数控原理与系统-第1章-数控原理概述

数控原理与系统第1章数控系统概述1.1数字控制技术1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)1.3现代数控系统的发展第一章数控系统概述1.1数字控制技术1.1.1数控技术、数控系统与数控机床数控技术，简称数控(NumericalControl—NC)是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法现代数控采用计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控(ComputerizedNumericalControl—CNC)GB8129—1997中对NC的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。第一章数控系统概述1.1数字控制技术用来实数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统(NumericalControlSystem)数控系统核心是数控装置(NumericalController)在数控机床行业中，数控系统是指计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。有时则仅指其中的计算机数字控制装置。为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置第一章数控系统概述1.1数字控制技术采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床(NC机床)。它是一种综合应用了计算机术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。机床控制是数控技术应用最早、最广泛的领域数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。第一章数控系统概述1.1数字控制技术若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床数控机床以其适应性强，加工质量稳定，精度高等特点在机械加工中得到广泛应用。其主要特点如下：1．对零件加工的适应性强，灵活性好2．加工精度高，加工质量稳定可靠3．自动化程度高，工人劳动强度低、劳动条件得到改善4．加工生产效率高5．良好的经济效益6．有利于机械加工综合自动化发展第一章数控系统概述1.1数字控制技术1.1.2NC机床、加工中心、FMC、FMS与CIMS凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC机床带有自动刀具交换装置(AutomaticToolChanger—ATC)的数控机床(带有回转刀架的数控车床除外)称为加工中心（MachineCenter—MC）在加工中心的基础上，通过增加多工作台(托盘)自动交换装置(AutoPalletChanger—APC)以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元(FlexibleManufacturingCell—FMC)在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem—FMS)从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化的、完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem—CIMS)第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)1.2.1数控系统的基本组成与基本原理第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)1.2.1数控系统的基本组成与基本原理数控系统是所有数控设备的核心数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移(包括移动速度、方向、位置等)，其控制信息主要来源于数控加工或运动控制程序数控系统的最基本组成应包括：程序的输入/输出装置、数控装置、伺服驱动这三部分第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)(1)输入/输出装置—作用是进行数控加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入、输出键盘和显示器是最基本的输入/输出装置还可配光电阅读机，磁带机或软盘驱动器等第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)(2)数控装置—是数控系统的核心由输入/输出接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组成作用是将输入装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定的动作在这些控制信息和指令中，最基本的是坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量指令。它经插补运算后生成，提供给伺服驱动，经驱动器放大，最终控制坐标轴的位移。它直接决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。此外，根据系统和设备的不同，如：在数控机床上，还可能有主轴的转速、转向和起、停指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的起、停指令；工件的松开、夹紧指令；工作台的分度等辅助指令。在基本的数控系统中，它们是通过接口，以信号的形式提供给外部辅助控制装置，由辅助控制装置对以上信号进行必要的编译和逻辑运算，放大后驱动相应的执行器件，带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规定的动作第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)(3)伺服驱动—接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加工出符合图样要求的零件伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一伺服驱动通常由伺服放大器(亦称驱动器、伺服单元)和执行机构等部分组成第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)数控系统的配置和组成除三个最基本的组成部分外，还可能有:PLC测量检测装置数控机床的机床本体由:主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)数控机床进行零件加工的基本操作过程⑴程序编制(手动编程、自动编程2)⑵数控机床通电初始化⑶程序输入⑷加工相关参数输入⑸运行加工程序，完成零件的数控加工第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)计算机数控系统的基本工作原理信息输入译码转换数据处理轨迹插补伺服驱动程序管理第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)1.2.2数控系统的分类1．按工艺用途分类1）金属切削类机床数控系统2）金属成型类机床数控系统3）特种加工类机床数控系统2.按控制运动的方式分类1）点位控制数控系统2）点位直线控制数控系统3）轮廓控制数控系统①②③④⑤图1-1点位控制第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)3．按伺服控制方式分类1）开环控制数控系统2）闭环控制数控系统3）半闭环控制数控系统还可以按照数控系统的功能水平、按照可联动的坐标轴数等进行分类第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)1.2.3CNC系统的特点与功能1.CNC的特点1)灵活性2)通用性3)可靠性4)数控功能多样性5)使用维修方便6)易于实现机电一体化第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)2．CNC系统的功能控制功能准备功能插补功能固定循环加工功能进给功能主轴功能辅助功能刀具功能和第二辅助功能补偿功能字符图形显示功能自诊断功能通信功能人机对话程编功能控制功能五轴联动机床准备功能插补功能进给功能固定循环加工功能在数控加工过程中，有些加工工序如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，数控系统事先将这些循环用G代码进行定义，在加工时使用这类G代码，可大大简化编程工作量。主轴功能、辅助功能、刀具功能华中补偿功能刀具半径补偿图例：基本思想：刀具半径补偿的计算就是根据零件轮廓和刀具半径值计算出刀具中心的运动轨迹。刀具半径补偿示例：%0010N20T0101；（转1号刀，执行1号刀补）N30M03S1000；（主轴按1000r／rain正转）N40G00X0．0Z10．0；（快速点定位）N50G42G01X0．0Z0．0F100（刀补建立）N60X40．0；N70Z-18．0；（刀补进行）N80X80．0；N90G40G00X85．0Z10．0；（刀补取消）N100G28U0W0；（返回参考点）N110M30；刀具偏置补偿刀具几何补偿-刀具偏置补偿--绝对偏置补偿--相对偏置补偿-刀具磨损补偿刀具半径补偿刀具半径补偿刀具长度补偿铣床反向间隙补偿、螺距补偿自诊断功能、通讯功能报警和提示信息的报警号和报警内容的形式显示在报警栏中。华中“世纪星”数控系统显示功能图形仿真模拟显示人机对话编程功能图形轨迹模拟显示（车）图形轨迹模拟显示（铣）第一章数控系统概述1.2数控系统与计算机数控系统(CNC系统)1.2.4数控指令的标准代码ISO(InternationalStandardOrganization)代码国际标准化协会EIA（ElectronicIndustriesAssociation）代码美国电子工业协会ISO代码具有信息量大，可靠性高等优点，目前世界各国都采用ISO代码，EIA代码发展较早。我国规定新产品一律采用ISO代码。加工程序的结构加工程序主程序和子程序程序段(block)字(word)地址和数据N××××G××X±××××.×××Y±××××.×××F××S××T××M××LF程序段序号准备机能字坐标字进给功能字主轴转速功能字刀具功能字辅助功能字结束符N003G90G01X+35.Y+279.3Z-429.7S1000T02F500M07；程序段格式常用地址字符地址字意义A、B、C围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字F、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能G准备机能I、J、K插补参数M辅助机能N程序段序号U、V、W与X、Y、Z轴平行的第2移动坐标尺寸字X、Y、Z主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字准备功能字G指令——准备功能功能：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。组成：G后带二位数字组成，共有100种（G00～G99）。示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18等国际标准化组织准规定的准备功能指令代码—G代码模态代码(又称续效代码）：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替非模态代码：的功能仅在所出现的程序段内有效同组的任意两个代码不能出现在一个程序段中如G00G01X100Z100×不同组的G代码根据需要可以在一个程序段中出现如G90G01X100Z100√N001G01G17G41X_Y_F_;N002X_Y_;N003G03X_Y_I_J_;N004X_Y_I_J_;N005G01X_Y_;N006G00G40X_Y_;1.工件坐标系设定指令通过设定刀具对刀点来建立工件坐标系。G92IP_;如G92X_Z_;表示建立工件坐标系，对刀点在工件坐标系中的坐标为X400.Z250.IP_:绝对坐标编程时是终点坐标，相对坐标编程时时刀具移动的距离。G92X400.Z250.φ400250zx以FANUC系统为例一、与坐标系有关的G代码G92、G54～G59、G52、G17、G18、G19重要说明：(1)在执行此G92指令之前必须先进行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀点位置上（即在执行G92指令之前，刀尖的位置要在X400Y250.上）。(2)此指令并不会产生机械移动，只是把这个坐标值存储在数控装置内，从而建立新的坐标系。（3）设定的坐标系在机床重开机时消失此法复杂容易出错！用时要特别小心！！此法最好不用，而用刀具偏置法来设定工件坐标系。选择工件坐标系指令（G54～G59）指令格式：G54…IP_:G59G54为缺省值。G54G55参考点机床坐标系原点可用G54～G59指令来代替G92建立工件坐标系。它是先测定出工件原点在机床坐标系中的坐标值，并把该值用MDI方式输入，因而该值无论断电与否都将一直被系统所记忆，直到