數(shù)控原理與系統(tǒng)-1課件

1、 第一章 數(shù)控系統(tǒng)概述第二章 數(shù)控系統(tǒng)程序輸入與通信 第三章 插補(bǔ)原理與刀具補(bǔ)償原理第四章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第五章 伺服系統(tǒng)第六章 位置檢測(cè)裝置第七章 數(shù)控系統(tǒng)的連接 數(shù)控原理與系統(tǒng) 第一章 數(shù)控系統(tǒng)概述第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)基本概念第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)一、一、 數(shù)控與數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控與數(shù)控系統(tǒng)( (機(jī)床) ) 數(shù)字控制（數(shù)字控制（NCNC） 數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（NC SystemNC System） 數(shù)控裝置（數(shù)控裝置（NCUNCU） 計(jì)算機(jī)數(shù)控（計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCCNC） 第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念二、數(shù)控系統(tǒng)二、數(shù)

2、控系統(tǒng)( (機(jī)床) )的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1 1 適應(yīng)性適應(yīng)性( (柔性柔性) )強(qiáng)強(qiáng) 2 2 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定 3 3 生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好 4 4 減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、操作便捷減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、操作便捷 5 5 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 6. 6. 有故障診斷和監(jiān)控能力有故障診斷和監(jiān)控能力一、一、 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)的組成圖1-1是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、主軸和進(jìn)給伺服單元、PLC及其接口電路和機(jī)床本體等幾部分組成。除了機(jī)床本體以外的部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。1 1

3、 輸入輸入/ /輸出裝置輸出裝置( (設(shè)備設(shè)備) )2 2 數(shù)控裝置數(shù)控裝置3 3 伺服單元伺服單元4 4 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器( (PLC)PLC)5 5 機(jī)械部件機(jī)械部件( (機(jī)床本體機(jī)床本體) )6 6 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程主軸伺服數(shù) 控裝置輸出設(shè)備PLC進(jìn)給伺服單元主 軸電機(jī)進(jìn) 給電機(jī)位 置檢測(cè)機(jī)床本體接口電路操作面板輸入設(shè)備圖1-1 數(shù)控機(jī)床的邏輯組成 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程 圖1-2 FANUC 系列 150i B型數(shù)控裝置二、二、 數(shù)控系統(tǒng)的工作過程數(shù)控系統(tǒng)的工作

4、過程第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序零件圖 數(shù)控系統(tǒng) 機(jī)床 圖1-3 數(shù)控系統(tǒng)工作過程 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程 用數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，首先由編程人員按照零用數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床

5、的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。完成了手工加工中操作者的部分工作。 目前，數(shù)控機(jī)床的品種齊全，規(guī)格繁多。為了研究的方便起見，可以從不同的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分類，常見的有以下幾種分類方法： 一、按控制軌跡的特點(diǎn)分類 1. 1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 ( (圖1-4 點(diǎn)位控制) ) 2. 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床 ( (圖1-5 直線控制) ) 3. 3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床 ( (圖1-6 輪廓控制) ) 第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類圖1-4 點(diǎn)位控

6、制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類圖1-5 直線控制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類圖1-6 輪廓控制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類二、按伺服系統(tǒng)的類型分類1 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床圖1-7 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類2 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床圖1-8 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類3 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床圖1-9 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類三、按功能水平分類 1. 高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng) 2. 普及型數(shù)控系統(tǒng) 3. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類表表1.1 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類數(shù)控系統(tǒng)的功能分類 性能性能類別類別CPUCPU位位數(shù)數(shù)聯(lián)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)分辨率分辨率( (um)um)進(jìn)給速度

7、進(jìn)給速度( (m/min)m/min)顯示顯示高級(jí)型高級(jí)型32325 50.12424三維三維動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)普及型普及型26263 30.1100.11010241024字符字符/ /圖形圖形經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型8 83310101018% 到2005年: 產(chǎn)量: 2500030000臺(tái) 品種: 2000種 數(shù)控化率: 20%第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)三三、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1 高速高精度 2 智能化 數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) （2） 自動(dòng)編程技術(shù) （3） 具有故障自動(dòng)診斷功能 （4） 應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù) 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 3 開放式數(shù)

8、控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng) 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，暴露出許多自身固有的缺陷。最大的問題是，這些數(shù)控系統(tǒng)都是專門設(shè)計(jì)的，它們具有不同的編程語(yǔ)言、非標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口、多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等，這些缺陷造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護(hù)的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。為了解決這些問題，人們提出了“開放式數(shù)控系統(tǒng)”的概念。這個(gè)概念最早見于1987年美國(guó)的 NGC (Next Generation Controller)計(jì)劃， NGC控制技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級(jí)式的軟件模塊的 “開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（SOSAS）”找到解決問題的辦法。一個(gè)開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)商

9、為實(shí)現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。由于這樣一個(gè)富有哲理的概念作為NGC計(jì)劃的奠基石，NGC代表了下一代控制技術(shù)。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1996年，美國(guó)HP公司在東京日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展出了開放式數(shù)控系統(tǒng)OAC500；HP公司對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)提出了12個(gè)方面的判別準(zhǔn)則：（1） 是否基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺(tái)和總線結(jié)構(gòu)；（2） 運(yùn)動(dòng)控制軟件是否采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放操作系統(tǒng)；（3） 能否采用流行的硬件和軟件與工廠的網(wǎng)絡(luò)相連接；（4） 能否運(yùn)行流行的軟件而不降低機(jī)床的性能；（5） 能否安裝從不同商家得到的流行硬件； 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （6）設(shè)計(jì)或第三方開發(fā)者能否應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工具和 文件格式、

10、編程接口建立用戶實(shí)時(shí)的應(yīng)用；（7）能否修改所有級(jí)別的控制軟件；（8）控制商家能否提供文件格式的開發(fā)工具，允許訪問 系統(tǒng)的所有級(jí)別？（9）對(duì)于I/O接口，控制器是否使用了標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線？（10） 是否可以把控制器與不同廠家的伺服裝置相連接？（11）控制器是否可以與多用戶控制的網(wǎng)絡(luò)相連接？（12）所有的編程（運(yùn)動(dòng)、PLC）是否采用了標(biāo)準(zhǔn)的流行 的編程工具？ 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 4 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)主要是進(jìn)行通訊，共享信息。數(shù)控機(jī)床作為車間的基本設(shè)備，它的通訊范圍是：（1）數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的CNC裝置與數(shù)字伺服間的通信，主要通過SERCOS鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)字伺服控制

11、信息；（2）數(shù)控系統(tǒng)與上級(jí)主計(jì)算機(jī)間的通信；（3）與車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及I/O裝置的通信，主要通過現(xiàn)場(chǎng)總線，如PROFIBUS等進(jìn)行通訊；（4）通過因特網(wǎng)與服務(wù)中心的通信，傳遞維修數(shù)據(jù)；（5）通過因特網(wǎng)與另一個(gè)工廠交換制造數(shù)據(jù)。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 5 高可靠性 可靠性是數(shù)控機(jī)床用戶最為關(guān)注的問題，提高可靠性通常可采取下列一些措施：（1） 提高線路的集成度。采用大規(guī)模集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件數(shù)量，精簡(jiǎn)外部連線和降低功耗。（2） 建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系。例如采取防電源干擾，輸入輸出隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便組織批量生產(chǎn)和維修；在安裝制

12、造時(shí)注意嚴(yán)格篩選元器件；對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面檢查考核等。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （3）增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能。由于元器件失效、編程及人為操作失誤等原因，數(shù)控系統(tǒng)完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報(bào)和自恢復(fù)功能。此外，應(yīng)注意增強(qiáng)監(jiān)控和保護(hù)功能，例如有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測(cè)、行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能，以避免損壞機(jī)床或報(bào)廢工件。由于采用了各種有效的增強(qiáng)可靠性的措施，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間可達(dá)到MTBF=10000-36000小時(shí)。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 6 數(shù)字制造數(shù)字制造( (CIMS-CIMS-計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)) ) 1995年12月，美國(guó)SME主席G.Olling提出，“數(shù)字制造”（“digital manufacturing”）將會(huì)是我們的主要工作。什么是“數(shù)字制造”呢？簡(jiǎn)單地說，就是用數(shù)字的方式來存儲(chǔ)、管理和傳遞制造過程中的所有信息。