数控技术概论ppt课件

.,1,第一章数控技术基础,11概述1.数字控制,数字控制（NumericalControl，简称为NC)，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法。是现代化工业生产中的一门发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术应用于传统制造产业和新兴制造业形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。,.,2,其技术范围所覆盖的领域有机械制造技术，微电子技术，信息处理、加工、传输技术，自动控制技术，伺服驱动技术，检测监控、传感器技术，软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最展本的装备。它在提高生产率、降低成本、保证加工质量及改善工人劳动强度等方面都有突出的优点，特别是在适应机械产品迅速更新换代、小批量、多品种生产方面，各类数控装备是实现先进制造技术的关键。,.,3,数控技术发展概述,20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是本世纪内制造业发展的最重大的技术进步。从1952年美国第l台数控铣床问世至今已经历了50余年。数控设备包括车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界助产量有10万一20万台，产值上百亿美元。它经过50余年的2个阶段和6代的发展历程。,.,4,第l阶段是硬件数控(NC)：第1代，1952年的电子管；第2代1959年的晶体管分离元件；第3代，1965年的小规模集成电路。第2阶段是软件数控(CNC)：第4代，1970年的小型计算机，第5代1974年的微处理器；第6代，1990年的基于个人PC机。第6代的系统优点主要有以下几方面；元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到5104h以上；基于PC平台，技术进步快。升级换代容易；提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很竞的领域(如CAD，CAM，CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等)；对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。,.,5,数控技术包括数控系统、数控机床及外围技术，其组成如图1.1所示,.,6,2.数控机床,数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床.。国际信息处理联盟(InternationalFederrationofInformationProcessing,IFIP)第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。,.,7,1.2数控机床1.2.1数控机床的系统组成及其各部分功能,1.数控加工的过程数控机床完成零件加工的过程：,.,8,主要内容包括：1)根据被加工零件图样中所规定的零件的形状、尺寸、材料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程、刀具相对工件的运动轨迹、切削参数以及辅助动作顺序等、进行零件加工的程序设计。2)用规定的代码和程序格式编写零件加工程序单，或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件3)按照程序单上的代码制备控制介质(制作穿孔带、磁盘等)。4)程序的输入或传输，通过输入装置把变为数字信息的加工程序输入给数控系统。5)启动机床后，数控系统根据输入的信息进行一系列的运算和控制处理，将结果以脉冲形式送往机床的伺服机构（如不及电机、直流伺服电机、电液脉冲马达等）6)伺服机构驱动机床的运动部件，是机床按程序预订的轨迹运动，从而加工出合格的零件。,.,9,原理：数控机床的加工，是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件程序的要求，是坐标移动若干个最小位移量（即控制刀具运动轨迹），从而实现刀具与工件的相对运动，完成对零件的加工。,.,10,2.数控机床的组成,数控机床一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统、机床本体、测量反馈装置五部分组成，如图1.31）信息载体又称控制介质，反应了数控加工中全部信息。常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。2）计算机数控系统是机床实现自动加工的核心，由硬件和软件组成。数控系统控制机床的运动概括为：A.机床主运动B.机床的进给运动C.刀具的选择和刀具的补偿D.其他辅助运动E.故障自诊断F.通信和联网功能,图1.3数控机床的组成,.,11,3）伺服系统：是数控系统和机床本体之间的电器连接环节，一般由驱动电路和伺服电动机组成，并与机床上的进给传动链组成数控机床的进给系统。4）测量反馈装置由测量部件和相应的测量电路组成，检测速度和位移并反馈给数控装置5）机床本体指机械结构实体，由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身、立柱等部分组成。为保证数控机床功能的充分发挥，还有一些配套部件（冷却、排屑、防护、照明、储运等一系列装置）和辅助装置（编程机、对刀仪等）。,.,12,1.2.2数控机床的分类,一.按机床运动的控制轨迹分类1.点位控制的数控系统只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间的运动轨迹没有严格要求。移动过程中不进行切削。移动过程的定位方式有：,图1.4点位控制定位方式,.,13,2.直线控制数控系统直线控制数控机床的特点是除了控制点与点之间的准确定位外还要控制两点之间移动的速度和路线。运动路线是一条与机床坐标轴平行的直线，即同时控制的坐标轴只有一个，而且对移动的速度也要进行控制，移动过程中刀具能以指定的进给速度进行切削。比较简单的数控车床、数控铣床及数控磨床等都属于该类数控系统。,图1.5点位控制,图1.6直线控制,.,14,3.轮廓控制系统又称连续控制数控系统，特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移及速度同时进行控制，即对刀具与工件相对移动的轨迹进行连续控制，能加工曲面、凸轮、锥度等复杂形状的零件，数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心等均采用轮廓控制系统。核心装置是插补器按给定的尺寸和加工速度，通过插补运算器的数学处理，用脉冲信号使刀具或工件走任意直线或圆弧，分为直线插补器和圆弧插补器。高级的轮廓控制系统的插补器还具有抛物线、螺旋线等复杂曲线的插补功能。,.,15,根据同时控制且相互独立的轴数，分为以下几种形式：1）二轴联动：同时控制两个轴，主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。2）二轴半联动：两个轴连续控制，第三个轴点位或直线控制，作周期性进给,图1.7数控铣床的轮廓加工轨迹,图1.8二轴半联动的加工,.,16,3）三轴联动：同时控制X、Y、Z三个平动坐标（数控铣床、加工中心等）或者两平动坐标轴加一旋转坐标轴（如车削加工中心）。4）四轴联动：同时控制四个坐标运动，三个平动坐标，再加一个旋转坐标。图为三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床。,图1.9三轴联动的曲面加工,图1.20四轴联动的数控机床,.,17,5）五轴联动：X、Y、Z三个平动坐标+A、B、C其中两个旋转坐标。刀具可以被定在空间任意方向，在一次装夹下，可以完成任意方向的加工，且由于刀具可以按数学规律导向，使之垂直于任何双曲线平面，因此特别适合加工透平叶片、机翼等。,图1.21五轴联动的数控加工,.,18,二.按伺服控制的方式分类1.开环控制系统伺服驱动没有检测反馈装置，一般其驱动电机为步进电动机。以变换脉冲来控制位移量、位移速度及方向。,1.22开环控制系统框图,.,19,2.半闭环控制系统位置反馈采用转角检测元件，直接装在丝杠或伺服电机上，测量丝杠或电动机轴的转动量，间接的测量工作台的移动量。优点是不受工作台移动量的限制，角位移测量元件制成360，可循环使用。,图1.23半闭环控制系统框图,.,20,3.闭环控制系统如图1.24，采用直线位移测量元件测量机床移动部件工作台（或主轴箱）的位置，并将测量结果送回，与数控装置命令的移动量相比较，二者不相等有差值时将此差值放大，控制伺服电机带动工作台继续移动，直至测量值与命令值相等，差值为零或接近于零时停止移动。理论上，闭环伺服系统的精度取决于测量元件的精度，但实际上机床的结构、传动装置以及传动间隙等非线性因素都会影响精度，严重的还会使闭环伺服系统的品质下降甚至引起震荡。主要应用于精度要求很高的数控坐标镗床、数控精密磨床等。,图1.24闭环控制系统,.,21,三.按数控系统功能水平分类,按数控系统的功能水平，可以分为经济型（低档型）、普及型（中档型）和高档型三类。分类方法没有明确定义和确切的分类接线。,图1.25数控系统功能水平分类,.,22,四.按工艺用途分类1.金属切削类采用车、铣、镗、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。根据能否自动换刀又分为普通型数控机床（数控车床、铣床、磨床等）和加工中心（镗/铣类加工中心，车削加工中心，钻削加工中心等）。2.金属成型类采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床（有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等）3.特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成型机、火焰切割机、数控激光加工机等。4.其他类型测量绘图类，主要有数控三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。,.,23,五.按所用数控装置的构成方式分类1.硬线数控系统硬线数控系统使用硬线数控装置，它的输入处理、插补运算和控制功能都由专用的固定组合逻辑电路来实现，不同功能的机床，其组合逻辑电路也大不相同。改变或增减控制、运算功能时需要改变数控装置的硬件电路，因此通用性和灵活性差，制造周期长，成本高。20世纪70年代初期以前的数控机床基本上属于这种类型。2.软线数控系统软线数控系统也称为计算机数控系统，它使用软线数控装置：这种数控装置的硬件电路是由小型或微型计算机再加上通用或专用的大规模集成电路制成，数控机床的主要功能几乎全部由系统软件来实现，所以不同功能的数控机床其系统软件也就不同，而修改或增减系统功能时，也不需要变动硬件电路，只需要改变系统软件，因此具有较高的灵活性。同时由于硬件电路基本上是通用的，有利于大量生产、提高质量和可靠性、缩短制造用期和降低成本。从20世纪70年代中期以后，随着微电子技术的发展和微型计算机的出现、以及集成电路的集成度的不断提高，汁算机数控系统也得到了发展和提高，目前几乎所有的数控机床都采用软线数控系统。,.,24,1.2.3数控机床加工对象,1.数控加工的优势及特点1）可加工复杂型面的工件2）加工精度高，尺寸一致性好3）生产效率高4）减轻工人劳动强度，实现一人多机操作5）经济效益明显6）可精确计算成本和安排生产进度7）数控加工是CAD/CAM技术和先进制造技术的基础。2.适用