数控技术第1章_2.ppt

数控技术,广东海洋大学工程学院,1,1.1数控机床的基本概念1.2数控机床的构成与分类1.3数控机床加工原理1.4数控机床加工特点及应用范围,第1章概论,2,主要应用于：机床、自动线、机器人、火炮、雷达跟踪等自动化设备。,数控单元,伺服驱动,电器控制,数控系统,1.1数控机床的基本概念,3,数控技术在制造装备中的的应用,简化机械结构,缩短制造周期,提高制造精度,提升装备性能,1.1数控机床的基本概念,4,数控机床是制造装备的主流装备,数控机床广泛应用于制造业的各个领域,1.1数控机床的基本概念,5,数控机床的技术水平是制造业持续发展的保证,数控系统是数控机床的核心;数控机床整体水平和拥有量，将体现一个国家工业现代化的水平;高档数控机床是国家的战略物资，是一个国家综合国力与实力的重要体现。,1.1数控机床的基本概念,6,高档数控机床是西方对我国封锁与限制的重点中国不能没有自己的数控技术,东芝事件,考克斯报告,1.1数控机床的基本概念,7,主要内容,机床数控技术用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。数控机床（NumericalControlMachineTools）数控机床是一个装有数字控制系统的机床，该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。,1.1数控机床的基本概念,8,主要内容,数控机床,机床本体,数控系统,外围技术,数控装置,伺服驱动装置,测量反馈装置,工具系统,编程技术,管理技术,1.1数控机床的基本概念,9,1.机床本体(MachineTools),机床本体组成,-主运动部件、进给运动部件-支承件（立柱、床身等）-特殊装置-辅助装置,2.数控系统（NumericalControlSystem）是一种程序控制系统，它能处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。,1.1数控机床的基本概念,10,3.计算机数控系统（ComputerNumericalControl，CNC）是以计算机为核心的数控系统。,1.1数控机床的基本概念,11,主要内容,操作面板人机交互,1.1数控机床的基本概念,12,主要内容,世纪星HNC-21,Fanuc0i,西门子810、802,1.1数控机床的基本概念,13,主要内容,输入输出装置可以通过多种方式获得数控加工程序:软驱现已较少使用MDI（ManualDataInput）方式USB接口RS232C接口DNC接口存储卡未来会广泛使用以太网,1.1数控机床的基本概念,14,主要内容,组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。,计算机数控装置,1.1数控机床的基本概念,15,主要内容,伺服单元和驱动装置：主轴伺服单元和主轴电机进给伺服单元和进给电机检测装置：位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用：保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令；进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）；主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）。,1.1数控机床的基本概念,16,主要内容,PLC、机床I/O电路和装置-PLC(ProgrammableLogicController)用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制；-机床I/O电路和装置实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）;-功能接受CNC的M、S、T指令,对其进行译码并转换成对应的控制信号,控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号,送给CNC装置,经其处理后,输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。,1.1数控机床的基本概念,17,1.1数控机床的基本概念1.2数控机床的构成与分类1.3数控机床加工原理1.4数控机床加工特点及应用范围,第1章概论,18,1.2数控机床组成与分类,19,主要内容,点位控制(PointtoPointControlSystems),按运动控制方式分类,仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。,1.2数控机床组成与分类,20,主要内容,直线控制：(LineControlSystems)不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45角的方向进行直线移动和切削加工。,按运动控制方式分类:,1.2数控机床组成与分类,21,主要内容,轮廓控制(ContouringControlSystems)对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。,按运动控制方式分类:,1.2数控机床组成与分类,22,两坐标加工,二轴半或三坐标加工,四坐标加工,五坐标加工,按联动轴数分类,1.2数控机床组成与分类,23,主要内容,开环控制(Open-LoopServo-Drive),特点:没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜,精度不高。,电机,机械执行部件,A相、B相C相、,f、n,CNC插补指令,脉冲频率f脉冲个数n换算,脉冲环形分配变换,功率放大,按伺服系统方式分类,1.2数控机床组成与分类,24,步进电机,步进电机,1.2数控机床组成与分类,25,半闭环控制(Half-Closed-LoopServo-Drive),速度控制,电路,工作台,伺服电机,位置比较,电路,指令脉冲,速度反馈,位置反馈,检测元件,按伺服系统方式分类:,特点:带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部;不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。,1.2数控机床组成与分类,26,交流伺服电机,1.2数控机床组成与分类,27,主要内容,闭环控制(Closed-LoopServo-Drive),特点:带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。,按伺服系统方式分类,1.2数控机床组成与分类,28,光栅尺,光栅尺,1.2数控机床组成与分类,29,主要内容,步进电机、开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10mmin以下。,按功能水平分类:,经济型,普及型,伺服电机、半闭环驱动，4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1m，进给速度为15-24mmin，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。,高档型,伺服电机、闭环驱动，并开始采用直线电机，实现5轴以上联动，脉冲当量为0.1-1m，进给速度达40mmin以上。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。,1.2数控机床组成与分类,30,主要内容,分为：,按工艺方法分:,普通数控机床加工中心,金属切削数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床,或分为：,1.2数控机床组成与分类,31,主要内容,按工艺方法分,普通车床,普通铣床,1.2数控机床组成与分类,32,主要内容,按工艺方法分,车削加工中心,铣削加工中心,1.2数控机床组成与分类,33,主要内容,按工艺方法分,磨削,1.2数控机床组成与分类,34,主要内容,（慢走丝）线切割,1.2数控机床组成与分类,35,主要内容,激光切割加工,1.2数控机床组成与分类,36,主要内容,水刀切割,1.2数控机床组成与分类,37,1.1数控机床的基本概念1.2数控机床的构成与分类1.3数控机床加工原理1.4数控机床加工特点及应用范围,第1章概论,38,1.3数控机床加工原理,数控加工与传统加工的比较,传统加工,数控加工,39,工艺处理,加工图纸,数学处理,编程手册,数控编程,程序仿真,输入装置,加工程序,毛坯或半成品,数控系统,数控机床,程序编制,成品,译码、数据处理、插补、伺服驱动,N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;,数控加工零件的过程,1.3数控机床加工原理,40,数控加工中数据转换过程,1.3数控机床加工原理,41,译码(Decode)译码程序的主要功能是将用文本格式（通常用ASCII码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构（格式）。该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。,1.3数控机床加工原理,N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;,01001011000101111101011101010110000011101;,42,刀补处理(计算刀具中心轨迹)用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的程序。,1.3数控机床加工原理,43,插补计算本模块以系统规定的插补周期t定时运行，它将由各种线形（直线，园弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在t内位移指令（X1、Y1、），并送给进给伺服系统，实现成形运动。,1.3数控机床加工原理,44,PLC控制PLC控制是对机床动作的“顺序控制”。即以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行等进行的控制。,1.3数控机床加工原理,45,指令输出将计算出ti在时间内的和作为指令输出给Y轴，以控制它们联动。即：XiX轴；YiY轴只要能连续自动地控制X，Y两个进给轴在ti时间内移动量，就可以实现曲线轮廓零件的加工。,1.3数控机床加工原理,46,1.1数控机床的基本概念1.2数控机床的构成与分类1.3数控机床加工原理1.4数控机床加工特点及应用范围,第1章概论,47,主要内容,适应性、灵活性好精度高、质量稳定生产效率高劳动强度低、劳动条件好有利于现代化生产与管理使用、维护技术要求高,1.4数控机床的加工特点及应用范围,数控机床的特点:,48