数控系统的应用.docx

数控系统的应用.docx

《数控系统的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控系统的应用.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数控系统的应用

数控系统的应用

数控系统主要应用于各种机床中，随着工业的发展，数控系统已经开始普及于各种制造行业中，如汽车工业中的点胶系统、激光和水射流加工系统、磨床系统、机器人系统等。

采用数控系统的优点在于，对于一般的工业而言，数控系统已经给出了完整的方案，不必要进数控系统一般由位置控制、主轴控制和其他辅助控制组成，如图所示。

从内部结构上讲，在虚框内为数控系统，主要分为三大类内容，一是输入和输出接口，如输入设备人机界面等，二是主要的控制核心，可称为微机系统，近年来使用的微机多数为高档的单片机和高速的处理芯片，三是可编程控制器，有开放式和封闭式之分，PLC程序通过输入和输出端口控制机床电器，如主轴准停、润滑、冷却、刀库定位等。

任务一数控系统控制

知识目标

通过熟悉数控系统的一般连接方法，掌握数控系统驱动的一般规律和原理。

技能目标

通过实践操作和接线训练，掌握硬件和软件连接的关键参数设置。

知识链接

数控系统实质上是一个专用的控制器，主要进行定位和主轴控制，加工中心系统还具有刀库功能。

所有的数控系统都具有定位控制功能，这种功能是依靠控制电机，如伺服电动机和步进电动机来实现的，具体来说是数控系统通过发送脉冲给伺服或者步进控制器，从而控制电动机旋转一定的角度，通过丝杆将转动角度变化为直线运动，实现某一个直线轴的运动。

这些运动可称之为定位控制。

按照应用领域分类，可以将数控系统大体上分为车床数控系统和铣床（加工中心）控制系统，近年来还出现了磨床和专用的控制系统。

进给轴的类型一般可分为直线轴和旋转轴，但是在数控系统内部是没有这种区分的，实现这种轴类型转换的关键在于电子齿轮，即通过设置不同的电子齿轮比，可以实现数控系统每发射一个脉冲，相对应的轴是转动多少角度或者通过转动角度实现线位移。

如果进给轴配置的是伺服电机，则电子齿轮比可设置为

如果正向限位参数设置为360000，且负向软限位参数设置为0，对应轴被指定为旋转轴。

数控系统每发射一个脉冲，对应在各进给轴上的位移为脉冲当量，也是编程中的最小单位，大多数情况下，旋转轴的脉冲当量为0.001°，直线轴的为0.001mm。

1.数控系统的PLC

数控系统主要通过系统内部的板卡控制伺服电动机，而实现与外部信号的连接和控制则主要通过PLC，如图所示为PLC在数控系统中所起的作用，PLC一方面面对数控控制系统，即NC，另外一方面面对外部端口，即MC传入和输出各种信号，如润滑、主轴定位、刀库换刀等。

2.数控系统的使用

如图所示为一般数控系统与外部电气设备的连接图。

在硬件上除了驱动主轴和伺服电动机完成主要功能以外，还有一些必要的辅助功能，如电动机的正反转、润滑、冷却等，这些功能是通过前述的输入端子和输出端子按图连接的。

由图可知，数控系统可以通过RS232串口连接线像普通PLC一样进行软件更新，通过输入和输出接口控制继电器端子，然后根据需要以继电器中的常开和常闭输入点作为中间控制继电器，输出到强电电路，实现控制。

控制柜内的状态如图所示。

3.数控机床的一般操作

数控机床在一般情况下的操作如图所示，通过加工图样的要求将要求的动作编写成G代码程序，通过MDI录入模式输入数控系统中，然后执行程序实现动作。

事实上，这种程序也可以作为调试机床是否正常工作的依据。

4.数控系统的参数设置

数控系统中的参数设置是调试数控系统的关键问题。

数控系统的参数包括2种，一种是机床本身的参数，如电子齿轮比等，另外一种是与PLC程序设置相关的参数。

设置参数的条件如下。

（1）选择录入模式。

（2）按“设置”键或软菜单键“设置”，显示设置参数。

（3）按翻页键或子菜单的“设置1”，显示出设置参数页。

（4）按光标键，使它移动至要变更的项目上。

（5）将参数开关和PLC调试状态输入1时，可以改变参数或者PLC参数的值，为0时为正常运行状态。

实训一数控系统中电子齿轮比参数的设置

一、实训目标

熟悉数控系统的基本操作和一些重要参数的设置方法，以点带面掌握一般数控系统的基本调试程序。

二、实训内容

数控系统的参数设置是调试数控系统的重要环节，好的参数设置可以节省时间和精力。

一般来讲，数控系统中的参数设为默认值即可，但是，如编码器参数和电子齿轮比参数，则需要针对特定的场合进行专门设置。

设定电子齿轮比的意义在于，使得数控机床上的显示数字和经过伺服电动机和传动系统到达丝杆后的滑台移动位置之间有1：

1的关系。

当不同螺距的丝杠与各种步距角的电机或不同一转脉冲数的伺服电机相配时，或通过各种变速齿轮连接时，通过系统的电子齿轮比参数设定，可使编程与实际运动距离保持一致。

在数控系统中的最小单位是µm，即数控系统中的最小显示单位。

这时应该综合考虑伺服电动机、丝杆和数控系统的整体传动。

例如，伺服电动机旋转一周需要的脉冲数量是10000（此值可以通过伺服电机的使用说明得到），丝杆的螺距是10mm（转动丝杆一周测量滑台的移动距离，对比标准值即可得到），则数控系统每发出一个脉冲，丝杆转动所引起的滑台位移量应该是1µm。

这样，就形成了一个传动链条，如图5-17所示。

只需要调整发出的脉冲数量，就可以实现以上功能，调整的方法就是设置电子齿轮比。

本例中，丝杆的螺距分成10000份，则为1µm，正好是数控系统中的最小编程单位，所以电子齿轮比设置成1:

1即可。

同样地，如果最小的编程单位是0.01，则电子齿轮比应该设为10:

1，这样每输出一个脉冲，在伺服电机处就会按照比例接受到10个脉冲，这样就是每一个脉冲的移动量时10µm。

按照这种方法也可以实现旋转轴的功能。

三、需用器材

试验需用器材如表5-4所示。

表5-4试验需用器材清单

器材

选型建议

滚动丝杆模组及伺服电机

装配完成，丝杆导程5mm

数控系统

KND1000

连接端子

硬件已经连接完毕

百分表和磁力表架

检验调试结果

四、操作步骤

（1）根据伺服电动机和丝杆导程，以及数控系统的脉冲当量，验算电子齿轮比的具体数值，如实验器材中的丝杆导程为5mm，伺服电动机编码器的线数为10000个，则伺服系统每发出一个脉冲，伺服电动机驱动滑台行走应该为1µm。

因此，5mm的行程应该分为5000份，而编码器线数是这个数值的2倍，所以电子齿轮比的分子应该为2，分母为1，才能满足数控系统的要求。

（2）设置开关。

首先设置参数开关，在按下“机床索引”键，出现如图5-17所示的画面，这时可以按下4键，打开程序开关。

图5-17机床索引状态

同样地，可以按下“设置”按钮，出现如图5-18所示的界面，通过键盘中“→”和“←”按钮打开或者关闭参数开关，也可通过数据输入将PLC调试设置为1。

这样既可以在参数中进行设置，也可以在诊断参数中进行参数设置。

图5-18参数开关设置

（3）按下“参数”按钮，出现如图5-19所示的图形，使用“↑”“↓”“→”“←”键和翻页移动光标位置至0016处（X轴），改动X轴的分子比例，即图中左下角所示的X轴指令倍乘比，设置为2，同样地，设置X轴分母值为1。

图5-19参数设置

（4）回复到运行状态，关闭PLC参数开关等，进入手摇轮模式，将手轮的比例设置为100%。

（5）在滑台上使用磁力表架和百分表，磁力表架安置在一个固定不动的位置上，百分表的表头抵在滑台上。

（6）转动手摇轮，并且记下手摇轮转动的脉冲数，即手轮转动一格会有一个顿挫。

并同时记录百分表表头行走的距离。

五、注意事项

（1）注意用电安全，上电前需检查三相电端子是否有短接现象，如果有则需要检查线路。

（2）上电后需要首先回零，否则会出现进给轴未回零的的错误提示。

（3）丝杆转动时需要注意滑块运行情况，不能强行将百分表伸出杆压弯变形。

实训二连接和调试数控系统输入和输出端口

一、实训目标

熟悉数控系统的基本外部控制手段，利用外部输入和输出端口实现某些特定功能，进一步熟悉数控的PLC控制。

二、实训内容

图5-20数控系统接口

数控系统的输入和输出端口是数控系统中重要的组成部分，通过这些端口可以实现特定的功能，如润滑、冷却等，某些条件下还可以改变其中的用途。

如图5-20所示为系统的总连接线，在各种连接线中，常用的有3类：

1，伺服电机的连接端口，如图中左边所示；2，主轴的连接线，如图中数字主轴或者变频器连接，包括最右端的主轴编码器部分；3，输入口和输出口，这一部分是PLC控制的输入和输出端口，但和PLC不一样的是，输出端口是达林顿管输出。

数控系统输入信号在插座XS54（DB25针）中的排列如图5-21所示。

数控系统输出信号在插座XS57（DB25孔）中的排列如图5-22所示。

图5-21输入信号分配表

图5-22输出信号分配表

数控系统的输出可以使用专用的接线头，也可以采用如图5-23所示的25芯的端子，这种连接方式在调试时比较方便，只需要将标准接头的25的线缆引出到端子台相应的接头，需要时将对应的引出线连接到相应的端子并使用仪表螺丝刀拧紧接口即可。

图5-23端子台示意图

下面以润滑输出端口为实例，介绍端口的使用方法。

润滑输出端口在Y0.4位置，这个端口的状态可以通过按“诊断”按键进入Y端口查看，如果为1，则为输出状态，否则为0输出状态，即输出为通路或者断路。

输出一般为达林顿管，可以带动功率较小的电灯，但是一般通过中间继电器进行大电流的控制。

使用中间继电器的连接如图5-24所示。

24V电源的正极连接至中间继电器KA的线圈端口，线圈的另一个端口连接至Y0.4端口。

需要说明，24V电源的负极应该连接至为数控系统供电的负极中，这样才能形成一个回路，实现功能。

图5-24中间继电器的连接方法

在硬件连接完毕后，可以通过G代码中的M32/33润滑开关指令在录入模式下进行调试，检验硬件连接的可靠性。

三、需用器材

试验需用器材如表5-5所示。

表5-5试验需用器材清单

器材

选型建议

数控系统

KND1000

端子台

一个

导线，电工钳

0.2m2左右的导线若干

万用表

1个

中间继电器

24V直流

四、操作步骤

（1）将数控系统的XS57输出端口连接至端子台上，找到Y0.4对应的端口，按照图5-24所示连接中间继电器的接线。

（2）检查线路，上电起动数控系统，回原点至没有报警状态。

按下“诊断”按钮并翻页至Y区，观察Y0.4的状态。

（3）按下数控系统附加面板中的“润滑”按钮，按钮上方的绿灯亮，并且Y0.4端口在数控系统显示器上由0变化至1，同时，中间继电器的灯亮，使用万用表测量中间继电器的常开触点，会发现已经接通。

（4）使用录入模式，输入M32/33，实验数控系统对润滑端口的控制。

五、注意事项

（1）数控系统和中间机电系统需要共用一个24V直流电源，否则无法共地，从而会造成信号无法输出。

图5-26中间继电器

（2）数控系统的达林顿管输出端口的使用电流较小，需要注意不能使用额定线圈电流很大的中间继电器，如图5-26所示。

任务二数控系统控制变频主轴

知识目标

进一步熟悉数控系统与变频器的一般连接方法，掌握使用数控系统驱动变频电机进行速度控制的一般规律和原理。

技能目标

通过实践操作和接线训练，掌握变频器与数控系统硬件和软件连接的主要参数设置。

知识链接——变频器

通常，把频率固定不变的交流电变换为频率可变的交流电的装置称为变频器。

该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC），然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。

变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线，使电机运行曲线平行下移。

因此，变频器可以使电机以较小的起动电流，获得较大的起动转矩，即变频器可以起动重载负荷。

变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，使用方法如图所示，实际上在使用中只需要控制变频器的控制端子即可实现各种功能。

所以不只是用于起动电动机，而是广泛的应用到各个领域，各种各样的功率、外形、体积、用途等都有。

随着技术的发展和成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。

变频器也可用于家电产品。

使用变频器的家电产品中不仅有电机（如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。

汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以inverter的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

例如，计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

变频器应用于电动机调整速度，主要依据于公式

实训三数控系统控制变频器电机正反转和调整转速

一、实训目标

进一步熟悉数控系统的连接方法和调试手段，掌握数控系统输出信号如何控制和连接变频器，并通过变频器控制普通交流异步电动机的正反转。

二、实训内容

K1000型数控系统中有专门的PLC输出端口进行控制电动机的正反转，即端口Y0.0和Y0.4，使用变频器使得这种控制变得更为简单。

Y0.0对应的G代码是M03，即如果数控系统中执行M03代码，PLC输出Y0.0，这时Y0.0输出为1，Y0.0至数字地为导通状态，否则为0，Y0.0至数字地为截止状态。

因此，同样地，如果数控系统执行M04代码，PLC输出Y0.1。

如果M04执行，则M03自动失效，反之亦然。

按照如图5-37所示的连接方法连接数控系统的Y0.0和Y0.1以及变频器中的接口。

图5-38数控系统的模拟量主轴控制

图5-37正反转接线图

除了正反转外，数控系统中还需要调整速度，这种控制需要模拟量控制。

使用XS55接口的模拟量控制变频器的模拟量接口，如图5-38所示。

变频器的模拟量接口即5-35图所示的AVI和ACM接口，分别连接模拟量的正极和负极，如图5-39所示。

需要指出，变频器中的AVI拨码开关扳至0～10V挡位，否则会出现错误。

图5-39变频器端口

参数设置上需要调整数控系统和变频器，数控系统只需要系统参数0001.4（SANG）设置为1即可。

变频器参数如表5-8所示。

表5-8变频器调整参数

参数位置

参数值

00-10

0

00-11

0

00-20

2

00-21

1

03-00

1

设置完参数即可进行运转调试。

运转过程中从低速到高速，然后进行正反转实验。

三、需用器材

试验需用器材如表5-9所示。

表5-9试验需用器材清单

器材

选型建议

数控系统

KND1000

变频器

C2000,1kW

导线，电工钳

0.2m2左右的导线若干

万用表

1个

中间继电器

2个，24V直流

电动机

1kW，三相交流异步

四、操作步骤

（1）将数控系统的XS57输出端口连接至端子台上，找到Y0.0和Y0.1对应的端口，按照图5-35连接中间继电器的接线。

（2）检查线路，上电起动数控系统，回原点至没有报警状态。

按下“诊断”按钮并翻页至Y区，观察Y0.0和Y0.1的状态。

设置数控系统为手动模式，按下“正转”和“反转”按钮，并观察Y0.0和Y0.1的状态，同时观察2个中间继电器是否动作。

（3）连接XS55至变频器，按照图5-36和图5-37的方法使用双脚屏蔽线进行连接。

（4）连接变频器和电动机接口，设置数控系统和变频器的参数。

（5）在数控系统上使用使用手动模式，按下“正转”按钮并单击使用主轴速度增加的按钮，观察电动机转动情况，然后按下“反转”按钮进行同样的步骤。

五、注意事项

（1）调试时，电动机的转速不能太高，以免出现危险。

（2）使用信号连接线尽可能使用屏蔽线，以免电磁干扰。