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数控系统毕业设计
导读
数控技术也叫计算机数控技术(CNC,ComputeNumericalControl),目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术控制事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可通过计算机软件来完成,处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,如数控机床等。
其技术涉及多个领域:
(1)机械制造技术;
(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。
数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。
世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对市场的适应能力和竞争能力。
工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅大力发展自己的数控技术及其产业,而且在"高精尖"数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控机床是现代加工车间最重要的装备。
它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。
现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术,都是建立在数控技术之上的。
掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。
关键词:
自动敏捷智能
目录
第一章发展历史1
第二章常用数控系统简介3
2.1FANUC数控系统3
2.1.1FANUC数控系统简介3
2.1.2主要特点3
2.1.3FANUC主要的CNC装置4
2.2SIEMENS数控系统4
2.2.1SIEMENS数控系统简介4
2.2.2SIEMENS数控系统特点..........................4
2.2.3SIEMENS主要的CNC装置.....................5
2.3华中数控系统5
2.3.1华中数控系统的简介............................5
2.3.2华中数控系统的软件结构5
2.3.3华中数控系统硬件结构简介7
2.4广州数控系统8
2.4.1广州数控系统简介8
2.4.2GSK980T车床数控系统(CNC)8
2.4.3GSK928TC车床数控系统8
2.4.4GSK980i车床数控系统8
2.5三菱数控系统9
2.5.1三菱数控系统简介9
2.5.2C70系列:
9
2.5.3M700V系列:
10
2.5.4M70V系列:
10
2.5.5C64系列:
10
2.5.6M60S系列:
10
第三章数控设备使用中应注意的问题10
3.1数控设备的使用环境10
3.2良好的电源保证11
3.3制定有效操作规程11
3.4日常维护11
3.5数控设备不宜长期封存11
第四章数控设备使用中应注意的维修与维护11
4.1数控设备的故障分析与判断11
4.2数控设备常见故障分类及维修方法:
12
4.2.1电源引起的故障12
4.2.2系统显示故障12
4.2.3急停报警故障14
4.2.4手动操作类故障分析与维修16
4.2.5参考点编码器类类故障分析与维修17
4.2.6参数设定错误引起的故障19
4.2.7刀架、刀库及换刀常见故障20
4.2.8数控加工类故障21
总结23
致谢25
参考文献26
第一章发展历史
1938年,香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年,第一台数控机床问世,成为世界机械工业史上一件划时代的事件,推动了自动化的发展。
1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。
由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。
1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。
1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,出现带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心(MCMachiningCenter),使数控装置进入了第二代。
1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。
60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。
20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造现在,数控技术也叫计算机数控技术(ComputerizedNumericalControl简称:
CNC),目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现。
第二章常用数控系统简介
2.1FANUC数控系统
2.1.1FANUC数控系统简介
FANUC公司创建于1956年,1959年首先推出电液步进电机。
70年代,一方面从Gettes公司引进直流伺服电机制造技术,一方面与西门子合作,学习其先进的硬件技术,1976年成功开发出5系统,后与西门子联合开发出7系统。
从这时,FANUC成为世界上最大的专业数控生产厂家。
2.1.2主要特点
日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能,适用于各种机床和生产机械的特点,在市场的占有率远远超过其他的数控系统,主要体现在以下几个方面。
(1)系统在设计中大量采用模块化结构。
这种结构易于拆装,各个控制板高度集成,使可靠性有很大提高,而且便于维修、更换。
(2)具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。
其工作环境温度为0~45℃,相对湿度为75%。
(3)有较完善的保护措施。
FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。
(4)FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。
对于一般的机床来说,基本功能完全能满足使用要求。
(5)提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。
这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序,而且增加了编程的灵活性。
(6)具有很强的DNC功能。
系统提供串行RS232C传输接口,使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行,从而实现高速的DNC操作。
(7)提供丰富的维修报警和诊断功能。
FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息,并且以不同的类别进行分类
(8)采用专用LSI,以提高集成度、可靠性,减少体积和降低成本
(9)产品应用范围广。
每一CNC装置上可配多种控制软件,适用于多种机床
(10)不断采用新工艺、新技术。
如表面安装技术SMT、多层印刷电路板、光导纤维电缆等
(11)CNC装置体积减少,采用面板装配式,内装式PMC(可编程机床控制器)
2.1.3FANUC主要的CNC装置
FANUC公司目前生产的CNC装置有:
F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18。
F00/F100/110/120/150系列是在F0/10/11/12/15的基础上加了MMC功能,即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。
2.2SIEMENS数控系统
2.2.1SIEMENS数控系统简介
是一个集成所有数控系统元件(数字控制器,可编程控制器,人机操作界面)于一体的操作面板安装形式的控制系统。
所配套的驱动系统接口采用西门子公司全新设计的可分布式安装以简化系统结构的驱动技术,这种新的驱动技术所提供的DRIVE-CLiQ接口可以连接多达6轴数字驱动。
外部设备通过现场控制总线PROFIBUSDP链接。
这种新的的驱动接口连接技术只需要最少数量的几根连线就可以进行非常简单而容易的安装。
SINUMERIK802Dsl为标准的数控车床和数控铣床提供了完备的功能,其配套的模块化结构的驱动系统为各种应用提供了极大的灵活性。
性能方面经过大大改进的工程设计软件(Sizer,Starter)可以帮助用户完成从项目开始阶段的设计选型,订货直到安装调试全部过程中的各项任务。
2.2.2SIEMENS数控系统特点
相对于802D在性能上有许多的改进,为广大的客户在希望扩大应用领域和范围方面提供了更多的可能和受益,例如:
可以方便的使用DIN编程技术和ISO代码进行编程,卓越的产品可靠性,数字控制器,可编程控制器,人机操作界面,输入/输出单元一体化设计的系统结构,由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术,通过DRIVE-CLiQ接口实现的最新数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准,各种驱动功能按照模块化设计,可以根据性能要求和智能化要求灵活安排,各种模块不需要电池及风扇,因而无需任何维护。
各种功能体现了西门子公司最新的产品创新技术,例如5个数字驱动轴,其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算,另一个作为定位轴使用,同时,还提供一个相应的数字式主轴(模拟主轴即将推出)作为一个变型使用,在带C轴功能时,可以采用3个数字轴,一个数字主轴,一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。
新一代的西门子驱动技术平台SINAMICSS120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ来对错误进行识别和诊断,从操作面板就可以进行操作,使用的标准闪存卡(CF)可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序,通过闪存卡(CF)可以对加工程序进行快速处理,通过连接端子使用两个电子手轮,216个数字输入和144个数字输出(0.25A),RCS802-远程诊断和远程控制(NC和PLC),RCS@Event(通过电子邮件进行远程诊断),USB口(即将推出)。
2.2.3SIEMENS主要的CNC装置
SIEMENS公司是生产数控系统的著名厂家,SINUMERIK的CNC数控装置主要有:
SINUMERIK3/8/810/820/850/805/840系列等。
2.3华中数控系统
2.3.1华中数控系统的简介
华中数控系统是我国为数不多具有自主版权的高性能数控系统之一。
它以通用的工业PC机(IPC)和DOS、WINDOWS操作系统为基础,采用开放式的体系结构,使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。
它适合多坐标(2~5)数控镗铣床和加工中心,在增加相应的软件模块后,也能适应于其它类型的数控机床(如数控磨床、数控车床等)以及特种加工机床(如激光加工机、线切割机等)。
2.3.2华中数控系统的软件结构
底层软件:
它是华中数控系统的软件平台,其中RTM模块为自行开发的实时多任务管理模块,负责CNC系统的任务管理管理调度。
NCBIOS模块为基本输入输出系统,管理CNC系统所有的外部控制对象,包括设备驱动程序(I/O)的管理、位置控制、PLC控制、插补计算以及内部监控等。
RTM和NCBIOS两模块合起来统称NCBASE,如图中双点画线框所示。
过程控制软件(或上层软件),它包括编辑程序、参数设置、译码程序、PLC管理、MDI、故障显示等与用户操作有关的功能子模块。
对不同的数控系统,其功能的区别都在这一层,系统功能的增减均在这一层进行;各功能模块通过NCBASE的NCBIOS与底层进行信息交换。
NCBASE的功能
(1)实时多任务的调度
该功能由RTM模块实现。
调度核心由时钟中断服务程序和任务调度程序组成。
根据任务要求的调度机制(采用优先抢占加时间片轮转调度)和任务的状态,调度核心对任务实行管理,即决定当前哪个任务获得CPU的控制权,并监控任务的状态。
系统中各个任务只能通过调度核心才能运行和终止。
从调度核心进入任务或任务在一个时间片内未能运行完而返回调度核心的状态;任务在时间片内运行完毕返回调度核心的状态。
(2)设备驱动程序
对于不同的控制对象,如加工中心、数控铣床、数控车床、数控磨床等,硬件的配置可能不同,而不同的硬件模块其驱动程序也不同。
华中数控系统就很好的解决了这个问题。
在配置系统时,所有的硬件模块的驱动程序都要在NCBIOS的NCBIOS.CFG中说明(格式为:
DEVICE=驱动程序名)。
系统在运行时,NCBIOS根据NCBIOS.CFG的预先设置,调入对应模块的驱动程序,建立相应的接口通道。
(3)位置控制
位置控制是NCBIOS的一个固定程序,主要是接受插补运算程序送来的位置控制指令,经进行螺距误差补偿、传动间隙补偿、极限位置判别等处理后,输出速度指令值给位置控制
(4)插补器
华中数控系统为多通道(可为四通道)数控系统,每个通道都有一个插补器,相应就创建一个插补任务。
其任务主要是完成直线、圆弧、螺纹、攻丝及微小直线段(供自由曲线和自由曲面加工用)等插补运算。
(5)PLC调度
PLC调度的主要任务是:
故障的报警处理;M、S、T处理;急停和复位处理;虚拟轴驱动处理;刀具寿命管理;操作面板的开关处理;指示灯及突发事件处理等。
(6)内部监控实现对CNC系统各部分故障的监控。
2.3.3华中数控系统硬件结构简介
华中数控系统是我国为数不多具有自主版权的高性能数控系统之一。
它以通用的工业PC机(IPC)和DOS、WINDOWS操作系统为基础,采用开放式的体系结构,使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。
它适合多坐标(2~5)数控镗铣床和加工中心,在增加相应的软件模块后,也能适应于其它类型的数控机床(如数控磨床、数控车床等)以及特种加工机床(如激光加工机、线切割机等)。
系统的硬件由工业PC机(IPC)、主轴驱动单元和交流伺服单元等几个部分组成。
各组成部分介绍如下。
(1)虑线框为一台IPC的基本配置,其中ALL-IN-ONECPU卡的配置是CPU80386以上、内存2MB以上、cache128kB以上、软硬驱接口、键盘接口、二串一并通信接口、DMA控制器、中断控制器和定时器;外存是包括软驱、硬驱和电子盘在内的存储器件。
(2)系统总线是一块由四层印刷电路板制成的无源母板。
(3)单点画线部分是数控系统的操作面板,其中数控键盘通过COM2口直接写标准键盘的缓冲区。
(4)双点画线的模块表示是可根据用户特殊要求而定制的功能模块。
(5)位置单元接口根据伺服单元的不同而有不同的具体实施方案;当伺服单元
为数字交流伺服单元时,位置单元接口可采用标准RS232C串口;当伺服单元为模拟式交/直流伺服单元时,位置单元接口采用位置环板;当用步进电机为驱动元件时(教学数控机床),位置单元接口采用多功能数控接口板。
(6)光隔I/O板主要处理控制面板上以及机床测量的开关量信号。
(7)多功能板主要处理主轴单元的模拟或数字控制信号,并回收来自主轴编码器、手摇脉冲发生器的脉冲信号。
2.4广州数控系统
2.4.1广州数控系统简介
中国南方数控产业基地,广东省20家重点装备制造企业之一,中国国家863重点项目《中档数控系统产业化支撑技术》承担企业,拥有中国最大的数控机床连锁超市。
公司秉承科技创新、追求卓越品质,以提高用户生产力为先导,以创新技术为动力,为用户提供GSK全系列机床控制系统、进给伺服驱动装置和伺服电机、大功率主轴伺服驱动装置和主轴伺服电机等数控系统的集成解决方案,积极推广机床数控化改造服务,开展数控机床贸易。
GSK拥有国内最大的数控系统研发生产基地,中国一流的生产设备和工艺流程,科学规范的质量控制体系保证每套产品合格出厂。
GSK产品批量配套全国五十多家知名机床生产企业,是中国主要机床厂家数控系统首选供应商。
2.4.2GSK980T车床数控系统(CNC)
于1998年推出的普及型数控系统。
作为经济型数控系统的升级换代产品,GSK980T具有以下技术特点:
采用高级处理器(CPU)和可编程门阵列(PLD)进行硬件插补,实现高速μm级控制
采用四层线路板,集成度高,整机工艺结构合理,可靠性高
液晶(LCD)中文显示、界面友好、操作方便
加减速可调,可配套步进驱动器或伺服驱动器
可变电子齿轮比,应用方便。
2.4.3GSK928TC车床数控系统
GSK928TC为经济型μm级车床数控系统,采用大规模门阵列(CPLD)进行硬件插补,真正实现了高速μm级控制。
使用图形液晶显示器(LCD),中文菜单及刀具轨迹图形显示,界面友好。
加减速时间可调,可适配反应式步进系统、混合式步进。
系统或交流伺服系统构成不同档次的车床数控系统。
2.4.4GSK980i车床数控系统
GSK980i车床数控系统(CNC)为新近推出的中高档数控系统,该系统率先采用以DSP运动控制芯片为核心、以嵌入式结构PC为平台(PC-BASED)的新一代数控系统。
该系统采用DSP和主CPU并行处理机制,具有较高的动态跟踪精度和良好的加工性能,可作为经济型数控的升级换代产品。
GSK980i系统具有以下特点:
四个独立的伺服电机连接口可实现两轴联动和四轴的全闭环控制
独立主轴通道可连接模拟量主轴(0-10V)或伺服主轴
具有一个可带512点的串行I/0接口
完全的速度环控制系统,高速、高精度、高效率
中、英文界面可选
图形、坐标、代码实时跟踪
全功能代码编辑器,编辑大小不受限制
直观的MDI输入控制
方便直接的系统参数配置
PLC梯形图输入(选配)
在线代码帮助体系故障诊断
2.5三菱数控系统
2.5.1三菱数控系统简介
1873年,三菱造船厂更名为三菱商会。
三菱开始涉足采矿、造船、银行、保险、仓储和贸易。
随后,又经营纸、钢铁、玻璃、电气设备、飞机、石油和房地产。
现在,三菱建立了一系列的企业,在日本工业现代化的过程中扮演着举足轻重的角色。
三菱电机自动化一直致力于为客户在工业自动化、电力控制及其他相关业务上提供专业产品设备和解决方案,产品被广泛应用于机械、冶金、电力等多个领域
类型及基本特点
2.5.2C70系列:
强化了数控功能(单个NC控制器内支持最大系统数7,最大支持6主轴),.满足生产线(汽车发动机等)部品加工要求,提高了可靠性,缩短了故障时间
2.5.3M700V系列:
.完全纳米控制系统,支持5轴联动,高精度高品位加工,可加工复杂表面形状的工件
2.5.4M70V系列:
M70V系列最小指令单位0.1微米,内部控制单位提升至1纳米,针对客户不同的应用需求和功能细分,可选配M70VTypeA:
11轴和TypeB:
9轴(M70VA铣床标准支持双系统)
2.5.5C64系列:
实现了以10M/100Mbps的速度进行高速、大容量的数据通讯,进一步提高生产线的加工效率,满足生产线(汽车发动机等)部品加工要求,提高了可靠性,缩短了故障时间。
2.5.6M60S系列:
所有M60S系列控制器都标准配备了RISC64位CPU,具备目前世界上最高水准的硬件性能。
(与M64相比,整体性能提高了1.5倍),高速高精度机能对应,尤为适合模具加工。
第三章数控设备使用中应注意的问题
3.1数控设备的使用环境
为提高数控设备的使用寿命,一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射,要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。
精密数控设备要远离振动大的设备,如冲床、锻压设备等。
3.2良好的电源保证
为了避免电源波动幅度大(大于±10%)和可能的瞬间干扰信号等影响,数控设备一般采用专线供电(如从低压配电室分一路单独供数控机床使用)或增设稳压装置等,都可减少供电质量的影响和电气干扰。
3.3制定有效操作规程
在数控机床的使用与管理方面,应制定一系列切合实际、行之有效的操作规程。
例如润滑、保养、合理使用及规范的交接班制度等,是数控设备使用及管理的主要内容。
制定和遵守操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一。
实践证明,众多故障都可由遵守操作规程而减少。
3.4日常维护
数控机床是一种高效的自动化机床,大多用来加工重要工件。
数控机床价格昂贵,为提高数控机床利用率,充分发挥它的效益,应合理安排加工工序,充分做好准备工作,尽量减少机床的等待时间。
凡是能在数控机床上加工的,尽量利用,而不能以保护贵重设备为由,使其长期闲置。
如果一台数控机床的任何部分在使用中出现故障和失效,都会使机床停机,造成工作的停顿,不能及时维修,就必然延误机床的使用周期,因此,维护工作至关重要,勤加油,勤矫正,勤擦伤,这样不仅美观精准,而且还可以延长设备的使用寿命。
3.5数控设备不宜长期封存
购买数控机床以后要充分利用,尤其是投入使用的第一年,使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露,得以在保修期内得以排除。
加工中,尽量减少数控机床主轴的启闭,以降低对离合器、齿轮等器件的磨损。
没有加工任务时,数控机床也要定期通电,最好是每周通电1~2次,每次空运行1小时左右,以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度,使电子元件不致受潮,同时也能及时发现有无电池电量不足报警,以防止系统设定参数的丢失。
第四章数控设备使用中应注意的维修与维护
4.1数控设备的故障分析与判断
生产生活中,数控设备难免出现这样或那样的问题,要及时、正确地排除故障,涉及到很多方面的因素,如有关技术资料的全面提供,测试仪器和手段的健全,有足够的备用器件等,要求维修人员既要有全面的理论与实践技能,又要有较高的职业素质。
通常,对于综合性故障的分析、判断过程如下:
(1)充分调查故障现场
(2)罗列可能造成故障的诸多因素
(3)逐步找出故障产生的原因
4.2数控设备常见故障分类及维修方法:
4.2.1电源引起的故障
4.2.1.1系统上电后,系统没有反应,电源不能接通原因分析:
(1)外部电源没有提供,缺相或外部形成了短路
(2)电源的保护装置跳闸形成了电源开路
(3)PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通
(4)系统上电按钮接触不良或脱落
(5)元气件的损坏引起的故障(熔断器熔断、浪涌吸收器的短路等)
4.2.1.2电源模块故障原因分析:
(1)整流桥损坏引起电源短路
(2)续流二极管损坏引起的短路
(3)电源模块外部电源短路
(4)滤波电容损坏引起的故障
(5)供电电源功率不足使电源模块不能正常工作
4.2.1.3强电部分接通后,马上跳闸原因分析:
(1)机床设计时选择的空气开关容量过小,或空气开关的电流选择拨码开关选
(2)机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动,并且在变频器或伺服驱动的电源进线前没有使用隔离变压器或电感器,变频器或伺服驱动在上强电时电
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