數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

一、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成及各部分的功能

對(duì)于數(shù)控機(jī)床，其控制內(nèi)容主要有：

(1)功能控制： 自動(dòng)讀入控制信息，使數(shù)控系統(tǒng)確立相應(yīng)的工作狀態(tài)，從而控制機(jī)床發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作。如潤(rùn)滑、冷卻液供給、主軸電機(jī)開啟與關(guān)停、調(diào)速，以及坐標(biāo)軸功能控制等。

(2)位置控制： 控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置或軌跡。靠進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)各坐標(biāo)軸控制，使刀具按給定曲線的方程運(yùn)動(dòng)，以加工出零件的空間曲線(或曲面)。

(3)信號(hào)處理： 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中所取得的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析處理，并輸出相應(yīng)結(jié)果。如：刀具到位信號(hào)，工作臺(tái)超程信號(hào)，以及其他檢測(cè)信號(hào)輸入處理。一旦系統(tǒng)得到這些信號(hào)，系統(tǒng)將發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作，如工作臺(tái)超程保護(hù)器報(bào)警等。

針對(duì)機(jī)床控制功能的要求，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)具有相應(yīng)的功能模塊，其組成原理見圖4-1。

1．輸入輸出設(shè)備

    輸入設(shè)備：主要用來輸入程序和數(shù)據(jù)。 常用的輸人設(shè)備：鍵盤、光電輸入機(jī)。

輸出設(shè)備：主要用于將各種信息和數(shù)據(jù)提供給操作人員，以便及時(shí)了解控制過程的情況。常用的輸出設(shè)備：打印機(jī)、記錄儀、數(shù)碼顯示器和CRT顯示器及紙帶穿孔機(jī)等計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(Computer Numerical Control)裝置，簡(jiǎn)稱CNC裝置，它是采用存儲(chǔ)程序的專用計(jì)算機(jī)，主要用來進(jìn)行數(shù)值和邏輯運(yùn)算，對(duì)機(jī)床進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。它由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路等部分組成。

         打印機(jī)          記錄儀        數(shù)碼顯示器        CRT顯示器

3．伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)裝置

    作用：接受CNC裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路(如速度控制單元)作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(如用直流伺服電機(jī))，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由位移傳感器檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，并反饋給CNC裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，使機(jī)床進(jìn)給部件的位置速度得到準(zhǔn)確控制。

4．輔助機(jī)能驅(qū)動(dòng)電路

    該部分實(shí)現(xiàn)CNC裝置與機(jī)床強(qiáng)電的信息傳遞和變換，其作用是接受CNC信號(hào)，經(jīng)機(jī)床強(qiáng)電控制主軸、潤(rùn)滑、冷卻、換刀等電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及其他輔助機(jī)能。另外將機(jī)床一些狀態(tài)信息經(jīng)變換以后送至CNC裝置，如：刀具到位，工作臺(tái)超程等。在高檔數(shù)控系統(tǒng)中，該部分的控制工作由從屬于CNC裝置的“內(nèi)裝型”可編程序控制器(PC)來完成，或是由獨(dú)立于CNC裝置的“通用型”可編程序控制器(PC)來完成。

5．?dāng)?shù)控系統(tǒng)軟件

    數(shù)控系統(tǒng)的工作過程在硬件的支持下，執(zhí)行軟件的全過程。通過軟件實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。

    圖4-2是富士通CNC系統(tǒng)的原理圖，該系統(tǒng)是一個(gè)微型機(jī)CNC系統(tǒng)，通過該原理圖可進(jìn)一步了解CNC系統(tǒng)的組成原理。

  微處理機(jī)：M6800，8位微處理機(jī)。ROM存放控制程序，RAM存放中間數(shù)據(jù)和用戶加工程序，具有與機(jī)床操作面板、紙帶閱讀機(jī)、手搖脈沖發(fā)生器、機(jī)床控制器連接的輸入/輸出接口，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，脈沖編碼盤檢測(cè)位移實(shí)現(xiàn)位置反饋。大規(guī)模集成(LSI)電路實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)算速度高。

二、CNC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

CNC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下五點(diǎn)。

1．系統(tǒng)靈活可變、易于變化和擴(kuò)展，通用性強(qiáng)

    這是CNC系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)，它不像硬件數(shù)控，一旦形成了某一種模式和功能就不能隨意改變，因?yàn)橛布�之間的聯(lián)系是依靠布線實(shí)現(xiàn)的。而對(duì)于CNC系統(tǒng)來說，只要改變軟件的結(jié)構(gòu)形式，就可以隨時(shí)加以補(bǔ)充和開發(fā)新的功能，以適應(yīng)不同的要求。

2．易于實(shí)現(xiàn)多功能

    由于計(jì)算機(jī)有豐富的指令系統(tǒng)，能進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，所以實(shí)現(xiàn)多功能、高復(fù)雜程度控制比用硬件系統(tǒng)方便得多。例如，高次曲線插補(bǔ)，刀具半徑補(bǔ)償，多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制等，有的CNC系統(tǒng)在控制加工時(shí)還能進(jìn)行數(shù)控編程，這在硬件系統(tǒng)中是不可能的。

3．系統(tǒng)可靠性高

    在硬件數(shù)控系統(tǒng)中，加工程序是逐條由閱讀機(jī)輸入的，但CNC系統(tǒng)可以將加工程序一次輸入到內(nèi)存，這就可以減少輸入故障。由于CNC系統(tǒng)硬件比NC系統(tǒng)少得多，所以系統(tǒng)元器件出錯(cuò)率亦相對(duì)地減少，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。由于CNC系統(tǒng)的功能都由軟件實(shí)現(xiàn)，只要軟件是完善的，則在今后系統(tǒng)連續(xù)工作中就不可能產(chǎn)生軟件運(yùn)行差錯(cuò)，所以CNC系統(tǒng)連續(xù)無故障 時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)。

4．維修方便

    由于CNC系統(tǒng)功能強(qiáng)，系統(tǒng)功能采用模塊化，同時(shí)采用軟件故障診斷，使CNC維修方便。

5．CNC系統(tǒng)的通信功能

    隨著制造技術(shù)的發(fā)展，要求CNC系統(tǒng)能集中控制，那么此功能是不可缺少的。例如，在DNC、FMS、CIMS系統(tǒng)中，系統(tǒng)間要求通信聯(lián)系。