数控 PPT课件

1 数控技术 主讲 苏旭武 湖北工业大学机械工程学院 何雪明主编华中科技大学出版社2011年8月第二版 2 第一章绪论1 1数控技术的产生及特点 1 1 1数控技术的产生上世纪40年代以来 生产力迅速发展 人们要加工的零件越来越多 零件形状也越来越复杂 原来用自动专用机床和仿形机床去满足要求现在显得力不从心 因此 灵活 通用 高精度 高效率的 柔性 自动化生产技术 数控技术应运而生 1948年美国Parsons受军方委托研制直升机叶片轮廓检验样板的机床 他们与MIT合作 提出用计算机控制机床加工复杂曲线的新理念 并于1952年研制出第一台立式数控铣床 1955年实现该机床的产业化 由于该机床采用的是先进的数字控制技术 具有普通机床和专用机床无法比拟的优点 故数控技术具有强大的生命力 从此 数控技术在世界各地得到了迅速的发展 3 4 1 1 2数控加工的特点 1 可以加工具有复杂型面的工件2 加工精度高 质量稳定3 生产效率高 加工时间和辅助时间减少4 改善劳动条件5 有利于生产管理的现代化6 是CAD CAM技术和先进制造技术的基础 5 数控加工的对象 1 多品种单件小批量 新产品试制2 几何形状复杂的工件3 精度及表面粗糙度要求高的工件4 需要多工序加工的工件5 需要昂贵工装设备 工 夹 模具 材料 数控机床的应用范围 6 1 2数控系统的组成及分类 1 2 1数控技术的基本概念数控技术 简称数控 NumericalControl 是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法 现在又称为计算机数控 computerizednumericalcontrol CNC 数控系统 用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体为数控系统数控装置 数控系统的核心是数控装置数控机床 采用数控技术进行控制的机床CNC有三种含义1 代表一种控制技术2 代表一种控制系统的实体3 代表一种控制装置 7 1 2 2数控系统的构成 数控系统的构成如下图所示 8 1 操作面板 控制面板 操作人员与数控机床 系统 进行交互的工具操作 编程 调试或对机床参数进行设定和修改了解或查询数控机床 系统 的运行状态数控机床的一个输入输出部件 是数控机床的特有部件 它主要由按钮站 状态灯 按键阵列 功能与计算机键盘一样 和显示器等部分组成 9 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信息交互的装置 零件加工程序是交互的主要信息 以前常用的控制介质和输入输出设备 穿孔纸带 纸带阅读机和纸带穿孔机磁带 录音机磁盘 驱动器采用通信方式进行信息交换串行通信 RS232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 现场总线 WLAN等 10 3 计算机数控 CNC 装置 计算机数控系统的核心其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作者命令进行相应的处理 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 完成零件加工程序或操作者命令所要求的工作 所有这些都是由CNC装置协调配合 合理组织进行的 从而使整个系统能有条不紊地工作 它主要由计算机系统 位置控制板 PLC接口板 通讯接口板 扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成 11 4 伺服单元 驱动装置和测量装置 伺服单元和驱动装置是指主轴伺服装置和主轴电机 进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置是指位置和速度测量装置 它是实现速度闭环控制 主轴 进给 和位置闭环控制 进给 的必要装置 主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动 其控制量为速度 进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动 其控制量为速度和位置 能灵敏 准确地跟踪CNC装置的位置和速度指令是它们的共同特点特征 12 5 PLC 机床I O电路和PLC装置 用于完成与逻辑运算 顺序动作有关的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 它们共同完成以下任务 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 13 6 机床 机床是数控机床的主体 是数控系统的被控对象 是实现制造加工的执行部件 它主要由主运动部件 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 如冷却 润滑 排屑 转位和夹紧装置等 组成 数控机床机械部件的组成与普通机床相似 但传动结构和变速系统较为简单 在精度 刚度 抗震性等方面要求高 14 1 2 3数控基本原理 数控机床加工零件是按照事先编制好的加工程序单来进行的 分析图样 确定方案 工艺处理和数值计算 按规定的功能指令代码和程序段格式编写数控加工程序单 输入到数控装置数控装置将输入指令进行译码 寄存和运算后 向系统的各个坐标的伺服系统发出指令 经驱动电路放大 驱动伺服电机输出角位移及角速度 并通过执行部件的传动系统转换成工作台的直线位移 实现进给同时 数控装置通过PLC控制强电部件以进行一些辅助性工作 如 变速 切削液开停 刀具更换 排屑等 配合进给运动完成零件的自动加工 15 1 2 4数控系统的分类 1按数控装置类型分为硬线逻辑NC系统和计算机数控CNC系统2按运动方式分类1 点位控制系统 如数控钻床 冲床等2 点位直线控制系统 如平面铣床 数控磨床 数控车床 较简单 3 轮廓控制系统 2 5轴坐标联动 主流大多数数控机床 加工中心 3按伺服系统的类型1 开环控制系统2 半闭环控制系统3 闭环控制系统 16 17 4 按功能水平分类 低档 分辨率 10 m进给速度 8 15m min进给类型 开环 步进电机联动轴数 2 3主CPU 8位 通信 显示 PLC 中档 分辨率1 m半闭环系统控制高档 分辨率0 1 m闭环系统控制5轴以上联动 18 5 按用途分类 1 金属切削类设备2 金属成型类设备3 数控特种加工设备 19 1 3数控技术的发展 1 3 1机床数控系统的发展介绍1952年Parsons与麻省理工学院试制第1台数控机床其电路是电子管1955年美国空军和麻省理工学院合作 研制成功APT语言1959年采用晶体管和印刷电路板的第二代数控系统 美国K T发明带自动换刀的数控机床 加工中心 1960年采用集成电路的第三代数控系统1967年柔性加工系统FMS 英国 1970年采用小型计算机第四代数控系统CNC 多机床控制系统DNC1974年微处理器为核心的第五代数控系统 CIMS1980年数控装置可以人机对话 动态图形显示的智能数控机床 FMC柔性制造单元 其中 80年代提出的计算机集成制造CIMS的概念值得一提 企业生产的各个环节 从市场分析 产品设计 加工制造 经营管理到售后服务是一个不可分割的整体 整个生产过程实质上是一个数据的采集 传递和加工处理过程 最终形成的产品可以看成是数据的物质表现 数控机床是这个过程的节点 20 21 我国发展数控的过程 1958年开始研究数控技术 电子管 1965年开始研究晶体管数控系统70年代研制成功数控非圆齿轮插齿机及立式数控铣床80年代以来 引进技术与自行研制相结合 我国的数控技术得到明显的进步 FANUC系统比较广泛 现在我国多家机床厂均能生产5坐标联动的数控机床 我国数控技术与先进国家的差距正在缩小 22 1 3 2数控技术的发展