实验二数控系统的原理与组成

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1、实验二数控系统的原理与组成一、实验目的与要求(1)了解数控系统的特点、基本组成和应用。(2)了解数控系统常用部件的原理与作用。(3)熟悉数控系统综合实验台的连接与基本操作。二、实验仪器与设备(1)HED-21S数控系统综合实验台一套(2)专用连接线一套。三、相关知识概述1.数控系统的组成数字控制机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，它是数控技术的典型应用。数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。计算机数控系统的组成如图2-1所示。图2-1计算机数控系统3.1.1操作面板操作妞板是操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具，它由按钮站，

2、状态灯，按键阵列(功能与计算机键盘类似)和显示器组成。数控系统一般采用集成式操作面板，分为三大区域：显示区，NC键盘区，机床控制面板区。如图2-2所示.显示器一般位于操作面板的左上部，用于菜单、系统状态、故障报警的显示和加工轨迹的图形仿真。NC键盘包括标淮化的字母数字式MDI键盘和H-F10十个功能键，用于零件程序的编制，参数输入，手动数裾输入和系统管理操作等。机床控制血板(MCP)用于直接控制机床的动作或加工过程。一般主要包括：(1)急停方式选择(2)轴手动按键(3)速率修调(进给修调，快进修调，主轴修调)(4)回参考点(5)手动进给(6)增量进给(7)手摇进给(8)自动运行(9)单段

3、运行(10)超程解除(11)机床动作手动控制，例如，冷却启停，刀具松紧，主轴制动,主轴定向，主轴正反转，主轴停止等。图2-2数控系统操作面板3.1.2输入/输出装置输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的数字信号，传送并存入数控装置内。输出装置的作用是显示加工过程屮必要的信息，如坐标值，报警信号等。数控机床加工的过程是机床数控系统和操作人员进行信息交流的过程，输入、输出装置就是这种人机交互设备，典型的有键盘和显示器。计算机数控系统还可以用通讯的方式进行信息的交换，这是实现CAD/CAM集成，FMS和CIMS的基本技术。通常采用的通讯方式有：（1）串行通讯（RS232等串行通讯接口

4、）（2）自动控制专用接门和规范（DNC，MAP等）（3）网络技术（INTERNET,LAN等）3.1.3计算机数控装置（CNC装置）CNC装置是计算机数控系统的核心，它包括微处理器CPU、存储器、局部总线，外围逻辑屯路以及与CNC系统其他组成部分联系的接口及相应控制软件。图3-3所示分别为、华中世纪星HNC-21T及西门子802S数控装置。华中世纪星系统西门子802S系统FANUCOi系统图3-3常见数控系统3.1.4伺服单元伺服单元分为主轴伺服和进给伺服，分别用来控制主轴电动机和进给电动机。伺服单元接收来自CNC装置的进给指令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度

5、、方向、位移。因此伺服单元是数控装置与机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根裾接收指令的不同，伺服单元有脉冲单元和模拟单元之分。伺服单元就其系统而言又有开环系统、半闭环系统和闭环系统之分，其工作原理亦有差别。3.1.5驱动装置伺服单元和进给驱动装置合称为进给伺服驱动系统，它是数控机床的重要组成部分，它包含机械，电子，电机等各种部件，涉及到强电与弱电的控制。数控机床的运动速度，跟踪及定位精度，加工表面质量，生产率及工作可靠性，往往主要决定于伺服系统的动态和静态性能，一般数控机床的故障也主要出现在伺服系统上。提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数

6、控机床具有重大意义，研宂与幵发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。驱动装置将伺服单元的输出变为机械运动，它与伺服单元一起是数控装置和机床传动部件间的联系环节，它们有的带动工作台，有的带动刀具，通过几个轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。与伺服单元相对应，驱动装置有步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机等。3.1.6可编程逻辑控制器(PLC)可编程逻辑控制器(PLC)是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通

7、过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。当PLC用于控制机床顺序动作时，称为PMC(ProgrammableMachineController)模块，它在CNC装置屮接收来自操作面板，机床上的各行程幵关，传感器，按钮，强电柜里的继电器以及主轴控制，刀库控制的有关信号，经处理后输出去控制相应器件的运行。CNC装置和PLC协调配合共同完成数控机床的控制，其中CNC装置主耍完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程