数控技术9.ppt

1、任课教师：杨晓冬 办公室：制造楼301 Tel: 86417672,数 控 技 术,教 学 内 容,第1章 概论 第2章 数控编程 第3章 数控插补原理 第4章 数控装置 第5章 数控检测装置 第6章 数控伺服系统,授课学时：34学时 考查形式：平时（作业、出勤）+实验+期末考试,1.1 数控技术的基本概念,1.1.1 什么是机床的数字控制 机床的数字控制是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信息实现机床控制一种方法，它以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。 例：N003 G90 G01 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07； 其含义为

2、：第三个程序段，用2号刀具加工一条空间直线段，起点为坐标原点或上一程序段指令点，终点为程序段中给定的点（+325.927，+279.346，-429.732）。坐标值的计算以坐标原点为基准。还指明机床主轴转速为1000r/m，进给部件的运动速度为500mm/min，且需将冷却液打开。,第一章 概 论,1.1.1 什么是机床的数字控制,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。 由于指令运动过程是以“二进制”“数字”代码进行的，所以称这种控制为数字控制（Numerical Control 缩写为N

3、C）。 . （数控机床：Numerically Controlled Machine Tool）,1.1.2 机床数字控制的原理,数控机床的工作原理：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到数控装置（系统），数控装置对数据进行运算处理，向主轴和进给伺服装置发出指令，主轴驱动装置驱动主轴电机使刀具旋转，进给伺服装置驱动各坐标进给电机，经过（齿轮）滚珠丝杠（齿形带或齿条），使机床工作台运动。实现刀具对工件的切削加工。,数控机床加工直线、曲线原理,在允许的误差范围内，用沿曲线（精确地说，是沿逼近函数）的最小单位移动量合成的分段运动代替任意曲线

4、运动，以得出所需要的运动轨迹，是数字控制的基本构思之一。,数控原理,插补（Interpolation）是指在被加工轨迹的起点和终点之间，插进许多中间点，进行数据点的密化工作，然后用已知线型（如直线、圆弧等）逼近。 插补有二层意义：基本线型的形成及如何分段 机床的数字控制是由数控系统完成的。数控装置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。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。,1.1.3 数控机床的组成及特点,1.数控机床的组成,1） 信息输入 是数控机床的信息输入通道，加工零件的程序和各种参数、数据通过

5、输入设备送进计算机系统（数控装置）。 穿孔纸带，磁带，磁盘，MDI,1.数控机床的组成,2） 数控装置 数控装置是由中央处理单元（CPU）、存储器、总线和相应的软件构成的专用计算机，它接收到输入信息后，经过译码、轨迹计算（速度计算）、插补运算和补偿计算，再给各个坐标的伺服驱动系统分配速度、位移指令。是数控机床的核心。 多轴联动 多坐标控制 多种函数的插补 多种程序输入，编辑和修改功能 信息转换 补偿 多种加工方式 故障自诊断 显示 通讯联网,1.数控机床的组成,3）伺服驱动装置 又称伺服系统 接受计算机运算处理后分配来的信号，经过调解、转换、放大以后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动 。 包

6、括 主轴驱动单元 进给驱动单元 控制方式关断控制 （点位控制） 调节控制（偏差控制） （连续轨迹控制） 直流伺服系统 交流伺服系统,1.数控机床的组成,4）检测反馈装置 包括速度、位移检测元件及相应电路，该部分能及时将信息反馈回来，构成闭环控制。 检测元件脉冲编码器 旋转变压器 感应同步器 光栅 磁尺 激光干涉仪 伺服驱动装置和检测反馈装置是数控机床的关键环节。,1.数控机床的组成,4）机床本体 也称主机， 它包括机床的主运动部件，进给运动部件、执行部件和基础部件等。其特点如下： 各运动都由单独的伺服电机驱动，传动链短、结构简单。 采用精密滚珠丝杠和直线滚动导轨副。以保证快速响应特性 机械结构

7、应具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及抗热变形性能，以保证高精度、高效率和高自动化的数控加工 刀库、机械手及良好的配套设施，如：冷却、自动排屑、防护等。,1.数控机床的组成,5）机电接口 数控装置和机床之间的接口 PLC （主轴启停，刀具更换，工件夹紧松开等） 控制机床动作的先后逻辑顺序，处理的是数字信息0和1,2. 数控机床的特点,刚性自动化与柔性自动化 数控机床是一种新型的自动化机床，它具有广泛的通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动生产线的基本单元。 适宜数控机床加工的零件特点： 1). 小批量而又轮番生产的零件； 2). 几何形状复杂的零

8、件； 3). 需进行多种工序加工的零件； 4). 切削余量大的零件； 5). 加工精度高的零件； 6). 工艺设计会经常变化的零件； 7). 贵重零件； 8). 需全部检测的零件 数控加工适合单件、中小批量、形状复杂、精度要求高、产品更新频繁、生产周期要求短的工件加工,（1）有广泛的适应性和较大的灵活性 （2）特别适合加工复杂型面的零件 （3）加工质量稳定，一致性好、重复精度高。 （4）生产效率高 （5）一机多能（加工中心） （6）有利于实现计算机辅助制造 初始投资大，加工成本高,数控机床的优势,1.2 数控机床的分类,1. 按运动控制的特点分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的

9、数控机床 2. 按伺服系统的类型分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 3.按工艺方法分类 金属切削类数控机床（加工中心） 金属成型类及特种加工类数控机床 4.按功能水平分类 高档 中档 低档,点位控制(Point to Point Control ),严格控制用最小位移量表示的点到点之间的距离; 路径（刀具）没有严格的控制。 特点： 为提高定位精度及生产率；先快速运行、几级降速、慢速趋进定位点； 只控制点到点的定位精度； 编程速度不起作用； 移动过程不加工。 包括：NC钻床、坐标镗、冲床、测量机,直线控制,特点 要求有准确的定位功能； 而且点与点之间按直线运动进行切削加

10、工（一般是 沿坐标轴方向及45度斜线）； 运动速度是可控制的。 同时控制只有一个轴。(单轴数控) 包括：数控车床、数控镗铣、加工中心。,轮廓控制(Contouring Control),也称为连续轨迹控制 特点 同时控制二个或二个以上的坐标轴进行联动 不但对坐标的移动量进行控制，对各坐标的速度以及它们之间的比率也进行控制 可以加工斜线、曲线和曲面零件。 按照可联动（同时控制）轴数，可以分为两坐标联动，2.5坐标联动，三坐联动，四坐标联动和五坐标联动控制等。 包括：数控车床、数控铣、加工中心,1.2 数控机床的分类,1. 按运动控制的特点分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机

11、床 2. 按伺服系统的类型分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 3.按工艺方法分类 金属切削类数控机床（加工中心） 金属成型类及特种加工类数控机床 4.按功能水平分类 高档 中档 低档,开环控制与闭环控制,1.开环控制 没有测量反馈装置，其精度主要决定于驱动元件及步进电机，易调试，较稳定，精度较低，成本低廉，经济型中小型数控机床。 2.闭环控制全闭环和半闭环 数控装置中插补器发出的位置指令信号与工作台上检测到的实际位置反馈信号进行比较，根据其差值不断进行控制运动，直到消除差值（误差）为止。 全闭环控制：位置检测信号取自机床工作台。高精度数控机床。 半闭环控制：将检测元件

12、装电机轴或丝杠轴上（不包括机械传动环节 ）。稳定性好，精度较高。应用广泛。,1.2 数控机床的分类,1. 按运动控制的特点分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床 2. 按伺服系统的类型分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 3.按工艺方法分类 金属切削类数控机床（加工中心） 金属成型类及特种加工类数控机床 4.按功能水平分类 高档 中档 低档,加工中心是一种带有自动换刀装置（刀库和 自动交换刀具的机械手）能进行铣削，钻削 和镗削的复合型数控机床，分为车削中心， 磨削中心等,1.2 数控机床的分类,1. 按运动控制的特点分类 点位控制数控机床 直线控制

13、数控机床 轮廓控制的数控机床 2. 按伺服系统的类型分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 3.按工艺方法分类 金属切削类数控机床（加工中心） 金属成型类及特种加工类数控机床 4.按功能水平分类 高档 中档 低档,数控机床功能水平的评价条件,1.分辨率和进给速度：低：10， 810m/min 中：1，1524m/min 高：0.1以下，15100m/min 2.多轴联动功能：低：23轴以下 中、高：35轴以上 3.显示功能： 低：简单的数码显示或简单的CRT字符显示，机外编程； 中：较齐全的CRT显示：字符图形、人机对话、自诊断； 高：三维动态图形显示，在线编程。 4.通

14、讯功能：低：无 中：RS232、RS244、DNC。 高：高性能通讯接口MAP、网络功能 5.中央处理单元（CPU）： 低：816位 中：16位 高：16、32位CPU 6.其他：直流/交流伺服，交流模拟/交流数字伺服，可编程控制器的功能，全功能数控/经济型数控,1.3 数控技术的产生发展及技术水平,1.3.1 数控技术的产生与发展 1952年，第一代电子管数控系统 1959年，第二代晶体管数控系统。随之出现刀库，机械手、加工中心（MC-Machining center带自动换刀装置可进行多工序加工的数控机床）。 1960年，第三代集成电路数控系统，硬逻辑数控系统（称为NC）。 1970年，第

15、四代小型计算机数控（CNC-Computerized Numerical Control）。 1974年，第五代微型计算机数控（MNC，统称CNC） 1980以后，柔性制造系统（FMS-Flexible Manufacturing system）、柔性制造单元（FMC-Flexible Manufacturing Cell）、计算机集成制造系统(CIMS-Computer. Integrated Manufacturing system)、自动化工厂（FA）、“开放式”数控（open NC）系统大发展。,1.3.2 数控技术的发展趋势,高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、复合化和智能

16、化。其主要发展动向是研制开放式全功能通用数控系统。 1. 数控装置 （1）高速度、高精度 (2)基于个人计算机（PC）的开放式数控 (3)配置多种遥控接口和智能接口 (4)具有很好的操作性能 (5)数控系统的可靠性大大提高。 2. 伺服系统 (1) 前馈控制技术 (2) 机械静止摩擦的非线性控制技术 (3) 位置环和速度环（包括电流环）均采用软件控制 (4) 采用高分辨的位置检测装置 (5) 补偿技术得到了发展和应用,1.3.2 数控技术的发展趋势,3. 机械结构技术 机床主机采用机电一体化的总体布局，采用自动换刀装置，数控自动夹盘，动力刀架。主机进行机电匹配和优化设计 4. 数控编程技术 （

17、1）脱机编程发展到在线编程。 （2）具有特殊工艺和组合工艺方法的程序编制功能。 （3）几何信息和工艺信息同时处理。 5. 向智能化方向发展 （1）应用自适应控制（Adaptive Control）技术。 （2）引入专家系统指导加工 （3）引入故障诊断专家系统 （4）智能化伺服驱动装置,1.3.3 数控系统的技术性能指标,CPU ：5MHZ的8位机-14GHZ的32位机、64位机 分辨率：普通0.001mm，超精密0.1m（甚至0.01m） 控制功能 ：控制轴数和同时控制轴（联动轴）、插补类型 伺服驱动系统的性能 数控系统内PLC功能 系统的通讯接口功能： S232C接口，DNC、RS 422（RS 485），MAP 系统的开放性 可靠性与故障自诊断,(FANUC)0i系列数控系统,。,最大控制轴数/最大同时控制轴数：4轴 适用于小型机床及经济型机床,FANUC 16i/18i/21i系列数控系统,最大控制轴数：16i：8轴；18i：8轴；21i：5轴 最大同时控制轴数：16i：6轴；18i：4轴；18i-MB5：5轴；21i：4轴 适用于一般机床、中型机床及五轴加工机床等高性能机床。,数控技术、数字控制、数控机床、数控系统的概念,数字控制（Numerical Control NC）是一种借