數(shù)控技術ch1第一章概述課件

數(shù)控技術（CNC）Computer

Numerical

Control1Technology教

材《新編機床數(shù)控技術》，北京理工大學出版社，任玉田等編著。2主要內容3第一章 概述第二章 數(shù)控加工程序編制第三章 計算機數(shù)控裝置第四章 插補原理與速度控制第五章 伺服驅動系統(tǒng)第六章 數(shù)控機床的結構設計第一章 概述4幾個基本概念數(shù)控機床的工作過程數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的特點數(shù)控技術的發(fā)展1.

數(shù)控技術的基本概念數(shù)控技術數(shù)控系統(tǒng)–

采用了數(shù)控技術的自動控制系統(tǒng)?技術，自動控制技術裝置，計算機控制系統(tǒng)數(shù)控設備采用數(shù)控系統(tǒng)實設現(xiàn)控備制，的自設動備化加工設備數(shù)控機床采用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)控制的機床加工設備測量設備醫(yī)療設備NC5–

用數(shù)字化信息(數(shù)字、字符、符號)對某一工作過程C（N加C工、測量、裝配）進行自動控制的技術。主軸運動進給運動（含反饋）輔助控制2.

數(shù)控機床的工作過程人傳統(tǒng)加工工序卡工藝分析數(shù)控加數(shù)控加工

工程序

數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控裝置接收人的指令，自動控制機床的運動和加工過程，完成零件加工。切削力廓形換刀、裝夾、潤滑、冷卻等63.

數(shù)控機床的組成數(shù)控柜立柱數(shù)控裝置物理組成？73.

數(shù)控機床的組成置與機床側)邏輯組成包括：數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控裝置輸入輸出設備(數(shù)控裝置與人側)驅動裝置、位置檢測、PLC(數(shù)控裝機床本體零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控

制器（PLC）進給軸伺服驅動裝置輸入輸出設備進給電機位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機8CNC裝置作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件(伺服驅動裝置和PLC等)。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心組成：計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件。9零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控制器（PLC）進給軸伺服驅動裝置輸入輸出設備進給電機位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機輸入輸出設備作用：人機交互功能組成：操作面板鍵盤、鼠標、顯示器、按鈕、狀態(tài)燈等讀卡器USB接口通信功能零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控制器（PLC）進給軸伺服驅動裝置輸入輸出設備進給電機位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機10伺服驅動裝置主軸伺服驅動裝置和主軸電機進給伺服驅動裝置和進給電機測量裝置位置和速度測量裝置。以實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用

保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令：進給運動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運動（速度和位置控制）。主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動（速度控制）伺服驅動裝置和測量裝置零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控制器（PLC）輸入輸出設備進給軸伺服

進給電機驅動裝置

位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機11PLC、機床I/O電路PLC(Programmable

Logic

Controller)：用于完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。12零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控制器（PLC）進給軸伺服驅動裝置輸入輸出設備進給電機位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機機床本體機床本體：數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)、工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。高剛度和高抗振性小的機床熱變形高效率、無間隙、低摩擦傳動簡化機械傳動結構零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控制器（PLC）進給軸伺服驅動裝置輸入輸出設備進給電機位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機134.數(shù)控機床的工作原理零件加工程序計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控

制器（PLC）進給軸伺服驅動裝置輸入輸出設備進給電機位置檢測器機床本體數(shù)控系統(tǒng)主軸伺服驅動裝置主軸電機主軸驅動電機yＴl0Δ

Δyxl1l2

δliLO

x插補：在被加工軌跡或輪廓上的已知點之間，進行數(shù)據(jù)點的密化，確定一些中間點的方法。144.

數(shù)控機床的工作原理內部數(shù)據(jù)輸入外部程序編輯器磁盤，穿孔紙帶，計算機通信,讀卡數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序譯碼（或解釋）幾何數(shù)據(jù)（X,Y,Z,A…）工藝數(shù)據(jù)(F,S,G……)插補開關命令M，T可編程控制器（PLC）刀具交換、切削液開/關等數(shù)據(jù)輸入給定量調節(jié)器M：電動機

W：位置傳感器WWMMW

M反饋位置處理X軸調節(jié)

Y軸調節(jié)

Z軸調節(jié)X

Y

Z15NC5數(shù)控機床的分類16數(shù)控機床的種類很多，從不同角度對其進行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法：-按加工方式分類-按控制功能分類-按聯(lián)動軸數(shù)-按進給伺服系統(tǒng)的類型-按功能水平分類5數(shù)控機床的分類17按加工方式分類切削加工類：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加

工中心、數(shù)控齒輪加工機床、FMC等。成型加工類：數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機等。特種加工類：數(shù)控線切割機、電火花加工機、激光加

工機等。其它類型：數(shù)控裝配機、數(shù)控測量機、機器人等。數(shù)控銑床、車床、加工中心18錐度電火花線切割機床19上次課內容回顧：四個基本概念：數(shù)控技術,數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控設備,數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)工作過程：數(shù)控裝置接收人的指令，自動控制機床的運動和加工過程，完成零件加工。系統(tǒng)和床數(shù)控機床的邏輯組成包括：數(shù)控

機 本體，前者又包括數(shù)控裝置，輸入輸出設備(數(shù)控裝置與人側)，驅動裝置、位置檢測、PLC(數(shù)控裝置與機床側)數(shù)控機床的工作原理主軸驅動 電機20本次課主要內容第二章數(shù)控加工程序編制第一節(jié) 數(shù)控加工程序編制基礎知識215數(shù)控機床的分類機。之按控制功能分類點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)點到點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆、鏜、沖床和數(shù)控測量直線控制數(shù)控機床

除點到點的準確位置之外，還要保證兩點間移動的軌跡是直線對直線移動的速度也要進行控制。

適用范圍：簡易數(shù)控車、數(shù)控鏜銑床，一般

有2

3個可控坐標軸，但同時控制的只有一個。輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)幾個進給軸按程序規(guī)定的軌跡和速度同時諧調運動在軌跡運動過程中進行連續(xù)切削加工。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等?，F(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。225數(shù)控機床的分類按聯(lián)動軸數(shù)分，2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復雜。5軸聯(lián)動加工3軸聯(lián)動4軸聯(lián)動2軸聯(lián)動235數(shù)控機床的分類24按進給伺服系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為：開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)5數(shù)控機床的分類開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。開環(huán)系統(tǒng)無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統(tǒng)和機械傳動機構的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。結構簡單、工作穩(wěn)定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。機械執(zhí)行部件25C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換A相、B相功率放大5數(shù)控機床的分類位置控制調節(jié)器速度控制調節(jié)與驅動檢測與反饋單元–

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)位置采樣點是從驅動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。半閉環(huán)環(huán)路內不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性在開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)之間。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好?？赏ㄟ^補償提高。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用位置控制單元 速度控制單元++--機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋265數(shù)控機床的分類全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)位置采樣點直接對運動部件的實際位置進行檢測。理論上可以消除整個驅動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調試都相當困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。27性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨率

(μm)進給速度

(m/min)其它高級型>=325=<0.1>=24,(1μm)；>=10,(0.1μm)三維動態(tài)，

MAP,數(shù)字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；<10,(0.1μm)字符/圖形交流伺服經(jīng)濟型8/16<3<10<8字符,步進電機28按功能水平分類高級型數(shù)控系統(tǒng)普及型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)表 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類5數(shù)控機床的分類數(shù)控技術產生的原因數(shù)控技術產生和發(fā)展的內在動力：市場競爭日趨激烈，產品更新?lián)Q代加快，大批量產品越來越少，小批量產品生產的比重越來越大，迫切需要一種精度高、柔性好加工設備來滿足上述需求。數(shù)控技術產生和發(fā)展的技術基礎：電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展則為NC機床的進步提供了堅實的技術基礎。數(shù)控技術正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的。它的產生給自動化技術帶來了新的概念，推動了加工自動化技術的發(fā)展。296.

數(shù)控機床的發(fā)展與特點工研制成功世界上第一臺用電子管數(shù)控系統(tǒng)；統(tǒng)。隨之出現(xiàn)刀庫，機械手、系統(tǒng)，硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱控（CNC

），部分功能由性高和功能多等特點；數(shù)控技術的發(fā)展歷史1952年，帕森斯公司和麻省理數(shù)控機床——三坐標立式銑床,采1959年，第二代晶體管數(shù)控系加工中心；1960年，第三代集成電路數(shù)控為NC)；1970年，第四代小型計算機數(shù)軟件實現(xiàn)，它具有價格低，可靠1974年，第五代微型計算機數(shù)控（MNC，統(tǒng)稱CNC）；1980年后，F(xiàn)MS、FMC、CIMS、開放式數(shù)控（openNC）系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)（IMS）大發(fā)展。1990年后,高速加工，納米制造。6.

數(shù)控機床的發(fā)展與特點306.

數(shù)控機床的發(fā)展與特點優(yōu)點：具有復雜形狀加工能力高質量、高穩(wěn)定性高效率高柔性缺點：維修難度大對操作者要求高應用：復雜形狀、高加工精度要求小批量、生產周期短單位加工成?工本藝較設高計。會經(jīng)常變化只適宜于多品種中小批量加工中的調整相對復雜316.

數(shù)控機床的發(fā)展與特點數(shù)控技術的發(fā)展趨勢高速高精度高智能化

高開放性326.

數(shù)控機床的發(fā)展與特點數(shù)控技術的發(fā)展趨勢高速高精度上世紀90年代以來，高速主軸單元（電主軸，轉速15000-100000r/min）、高速且高加/減速度的進給運動部件（快移速度

60~120m/min，切削進給速度高達60m/min）、高性能伺服系統(tǒng)以及工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破。圖切削速度的發(fā)展精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級（0.001微米）33高智能化智能化適應控制技術

具有故障自動診斷功能圖 智能化適應控制下的進給速率6.

數(shù)控機床的發(fā)展與特點34高開放性傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)都是專門、具有不同的編程語言、非標準人機接口、多種實時操作系統(tǒng)、非標準的硬件接口等特征，造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護的不便，也限制了數(shù)控技術的進一步發(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。概念最早見于1987年美國的

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