一数控技术概论..PPT课件

1 数控技术 长春工业大学机电学院 第一章 2 第1章数控技术概论 教材 王永章主编 数控技术 参考书目 1 张建钢主编 数控技术 华中科技大学出版社 20002 廖效果等编 数字控制机床 华中理工大学出版社 1993 3 第1章数控技术概论 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 4 第1章数控技术概论 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 5 第1章数控技术概论 引言数控技术的基本概念数控机床的工作原理及基本组成数控机床的特点和应用范围数控机床的分类数控技术的产生和发展 6 引言 第1章数控技术概论 自从20世纪中叶数控技术发明以来 它给制造业带来了革命性的变化 现在数控技术已成为制造业实现自动化 柔性化 集成化生产的基础技术 数控技术是提高产品质量 提高劳动生产率必不可少的物质手段 是国家的战略技术 基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业 21世纪机械制造业的竞争 其实质是数控技术的竞争 7 数控车床 第1章数控技术概论 8 数控铣床 第1章数控技术概论 9 加工中心 第1章数控技术概论 10 第1章数控技术概论 11 1 1 1什么是机床的数字控制 1 1数字控制的基本概念 以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作 将数字代码输入机床的数字控制装置 即控制机床的专用计算机 中去 经过计算机的计算处理 伺服控制 驱动机床各部件运动 完成上述空间直线段的加工 用这种控制技术控制的机床就称为 数控机床 例 N003G90G01X 35Y 279 3Z 429 7S1000T02F500M07 机床的数字控制是由数控系统完成的 数控系统能接收零件图纸加工要求的信息进行插补运算 实时地向各坐标轴发出速度位置控制指令 伺服驱动装置能快速响应数控装置发出的指令 驱动机床各坐标轴运动 同时能提供足够的功率和扭矩 第1章数控技术概论 12 1 1 1什么是机床的数字控制 1 1数字控制的基本概念 直线 圆弧及其它各种平面 空间轨迹 由插补指令实现 插补指令越丰富 数控功能越强 第1章数控技术概论 轨迹控制 机床的数字控制包括 轨迹控制和开关量控制 开关量控制 为配合数控加工 所需要的开关动作控制 如程序停 冷却液开停 主轴正反转等等 由辅助功能指令实现 13 1 1 2机床数字控制的原理 1 1数字控制的基本概念 数控机床的加工 首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序 然后将加工程序输入数控装置 按照程序的要求 经过数控系统信息处理 分配 使各坐标移动若干个最小位移量 实现刀具与工件的相对运动 完成零件的加工 第1章数控技术概论 14 1 1 2机床数字控制的原理 1 1数字控制的基本概念 点位控制严格控制点到点之间的距离 而与所走的路径无关 第1章数控技术概论 15 1 1 2机床数字控制的原理 1 1数字控制的基本概念 不仅对坐标的移动量进行控制 而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制 以便加工出给定的轨迹 第1章数控技术概论 原理 在允许的误差范围内 从微观上看 用沿直线 精确地说 沿逼近函数 的各轴最小单位移动量合成的分段运动来代替曲线运动 从而加工出轮廓 通常最小单位量为0 001mm表示 轮廓控制 16 1 1 2机床数字控制的原理 1 1数字控制的基本概念 名词术语 第1章数控技术概论 1 点位控制 控制点到点的距离 2 轮廓控制 控制轮廓加工 实时控制位移和速度 3 分辨率 闭环数控机床的最小监测单位 也叫设定单位 它代表了数控系统和数控机床的精度 脉冲当量 数控系统中 一个指令脉冲代表的位移量 开环 插补 是用被加工轨迹的有限信息 如起点和终点之间 计算插进刀具运动的许多中间点 进行数据点的密化工作 然后用已知线型逼近 如直线 圆弧等 插补的两层含义 基本线型的形成及如何分段逼近 17 1 1 2机床数字控制的原理 1 1数字控制的基本概念 名词术语 第1章数控技术概论 基本线型 如直线插补 圆弧插补 抛物线插补 螺旋线插补 极坐标插补 圆柱插补 样条插补 曲面直接插补 纳米插补 光顺插补等 插补指令越多 越能实现复杂曲面的加工 直线插补 数控机床加工时 刀具运动轨迹是直线的 称为直线插补 圆弧插补 数控机床加工时 刀具运动轨迹是圆弧的 称为圆弧插补 另外还有样条插补 抛物线插补 曲面插补等 18 第1章数控技术概论 1 1 3数控机床的组成 1 1数字控制的基本概念 19 第1章数控技术概论 1 1 3数控机床的组成 1 1数字控制的基本概念 20 第1章数控技术概论 1 1数字控制的基本概念 21 第1章数控技术概论 1 1 3数控机床的组成 1 1数字控制的基本概念 22 第1章数控技术概论 23 第1章数控技术概论 数控车床与普通车床的传动系统比较 24 第1章数控技术概论 数控车床与普通车床的传动系统比较 25 第1章数控技术概论 数控车床与普通车床的传动系统比较 从卧式普通车床和数控车床的传动系统示意图可以看出 数控车床与普通车床相比 传动链简单清晰 其主轴转动和进给轴移动分别由主轴电机和进给电机来驱动 而辅助运动 都是由数控系统中的可编程控制器 PLC 来控制完成的 如主轴卡盘的松紧和尾座顶尖的伸缩是通过PLC控制液压系统的液压缸来完成的 从刀库中选刀和换刀同样是经M 辅助指令 指令与T 换刀指令 指令由PLC功能指令来完成 26 第1章数控技术概论 27 第1章数控技术概论 28 第1章数控技术概论 1 1 4数控机床的特点 1 数控加工的优越性 1 小批量而又轮番生产的零件 2 几何零件复杂的零件 3 加工过程中必须进行多种工序加工的零件 4 切削余量大的工件 5 公差范围小的零件 6 工艺设计会以常变化的零件 7 加工过程中会造成严重浪费的贵重零件 8 需全部检测的零件等 1 1数字控制的基本概念 29 第1章数控技术概论 2 数控机床的优势 1 适应性和灵活性强 2 按预先编好的程序进行自动加工 减少人员的干预 加工一致性好 重复精度高 3 高度自动化 高效率的机床 4 更换加工零件时 只要更换加工程序即可 5 可在一次装夹中完成多工位 多面 多刀加工 6 数控机床是一种高新技术装备 要求工作人员有较高的专业知识和技能 1 1数字控制的基本概念 30 1 2数控机床的分类 1 2 1按加工方式分类 第1章数控技术概论 1 切削机床类 如数控车床 铣床 镗床 钻床和加工中心等 2 成型机床类 如数控冲压机 弯管机 折弯机等 3 特种加工机床类 如数控电火花 线切割 激光加工机床等 4 其它机床类 如数控等离子切割 火焰切割 点焊机 三坐标测量机等 31 1 2数控机床的分类 1 2 2按控制系统功能分类 第1章数控技术概论 1 点位控制数控机床 2 点位直线控制数控机床 32 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 3 轮廓控制数控机床 33 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 1 开环控制数控机床 34 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 2 闭环控制数控机床 35 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 3 半闭环控制数控机床 36 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 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 37 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 两轴半加工 38 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 39 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 40 1 2数控机床的分类 第1章数控技术概论 41 1 2数控机床的分类 1 2 3按伺服控制方式分类 第1章数控技术概论 42 1 2数控机床的分类 1 2 4按数控系统的功能水平分类 第1章数控技术概论 43 1 2数控机床的分类 1 2 5按数所用控装置的构成分类 第1章数控技术概论 44 1 3数控技术产生与发展及技术水平 1 3 1数控机床的产生与发展1 数控机床的出现 第1章数控技术概论 世界上第一台数控机床是为满足航空工业加工复杂零件的加工而产生的 1948年 美国巴森兹公司在研制加工直升飞机叶片轮廓时 提出了数控机床的初步设想 后来 受空军委托与麻省理工学院 MIT 合作开始了将三坐标铣床数控化的研究工作 1952年 研制出了世界上第一台数控机床 45 第1章数控技术概论 2 数控技术发展的几个主要阶段 1952年 电子管控制数控机床1959年 晶体管控制数控机床 加工中心加工中心 带有自动换刀装置的数控机床 60年代 集成电路数控机床70年代 计算机数控机床80年代 计算机集成制造系统 和 1 3数控技术产生与发展及技术水平 46 第1章数控技术概论 1 计算机直接数控系统 DirectNumericalControl 使用一台计算机为多台数控机床进行自动编程 编程结果直接通过电缆输送给各台数控机床的数控箱 中央计算机具有足够的内存容量 因此可统一存储和管理大量的零件程序 利用分时操作系统 中央计算机可以同时完成一群数控机床的管理与控制 也称为计算机群控系统 1 3数控技术产生与发展及技术水平 47 第1章数控技术概论 柔性制造系统 柔性制造系统 即计算机群控自动线 FlexibleManufacturingSystem 是将一群数控机床用自动传送系统连接起来 并置于一台主计算机的统一控制之下 开成一个用于制造的整体 其特点是由一台主计算机对全系统的硬 软件进行管理 采用 方式控制两台或两台以上的数控加工中心机床 对各台机床之间的工件有调度和传送功能的系统 利用交换工作台或工业机器人等装置实现零件的自动上料和下料 能使机床每天 小时在无人或极少人的监督控制下进行生产 1 3数控技术产生与发展及技术水平 48 第1章数控技术概论 计算机集成制造系统 ContemporaryIntegratedManufacturingSystem 计算机集成制造系统是指用最先进的计算机技术 控制从订货 设计 工艺 制造到销售的全过程 以实现住处系统一体化的高效率的柔性集成制造系统 它是在生产过程自动化 如计算机辅助设计 计算辅助工艺规程设计 计算机辅助制造 柔性制造系统等发展的基础上 加上其它管理住处系统的发展 逐步完善的有各种类型计算机及其软件系统的分析 控制能力 可把全厂的生产活动联系起来 最终实现全厂性的综合自动化 1 3数控技术产生与发展及技术水平 49 第1章数控技术概论 3 我国数控技术发展概况 我国从1958年开始研制数控机床 一些高等院校 科研单位 企业从采用电子管着手 到60年代曾研究出部分样机 1965年开始研制晶体管数控系统 到70年代开始在车 铣 钻 镗 磨 齿轮加工 电加工领域全面展开 但这一时期未能广泛推广 80年代初随着改革开放政策的实施 我国从国外引进技术 开始了批量生产微处理机数控系统 推动了我国数控机床的发展 使数控机床在性能和质量上产生了质的的飞跃 80年代末 我国还在一定范围内探索实施CIMS 且取得了一些有益的经验和效益 90年代我国还加强了自主知识产权数控系统的研制工作 而且取得一定的成效 如在五轴联动数控系统 高精度车床数控系统 数字仿形系统 中低档数控系统等方面部取得了较好的成果 1 3数控技术产生与发展及技术水平 50 第1章数控技术概论 1 3数控技术产生与发展及技术水平 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 51 第1章数控技术概论 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 1 3数控技术产生与发展及技术水平 52 第1章数控技术概论 1 3数控技术产生与发展及技术水平 驱动并联化并联加工中心 又称6条腿数控机床 虚轴机床 是数控机床在结构上取得的重大突破 53 第1章数控技术概论 1 3数控技术产生与发展及技术水平 特点并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物 由于它没有传统机床所必需的床身 立柱 导轨等制约机床性能提高的结构 具有现代机器人的模块化程度高 重量轻和速度快等优点 54 第1章数控技术概论 交互网络化支持网络通讯协议 既满足单机需要 又能满足FMC FMS CIMS对基层设备集成要求的数控系统 该系统是形成 全球制造 的基础单元 网络资源共享 数控机床的远程 网络 控制 基于网络的数字化服务 数控机床的远程监视 故障诊断 远程网络培训与教学 电子商务 55 第1章数控技术概论 1 3 2数控技术发展趋势 1 3数控技术产生与发展及技术水平 56 第1章数控技术概论 1 3 2数控技术发展趋势 1 3数控技术产生与发展及技术水平 57 第1章数控技术概论 1 3 2数控技术发展趋势 1 3数控技术产生与发展及技术水平 58 第1章数控技术