《数控原理与数控系统》课件第01章

《数控原理与数控系统》第一章绪论通过本章学习，学生可建立数控的基本概念，了解数控技术的发展过程及其发展趋势，掌握微机数控系统的组成，具备识别数控机床和普通机床的能力，了解数控系统与现代制造系统。通过本章的学习，应掌握以下内容： 机床数字控制的原理 数控系统的组成 理解不同控制方式的特点本章学习目标《数控原理与数控系统》基本概念微机数控系统数控系统与现代制造系统《数控原理与数控系统》数控简介数控的起源数控机床控制系统的组成《数控原理与数控系统》数控机床

控制系统的组成ElementsofCNCmachinecontrolsystem《数控原理与数控系统》教学目标（Objectives）掌握数控机床基本组成，使学生具备识别数控机床与普通机床的能力理解数控机床基本工作原理看懂数控机床伺服系统闭环控制方块图，使学生能够理解自动化设备的一般工作原理

《数控原理与数控系统》本课主要内容数控机床的三大控制任务数控机床控制系统的基本组成《数控原理与数控系统》

1.1基本概念1.1.1数控机床的产生背景第1章绪论1.1.2数控系统的发展

1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。

数控（NC）阶段（1952——1970）

1952年的第一代——电子管数控机床

1959年的第二代——晶体管数控机床

1965年的第三代——集成电路数控机床计算机控制（CNC）阶段（1970——现在）

1970年的第四代——小型计算机数控机床

1974年的第五代——微型计算机数控系统

1990年的第六代——基于PC的数控机床第一章绪论《数控原理与数控系统》

1.1基本概念1.1.3数控系统的组成图1-1数控系统组成框图《数控原理与数控系统》

1.1基本概念1.1.4数控系统的分类1．按运动方式分类点位控制系统

刀具AB图1-2数控钻床点位加工示意图点位直线控制系统

图1-3数控车床直线加工示意图《数控原理与数控系统》按刀架数量分类单刀架数控车床

《数控原理与数控系统》双刀架数控车床《数控原理与数控系统》机床的数字控制机床的数字控制是由数控系统完成的。数控系统包括数控装置、伺服驱动装置、可编程控制器和检测装置。一、数控装置是用于机床数字控制的特殊用途的计算机，它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控制指令及切削用量。二、伺服驱动装置能快速响应数控装置发出的指令带动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。伺服驱动装置按其工作原理可分为两种控制方式：关断控制和调节控制。1、关断控制是将指令值与实测值在关断电路的比较器中进行比较，相等后发出信号，控制结束。这种方式用于点位控制。2、调节控制是数控装置发出运动的指令信号，伺服驱动装置快速响应跟踪指令信号。三、检测装置将位移的实际值检测出来，反馈给数控装置中调节电路比较器，有差值就发出信号，不断比较指令值与反馈的实测值，不断地发出信号，直到差值为零，运动结束。这种方式用于连续轨迹控制。四、可编程控制器用于开关量控制，如主轴的启停、刀具更换和冷却液开关等。检测装置用在调节控制中，检测运动的实际值并反馈给数控装置，从而实现差值控制。从理论上讲，它的检测精度决定了数控机床的加工精度。

《数控原理与数控系统》

第二节数控机床的组成及分类

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成，如图所示。现将各组成部分简单地介绍。《数控原理与数控系统》数控机床控制系统（电柜）《数控原理与数控系统》一、数控机床的三大控制对象（任务）(Controltasks)进给运动：刀具或工作台的位置及速度主运动：主轴无级调速辅助动作：开关动作工件刀具轮廓控制加工三大控制任务《数控原理与数控系统》二、数控机床控制系统的基本组成(Elements)加工程序输入/输出装置数控（CNC）装置伺服驱动装置主轴驱动装置辅助控制装置反馈装置机床本体《数控原理与数控系统》方块图（Blockdiagram）程序载体输入装置数控装置伺服驱动装置辅助控制装置检测装置

机床（进给运动、主运动、辅助操作）主轴驱动装置《数控原理与数控系统》工作过程图示（Illustration）《数控原理与数控系统》工作过程描述(Description)数控机床进行加工，首先必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编制成数控加工程序(编程)；并用适当的方法将加工程序输入数控系统（输入）；数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作（数据处理）。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量，各状态控制的I/O信号等。伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服系统正确、快速地跟随控制信息，执行机械运动（伺服输出）；同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信息反馈至数控系统，以保证位置控制精度（反馈输入）。总之，数控机床的运行在数控系统的控制下，处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。《数控原理与数控系统》数控机床控制系统《数控原理与数控系统》1、加工程序(NCprogram)program 程序：用数控语言、按规定格式表示的一套指令，其内容是零件的几何形状和工艺描述。由若干程序段（block）构成。

《数控原理与数控系统》2、输入/输出装置(Input/Outputunit)早期：纸带阅读机/纸带穿孔机现代：①直接由操作人员通过手动数据输入（MDI）键盘输入零件程序，并且通过CRT给操作者提供信息；②软驱、FLASH卡、USB接口③采用通信方式进行零件程序的输入/输出。

《数控原理与数控系统》3、数控装置(CNCunit)

根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处理（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），从而加工出需要的零件。目前，数控装置采用的是数字计算机，包括硬件和软件。

《数控原理与数控系统》4、伺服驱动系统(Servodrive)伺服放大器伺服电动机主轴电动机将位置指令转换成坐标轴的移动《数控原理与数控系统》5、主轴驱动装置主轴驱动是速度控制系统，通常的调速范围为100：1。主轴驱动系统接收的指令，是数控装置输出的代表某一速度的模拟电压值。

《数控原理与数控系统》6、辅助控制装置(Miscellaneousunit)主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（PLC）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加工过程中的全部自动操作。辅助装置的功能通常用M代码实现。《数控原理与数控系统》7、反馈装置(Feedbackunit)今天绝大多数数控机床采用价位较低的光电数字式旋转编码器直线光栅尺是高精度的测量轴运动的光电式测量装置。

《数控原理与数控系统》8、机床本体(Mechanicalpart)床身立柱导轨工作台主轴箱《数控原理与数控系统》工作原理（Operatingprinciple）《数控原理与数控系统》实例：FANUC0i系统《数控原理与数控系统》实例：SIEMENS840DUmrichter

SIMODRIVE611digitalmitCNC

SINUMERIK840DE/R-ModulNCULeistungsteilBedientafelfront

mitPCU20/50/70Drehstrom-

ServomotorenPeripherie

SIMATICS7-300Drehstrom-

Hauptspindelmotor《数控原理与数控系统》二、数控机床伺服控制《数控原理与数控系统》闭环负反馈控制《数控原理与数控系统》自动控制系统基本概念被控对象：指被控制的机器设备或生产过程。被控量：指表征被控对象工况的、需要加以控制的物理量，通常作为系统的输出量。给定值：指被控量的期望值，作为系统的输入量。实际值:指被控量的实际值,作为系统的反馈输入量。控制装置：指能够通过对被控对象实施操纵、从而完成控制任务的外部装置。执行机构：电动机控制系统：指有机结合在一起的被控对象和控制装置构成的总体。《数控原理与数控系统》闭环控制系统的各组成环节（1）给定环节：产生给定信号的环节或元件。（2）反馈环节：对系统被控量进行测量并转换为与相应输入信号一致的反馈信号的环节或元件。（3）比较环节：对系统输入量和反馈量进行加、减运算求取误差的环节或元件。（4）放大环节：对偏差信号进行电压放大和功率放大的环节或元件。（5）执行机构：直接对被控对象进行操作从而对系统产生实际控制作用的环节或元件。（6）校正环节：用于改善系统性能的环节，一般是电子电路形式。（7）被控对象：控制系统所要操纵的机器设备或生产过程，它的输出量即为系统的被控量。《数控原理与数控系统》1、数控机床伺服控制方块图(Automaticcontrolblockdiagram)位置控制器速度调节器功率放大器伺服电动机指令位置实际位置编码器工作台《数控原理与数控系统》2、进给驱动的三种控制方式

(Threetypesoffeeddrive)开环（全）闭环半闭环《数控原理与数控系统》开环(Open-loopcontrol