数控CHPPT课件

1、数控技术与数控机床,主讲教师： 张向阳 所在单位： 机械工程系 M.P :E-Mail : QQ: 1483136095,理论教学安排(计42学时): 第1章 概 论 (2学时) 第2章 数控原理与数控装置 (8学时) 第3章 数控加工与编程基础 (8学时) 第4章 数控编程实例 (10学时) 第5章 数控机床的伺服驱动系统和检测装置 (6学时) 第6章 数控机床的结构与传动 (8学时),实践教学安排(计18学时):,FANUC系统数控仿真 上机,期中考试及总复习课,(4学时),总计64学时,(南京斯沃仿真软件),数控机床的应用（韩鸿鸾 编著） 数控机床控制技术与系统

2、（王侃夫 主编） 数控控制机床 （廖效果 朱启逑 主编）,主要参考书,第1章 概 论,P1,1.1 数控技术的基本概念,1.2 数控机床的组成、分类及特点,1.3 数控技术的产生与发展,P1,21世纪机械制造业的竟争，其实质是数控技术的竟争。,概 论,覆盖领域：,(1) 机械制造技术； (2) 信息处理、加工、传输技术； (3) 自动控制技术； (4) 伺服驱动技术； (5) 传感器技术； (6) 软件技术 。,1.1.1 数控技术与数控机床,1.1 数控技术的基本概念,P1,数字控制技术(Numerical Control，简称NC) 是用数字化信息进行控制的自动控制技术 。,采用数控技术控

3、制的机床，即装备了数控系统的机床，称之为数控机床。,现代数控系统都为计算机数控系统 (Computer Numerical Control，简称CNC)。,数控机床(Numerical Control Machine Tools)是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统，从而驱动各执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。,1.1.2 数控机床的工作原理,1数控加工的过程：,零件工艺分析：

4、根据零件加工图纸进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据等加工要素。,编写零件的加工程序：用规定的程序代码和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，直接生产零件的加工程序文件。,向 CNC系统输入零件的加工程序文件：即程序的输入，手工编写的程序通过MDI，软件自动生成的程序通过RS232串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元。,P1,程序调试，刀具路径模拟：将输入到数控单元的加工程序试运行，进行刀具路径模拟，检验程序能否加工合格工件。,零件加工：CNC系统根据代码向伺服系统发出指令，控制机床完成零件的加工。,图1-1 数控加工过程,零件工艺分析 确定零件的加工要

5、素,编写零件的加工程序,机床控制单元（MCU）,向MCU输入 零件的加工程序,显示刀具路径,NC机床,程序输入到NC机床,刀库,加工零件,数控加工与传统加工的比较,工艺分析,数控加 工程序,工序卡,传统加工,数控加工,传统加工与数控加工的比较图,图纸,零件,CNC,2数控系统的组成：,MDI,信息载体,编程器,CAD/CAM系统,上位机,输入 装置,通信 线路,计算机 数字控 制装置 （CNC）,可编程控制器 (PLC),主轴控 制单元,速度控制单元,主轴电机,机 床,进给电机,输出 装置,位置检测器,P2,上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水

6、位，温度等）。 下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时地读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。,可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。,Fanuc 0i数控系统的主要部件,电源模块 主轴模块 伺服模块,图中：数控装置（背面）,机床I/

7、O模块,正面：显示器、键盘,1.2数控机床的组成、分类及特点,P2,1.2.1 数控机床的组成,数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。,数控机床的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服系统、辅助控制装置、检测反馈系统及机床本体。,图1-3 数控机床的组成,输入输出装置,加工程序,数控装置,伺服系统,辅助控制装置,机床本体,检测反馈系统,P2,图1-3 数控机床的组成实物图,输入输出装置： 输入装置的作用是将控制介质上有关加工信息传递并存入控制系统内。,P3,目前采用较多的输入装置是键盘、手摇脉冲发生器及通信接口等方式。,输出装

8、置包括打印机、存储器和显示器等。,如对应穿孔带，有光电阅读机；对应磁带，有录放机；对应磁盘，有磁盘驱动器等。,数控装置：是由CPU、存储器、总线和相应的软件构成的专用计算机。,数控装置是机床实现自动化的核心，是整个数控机床的 灵魂所在。 （相当于人的大脑） 整个数控机床的功能强弱主要取决于数控装置。,数控装置具备的功能有：, 多轴联动、多坐标控制；, 实现多种函数的插补；, 多种程序的输入 、编辑功能；, 信息转换功能，如英制/公制转换、坐标转换、 绝对值/增量值转换；, 补偿功能，如刀具半径补偿、长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿；, 多种加工方式选择，如可以实现各种加工循环、重复 加工、

9、镜像加工；, 具有故障自诊断功能；, 辅助功能，如主轴的起停、换刀、冷却液的开关；, 显示功能，实时的加工轨迹显示；, 通信和联网功能。,伺服系统 （相当于人的四肢）：是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、伺服驱动控制器组成。,检测反馈装置（相当于人的眼睛）：包括光电脉冲编码器、光栅位置传感器、直线感应同步器等装置。主要用来测试机床当前运动的位置。,机床本体：数控机床的本体指其机械结构实体。与普通机床相比，它的整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。,辅助装置：主要包括自动换刀装置、自动交换工作台机构。工作夹紧放松机构、回转工作台液压控制

10、系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、防护和照明装置等。,1.2.2 数控机床的分类,为了研究方便起见，可以从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：,P4,常用的数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等等， 数控机床的品种齐全，规格繁多。,1) 按运动控制的特点分类,2) 按伺服系统的类型分类,3) 按可控制联动的坐标轴分类,4) 按功能水平分类,1.按运动控制的特点分类,点位控制只要求控制机床的移动部件从某一位置移动到另一位置的准确定位，对于两位置之间的运动轨迹不作严格要求，在移动过程中刀具不进行切削加工。,1）点位控制数控机床,通常采用该类控制方式的机床有数控 钻床、数控

11、镗床、数控冲床等。,点位控制,2）直线控制数控机床,图1-4直线数控机床加工示意图,这类机床不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的移动轨迹是一条直线。刀具相对于工件的移动轨迹是平行于机床某一坐标轴或者与坐标轴成45度夹角的直线,刀具在移动过程中进行切削。,采用此类控制方式的设备有简易数控车、简易数控铣床等。,直线控制,3）轮廓控制数控机床,轮廓数控机床加工示意图,各轴的运动按规定的比例关系相互配合，精确而协调地连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。,这类机床能够对两个或两个以上的轴进行严格的不间断控制，不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个轴的运动速度。,采用此类控制

12、方式的机床有数控车床、数控铣床、加工中心、数控电加工机床、特种数控加工机床等。,P4,轮廓控制,2按伺服系统的类型分类,1）开环控制的数控机床,P4,开环控制系统是指没有位置检测反馈装置的控制系统。,即没有位移的实际值与指令值进行比较修正的反馈环节，因而控制信号的流程是单向的。,图1-4 开环控制系统,采用开环控制系统的机床，其精度主要取决于驱动元件和 步进电机的性能。,开环控制的特点: 开环控制具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。,一般适用于经济型数控机床和旧机床数控改造。,2）闭环控制的数控机床,（1）在机床移动部件上直接装有

13、位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入指令进行比较控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位，原理如下图所示，因为把机床工作台纳入了位置控制环，故称为闭环控制系统。 （2）该系统定位精度高、调节速度快。该系统调试工作困难。系统复杂并且成本高，故适用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、超精密数控车床等。,P5,在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入指令进行比较控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。,闭环控制的数控机床把工作台纳入了位置控制环，故称为闭环。,图1-5闭环控制系统,闭环控制的特点:,定位精度高、

14、调节速度快。但系统调试难度大，系统复杂且成本高。,适用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、超精密数控车床、超精磨床等。,3）半闭环控制的数控机床,半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，反馈到数控系统中。,由于惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围之内，因而称作半闭环控制系统。,图1-6半闭环控制系统,半闭环控制的特点:,半闭环环路内不包括机械传动环节，可获得稳定的控制 特性。,中档数控机床广泛采用半闭环数控系统。,4）混合控制数控机床,将开环控制、闭环控制 、半闭环控制 的特点结合就形成了的混合控制数控机床。,特别适用于大型或

15、重型数控机床。,3按可控制联动的坐标轴分类,1) 两轴联动数控机床 数控机床能同时控制两个坐标轴联动,可用于加工各种回转体零件。如数控车床。,P4,2）两轴半联动数控机床,数控机床有三个坐标轴,能做三个方向的运动,但数控装置只能同时控制两个坐标轴,第三轴只能作等距周期运动,可加工空间曲面。,3）三轴联动数控机床,数控机床能同时控制三个坐标轴联动,可用于加工空间曲面零件，如数控铣床。,4）多轴联动数控机床,数控机床能同时控制三个以上坐标轴联动,可使刀具轴线方向在一定的空间内任意控制,主要用于加工复杂的异形零件。,1) 高级型数控系统 2)普通型数控系统 3)经济型数控系统,4. 按功能水平分类,

16、P6,经济型数控系统又称简易数控系统,说明：,普及型数控系统通常称之为全功能数控系统,1.2.3 数控机床的特点及应用,P6,1) 适应性强 2) 加工精度高、质量稳定 3) 生产效率高、经济效益好 4) 生产准备周期短，能实现一机多能。 5) 有利于生产管理的现代化 6) 有故障诊断和监控能力,但另一方面，数控机床在使用中也暴露出一些问题，主要有：1）造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；2）调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；3）对编程人员的技术水平要求较高。,1数控机床加工的特点,（1）多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件； （2）几何形状复杂的零件； （3）精度及表

17、面粗糙度要求高的零件； （4）加工过程中需要多工序加工的零件； （5）用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件。,2数控机床的适用范围,P7,数控技术是机械技术和计算机控制技术的结合的产物，因此计算机技术的每一点进步都在推动数控技术向前发展。,P7,1.3数控技术的产生与发展,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 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,1952年，美国的PARSONS公司和MIT合作，研制出了世界上第一台数控机床，用于加工航空制造领域的复杂表面零件。 上世纪70年代，发展起来了

18、机床计算机数控技术CNC（Computer Numerical Control）。,一、 数控技术与数控机床的产生与发展,二、我国数控机床的现状,世界第一的机床消费大国。我国继续保持进口和消费世界第一，生产世界第三，出口世界第八的位置 自主创新能力差 稳定性和可靠性差 出口率低 主要还是“按重量卖铁”，技术附加值低,国内主要数控机床厂家,沈阳机床 大连机床 济南二机床 齐重数控 齐二机床 武汉重型机床 宁夏小巨人等,国内的主要数控系统,广州数控 GSK 华中数控 HNC 南京华兴 WA 北京凯恩帝 KND 大连大森 DASEN,三、世界著名的数控系统及机床厂家,法那科（日本）,西门子（德国）,法格（西班牙）,菲迪亚（意大利）,美国辛辛那提公司 米拉克龙,德玛吉 （德国）,1高速高精度 2智能化 数控系统的智能化主要体现在以下几个方面： （1）应用自适应控制技术 （2）自动编程技术 （3）具有故障自动诊断功能 （4）应用