EDN首页   博客首页

最新日志

发表于:2008-11-7 19:28:38
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----数控机床的发展趋势

 

一、高速度,高精度化

1.数控系统

高位数,高频率。

多微处理器。

硬件插补器。

2.伺服驱动系统

数字式交流伺服。

3.前馈控制技术

4.非线性补偿那个控制技术

5.伺服系统的速度环和位置环均采用软件控制

6.采用高分辨率的位置检测装置

7.补偿技术得到发展和广泛应用

8.高速大功率电主轴的应用

9.超高速切削工具的应用

10.配置高速,强功能的内置式可编程控制器

PLCcpu

二、多功能化

1.数控机床一机多能,最大限度地提高设备利用率

2.前台加工,后台编辑的前后台功能

采用多CPU结构和分级中断控制方式。

3.具有更高的通信功能

三、智能化

1.引进自适应控制技术

2.故障自诊断、自修复功能

3.刀具寿命自动检测更换

 

四、 控制系统小型化

五、数控编程自动化

六、更高的可靠性

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(50)
发表于:2008-11-7 19:27:40
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----伺服系统及位置检测装置

 

数控的伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度为控制对象的自动控制系统,又称随动系统。在数控系统中,伺服系统接收来自插补器的进给脉冲,经变换放大后驱动机床工作台的移动。伺服系统是数控系统与机床的联系环节,是数控机床的重要组成部分。因此,伺服系统的性能,在很大程度上决定了数控机床的性能。

伺服系统概述

1.伺服系统的组成

伺服系统由伺服电路、伺服驱动装置、机械传动装置及执行部件组成。

作用是:

接受数控系统发出的进给速度和位置指令信号,由伺服驱动电路做一定的转换和放大后,经伺服驱动装置和机械传动机构,驱动机床的工作台、主轴头架等执行不见实现工作进给和快速运动。

2.基本要求

1)精度高

2)稳定性好

3)相应快速

4)进给速度范围大

5)低速大转矩

3.分类

按控制方式分

1)开环系统

无位置检测系统,驱动元件主要是步进电机或电液压马达。

2)闭环系统

误差控制随动系统。

3)半闭环系统

按反馈方式划分

1)脉冲数字比较伺服系统

2)相位比较伺服系统

3)幅值比较伺服系统

4)数字伺服系统

伺服驱动电动机

伺服驱动电机又称为执行电动机,具有根据控制信号的要求而动作的功能。在输入电信号之前,转子静止不动;电信号到来之后,转子立即转动,且转向、转速随信号电压的方向和大小而改变,同时带动一定的负载;电信号一旦消失,转子立即自行停转。在数控机床的伺服系统中,它作为执行元件根据输入的控制信号,产生角位移或角速度,带动控制对象。

伺服系统中经常采用的电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。

交流是趋势。

位置检测装置

位置检测装置(检测元件)是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。其作用是检测位移和速度,发送反馈信号,构成闭环控制。采用闭环系统的数控机床,加工精度与检测装置的精度密切相关。

根据工作条件和测量要求的不同,可以有不同的测量方式

1.数字式测量和模拟式测量

2.增量式测量和绝对式测量

3.常用的位置检测装置

直线型和旋转型两大类。

直线型有感应同步器、光栅、磁尺。

旋转型有光栅、磁尺、旋转变压器、脉冲编码器。

直线型用来测量运动部件的直线位移量。

旋转型用来检测回转部件的转动位移量。

检测速度的元件,用来检测和调节电动机的转速,如测速发动机。

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(39)
发表于:2008-11-7 19:26:56
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----PLC

 

概述

除了运动轨迹的控制,数控机床工作时还有诸如主轴启停、冷却泵开关、换刀机构动作等开关量的控制。这是一类顺序控制。在数控机床之前,顺序控制技术在工业生产中已经得到广泛应用。许多机械设备的工作过程都需要遵循一定的步骤和顺序。数控机床所采用的顺序控制装置(或系统)主要有两种,一是传统的继电器逻辑短路,简称RLC(relay logic circuit);另一种是可编程控制器,即PC(programmable controller)

PC特点

1.由计算机演化而来。一般只有逻辑功能。

2.具有面向用户的指令和专用存储用户程序的存储器。

3.用户程序才采用图形符号和逻辑顺序关系与继电器电路十分接近的”梯形图“编制。

4.可与专用编程器、计算机等设备连接,很方便的实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。

5.稳定性高。

6.体积小。

数控机床作为自动化控制设备,控制部分大体可以分为数字控制和顺序控制两个部分。数字控制部分控制刀具轨迹;顺序控制部分接受数控部分送来的S,TM等机械顺序动作序列,对其进行译码,转化成辅助机械运动对应的控制信号。使执行环节作相应的开关动作。现在全功能型的数控机床均采用内置型(build-in typePC或者独立性(stand-alone typePC.

1.内置型PC

内置型PC从属于CNC系统,与CNC装在一起。与一般的pc相比,内置型尤其特殊之处,因此在数控机床的研究开发和生产中,又作为一个独立的分支。

特点:

1)内置型PCCNC的其他电路同装在一个机箱内,共同使用一个电源和地线。有时采用一个单独的附加印制电路板,有时与CNC同时印制在一块大印制板上。

2)内置型PC对外不设置单独的输入/输出接口电路,而是使用CNC系统本身的输入/输出电路。

3)内置型PC的性能指标是依赖于所从属的CNC系统的性能和规格来确定的,它的硬件和软件要与CNC系统的其他功能统一考虑和设计,要求结构紧凑,对所适配的数据机床适应性强,提高了可靠性和操作性。

4)采用内置型PC,扩大了CNC内部直接处理的窗口通信功能,可以使用梯形图的编辑和传送等高级控制功能,且造价低,提高了CNC的性能价高比。

2.独立型PC

数控机床用独立性PC,一般采用模块化结构或笼式插板结构,具有如下功能:cpu及其控制电路,系统程序存储器、用户程序存储器、输入/输出接口电路、通信接口和电源等。更功能电路做成独立的模块或印刷电路插板,具有安装方便、功能易于扩展和变更等特点。

pc在数控机床上的配置

一般有四种,主要分类是看PC位于CNC侧还是机床侧,以及I/O端口的位置。

PC与数字控制的关系

1.PC的作用

数控机床所受的控制可以分为两类,一类是最终实现对各坐标轴运动所进行的”数字控制“,如各轴运动的插补、补偿等的控制。(主要是坐标轴的控制和主轴位置的控制(补偿))。另一类是”顺序控制“。对数控机床来说,”顺序控制“是在机床运行过程中,以数控系统内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关信号量为条件,并按照预先规定的逻辑顺序,对诸如主轴的启停、换向、刀具的更换,工件的夹紧、松开,液压、冷却、润滑系统的运行等进行控制。

与“数字控制”比较,“顺序控制”的信息主要是开关量信号。

在讨论数控机床用PC时,常把机床分为“NC侧”和“MT侧”两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件以及与CNC系统互连的外部设备;“MT侧”则包括机床机械部分及其液压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PC处于NCMT之间,对NCMT的输入/输出信号进行处理。

MT侧顺序控制的最终对象随机床的类型、结构、辅助装置等不同而有很大差别。机床结构越复杂,辅助装置越多,最终受控对象也越多。一般来说,最终受控对象的数量和控制顺序的复杂程度是依数控车床、数控铣床、加工中心、FMC,FMS的顺序递增的。

2.PC实现的功能

主要是S,T,M等功能。

1S功能

S功能用来指定主轴转速。CNC系统将S代码送入PC,经过电平转换、译码、数据转化、限位控制和D/A转换,最后输出给主轴电机伺服系统。其中限位控制是在S代码对应的转速大于规定的最高转速时,限定最高转速,当S代码对应的转速小于规定的最低转速时,限定最低转速。

2T功能

刀具功能T也由PC实现,给自动换刀系统的管理带来了很大方便。自动换刀控制方式有固定存取换刀方式和随机存取换刀方式,它们分别采用刀套编码制和刀具编码制。对于刀套编码的T功能处理的过程是:CNC装置送出T代码指令个PCPC经过译码,在数据表内检索,找到T代码指定的新刀号所在的数据表的表地址,并于现行刀号进行判别比较。如不符合,则将刀具回转指定发送个刀库控制系统,只到刀库定位到新刀号位置时,刀库停止回转,并准备换到。

3M功能

pc完成的M功能是很广泛的。根据不同的M代码,可控制主轴的正反转及停止,主轴齿轮箱的变速,冷却液的开、关,卡盘的夹紧与松开,以及自动换刀装置机械手取刀、归刀等运动。

 

 

PCCNC的信号,主要有机床各坐标基准点信号,M,S,T功能的应答信号等。

PC向机床传递的信号,主要是控制机床执行建的执行信号,如电磁铁、接触器、继电器的动作信号以及确保机床各运动部件状态的信号及故障指示。

 

机床给PC的信号,主要有机床操作面板上各开关、按钮等信息,其中包括机床的启动、停止,机械变速选择,主轴正转、反转、停止,冷却液的开、关,各坐标的点动和刀架、夹盘的松开、加紧等信号,以及上述各部件的限位开关等保护装置、主轴伺服保护状态监视信号和伺服系统运行准备等信号。

 

PCCNC之间及PC与机床之间信息的多少,主要按控制机床的控制要求设置。几乎所有的机床辅助功能的,都可以通过PC来控制。

NC  PC  机床之间的信息交换

PC代替传统的机床强电顺序控制的继电器逻辑,利用逻辑运算实现各种开关量控制。在信息传递过程中,PC处于CNC和机床开关之间。CNC系统和机床之间的信号传送处理包括CNC系统至机床和机床向CNC系统传送两个过程。

1CNC->机床

<1>CNC系统控制程序将输出数据写到CNC系统的RAM中。

<2>CNC系统将RAM中的数据传送到PCRAM中。

<3>PC的软件进行逻辑运算处理。

<4>处理后的数据仍在PCRAM中。对内置式PC,存在PC存储器RAM中已处理好的数据再传回CNC系统的RAM中,通过CNC系统的输出接口送至机床;独立型PC,其RAM中已处理好的数据通过PC的输出接口送至机床。

2)机床->CNC

对于内置型PC,信号传送处理如下:

<1>从机床输入开关量数据,送到CNC系统的RAM中。

<2>CNC系统的RAM传送给PCRAM

<3>PC的软件进行逻辑运算处理。

<4>处理后的数据仍在PCRAM中,并传送到CNC系统的RAM

<5>CNC系统软件读取RAM中的数据。

对独立性PC,输入的第一步是数据通过PC的输入接口送到PCRAM中,然后进行上述的第<3>步,一下均相同。

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(49)
发表于:2008-11-7 19:26:11
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----刀补功能

 

目的:简化编程,方便操作。

包括:刀具半径补偿和刀具长度补偿。

刀具半径补偿

1.概念

为了简化编程,在编程过程中,是按照零件尺寸来进行编程的,而不考虑刀具磨损,加工余量和刀具半径,这些有数控系统专门设计若干存储单元,存放各个工步的加工余量及刀具磨损和刀具半径,由系统自动计算,进而生成数控程序。这种按照零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置量为依据,自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。

2.实现

1)直线切削刀具半径补偿计算

2)圆弧切削刀具半径补偿计算

3.直线过渡性刀具半径补偿(C刀补)

刀具长度补偿功能

1.基本思想同刀具半径补偿,但对于带有自动换刀装置的数控机床有特别重要的意义。

2.实现

位置补偿。

3.刀具位置补偿的处理方法

反映在刀架移动上。刀具位置的补偿量和方向可通过实测后用面板播盘给定或者键盘输入存放在数控系统的存储中,并在刀具更换时读取。

要处理前后两把刀具位置补偿的差别有两种方法。

1)先回到原始位置,然后再进行第二把刀的调整。

2)按照第二把刀和第一把的差别进行调整。(运动少)

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(34)
发表于:2008-11-7 19:25:17
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----插补原理

 

1.插补的基本概念

说白了,插补就是如何移动(刀具,工件)以生成相应的形状的方法。很多算法是图形学中的算法的变体而已。

决定坐标轴联动过程中各坐标轴的运动顺序、位移、方向和速度的协调过程即为插补。(interpolation

CNC中,插补功能由软件或者软硬件结合来实现,称为插补器。

插补器基本要求:

1)插补所需的原始数据较少。

2)有较高的插补精度,插补结果没有累计误差,局部偏差不能超过允许的误差(一般应保证小于规定的分辨率)。

3)沿进给路线,进给速度恒定且符合加工要求。

4)硬件实现简单可靠,软件算法简洁,计算速度快。

2.插补方法的分类

按软硬件完成的工作,可分为硬件插补器和软件插补器或者软硬结合。

按数学模型来分,有一次(直线)插补器,二次(圆,抛物线等)插补器及高次曲线插补器等,大多数数控机床的数控装置都具有直线插补器和圆弧插补器。

根据插补所采用的原理和计算方法的不同,可有许多插补方法,可分为脉冲增量插补和数字增量插补两类。

 

脉冲增量插补又称为基准脉冲插补,适用于以步进电机驱动的开环数控系统中。在控制过程中通过不断向各坐标轴驱动电机发出相互协调的进给脉冲,每个脉冲通过补给电机驱动装置转过一个固定的角度(步距角),并使机床工作台产生相应的位移。该位移成为脉冲当量,是最小指令位移。脉冲增量插补算法很多,最常用的是逐点比较法、数字积分法以及它们的派生算法。

数字增量插补是根据编制的进给速度,将轮廓曲线分割为插补采样周期的进给段----即轮廓步长,在每一插补周期中,插补程序被调用一次,为下一周期计算出坐标轴应行进的增长段(而不是单个脉冲)ΔXΔY等然后计算出相应插补点(动点)位置的坐标值。在CNC系统中,数字增量插补通常采用时间分割插补算法。

 

典型的插补方法

1.逐点比较法(空间上分割

属于脉冲插补,基本思想是被控制对象按要求的轨迹运动时,没走一步都要与理论的轨迹比较一下,根据比较结果来决定下一步的移动方向。该方法可以进行直线和圆弧插补。

特点是:运算直观,容易理解,插补误差小于一个脉冲当量,输出脉冲均匀,因此在两坐标轴差不多的开环步进系统中应用很普遍。

1)直线插补

2)圆弧插补

3)象限处理(转换即可)

2.时间分割插补算法(时间上分割,转化成物理上的分割

时间分割插补算法是把加工一段直线或圆弧的时间分为许多相等的时间间隔,该时间间隔称为单位时间间隔,亦称插补周期。每经过一个单位时间间隔就进行一次插补计算,计算出各个坐标轴在一个插补周期内的进给量。计算出一个插补周期的进给量后,根据刀具运动轨迹与坐标轴的几何关系,就可以求出各轴在一个插补周期内的进给量ΔXΔY

时间分割法着重解决两个问题。一是如何选择插补周期。因为插补周期与插补精度、速度等有关。而是计算如何在一个周期内各坐标值的增量值。有了前一个插补周期计算的动点位置值和本次插补周期内坐标轴的增量值,就很容易计算出本插补周期内的动点坐标值。

插补周期恒定,但插补速度不定,需要每次给出。

1)直线插补

2)圆弧插补

3.其他算法

比较积积分法

数字积分法

直接函数法

时差法等等

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(44)
发表于:2008-11-7 19:24:14
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----系统软件

 

CNC系统软件的结构模式

1.前后台型结构

在前后台型结构的CNC系统中,整个系统软件分为两大部分,即前台程序和后台程序。

前台程序是一个实时中断服务程序,承担了几乎全部的实时功能,实现与机床动作直接相关的程序的功能,如插补、位置控制、机床相关逻辑和监控等。

后台程序足则是一个循环执行的程序,一些实时性要求不高的功能,如输入译码、数据处理等插入准备工作和管理程序等均由后台程序承担,又称背景程序。

在背景程序循环运行过程中,前台的实时终端程序不断定时插入,二者密切配合,共同完成零件的加工任务。

前后台程序系统如软件的同步与协调,以及前台软件中各功能模块之间的同步,通过设置各种标志位来进行。由于每次中断发生时,前台程序的执行路径不同,因此执行时间也不同,但其最长执行时间必须小于中断周期T。而两次中断之间的时间用来执行背景主程序。

背景程序

背景程序的主要功能是进行插补前的准备和任务的管理调度,一般由三个主要的服务程序组成。加工程序编辑服务程序,自动循环服务程序,手动操作任务程序。

系统启动并初始化后,背景程序启动,操作者通过面板确定工作方式后,进入相应的服务程序。服务程序执行完毕,又返回背景程序开始部分,如此重复循环运行。

工作方式分为四种,即编辑、单段、自动和手动。在编辑方式下,可完成数据输入和零件加工程序的编辑;手动方式用来实现点动和回归原点的操作;自动和单段工作方式是加工工作方式,二者的差别仅在于一个程序段后是否停顿。

加工工作方式在背景程序中处于主导地位。操作前的准备工作工作(如由键盘方式调出零件程序,由手动方式使刀架回到机床原点)完成后,一般便进入加工工作方式。在这种工作方式下,背景程序要完成程序段读入、译码、和数据处理(如刀具补偿)等查补前的准备工作,如此逐个程序段地进行处理,直到整个零件程序执行完毕为止。

实时中断服务程序

实时中断服务程序是系统的核心。它所实现的实时控制任务包括位置伺服、面板扫描、PLC控制、实时诊断和插补。

在实时中断服务程序中,各种任务按照优先级排队,按时间先后顺序执行。每个任务都有严格的最长运行时间限制,如果前一次中断尚未完成,又发生了新的中断,说明发生了服务重叠,系统进入急停状态。

中断型结构

采用中断型结构的CNC系统软件,将各功能模块安排成不同优先级别的终端程序,整个控制系统软件构成一个中断系统。

1.功能模块的优先级别与中断时间间隔。

功能模块的优先级别与其作用及执行时间有着密切的关系。在众多的功能中,位置伺服程序最为重要,它决定着CNC系统的一个重要的指标---响应时间。由于它直接影响着加工精度和进给速度,因此,位置伺服具有极高的优先级。同时,位置伺服系统中断时间间隔也非常短。插补运算在规定的时间内未完成,则位置伺服控制将无法运行。因此插补程序也具有较高的优先级及较短的中断时间间隔。由于时间间隔很短,因此位置伺服与插补程序必须经过严格的优化,运行时间必须非常短,只有这样才能有多余的时间间隙供其他模块占用。由于一般情况下,一个加工程序段指定的刀具运动时间都比较长,因此,加工程序段的译码与刀具半径补偿等预处理计算功能模块的执行,都被分散在许多个位置伺服中断时间间隔内。另外,刀具半径补偿运算非常复杂,也相当费时,所以译码与预处理功能模块的优先级别比较低,中断事件间隔也比较长。对于操作面板状态的扫描与输入/输出信号的处理一般比较省时,而且为使CNC系统有比较高的反应速度,这些模块往往具有高的优先级别。当其他功能模块均已执行完后,或者让系统跳步等待,或者执行一些有用的程序。FANUC-7M系统中,把剩余时间全部交由CRT显示服务程序使用,用来显示当前系统的工作状态、当前坐标等等。可见CRT显示服务程序优先级别最低,而且有硬件产生连续请求中断。

还有其他一些功能模块,如纸带输入模块,每次执行时间耗时很少,一般小于1ms,在FANUC-7M的系统中,安排了较高级别。中断级别为7级的测试程序用于系统掉哟哦那个,正常工作时不用。

如上所述,各种功能模块就是在是事先编排好的优先级别下协调运行。各优先级别中断产生的时间间隔与优先级被相一致,优先级别最高的位置伺服中断时间间隔最短,为4ms,由此累加非别产生8ms16ms中断。

 

FANUC-7M系统终端优先级

优先级

 

 

             主要功能                                中断源

0                  控制CRT显示                           硬件

1                  数控指令译码处理,刀补处理         软件,16ms定时

2                  NC键盘控制,I/O信号处理            软件,16ms定时

3                  外部操作面板和电传机处理           硬件,16ms

4                  插补运算                               软件,8ms

5                  纸带阅读机读纸带处理                硬件,软件

6                  私服位置控制的处理                   4ms定时

7                   工程师面板处理                      硬件

2.任务同步与通信

CNC系统软件各功能模块的执行,即是并行的,又存在顺序性,例如,当前加工程序段译码和预处理完成后,方可执行插补和位置伺服功能,而后继段的译码与预处理计算又同步进行。因此,格相关功能模块之间必须通过设置标志,来解决任务的同步与通信问题。

当某一任务需要另一任务提供数据时,该任务应首先检查标志,判断数据是否准备好,如果数据准备好,则任务继续运行,否则则等待。另一任务数据处理完后,同样设计数据准备好标志。

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(33)
发表于:2008-11-7 19:23:14
标签:无标签

0

数控系统读书笔记-----CNC

 

计算机控制系统

 

CNC系统的组成

软件和硬件

软件包括管理软件和控制软件两大类。

管理软件由输入输出程序、显示程序和诊断程序等组成。

控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序,插补运算程序和位置控制程序等组成。

 

CNC系统可实现的功能

1.基本功能

1)控制功能

2)准备功能

3)插补功能

4)进给功能

5)刀具功能

6)主轴功能

7)辅助功能

8)字符显示功能

9)自我诊断功能

2.选择功能

1)补偿功能

2)固定循环功能

3)图形显示功能

4)通信功能

 (5) 人机对话编程功能

 

开放式体系结构主张采用开放式计算机及其配套模块。

相关研究计划

1.1989,美国的NGC(next generation controller)计划

SOSAS Specification for an Open System Architecture Standard --开发系统结构标准模型

2.美国FordGMChrylser等公司在NGC计划下,联合提出的OMAC(Open Modular Architecture Controller)开发计划。

3.日本的 IMS Intelligent Manufacturing System)智能制造系统。

4.日本OSECOpen System Environment for Controller)。

5.1991年,欧共体 OSACAOpen System Architecture for Control within Automation System.

目前可获得的软件是由NIST美国标准技术局开发的符合SOSAS标准的软件EMCEnhancement Machine Control),基于RCS-Real time Control Sys方法。

开放式数控系统的结构

1.单元OC机结构的开发式数控系统

2.分层式多处理机结构的数控系统

工作站功能和NC功能分别由不同的PC机管理。

工作站功能是实时性不强或非实时的任务,如调度和管理,用CAD/CAM软件设计加工零件和编制工艺过程,实现车间、工厂层网络通信等。

NC功能指实时性较强,直接影响加工过程的任务,如加工轨迹的控制、伺服控制、逻辑控制、采样和传感器数据的处理、动态误差补偿等。

 

系统分类: 工业控制   |    用户分类:    |    来源: 原创

评论(0) | 阅读(26)