数控机床和维护第03章

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1、第第3 3章章 数控机床控制系统数控机床控制系统 3.1 3.1 数数 控控 系系 统统 概概 述述 3.2 3.2 机床常用数控系统机床常用数控系统 3.3 3.3 数控机床数控机床PMCPMC 3.4 3.4 数控机床的强电控制系统数控机床的强电控制系统 3.5 3.5 数控机床故障的判定数控机床故障的判定 3.1 3.1 数数 控控 系系 统统 概概 述述 数控系统性能的优劣决定了数控机床数控系统性能的优劣决定了数控机床 加工效率、成形精度和运行的稳定性。加工效率、成形精度和运行的稳定性。 数控系统可以控制机床实现二轴、三数控系统可以控制机床实现二轴、三 轴或多轴联动加工轴或多轴联动加工

2、 。 加工中心与普通数控机床的区别在于加工中心与普通数控机床的区别在于 有无刀库和自动换刀装置。有无刀库和自动换刀装置。 3.1.1 3.1.1 数控系统的计算机功能数控系统的计算机功能 1 1 具有与计算机网络进行通信和具有与计算机网络进行通信和 联网的功能联网的功能 2 2 实现远程控制的功能实现远程控制的功能 3.1.2 3.1.2 数控系统的高效加工功能数控系统的高效加工功能 1 1 自动原点补偿自动原点补偿 数控机床自身携带的专用位置检测工数控机床自身携带的专用位置检测工 具对工件的侧边进行定长扫描（可以自动具对工件的侧边进行定长扫描（可以自动 或手动），以扫描后诸点的拟合直线作为或

3、手动），以扫描后诸点的拟合直线作为 数控机床水平面内的数控机床水平面内的X X坐标轴的方向，数坐标轴的方向，数 控机床的绝对坐标系同时以控机床的绝对坐标系同时以X X轴为准进行轴为准进行 粗加工前的位置补偿。粗加工前的位置补偿。 2 2 高阶曲线插补高阶曲线插补 通过程序段预读（通过程序段预读（10001000段或更多）的段或更多）的 方式，将折线重新拟合为曲线，数控系统方式，将折线重新拟合为曲线，数控系统 以此曲线加工轨迹控制刀具的运动以此曲线加工轨迹控制刀具的运动 。 3 3 刀具磨损补偿值记忆刀具磨损补偿值记忆 根据刀具的使用时间按照预定的补偿量根据刀具的使用时间按照预定的补偿量 对刀具

4、直径和刀具的长度进行补偿。对刀具直径和刀具的长度进行补偿。 4 4 区域加工功能区域加工功能 根据工序余量的特点，在加工区域中根据工序余量的特点，在加工区域中 设置任意多个特定要求的加工区域，每个设置任意多个特定要求的加工区域，每个 区域的切削参数不同。区域的切削参数不同。 5 5 切削异常检出功能及寿命控制切削异常检出功能及寿命控制 在数控系统中设置每一把刀具在正常状在数控系统中设置每一把刀具在正常状 态下用额定切削用量工作的切削负荷。当切态下用额定切削用量工作的切削负荷。当切 削负荷增加到一定程度时，数控系统会认为削负荷增加到一定程度时，数控系统会认为 刀具磨损严重需要更换刀具。刀具寿命控

5、制刀具磨损严重需要更换刀具。刀具寿命控制 功能，即数控系统允许设置每一把刀具的最功能，即数控系统允许设置每一把刀具的最 佳工作寿命，达到工作时间不管刀具的工作佳工作寿命，达到工作时间不管刀具的工作 状态如何均进行刀具的自动更换状态如何均进行刀具的自动更换 。 3.2 3.2 机床常用数控系统机床常用数控系统 3.2.1 SIEMENS3.2.1 SIEMENS数控系统数控系统 SINUMERIK 840DSINUMERIK 840D共设置有共设置有1010个数控个数控 通道，具有同时处理通道，具有同时处理1010组加工数据的能力组加工数据的能力 ；最多可控制；最多可控制2424个个NCNC轴和

6、轴和6 6个主轴。标准个主轴。标准 配备的以太网接口具有很强的通信功能配备的以太网接口具有很强的通信功能 。 3.2.2 FANUC3.2.2 FANUC数控系统数控系统 FANUC FANUC 16/1816/18系列数控系统具有多主轴系列数控系统具有多主轴 、多控制轴控制功能，数控铣床可以构成具、多控制轴控制功能，数控铣床可以构成具 有三轴联动和五轴联动功能的加工中心；具有三轴联动和五轴联动功能的加工中心；具 有与计算机联网组成柔性制造系统的能力。有与计算机联网组成柔性制造系统的能力。 开发有存储卡在线开发有存储卡在线DNCDNC加工功能。加工功能。 FANUCFANUC数控系统及伺服系统

7、采用数控系统及伺服系统采用 3220V3220V、50Hz50Hz交流电源标准交流电源标准 。 3.3 3.3 数控机床数控机床PMCPMC 3.3.1 PMC3.3.1 PMC概述概述 PMCPMC又称为数控机床内置式又称为数控机床内置式PLCPLC，是，是 对数控系统功能进行的二次开发。对数控系统功能进行的二次开发。 NCNC模块、模块、PMCPMC模块在数控系统中的关模块在数控系统中的关 系如图系如图3.33.3所示。所示。 图3.3 NC模块、PMC模块在数控系统中的关系 3.3.2 3.3.2 数控机床数控机床PMCPMC的动作要求的动作要求 具有加工中心的基本控制功能；具有加工中心

8、的基本控制功能； 具有刀库管理和自动换刀控制功能具有刀库管理和自动换刀控制功能 ； 具有双工作台交换功能；具有双工作台交换功能； 具有工作台定角度分度定位控制功具有工作台定角度分度定位控制功 能；能； 具有故障诊断、显示和报警功能。具有故障诊断、显示和报警功能。 在操作界面上加工中心的在操作界面上加工中心的PMCPMC功能可以功能可以 分为两部分：报警功能部分和动作功能部分分为两部分：报警功能部分和动作功能部分 。 在拟定动作功能时，应尽可能多的考虑在拟定动作功能时，应尽可能多的考虑 执行该动作的安全限制条件，使特定的动作执行该动作的安全限制条件，使特定的动作 能安全、高效、顺利进行，这些限制

9、条件应能安全、高效、顺利进行，这些限制条件应 覆盖包括国家安全、劳保等法规所规定的限覆盖包括国家安全、劳保等法规所规定的限 制条件。制条件。 3.3.3 PMC3.3.3 PMC程序总体结构程序总体结构 1 1 模块化的模块化的PMCPMC软件开发思想软件开发思想 每一个模块完成特定的功能。每一个模块完成特定的功能。 每一个子模块都可以在每一个子模块都可以在NCNC的人的人机接机接 口口PLCPLC参数设置栏中设置开关条件参数设置栏中设置开关条件 。 2 2 PMCPMC软件的总体结构软件的总体结构 （ 1 1 ）头文件）头文件 PMCPMC程序所需要的基本规范和数学定义程序所需要的基本规范和

10、数学定义 等称为头文件等称为头文件 （ 2 2 ）变量声明）变量声明 接口、变量等定义接口、变量等定义 定义定义PMCPMC的输入点的输入点 定义定义PMCPMC的输出点的输出点 动作停留时间的长短、位移的距离、运动作停留时间的长短、位移的距离、运 动的速度等等。动的速度等等。 约定：如果参数用以表示时间，其单约定：如果参数用以表示时间，其单 位时间为位时间为1/512s1/512s；如果参数用以表示长度；如果参数用以表示长度 ，其单位长度为，其单位长度为1/1000mm1/1000mm；如果参数用以；如果参数用以 表示速度，其单位为表示速度，其单位为mm/minmm/min。 （ 4 4 ）

11、PMCPMC软件组成软件组成 PMCPMC软件分为初始化、运行和关闭三软件分为初始化、运行和关闭三 个组成部分。个组成部分。 3 3 加工中心的基本功能程序段加工中心的基本功能程序段 加工中心的基本功能包括轴运动控制、加工中心的基本功能包括轴运动控制、 手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准 停、手动调整操作面板的管理等功能。停、手动调整操作面板的管理等功能。 （ 1 1 ）工作方式转换程序段）工作方式转换程序段 （ 2 2 ）主轴速度修调）主轴速度修调 3.3.4 PMC3.3.4 PMC典型子模块举例典型子模块举例 Z Z 轴去换刀位；轴去换刀位； 主轴准

12、停；主轴准停； 刀库前进；刀库前进； Y Y 轴去换刀位；轴去换刀位； X X 轴去换刀位；轴去换刀位； 松刀吹气；松刀吹气； 主轴还刀后刀库退回；主轴还刀后刀库退回； 计算最短选刀路径；计算最短选刀路径； 启动刀盘旋转；启动刀盘旋转； 刀库前进；刀库前进； 主轴抓刀；主轴抓刀； X X 轴去刀库安全返回位；轴去刀库安全返回位； 主轴抓刀后刀库退回；主轴抓刀后刀库退回； 解除主轴准停。解除主轴准停。 3.4 3.4 数控机床的强电控制系统数控机床的强电控制系统 合适的强电控制系统，使它能够接受数合适的强电控制系统，使它能够接受数 控系统发出的弱电信号，并将弱电信号放控系统发出的弱电信号，并将弱

13、电信号放 大后去控制强电设备的运转。同时，数控大后去控制强电设备的运转。同时，数控 机床工作时的各种信号又可以用合适的电机床工作时的各种信号又可以用合适的电 平回馈给数控系统。平回馈给数控系统。 强电系统在设计时应充分考虑避免外强电系统在设计时应充分考虑避免外 界干扰信号的侵入和数控机床本身强电元界干扰信号的侵入和数控机床本身强电元 件起动和停止时可能产生的干扰。对外界件起动和停止时可能产生的干扰。对外界 干扰信号（如：大型动力机械起动、电弧干扰信号（如：大型动力机械起动、电弧 焊机焊接时等）采取隔离变压器或自动交焊机焊接时等）采取隔离变压器或自动交 流稳压器进行处理可以取得良好的效果；流稳压

14、器进行处理可以取得良好的效果； 对于强电系统内部接触器吸合等产生对于强电系统内部接触器吸合等产生 的干扰信号，使用浪涌抑制元件可以消除的干扰信号，使用浪涌抑制元件可以消除 其影响；对于数控系统通信使用的控制信其影响；对于数控系统通信使用的控制信 号电缆使用单端或两端接地的方式可以有号电缆使用单端或两端接地的方式可以有 效消除电磁波的干扰；数控机床的控制柜效消除电磁波的干扰；数控机床的控制柜 一定要良好接地使其能够良好屏蔽外部的一定要良好接地使其能够良好屏蔽外部的 电磁干扰信号；在控制柜内部的数控系统电磁干扰信号；在控制柜内部的数控系统 和伺服驱动系统等运动控制系统也应采取和伺服驱动系统等运动控

15、制系统也应采取 良好的接地措施良好的接地措施 。 3.4.1 3.4.1 加工中心加工中心PMCPMC的的I/OI/O点点 进入进入PLCPLC逻辑控制的信号如下。逻辑控制的信号如下。 1 1 PLCPLC与第二操作面板间的连接信号与第二操作面板间的连接信号 2 2 PLCPLC与手轮之间的连接信号与手轮之间的连接信号 3 3 PLCPLC与手动操作面板间的连接信号与手动操作面板间的连接信号 4 4 PLCPLC与机床主体之间的连接信号与机床主体之间的连接信号 5 5 PLCPLC与各轴驱动单元之间的连接信与各轴驱动单元之间的连接信 号号 6 6 其他信号其他信号 3.5 3.5 数控机床故障

16、的判定数控机床故障的判定 故障可以分为数控系统故障、伺服系故障可以分为数控系统故障、伺服系 统故障、液压系统故障和机械系统故障等统故障、液压系统故障和机械系统故障等 几种，数控系统的故障通常由数控系统自几种，数控系统的故障通常由数控系统自 身的逻辑处理程序直接处理身的逻辑处理程序直接处理 。 坐标轴伺服系统或主轴驱动系统通常在坐标轴伺服系统或主轴驱动系统通常在 制造时也设置了几十甚至上百的故障信息制造时也设置了几十甚至上百的故障信息 。 在液压系统和机械系统等系统内部，设在液压系统和机械系统等系统内部，设 置有许多保证系统稳定正常运转的传感器，置有许多保证系统稳定正常运转的传感器， 如：接近开关、温度传感器、力传感器、振如：接近开关、温度传感器、力传感器、振 动传感器以及过电压、过电流、缺相等检测动传感器以及过电压、过电流、缺相等检测 元件元件 。 知识回顾知识回顾 Knowledge Knowledge ReviewRev