转动时间到 刀位与指令值比较 电机反转 结束 指令刀位第31页/共43页第三十二页，共43页。62 立式加工(ji gng)中心 以XHK716型立式加工(ji gn

17、g)中心为例 一、机床的用途与主要技术性能 用途：自动换刀、三坐标直线插补、任意二轴圆弧插补、闭环控制，数控系统采用FANUC-6MB系统，适合于复杂型面零件的多工序加工(ji gng)。技术参数（略）二、机床的组成和传动系统 组成：机床部件、主轴箱、进给系统、自动换刀装置、液压系统、气动系统 外形图如图621。第32页/共43页第三十三页，共43页。第33页/共43页第三十四页，共43页。二、机床的组成和传动系统二、机床的组成和传动系统 图图622为机床的传动系统原理图。为机床的传动系统原理图。主传动：主传动：宽调速直流电机宽调速直流电机1 轴轴I、II、III、IV 主轴主轴3，其中其中I

18、II轴到轴到IV 轴，由两档变速轴，由两档变速 进给运动（三个方向）：进给运动（三个方向）：直流伺服电机（直流伺服电机（4、7、9）张紧环结合子（张紧环结合子（5、6、8）滚珠丝滚珠丝杆杆 工作台（十字滑台、垂向滑座）工作台（十字滑台、垂向滑座）进给运动中无传动齿轮进给运动中无传动齿轮(chln)，电机直接带动丝杆。，电机直接带动丝杆。第34页/共43页第三十五页，共43页。第35页/共43页第三十六页，共43页。三、机床的自动换刀装置 自动换刀装置由单盘式刀库 12、刀库底座 11、液压马达 10、双臂回转机械手组成，见图 622及图621。其中机械手安装在主轴箱的左侧面，换刀时可随同主轴箱

19、一起在立柱上运动。自动换刀的工作过程见图 623。在整个换刀过程中各项动作均由限位开关控制，只有前一个动作完成后，才能进行下一个动作，从而(cng r)保证运动的可靠性。第36页/共43页第三十七页，共43页。第37页/共43页第三十八页，共43页。四、FANUC-6MB数控系统的基本功能 （一）概述 图626为FANUC系统的结构。每个进给坐标轴都配有一套伺服驱动系统。进给驱动电机采用直流伺服电机应用PWM晶体管脉宽调速电路。系统的位置(wi zhi)控制框图如图627所示。CPU输出的位置(wi zhi)指令经过专用大规模集成电路位置(wi zhi)控制芯片MB8739处理后，送往D/A，

20、再经速度控制单元控制电机运动。第38页/共43页第三十九页，共43页。第39页/共43页第四十页，共43页。位置位置(wi zhi)控制芯片控制芯片MB8739是是FANUC公司专门设计的，它包括位置公司专门设计的，它包括位置(wi zhi)测量与反馈的全部线路，集成都非常高。其结构主要包括以下几部分：测量与反馈的全部线路，集成都非常高。其结构主要包括以下几部分：（1）DDA插补器：该插补器作细插补，它的输入是第一级软件插补一个插补周期插补器：该插补器作细插补，它的输入是第一级软件插补一个插补周期的信息。的信息。（2）误差寄存器：实现指令位置）误差寄存器：实现指令位置(wi zhi)与实际位置

21、与实际位置(wi zhi)的比较，并寄存比的比较，并寄存比较后的跟随误差（实际上是多位可逆计数器）较后的跟随误差（实际上是多位可逆计数器）（3）位置）位置(wi zhi)增益调整：对位置增益调整：对位置(wi zhi)误差乘以一定的比例系数，用来调误差乘以一定的比例系数，用来调整整个位置整整个位置(wi zhi)伺服系统的开环增益伺服系统的开环增益KV。KV是由软件根据实际系统的要求设定是由软件根据实际系统的要求设定的。的。（4）PWM脉宽调制电路：将位置脉宽调制电路：将位置(wi zhi)误差调制成某一固定频率、且宽度误差调制成某一固定频率、且宽度（占空比）与误差值成正比的矩形脉冲波，经（占

22、空比）与误差值成正比的矩形脉冲波，经PWM后，输出误差指令后，输出误差指令FCMD.（5）偏移补偿控制：当无位置）偏移补偿控制：当无位置(wi zhi)指令输出时，自动补偿坐标轴可能出现的指令输出时，自动补偿坐标轴可能出现的移动（如间隙等）移动（如间隙等）（6）鉴相器：该线路用来处理脉冲编码器的反馈信号，转换为一系列脉冲。该线）鉴相器：该线路用来处理脉冲编码器的反馈信号，转换为一系列脉冲。该线路包括辨向与倍频路包括辨向与倍频 （7）DMR：实际位移值的倍乘系数。当编程的指令单位与实际机床移动单位不一：实际位移值的倍乘系数。当编程的指令单位与实际机床移动单位不一致时，用致时，用DMR进行调整，使其一致，以便进行比较。进行调整，使其一致，以便进行比较。（8）基准计数器：机床坐标回到参考点时，由该计数器产生零点信号。）基准计数器：机床坐标回到参考点时，由该计数器产生零点信号。第40页/共43页第四十一页，共43页。第41页/共43页第四十二页，共43页。（二)FANUC-6MB数控系统的主要(zhyo)功能（略）第42页/共43页第四十三页，共43页。