数控系统组成、原理与维修(ppt 83页)
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第二章数控系统及工作原理_图文
char G0；
//以标志形式存放G指令。
char G1；
char M0；
//以标志形式存放M指令。
char M1；
char T；
//存放本段换刀的刀具号。
char D；
//存放刀具补偿的刀具半径值。
}；
以标志形式存放G指令示例
在系统软件中各程序间的数据交换方式一般都 是通过缓冲区进行的。该缓冲区由若干个数据结构 组成，当前程序段被解释完后便将该段的数据信息 送入缓冲区组中空闲的一个。后续程序（如刀补程 序）从该缓冲区组中获取程序信息进行工作。
• 6.位移与速度检测装置
• 位移检测装置：测量装置按各坐标轴方向安装在 机床的工作台或丝杠上，将机床工作台各坐标轴 的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数 控装置与指令值相比较产生误差信号，以控制机 床向消除该误差的方向移动。
• 速度检测装置：将进给速度反馈给进给伺服驱动 单元；将主轴转速反馈给主轴调速驱动单元。
• （7）I/O处理
• I/O处理是指CNC与机床之间电气信号的输入、输出处理 和控制（如换刀、主轴速度换挡、冷却等）。
• （8）显示
• 显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态、报警信息 等。
• 有些CNC还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。
• （9）诊断
• 联机诊断：是指CNC中的自诊断程序融合在各部分，随 时检查不正常的事件。
刀补处理的主要工作：
Y
• 根据G90/G91计算零件轮
廓的终点坐标值。
• 根据R和G41/42，计算本 段刀具中心轨迹的终点 （P’e/P〃e）坐标值。
• 根据本段与前段连接关 系，进行段间连接处理 。
Pe’ G41
数控系统组成、原理与维修
• 1．专用计算机组成的数控体系结构
• 专用计算机数控按组成装置的电路板的结 构特点可分为大板式结构和模块化结构两 类，按装置内的微处理器()数量可分为单 微处理器和多微处理器结构两类。
单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元 相连，完成信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控 制，其功 能受到微处理器字长、数 据宽度、寻址功能和运算速度等因 素的限制；由于插补等功能由软件 来实现，因此，数控功能的实现与 处理速度成为一对矛盾。
3．通用组成的数控体系结构
• 基于通用的数控系统可以充分利用的软硬件资 源，减轻设计任务；可充分利用计算机工业所 提供的先进技术，方便地实现产品的更新换代； 良好的人机界面便于操作；开放性体系结构便 于在工厂环境内集成；由于有更多的硬件供选 择，的成本对于用户来说非常灵活。
2.3 数控系统软件
一、的软件结构类型 软件结构取决于系统中的软件和硬件的分工，也取 决于软件本身的工作性质。在信息处理方面，软件 和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成的工 作在原则上也能由软件完成。 系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是 由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结构对 这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同。在 单的数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中 断型软件结构。
2.2 数控系统硬件
• 一、 的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量接口 • 内装型部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
二、 的体系结构
• 装置从所使用的计算机类型来看，有专用 计算机数控装置(简称专机数控)和通用个 人计算机数控装置(简称数控)两种结构。
• 专用计算机数控按组成装置的电路板的结 构特点可分为大板式结构和模块化结构两 类，按装置内的微处理器()数量可分为单 微处理器和多微处理器结构两类。
单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元 相连，完成信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控 制，其功 能受到微处理器字长、数 据宽度、寻址功能和运算速度等因 素的限制；由于插补等功能由软件 来实现，因此，数控功能的实现与 处理速度成为一对矛盾。
3．通用组成的数控体系结构
• 基于通用的数控系统可以充分利用的软硬件资 源，减轻设计任务；可充分利用计算机工业所 提供的先进技术，方便地实现产品的更新换代； 良好的人机界面便于操作；开放性体系结构便 于在工厂环境内集成；由于有更多的硬件供选 择，的成本对于用户来说非常灵活。
2.3 数控系统软件
一、的软件结构类型 软件结构取决于系统中的软件和硬件的分工，也取 决于软件本身的工作性质。在信息处理方面，软件 和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成的工 作在原则上也能由软件完成。 系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是 由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结构对 这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同。在 单的数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中 断型软件结构。
2.2 数控系统硬件
• 一、 的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量接口 • 内装型部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
二、 的体系结构
• 装置从所使用的计算机类型来看，有专用 计算机数控装置(简称专机数控)和通用个 人计算机数控装置(简称数控)两种结构。
数控ppt课件完整版
和效率。
航空航天领域
航空航天零件具有复杂形状和高 精度要求，数控技术可以满足其 加工需求。
汽车制造领域
汽车制造中需要大量的零部件加 工，数控技术可以提高生产效率 和降低成本。
其他领域
如模具制造、能源装备等领域也 可以应用数控技术，提高生产效
率和产品质量。
02
数控机床结构与分类
数控机床的结构特点
高刚度
03
数控编程基础
数控编程的概念与步骤
数控编程的概念
是将零件的加工信息，按照数控系统规定的代码和格式，编制成加工程序文件，并输入到数控装置中，由数控装置控制机床进行 自动加工的过程。
数控编程的概念与步骤
确定加工方案
03
分析零件图样和工艺要求 数控编程的步骤
02 01
数控编程的概念与步骤
选择合适的数控机床 选择合适的刀具、夹具和量具 编制加工程序
复合化加工
绿色制造
复合化加工是未来数控技术 的重要发展方向，通过在一 台机床上实现多种加工功能， 提高加工效率。
环保和可持续发展已成为制 造业的重要趋势，数控技术 将更加注重绿色制造，如采 用环保材料、降低能耗等。
数控技术在未来制造业中的地位和作用
提高生产效率
数控技术能够显著提高加工精度和生产效率，降低生产成本，提 升企业竞争力。
如液压泵故障、气路堵塞等。
观察法
通过观察机床运行状态、听取异常声响等方式判断故障部位。
数控机床的故障诊断与排除方法
测量法
使用测量仪器对机床各部位进行检测，分析故障原因。
替换法
通过替换疑似故障部件的方式，逐步缩小故障范围。
数控机床的故障诊断与排除方法
故障排除方法
根据故障诊断结果，对相应部件进行维修或更 换。
航空航天领域
航空航天零件具有复杂形状和高 精度要求，数控技术可以满足其 加工需求。
汽车制造领域
汽车制造中需要大量的零部件加 工，数控技术可以提高生产效率 和降低成本。
其他领域
如模具制造、能源装备等领域也 可以应用数控技术，提高生产效
率和产品质量。
02
数控机床结构与分类
数控机床的结构特点
高刚度
03
数控编程基础
数控编程的概念与步骤
数控编程的概念
是将零件的加工信息，按照数控系统规定的代码和格式，编制成加工程序文件，并输入到数控装置中，由数控装置控制机床进行 自动加工的过程。
数控编程的概念与步骤
确定加工方案
03
分析零件图样和工艺要求 数控编程的步骤
02 01
数控编程的概念与步骤
选择合适的数控机床 选择合适的刀具、夹具和量具 编制加工程序
复合化加工
绿色制造
复合化加工是未来数控技术 的重要发展方向，通过在一 台机床上实现多种加工功能， 提高加工效率。
环保和可持续发展已成为制 造业的重要趋势，数控技术 将更加注重绿色制造，如采 用环保材料、降低能耗等。
数控技术在未来制造业中的地位和作用
提高生产效率
数控技术能够显著提高加工精度和生产效率，降低生产成本，提 升企业竞争力。
如液压泵故障、气路堵塞等。
观察法
通过观察机床运行状态、听取异常声响等方式判断故障部位。
数控机床的故障诊断与排除方法
测量法
使用测量仪器对机床各部位进行检测，分析故障原因。
替换法
通过替换疑似故障部件的方式，逐步缩小故障范围。
数控机床的故障诊断与排除方法
故障排除方法
根据故障诊断结果，对相应部件进行维修或更 换。
数控机床原理与维修.pptx
模块一、数控机床维修技术简述
5）机床本体
机床本体是数控机床的机械结构实体， 主要包括主运动部件、进给运动部件 (如工作台、刀架)、支承部件(如床身、 立柱等)。
除此之外,数控机床还配备有冷却、润滑、 转位部件、对刀及测量等配套装置。
模块一、数控机床维修技术简述 数控机床装调维修工
职业定义：从事数控机床的装配、调 整、维修等工作的人员。
项目一、数控机床结构与工作原理
2、数控机床的发展趋势： 高速度、高精度 多功能化 智能化 数控编程自动化 可靠性最大化 控制系统小型化
模块一、数控机床维修技术简述
项目一、数控机床结构与工作原理 3、结构框图
由数控系统与机床本体组成
模块一、数控机床维修技术简述
项目一、数控机床结构与工作原理
1）数控系统 数控装置硬件包括：总线、CPU、电源、存
4）插补原理
插补：指数据点密化的过程。在对数控系统 输入有限坐标点的情况下，计算机根据线 段的特征，运用一定算法，自动在有限坐 标点间生成一系列坐标数据，从而自动对 各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的 轨迹运行，使机床加工出所要求的轮廓曲 线。
插补是整个CNC系统控制软件的核心。目前 普遍应用的插补算法分为两大类：基准脉 冲插补，数据采用插补
储器、操作面板和显示屏、位控单元、PLC、 I/O接口、通讯单元；
伺服驱动装置包括：伺服驱动装置和电机；
测量反馈装置主要部件是采用长（圆）光栅
的增量式或绝对式位移编码器；
模块一、数控机床维修技术简述
2）数控机床加工零件的过程
模块一、数控机床维修技术简述
3）数控装置软件
实现人机界面的操作
模块一、数控机床维修技术简述
模块一、数控机床维修技术简述
数控系统的组成及工作原理ppt课件
２．刀具补偿的步骤：
刀具半径补偿的建立：刀具由起刀点以进给速度接近工 件，刀具中心在法线方向与待加工工件偏离一刀具半径。 偏置方向由G41及G42确定。
刀具半径补偿的进行：一旦建立刀补，刀具始终偏离工 件轮廓一定距离，直到取消刀补为止。
刀具半径补偿的取消：刀具撤离工件，回到退刀点，取 消刀具半径补偿。退刀点应位于零件轮廓之外，可以与 起刀点相同，也可以不相同。
进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反
转以及主轴调速。自动加工启停按钮：用于自动加工过程 的启动于停止。 条件程序段选择开关：用于条件程序段是否执行。 倍率选择开关：用于选择进给速度的倍率及点动量。 另外还有一些状态指示等、报警装置等。
一．CNC数控系统基本构成
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
数控系统构成可以用下面的框图表示：
硬件系统
微机部分 外围设备部分 机床控制部分
CNC数控系统
系统软件 软件系统
应用软件
输入数据处理程序 插补运算程序 速度控制程序 管理程序 诊断程序
C刀具补偿原理图（1）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
C刀具补偿原理图（2）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
４．C刀具补偿原理（3）
数控系统的工作方式 C刀具补偿是在插补和控制的间隙进行刀补计算 的，通过设置多个缓存，采用流水作业的方式才 能提高计算速度，满足高速加工的需要。如图所 示。
刀具半径补偿的建立：刀具由起刀点以进给速度接近工 件，刀具中心在法线方向与待加工工件偏离一刀具半径。 偏置方向由G41及G42确定。
刀具半径补偿的进行：一旦建立刀补，刀具始终偏离工 件轮廓一定距离，直到取消刀补为止。
刀具半径补偿的取消：刀具撤离工件，回到退刀点，取 消刀具半径补偿。退刀点应位于零件轮廓之外，可以与 起刀点相同，也可以不相同。
进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反
转以及主轴调速。自动加工启停按钮：用于自动加工过程 的启动于停止。 条件程序段选择开关：用于条件程序段是否执行。 倍率选择开关：用于选择进给速度的倍率及点动量。 另外还有一些状态指示等、报警装置等。
一．CNC数控系统基本构成
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
数控系统构成可以用下面的框图表示：
硬件系统
微机部分 外围设备部分 机床控制部分
CNC数控系统
系统软件 软件系统
应用软件
输入数据处理程序 插补运算程序 速度控制程序 管理程序 诊断程序
C刀具补偿原理图（1）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
C刀具补偿原理图（2）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
４．C刀具补偿原理（3）
数控系统的工作方式 C刀具补偿是在插补和控制的间隙进行刀补计算 的，通过设置多个缓存，采用流水作业的方式才 能提高计算速度，满足高速加工的需要。如图所 示。
第二章数控系统组成原理课件
实时管理软件 依赖硬件部分 （中断和各种处理芯片管理）
外设驱动软件 （图形显示器、键盘和通
信设备的驱动）
数控硬件、各种设备 （数据存储器、各种处理器、驱动和测量电路、图形显示
器、键盘等）
图2.6 数控系统软件体系示意图
➢ 数控系统软件特点
1）多任务性与并行处理
数控系统任务通常分为两类：管理任务和控制任务。管理任 务指系统资源管理和系统各子任务的调度，负责系统的程序管理、 显示、诊断等；控制任务主要完成译码、刀具补偿、速度预处理、 插补运算、位置控制等任务。
➢ 可编程程序控制器（PLC）
主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具选择 交换、辅助装置动作等指令信号，经必要的编译、逻辑判断、 功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件， 以完成指令所规定的动作，此外还有行程开关和监控检测等 开关信号也要经过PLC送到数控装置进行处理。
将PLC装在数控装置以外，称为独立式PLC；将PLC与 数控装置合为一体，称为内装型PLC。
三个CPU之间各有512个字节的公共存储器用于交换信息。
3）分布结构系统
系统有两个或两个以上的带有CPU的功能模块，每个功能 模块有自己独立的运行环境(系统总线、存储器、操作系统等)， 功能模块间采用松耦合，即在空间上可以较为分散，各模块间 采用通信方式交换信息。
早期的计算机数控系统都是单机系统，到了20世纪80年代 中期，市场上已有多机系统的产品了，其中绝大部分是主从结 构的系统。目前多主结构和分布结构的系统由于结构较复杂， 操作系统的设计较困难，加之主从结构系统能满足数控加工的 大多数要求，故这两种结构的CNC系统较少。
多机系统是指整个CNC系统中有两个或两个以上的CPU， 也就是系统中的某些功能模块自身也带有CPU，根据这些CPU 间的相互关系的不同又可将其分为：主从结构系统，多主结构 系统和分布式结构系统。
数控机床的组成及工作原理PPT课件
05 数控机床的发展趋势与挑 战
高精度、高效率发展趋势
高精度加工技术
随着制造业对加工精度要求的不 断提高，数控机床的高精度加工 技术得到了广泛应用，如超精密
磨削、高速切削等。
高效率加工技术
通过优化切削参数、提高切削速度、 减少非切削时间等措施，实现高效 率加工，提高生产效率。
复合加工技术
将多种加工技术集成在一台机床上， 实现一次装夹完成多道工序的加工， 提高加工效率。
定时、定量为机床各运动部件 提供润滑，减少磨损和故障， 提高机床稳定性和使用寿命。
自动冷却系统
对加工区域进行冷却，降低切 削温度，提高刀具寿命和加工
质量。
04 数控机床的操作与维护
操作界面及基本操作
操作界面介绍
包括显示屏、操作面板、功能键等组成部分的说明。
基本操作流程
详细阐述从开机、回零、选择程序到加工完成的整个 操作流程。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
操作面板
人机交互界面，用于输入加 工指令、调整机床参数以及
监控机床运行状态等。
03 数控机床的工作原理
加工过程自动化原理
01
02
03
数控系统控制
通过预先编程的指令，控 制机床各轴的运动轨迹、 速度和加速度，实现加工 过程的自动化。
伺服驱动系统
将数控系统输出的控制信 号转换为机床各轴的驱动 力矩，驱动机床各轴按照 预定的轨迹进行运动。
局限性
对操作人员技术要求高、设备投 资大、维护成本高等。
02 数控机床的组成
主机部分
01
02
03
04
床身
数控机床的基础部件，用于支 撑和固定其他部件，保证机床
数控机床及其维护版精品PPT课件
复合型数控机床常见的以车、铣复合加工中心最多。
➢智能化、网络化、柔性化 ：适应信息时代发展的潮流，
充分利用计算机技术的成果。
智能化是指数控机床控制过程调整、加工过程调节、故 障诊断的指示等具有智能化的功能，智能化的功能有助于提 高生产效率、保证加工精度、便于数控机床的维护。
网络化是FMS、CIMS等现代制造技术的基础，是企业 内部、企业间实现协同设计、协同制造、信息共享、远程监 控及服务 的关键技术，目前高档数控机床通常集成有网络 功能。
二、数控机床的加工特点： 1. 对加工对象的适应性强 2. 加工精度高 3. 生产效率高 4. 自动化程度高，劳动强度低 5. 良好的经济效益 6. 便于生产管理的现代化
三、数控机床的使用特点 1. 数控机床对操作应用、维修人员的要求 要求数控机床的操作应用、维修人员具有丰富的计算
机技术、自动控制技术方面的知识，并能够应用所学知识 解决数控机床可能出现的所有故障。
4．混合控制数控机床：指数控机床进给轴的位置控制方式混 合使用了开环、闭环或半闭环的控制方式。
第三节 数控机床的发展趋势和特点
一、数控机床的发展趋势 1.基本概念 数控技术：采用数字化பைடு நூலகம்号控制目标对象，使其完成预
定的动作或功能，控制对象可以是位移、速度、压力、流量 等。
数控系统：是指利用数控技术实现自动控制功能之完整 控制系统。
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
➢智能化、网络化、柔性化 ：适应信息时代发展的潮流，
充分利用计算机技术的成果。
智能化是指数控机床控制过程调整、加工过程调节、故 障诊断的指示等具有智能化的功能，智能化的功能有助于提 高生产效率、保证加工精度、便于数控机床的维护。
网络化是FMS、CIMS等现代制造技术的基础，是企业 内部、企业间实现协同设计、协同制造、信息共享、远程监 控及服务 的关键技术，目前高档数控机床通常集成有网络 功能。
二、数控机床的加工特点： 1. 对加工对象的适应性强 2. 加工精度高 3. 生产效率高 4. 自动化程度高，劳动强度低 5. 良好的经济效益 6. 便于生产管理的现代化
三、数控机床的使用特点 1. 数控机床对操作应用、维修人员的要求 要求数控机床的操作应用、维修人员具有丰富的计算
机技术、自动控制技术方面的知识，并能够应用所学知识 解决数控机床可能出现的所有故障。
4．混合控制数控机床：指数控机床进给轴的位置控制方式混 合使用了开环、闭环或半闭环的控制方式。
第三节 数控机床的发展趋势和特点
一、数控机床的发展趋势 1.基本概念 数控技术：采用数字化பைடு நூலகம்号控制目标对象，使其完成预
定的动作或功能，控制对象可以是位移、速度、压力、流量 等。
数控系统：是指利用数控技术实现自动控制功能之完整 控制系统。
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
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是一种直接编码式的测量装置。
35
图2-16 增量式光电编码器测量系统 1-旋转轴；2-滚珠轴承；3-透光夹缝；4-光电编码器； 5-光源；6-聚光镜；7-光栏板；8-光敏元件。
36
(2)绝对式光电编码器的工作原理
• 绝对式光电编码器的光盘上有透光和不 透光的编码图案，编码方式可以有二进 制编码、二进制循环编码、二至十进制 编码等。绝对式光电编码器通过读取编 码盘上的编码图案来确定位置。
数控机床 数控系统结构与维修
数控机床结构及维修
第二章数控机床数控系统 结构与维修
2.1 数控系统组成与原理 2.2 数控系统硬件 2.3 数控系统软件 2.4 可编程控制器(PLC) 2.5 数控机床检测装置
2.6 伺服驱动系统 2.7 数控系统诊断技术及维修
2019/9/18
2
第二章 机床数控系统结构与维修
9
接口电路的主要任务：
• (1)进行电平转换和功率放大。 • (2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的
电磁干扰噪声引起误动作。 • (3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、
按钮信号，机床上的各种限位开关信号以及数 控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入 的是触点输入信号，要消除其振动。 • (4)输出接口是将各种机床工作状态灯的信息 送至机床操作面板上显示，将控制机床辅助动 作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀 库单元、液压单元、冷却单元等的继电触器。
41
1．光栅的结构
• 光栅装置的结构由标尺光栅和光栅读数头 两部分组成。光栅读数头由光源、透镜、 指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。
42
图2-20 光栅尺
43
• 2．光栅的工作原理
在安装时，将两块栅距相同、黑白宽度相同的标 尺光栅和指示光栅刻线面平行放置，将指示光栅 在其自身平面内倾斜一很小的角度，以便使它的 刻线与标尺光栅的刻线间保持一个很小的夹角。 这样，在光源的照射下，就形成了光栅刻线几乎
54
二、对伺服驱动系统的要求 • l．调速范围要宽 • 2．定位精度要高 • 3. 快速响应，无超调 • 4．低速大转矩，过载能力强 • 5．可靠性高
55
三、伺服驱动系统的组成 • l．驱动装置 • 2．执行元件 • 3．传动机构 • 4．检测元件及反馈电路
56
四、伺服驱动系统的分类
• l．开环控制进给驱动系统
21
二、CNC系统软硬件的界面
图2-8 三种典型CNC系统的软硬件界面
22
三、CNC控制软件的特点 • 1．多任务并行处理 • 2．实时中断处理
23
2.4 可编程控制器(PLC)
• 一、PLC的基本组成与工作方式 • 1．PLC的基本组成 • PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基
本上与微机相同，主要包括微处理器(CPU)、 存储器、用户输入／输出部分、输入／输出扩 展接口、外围设备以及电源等。对于内装型 PLC、CPU、存储器、外围设备、电源等部分一 般与CNC装置共用。如图2-9所示为可编程控制 器基本组成框图。
17
3．通用PC组成的数控体系结构
• 基于通用PC的数控系统可以充分利用PC的软硬 件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工 业所提供的先进技术，方便地实现产品的更新 换代；良好的人机界面便于操作；开放性体系 结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬 件供选择，CNC的成本对于用户来说非常灵活。
18
24
25
2．PLC的工作方式
• PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每 一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信 号有足够的执行速度，从宏观上看是实时响应 的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时 扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采 样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，
26
二、PLC的分类 • (1)内装型PLC。 • (2)独立式PLC。
件和一系列信号处理电路组成，如图2-23所示。 信号处理电路又包括放大、整形和鉴向倍频。
48
图2-23 光栅测量系统
49
(2)鉴向倍频电路
图2-24 两光敏元件的波形
50
• 四、测速发电机 • 测速发电机是一种旋转式速度检测元件，可将
输入的机械转速变为电压信号输出，在数控系 统的速度控制单元和位置控制单元中都得到应 用。尤其是常作为伺服电动机的检测传感器， 将伺服电动机的实际转速转换为输出电压或输 出脉冲与给定电压或参考频率进行比较后，发 出速度控制信号，以调节伺服电动机的转速。
进给驱动 装置
机床
主进辅 运给助 动传控 机动制 构机机 构构
图2-1 计算机数控系统的组成框图
4
5
二、 CNC系统的基本原理
• CNC系统的生产厂家编制好CNC控制软 件(也称为系统程序)后，要把它固化在 ROM(EPROM)中，系统接上电源后即 自动由CPU按照此固化的程序运行。使 用CNC机床加工时，首先要编制好零件 程序，而零件程序的解释与具体执行则 要由系统程序来完成。
61
• 2．主轴驱动电机 • 数控机床主轴驱动可采用直流电机，也可采用
交流电机。与进给驱动不同的是，主轴电机的 功率要求更大，对转速要求更高，但对调速性 能的要求却远不如进给驱动那样高。因此在主 轴调速控制中，除采用调压调速外，还采用了 弱磁升速的方法，进一步提高其最高转速。在 主轴驱动中，直流电机已逐渐被淘汰，目前均 使用交流电机。由于受永磁体的限制，交流同 步电机的功率不易做得很大，因此，目前在数 控机床的主轴驱动中，均采用笼型感应电机。
14
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16
2．开放式数控体系结构
• 特点 ： • ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级
式的控制结构。 • ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在
开放式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系 统生产厂、机床厂及最 • 终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。 • ③要具有一种较好的通信和接口协议，以便各相对独立 的功能模块通过通信实现信息交换，通过信息交换来满 足实时控制的要求。
2.3 数控系统软件
一、CNC的软件结构类型 软件结构取决于CNC系统中的软件和硬件的分工， 也取决于软件本身的工作性质。在信息处理方面， 软件和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成 的工作在原则上也能由软件完成。 CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功 能是由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结 构对这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同 。在单CPU的数控系统中，常采用前后台型的软件 结构和中断型软件结构。
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( a )
图理原器码编电光式对绝
(a) 绝对式光电编码器原理图
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(b) ห้องสมุดไป่ตู้对式光电编码器结构图
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(3)编码器正反转辨别。
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• 三、光栅
•光栅是一种最常见的测量装置，是在玻璃或金属基 体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。其制作 工艺是在一块长形玻璃上用真空镀膜的方法镀上一 层不透光的金属膜，再涂上一层均匀的感光材料， 然后用照相腐蚀法制成等节距的透光和不透光相间 的线纹，这些线纹与运动方向垂直，线纹间的距离 为栅距，而单位长度上的线纹数目称为线纹密度。
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2.2 数控系统硬件
• 一、 CNC的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量I/O接口 • 内装型PLC部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
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二、 CNC的体系结构
• CNC装置从所使用的计算机类型来看，有 专用计算机数控装置(简称专机数控)和通 用个人计算机数控装置(简称PC数控)两种 结构。
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1．测速发电机的结构
图2-25 直流测速发电机原理图
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图2-26 直流测速发电机的输出特性
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2．6 伺服驱动系统
• 一、伺服系统的概念 • 数控机床伺服系统是以机械位移为直接控制目标的自
动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系 统。数控机床伺服系统主要有两种：一种是进给伺服 系统，它控制机床坐标轴的切削进给运动，以直线运 动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削 运动，以旋转运动为主。 • 驱动系统的作用可归纳如下。 • ①放大CNC装置的控制信号，具有功率输出的能力。 • ②根据CNC装置发出的控制信号对机床移动部件的位 置和速度进行控制。
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图2-14编码器与主轴安装的安装应用
32
二、光电式编码器
• 光电式编码器是一种光电式非接触式转角检测 装置。码盘用透明及不透明区域按一定编码构 成。根据其编码方式的不同，可分为增量式光 电编码器和绝对式光电编码器。
• 光电编码器利用光电原理把机械角位移变换成 电脉冲信号，是数控机床最常用的位置检测元 件。光电编码器按输出信号与对应位置的关系， 通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码 器和混合式光电编码器。
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(1)内装型PLC。
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(2)独立式PLC
图2-12独立型PLC的CNC系统
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图2-13独立型PLC的功能结构
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2.5 数控机床检测装置
一、编码器(码盘) • 编码器又称编码盘或码盘，是一种旋转
式测量元件，通常安装在被检测轴上， 随被测轴一起转动，可将被测轴的机械 角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的 代码形式。它具有精度高、结构紧凑和 工作可靠等优点，常在半闭环伺服系统 中作为角位移数字式检测元件。
2.1 数控系统组成与原理
一、 CNC系统组成
1．操作面板 2．输入／输出装置 3．计算机数控装置(CNC装置) 4．伺服单元 5．驱动装置 6．可编程逻辑控制器(PLC)
机 床 I/O 电 路 和装置
操作 面板
键盘
输入 输出 装置
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图2-16 增量式光电编码器测量系统 1-旋转轴；2-滚珠轴承；3-透光夹缝；4-光电编码器； 5-光源；6-聚光镜；7-光栏板；8-光敏元件。
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(2)绝对式光电编码器的工作原理
• 绝对式光电编码器的光盘上有透光和不 透光的编码图案，编码方式可以有二进 制编码、二进制循环编码、二至十进制 编码等。绝对式光电编码器通过读取编 码盘上的编码图案来确定位置。
数控机床 数控系统结构与维修
数控机床结构及维修
第二章数控机床数控系统 结构与维修
2.1 数控系统组成与原理 2.2 数控系统硬件 2.3 数控系统软件 2.4 可编程控制器(PLC) 2.5 数控机床检测装置
2.6 伺服驱动系统 2.7 数控系统诊断技术及维修
2019/9/18
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第二章 机床数控系统结构与维修
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接口电路的主要任务：
• (1)进行电平转换和功率放大。 • (2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的
电磁干扰噪声引起误动作。 • (3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、
按钮信号，机床上的各种限位开关信号以及数 控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入 的是触点输入信号，要消除其振动。 • (4)输出接口是将各种机床工作状态灯的信息 送至机床操作面板上显示，将控制机床辅助动 作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀 库单元、液压单元、冷却单元等的继电触器。
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1．光栅的结构
• 光栅装置的结构由标尺光栅和光栅读数头 两部分组成。光栅读数头由光源、透镜、 指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。
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图2-20 光栅尺
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• 2．光栅的工作原理
在安装时，将两块栅距相同、黑白宽度相同的标 尺光栅和指示光栅刻线面平行放置，将指示光栅 在其自身平面内倾斜一很小的角度，以便使它的 刻线与标尺光栅的刻线间保持一个很小的夹角。 这样，在光源的照射下，就形成了光栅刻线几乎
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二、对伺服驱动系统的要求 • l．调速范围要宽 • 2．定位精度要高 • 3. 快速响应，无超调 • 4．低速大转矩，过载能力强 • 5．可靠性高
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三、伺服驱动系统的组成 • l．驱动装置 • 2．执行元件 • 3．传动机构 • 4．检测元件及反馈电路
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四、伺服驱动系统的分类
• l．开环控制进给驱动系统
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二、CNC系统软硬件的界面
图2-8 三种典型CNC系统的软硬件界面
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三、CNC控制软件的特点 • 1．多任务并行处理 • 2．实时中断处理
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2.4 可编程控制器(PLC)
• 一、PLC的基本组成与工作方式 • 1．PLC的基本组成 • PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基
本上与微机相同，主要包括微处理器(CPU)、 存储器、用户输入／输出部分、输入／输出扩 展接口、外围设备以及电源等。对于内装型 PLC、CPU、存储器、外围设备、电源等部分一 般与CNC装置共用。如图2-9所示为可编程控制 器基本组成框图。
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3．通用PC组成的数控体系结构
• 基于通用PC的数控系统可以充分利用PC的软硬 件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工 业所提供的先进技术，方便地实现产品的更新 换代；良好的人机界面便于操作；开放性体系 结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬 件供选择，CNC的成本对于用户来说非常灵活。
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2．PLC的工作方式
• PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每 一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信 号有足够的执行速度，从宏观上看是实时响应 的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时 扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采 样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，
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二、PLC的分类 • (1)内装型PLC。 • (2)独立式PLC。
件和一系列信号处理电路组成，如图2-23所示。 信号处理电路又包括放大、整形和鉴向倍频。
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图2-23 光栅测量系统
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(2)鉴向倍频电路
图2-24 两光敏元件的波形
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• 四、测速发电机 • 测速发电机是一种旋转式速度检测元件，可将
输入的机械转速变为电压信号输出，在数控系 统的速度控制单元和位置控制单元中都得到应 用。尤其是常作为伺服电动机的检测传感器， 将伺服电动机的实际转速转换为输出电压或输 出脉冲与给定电压或参考频率进行比较后，发 出速度控制信号，以调节伺服电动机的转速。
进给驱动 装置
机床
主进辅 运给助 动传控 机动制 构机机 构构
图2-1 计算机数控系统的组成框图
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二、 CNC系统的基本原理
• CNC系统的生产厂家编制好CNC控制软 件(也称为系统程序)后，要把它固化在 ROM(EPROM)中，系统接上电源后即 自动由CPU按照此固化的程序运行。使 用CNC机床加工时，首先要编制好零件 程序，而零件程序的解释与具体执行则 要由系统程序来完成。
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• 2．主轴驱动电机 • 数控机床主轴驱动可采用直流电机，也可采用
交流电机。与进给驱动不同的是，主轴电机的 功率要求更大，对转速要求更高，但对调速性 能的要求却远不如进给驱动那样高。因此在主 轴调速控制中，除采用调压调速外，还采用了 弱磁升速的方法，进一步提高其最高转速。在 主轴驱动中，直流电机已逐渐被淘汰，目前均 使用交流电机。由于受永磁体的限制，交流同 步电机的功率不易做得很大，因此，目前在数 控机床的主轴驱动中，均采用笼型感应电机。
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2．开放式数控体系结构
• 特点 ： • ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级
式的控制结构。 • ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在
开放式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系 统生产厂、机床厂及最 • 终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。 • ③要具有一种较好的通信和接口协议，以便各相对独立 的功能模块通过通信实现信息交换，通过信息交换来满 足实时控制的要求。
2.3 数控系统软件
一、CNC的软件结构类型 软件结构取决于CNC系统中的软件和硬件的分工， 也取决于软件本身的工作性质。在信息处理方面， 软件和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成 的工作在原则上也能由软件完成。 CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功 能是由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结 构对这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同 。在单CPU的数控系统中，常采用前后台型的软件 结构和中断型软件结构。
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图理原器码编电光式对绝
(a) 绝对式光电编码器原理图
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(b) ห้องสมุดไป่ตู้对式光电编码器结构图
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(3)编码器正反转辨别。
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• 三、光栅
•光栅是一种最常见的测量装置，是在玻璃或金属基 体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。其制作 工艺是在一块长形玻璃上用真空镀膜的方法镀上一 层不透光的金属膜，再涂上一层均匀的感光材料， 然后用照相腐蚀法制成等节距的透光和不透光相间 的线纹，这些线纹与运动方向垂直，线纹间的距离 为栅距，而单位长度上的线纹数目称为线纹密度。
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2.2 数控系统硬件
• 一、 CNC的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量I/O接口 • 内装型PLC部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
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二、 CNC的体系结构
• CNC装置从所使用的计算机类型来看，有 专用计算机数控装置(简称专机数控)和通 用个人计算机数控装置(简称PC数控)两种 结构。
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1．测速发电机的结构
图2-25 直流测速发电机原理图
52
图2-26 直流测速发电机的输出特性
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2．6 伺服驱动系统
• 一、伺服系统的概念 • 数控机床伺服系统是以机械位移为直接控制目标的自
动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系 统。数控机床伺服系统主要有两种：一种是进给伺服 系统，它控制机床坐标轴的切削进给运动，以直线运 动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削 运动，以旋转运动为主。 • 驱动系统的作用可归纳如下。 • ①放大CNC装置的控制信号，具有功率输出的能力。 • ②根据CNC装置发出的控制信号对机床移动部件的位 置和速度进行控制。
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图2-14编码器与主轴安装的安装应用
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二、光电式编码器
• 光电式编码器是一种光电式非接触式转角检测 装置。码盘用透明及不透明区域按一定编码构 成。根据其编码方式的不同，可分为增量式光 电编码器和绝对式光电编码器。
• 光电编码器利用光电原理把机械角位移变换成 电脉冲信号，是数控机床最常用的位置检测元 件。光电编码器按输出信号与对应位置的关系， 通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码 器和混合式光电编码器。
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(1)内装型PLC。
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(2)独立式PLC
图2-12独立型PLC的CNC系统
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图2-13独立型PLC的功能结构
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2.5 数控机床检测装置
一、编码器(码盘) • 编码器又称编码盘或码盘，是一种旋转
式测量元件，通常安装在被检测轴上， 随被测轴一起转动，可将被测轴的机械 角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的 代码形式。它具有精度高、结构紧凑和 工作可靠等优点，常在半闭环伺服系统 中作为角位移数字式检测元件。
2.1 数控系统组成与原理
一、 CNC系统组成
1．操作面板 2．输入／输出装置 3．计算机数控装置(CNC装置) 4．伺服单元 5．驱动装置 6．可编程逻辑控制器(PLC)
机 床 I/O 电 路 和装置
操作 面板
键盘
输入 输出 装置