网络班—数控技术电子讲稿21.ppt

上午11时7分 数控技术 1 数控技术 主讲老师 王志斌南京机电职业技术学院 机电学院 上午11时7分 数控技术 2 课程的主要结构 第一章数控技术概述第二章数控加工程序的编制第三章计算机数控装置 CNC 第四章进给伺服系统第五章数控机床的机械结构 上午11时7分 数控技术 3 教材和参考书 教材 廖效果 刘又午 数控技术 湖北科学技术出版社武汉 2000参考书 李斌 数控加工技术 北京高等教育出版社北京 2001廖效果 朱启逑 数字控制机床 华中理工大学出版社武汉 1992 上午11时7分 数控技术 4 参考资料网址 中国数控在线 数控论坛 华中数控 上海开通数控 南京数控 深圳福斯特数控 http www first 上午11时7分 数控技术 5 西门子 法那克 中国制造业信息化网 http www e 中国制造协作网 中国机械信息网 参考资料网址 上午11时7分 数控技术 6 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 7 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介第二节数控加工原理第三节数控机床的分类第四节数控技术的发展动向 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 8 第一章数控技术概述 本章提要 本章主要介绍数控技术 数控装备的基本概念 体系结构 工作原理及分类 数控技术及数控装备 机床 的发展动向 数控技术对国民经济的意义 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 9 第一节数控技术简介 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 10 第一章数控技术概述 数控技术是什么 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 11 光刻机 印刷机 键合机 绣花机 包装机 铣床 车床 加工中心 刀 机器人 CT 第一章数控技术概述 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 12 第一节数控技术简介 一 数字控制与数控技术数字控制 NumericalControlNC 是一种借助数字 字符或其它符号对某一工作过程 如加工 测量 装配等 进行可编程控制的自动化方法 数控技术 NumericalControlTechnology 采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 13 数控装备 NumericalControlMachineTools 是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备 其中数控机床是数控技术应用的经典例子 数控系统 NumericalControlSystem 实现数字控制的装置 计算机数控系统 ComputerNumericalControlCNC 是以计算机为核心的数控系统 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 14 第一章数控技术概述 二 数控系统与数控装备的组成 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 15 1 操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具 组成 工程面板 状态灯 按键阵列 功能与计算机键盘一样 和显示器 它是数控机床特有部件 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 16 2 控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置 交互的信息通常是零件加工程序 即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上 数控机床常用的控制介质和输入输出设备有 穿孔纸带 磁带 磁盘等 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 17 3 通讯现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外 一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力 它们是实现CAD CAM的集成 FMS和CIMS的基本技术 采用的方式有 串行通讯 RS 232等串口 自动控制专用接口和规范 DNC方式 MAP协议等 网络技术 internet LAN等 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 18 4 CNC装置 CNC单元 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 如运动轨迹处理 机床输入输出处理等 然后输出控制命令到相应的执行部件 伺服单元 驱动装置和PLC等 所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合 合理组织 使整个系统有条不紊地进行工作的 CNC装置是CNC系统的核心 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 19 5 伺服单元 驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量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 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 20 6 PLC 装备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 它由硬件和软件组成 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 控制辅助装置完成装备相应的开关动作接受操作面板和装备侧的I O信号 送给CNC装置 经其处理后 输出指令控制CNC系统的工作状态和装备的动作 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 21 三 机械装备机械部分 数控装备的主体 是实现制造加工的执行部件 以机床为例 组成 由主运动部件 进给运动部件 工作台 拖板以及相应的传动机构 支承件 立柱 床身等 以及特殊装置 刀具自动交换系统工件自动交换系统 和辅助装置 如排屑装置等 第一章数控技术概述 第一节数控技术简介 上午11时7分 数控技术 22 第二节数控加工原理 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 23 第二节数控加工原理 一 数控加工与传统加工的比较 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 24 第二节数控加工原理 二 数控加工中数据转换过程 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 25 第二节数控加工原理 1 译码 解释 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 它主要包括 X Y Z等坐标值 进给速度 主轴转速 G代码 M代码 刀具号 子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 26 第二节数控加工原理 2 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 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 27 第二节数控加工原理 3 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 圆弧等 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 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 28 第二节数控加工原理 4 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 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 29 内容小结 1 几个基本概念数字控制 数控机床 2 数控系统与数控装备的组成 各部分之间的关系 及其基本功能 3 数控加工中数据转换过程中的主要步骤 以及每个步骤的主要功能 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 30 习题与思考题 1 名词解释 数字控制 数控技术 数控装备 数控系统2 NC机床由哪儿部分组成 试用框图表示各部分之间的关系 并简述各部分的基本功能 3 试用框图表示数控加工中数据转换过程中的主要步骤 并简述每个步骤的主要功能 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 31 第三节数控机床的分类 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 32 第三节数控机床的分类 数控机床的种类很多 从不同角度对其进行考查 就有不同的分类方法 通常有以下几种不同的分类方法 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 33 第三节数控机床的分类 一 按工艺用途分类切削加工类 如数控铣床 数控车床 数控磨床 加工中心 数控齿轮加工机床 FMC等 成型加工类 数控折弯机 数控弯管机等 特种加工类 数控线切割机 电火花加工机 激光加工机等 其它类型 数控装配机 数控测量机 机器人等 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 34 第三节数控机床的分类 二 按控制功能分类点位控制数控系统仅能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 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 35 第三节数控机床的分类 直线控制数控系统能实现点位控制数控系统的功能能实现沿平行某个坐标轴 如X Y Z 或两轴等速的方向进行加工 适用范围 数控镗铣床 数控组合机床等 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 36 第三节数控机床的分类 轮廓控制数控系统轮廓控制 连续控制 系统 具有控制几个进给轴同时谐调运动 坐标联动 使工件相对于刀具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的数控系统 适用范围 数控车床 数控铣床 加工中心等用于加工曲线和曲面的机床 现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 37 第三节数控机床的分类 三 按联动轴数分 2轴联动 平面曲线 3轴联动 空间曲面 球头刀 4轴联动 空间曲面 5轴联动及6轴联动 空间曲面 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 38 第三节数控机床的分类 四 按进给伺服系统的类型分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统 在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 39 第三节数控机床的分类 开环数控系统没有位置测量装置 信号流是单向的 数控装置 进给系统 故系统稳定性好 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 40 第三节数控机床的分类 无位置反馈 精度相对闭环系统来讲不高 其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件 这类系统具有结构简单 工作稳定 调试方便 维修简单 价格低廉等优点 在精度和速度要求不高 驱动力矩不大的场合得到广泛应用 一般用于经济型数控机床 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 41 第三节数控机床的分类 半闭环数控系统半闭环数控系统的位置采样点如图所示 是从驱动装置 常用伺服电机 或丝杠引出 采样旋转角度进行检测 不是直接检测运动部件的实际位置 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 42 第三节数控机床的分类 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节 因此可获得稳定的控制性能 其系统的稳定性虽不如开环系统 但比闭环要好 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除 因此 其精度较闭环差 较开环好 但可对这类误差进行补偿 因而仍可获得满意的精度 半闭环数控系统结构简单 调试方便 精度也较高 因而在现代CNC机床中得到了广泛应用 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 43 第三节数控机床的分类 全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示 直接对运动部件的实际位置进行检测 第一章数控机床概述 上午11时7分 数控技术 44 第三节数控机床的分类 从理论上讲 可以消除整个驱动和传动环节的误差 间隙和失动量 具有很高的位置控制精度 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性 刚性和间隙都是非线性的 故很容易造成系统的不稳定 使闭环系统的设计 安装和调试都相当困难 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床 超精车床 超精磨床以及较大型的数控机床等 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 45 第四节数控技术的发展动向 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 46 第四节数控技术的发展动向 一 产生背景从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有 自动机床 组合机床 专用自动生产线 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 47 第四节数控机床的发展动向 这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度 提高了劳动生产率 促进了制造业地发展 但它也存在固有的缺点 初始投资大 准备周期长 柔性差 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 48 第四节数控技术的发展动向 数控技术产生和发展的内在动力 市场竞争日趋激烈 产品更新换代加快 大批量产品越来越少 小批量产品生产的比重越来越大 迫切需要一种精度高 柔性好加工设备来满足上述需求 数控技术产生和发展的技术基础 电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础 数控技术正是在这种背景下诞生和发展起来的 它的产生给自动化技术带来了新的概念 推动了加工自动化技术的发展 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 49 第四节数控技术的发展动向 二 发展沿革1952年 Parsons公司和M I T合作研制了世界上第一台三座标数控机床 1955年 第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来 从1952年至今 NC机床按NC系统的发展经历的五代 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 50 第四节数控技术的发展动向 第一代 1955年NC系统以电子管组成 体积大 功耗大 第二代 1959年NC系统以晶体管组成 广泛采用印刷电路板 第三代 1965年NC系统采用小规模集成电路作为硬件 其特点是体积小 功耗低 可靠性进一步提高 以上三代NC系统 由于其数控功能均由硬件实现 故历史上又称其为 硬线NC 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 51 第四节数控技术的发展动向 第四代 1970年NC系统采用小型计算机取代专用计算机 其部分功能由软件实现 它具有价格低 可靠性高和功能多等特点 第五代 1974年NC系统以微处理器为核心 不仅价格进一步降低 体积进一步缩小 使实现真正意义上的机电一体化成为可能 这一代又可分为六个发展阶段 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 52 第四节数控技术的发展动向 1974年 系统以位片微处理器为核心 有字符显示 自诊断功能 1979年 系统采用CRT显示 VLIC 大容量磁泡存储器 可编程接口和遥控接口等 1981年 具有人机对话 动态图形显示 实时精度补偿功能 1986年 数字伺服控制诞生 大惯量的交直流电机进入实用阶段 1988年 采用高性能32位机为主机的主从结构系统 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 53 1994年 基于PC的NC系统诞生 使NC系统的研发进入了开放型 柔性化的新时代 新型NC系统的开发周期日益缩短 20世纪末 21世纪初 开放式系统规范 NGC OMAC OSACA OSEC 和数控系统新标准 STEP NC等 相继开展研究和开发 它是数控技术发展的又一个里程碑 第四节数控技术的发展动向 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 54 第四节数控技术的发展动向 三 发展趋势进入20世纪90年代以来 随着国际上计算机技术突飞猛进的发展 数控技术不断采用计算机 控制理论等领域的最新技术成就 使其朝着下述方向发展 运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化驱动并联化交互网络化 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 55 第四节数控技术的发展动向 速度和精度是数控设备的两个重要指标 它们是数控技术永恒追求的目标 因为它直接关系到加工效率和产品质量 新一代数控设备在运行高速化 加工高精化等方面都有了更高的要求 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 56 第四节数控技术的发展动向 运行高速化 使进给率 主轴转速 刀具交换速度 托盘交换速度实现高速化 并且具有高加 减 速率 进给率高速化 在分辨率为1 m时 Fmax 240m min 在Fmax下可获得复杂型面的精确加工 在程序段长度为1mm时 Fmax 60m min 并且具有1 5g的加减速率 主轴高速化 采用电主轴 内装式主轴电机 即主轴电机的转子轴就是主轴部件 主轴最高转速达200000r min 主轴转速的最高加 减 速为1 0g 即仅需1 8秒即可从0提速到15000r min 换刀速度0 6秒 刀到刀 2 8秒 切削到切削 工作台 托盘 交换速度4 3秒 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 57 第四节数控技术的发展动向 加工高精化 提高机械设备的制造和装配精度 提高数控系统的控制精度 采用误差补偿技术 提高CNC系统控制精度 采用高速插补技术 以微小程序段实现连续进给 使CNC控制单位精细化 采用高分辨率位置检测装置 提高位置检测精度 日本交流伺服电机已有装上106脉冲 转的内藏位置检测器 其位置检测精度能达到0 01 m 脉冲 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法 采用误差补偿技术 采用反向间隙补偿 丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术 研究结果表明 综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60 80 三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为 0 1 m 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 58 第四节数控技术的发展动向 功能复合化复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法 镗铣钻复合 加工中心 ATC 五面加工中心 ATC 主轴立卧转换 车铣复合 车削中心 ATC 动力刀头 铣镗钻车复合 复合加工中心 ATC 可自动装卸车刀架 铣镗钻磨复合 复合加工中心 ATC 动力磨头 可更换主轴箱的数控机床 组合加工中心 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 59 第四节数控技术的发展动向 控制智能化随着人工智能技术的不断发展 并为满足制造业生产柔性化 制造自动化发展需求 数控技术智能化程度不断提高 具体体现在以下几个方面 加工过程自律控制技术加工参数的智能优化与选择智能故障诊断与自修复技术智能化交流伺服驱动装置 第一章数控技术概述 上午11时7分 数控技术 60 第四节数控技术的发展动向 体系开放化定义 IEEE 具有在不同的工作平台上均能实现系统功能 且可以与其他的系统应用进行互操作的系统 开放式数控系统特点 系统构件 软件和硬件 具有标准化 Standardization 与多样化 Diversification 和互换性 Interchangeability 的特征允许通过对构件的增减来构造系统 实现系统 积木式 的集成 构造应该是可移植的和透明的