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数控车床的6大控制系统

  数控车床的控制系统

  数控车床的控制系统(Computerized NumeficM Control System,简称CNC系统)是数控机床的核心。控制系统由输入,输出设备、数控系统、伺服单元、驱动装置(或执行机构)、可编程序控制器及电气控制装置(即强电装置)和检测反馈装置等组成。CNC系统可以分为硬件装置和数控软件两大部分。

  1.输入/输出设备

  数控机床必须由操作人员输入零件的加工程序,才能按照加工程序加工出所需要的零件。在向数控系统输入命令后的加工过程中,数控系统要显示必要的信息,如切削方向、坐标值、报警信号等。此外,输入的加工程序可能不完全正确,时常需要进行编辑、修改和调试。上述操作人员与机床数控系统的信息交互过程,要通过数控系统中的输入/输出设备(即交互设备)来完成。

  键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备。操作人员可通过键盘及显示器输入程序、编辑修改程序和发送操作命令。手动数据输入(MDI,Manual Data Input)是最重要的输入方式之一。键盘是MDI中最主要的输入设备。显示器为操作人员提供程序编辑或机床加工信息的显示。现代数控机床都配有CRT显示器或点阵式液晶显示器,能显示字符、加工轨迹和图形等丰富的信息。

  编制好的数控加工程序也可以存放到磁带、磁盘或光盘上(也可存储在穿孔纸带上),分别由纸带阅读机、磁带机、磁盘驱动器或光盘驱动器等输入设备输入到数控系统内。

  数控机床的程序输入方法,除上述的键盘输入以外,通常可以用串行通信方式输入。随着CAD/CAM和CIMS技术的发展,机床数控系统的计算机通信功能显得越来越重要。特别是对单件生产,程序的传输较为频繁,采用串行方式是最快捷方便的手段。

  2.数控系统

  数控系统中主要包括CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路和与其他部分联系的接口等部分,以及相应的控制软件。数控系统的作用就是根据输入的数据段,插补运算出理想的运动轨迹,输出到执行部件(伺服单元、驱动装置等),加工出所需要的零件。CNC系统的监控软件可以使系统具有各种不同的控制功能。不同的监控程序可以使系统应用到不同种类的机床上。

  3.伺服单元

  伺服单元可以接收来自数控系统的进给指令,经变换和放大后通过驱动装置转换成车床工作台或刀架的直线运动,或者回转工作台的转动。伺服单元是数控系统和车床本体的联系环节,它能将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。按照接收指令的形式不同,伺服单元可分为数字式伺服单元和模拟式伺服单元。按照驱动电动机的不同,又可分为直流伺服单元和交流伺服单元。

  4.驱动装置

  驱动装置的作用是将放大后的指令信号转变成机械运动,利用机械传动件驱动工作台移动,使工作台按规定轨迹进行严格的相对运动或精确定位,保证能够加工出符合图样要求的零件。对应于伺服单元的驱动装置,有步进电动机、直流伺服电动机和交流电动机等不同种类。

  伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统,数控系统的指令需要通过伺服驱动系统付诸实施。所以,伺服驱动系统是数控车床的重要组成部分。从某种意义上讲,数控车床功能的高低主要取决于数控系统,而数控车床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。

  5.可编程序控制器

  这是一种专门应用于工业环境,以微处理器为基础的通用型自动控制装置。这种装置的主要作用是解决工业设备的逻辑关系与开关量控制,故也称为可编程序逻辑控制器PLC(Programmable Logic Control—ler)。当PLC用于控制车床的顺序动作时,称为可编程序车床控制器PMC(Programmable Machine Controller)。

  数控车床的自动控制由CNC和PLC共同完成。其中CNC负责完成与数字运算和管理有关的功能,如编辑加工程序、插补运算、译码、位置伺服控制等;PLC负责完成与逻辑运算有关的各种动作。PLC接受CNC控制代码M(辅助功能)、s(主轴转速)、T(选刀、换刀)等顺序动作信息,对其进行译码后转换成相应的控制信号,驱动辅助装置完成一系列开关动作,如装夹工件、更换刀具和开关切削液等;PLC还接受来自车床操作面板的指令,直接控制车床动作,并将部分指令送往CNC用于加工过程的控制。

  某些PLC还可以单独使用,用于控制那些没有轨迹要求、只须进行逻辑控制的设备。应用于数控车床的PLC分两类,一类是CNC系统的生产厂家为实现数控车床顺序控制,而将CNC与PLC综合设计在一起,称为内装式(或集成式)PLC;另一类是由专门的生产厂家开发的PLC系列产品,即独立式(或外装式)PLC。前者是CNC系统的一个组成部分,只可专门用于某种CNC系统;后者的应用范围较广。

  6.检测反馈装置

  检测反馈装置也称为反馈元件,通常安装在车床的工作台上或滚珠丝杠上,作用相当于普通车床上的刻度盘或人的眼睛。检测反馈装置可以将工作台的位移量转换成电信号,并且反馈给CNC系统。CNC系统可将反馈值与指令值进行比较,如果两者之间的误差超过某一个预先设定的数值,就会驱动工作台向消除误差的方向移动。在移动的同时,检测反馈装置又向CNC系统发出新的反馈信号,CNC系统再进行信号的比较,直到误差值小于设定值为止。

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