福建农林大学-数控技术课件-第一章-绪论(新)

数控技术福建农林大学机电工程学院CNC•普通机床加工数控机床加工第一章数控技术概论CNC机床数控技术的基本概念数控机床的组成与分类数控加工零件的过程数控机床的特点及适用范围数控技术的发展趋势主要内容第一章数控技术概论CNC主要内容第一章数控技术概论CNC自从上20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化；数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都建立在数控技术之上；1.1数控技术的基本概念数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。第一章数控技术概论CNC主要内容什么是数控？即数字控制（NumericalControl）简称，是指利用数字化信息进行控制，其控制对象可以是各种生成过程。什么是机床数控技术?用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。什么是数控机床（NumericalControlMachineTools）数控机床是一个装有数字控制系统的机床，该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。第一章数控技术概论CNC主要内容数控机床机床本体数控系统外围技术数控装置伺服驱动装置测量反馈装置工具系统编程技术管理技术MachinetoolMachineControlunitServo-driveunitFeedbackTransducer第一章数控技术概论CNC1.2数控机床的组成机床本体－完成各种切削加工的机械部分机床本体组成--主运动部件、进给运动部件--支承件（立柱、床身等）--特殊装置--辅助装置第一章数控技术概论CNC机床本体第一章数控技术概论CNC主要内容数控系统（NumericalControlSystem）是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。计算机数控系统（ComputerNumericalControl，CNC）是以计算机为核心的数控系统。第一章数控技术概论CNC主要内容数控系统组成机床I/O电路和装置检测装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构输入输出装置第一章数控技术概论CNC主要内容操作面板人机交互第一章数控技术概论CNC主要内容数控系统组成机床I/O电路和装置检测装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构输入输出装置第一章数控技术概论CNC主要内容输入输出装置可以通过多种方式获得数控加工程序:穿孔纸带MDI（ManualDataInput）方式软驱USB接口RS232C接口DNC接口第一章数控技术概论CNC主要内容数控系统组成机床I/O电路和装置检测装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构输入输出装置第一章数控技术概论CNC1.2数控技术组成主要内容•组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。•作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。第一章数控技术概论CNC计算机数控装置主要内容数控系统组成机床I/O电路和装置检测装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构输入输出设备第一章数控技术概论CNC主要内容伺服系统－接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件主轴伺服单元和主轴电机进给伺服单元和进给电机测量反馈装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：－进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。–主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）第一章数控技术概论CNC主要内容数控系统组成机床I/O电路和装置检测装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构输入输出设备第一章数控技术概论CNC主要内容PLC、机床I/O电路和装置-PLC(ProgrammableLogicController)用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制；-机床I/O电路和装置实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）;-功能接受CNC的M、S、T指令,对其进行译码并转换成对应的控制信号,控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号,送给CNC装置,经其处理后,输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。第一章数控技术概论CNC工艺处理加工图纸数学处理编程手册数控编程程序仿真输入装置加工程序毛坯或半成品数控系统数控机床程序编制成品译码、数据处理、插补、伺服驱动N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;第一章数控技术概论CNC1.3数控加工零件的过程1）数控编程根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，编写数控加工程序。程序编完后，可存放在控制介质（如软盘、磁带）上。第一章数控技术概论CNC2）程序输入数控加工程序通过输入装置输入到数控系统。目前采用的输入方法主要有软驱、USB接口、RS232C接口、MDI手动输入、分布式数字控制（DirectNumericalControl，DNC）接口、网络接口等。数控系统一般有两种不同的输入工作方式：一种是边输入边加工，DNC即属于此类工作方式；另一种是一次将零件数控加工程序输入到计算机内部的存储器，加工时再由存储器一段一段地往外读出，软驱、USB接口即属于此类工作方式。第一章数控技术概论CNC3）译码数控系统按一个程序段为单位，按照一定的语法规则把数控程序解释、翻译成计算机内部能识别的数据格式，并以一定的数据格式存放在指定的内存区内。在译码的同时还完成对程序段的语法检查。一旦有错，立即给出报警信息。第一章数控技术概论CNC4）数据处理数据处理程序一般包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序。刀具补偿有刀具半径补偿和刀具长度补偿。刀具半径补偿的任务是根据刀具半径补偿值和零件轮廓轨迹计算出刀具中心轨迹。第一章数控技术概论CNC5）插补插补的任务就是通过插补计算程序，根据程序规定的进给速度要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作。第一章数控技术概论CNC6）伺服控制与加工伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信号，经放大后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，从而加工出零件。第一章数控技术概论CNC主要内容适应性、灵活性好精度高、质量稳定生产效率高劳动强度低、劳动条件好有利于现代化生产与管理使用、维护技术要求高第一章数控技术概论CNC1.4数控机床的特点与分类数控机床的特点:主要内容数控机床的分类(Types)分类方法数控机床类型按运动控制方式点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床按伺服系统开环数控数控机床半闭环控制数控机床闭环控制数控机床按功能水平经济型数控机床中档型数控机床高档型数控机床按工艺方法金属切削数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床第一章数控技术概论CNC1.4数控机床的特点与分类主要内容1、点位控制(PointtoPointControlSystems)③②①AA刀具工件一、按运动控制方式分类:仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。第一章数控技术概论CNC主要内容2、直线控制不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45°角的方向进行直线移动和切削加工。第一章数控技术概论CNC主要内容3、轮廓控制(ContouringControlSystems)对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。可加工曲面、叶轮等复杂形状的零件第一章数控技术概论CNC主要内容两坐标加工二轴半或三坐标加工YXO2O1BZO四坐标加工→ρZP(x,y,z)nO刀位点BCXYZ五坐标加工第一章数控技术概论CNC主要内容1、开环控制(Open-LoopServo-Drive)二、按伺服系统的控制原理分类:步进驱动器指令脉冲步进电机工作台第一章数控技术概论CNC数控装置主要内容特点:没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜,精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大第一章数控技术概论CNC2、半闭环控制(Half-Closed-LoopServo-Drive)速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈位置反馈检测元件第一章数控技术概论CNC主要内容特点:带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部;不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，因此可以获得稳定的控制特性，而且调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。第一章数控技术概论CNC主要内容3、闭环控制(Closed-LoopServo-Drive)特点:带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上;系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。位置反馈速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈第一章数控技术概论CNC主要内容1、经济型数控机床步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10m／min以下。三、按功能水平分类:第一章数控技术概论CNC主要内容2、中档型数控机床采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1m，进给速度为15-24m／min，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。第一章数控技术概论CNC主要内容3、高档型数控机床采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用直线伺服电机，能实现5轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为0.1-1m，进给速度可达100m／min以上。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。第一章数控技术概论CNC主要内容分为：金属切削数控机床、金属成形数控机床、特种加工数控机床。也可分为：普通数控机床（指加工用途、加工工艺单一的机床）和加工中心（指带有自动换刀装置、能进行多工序加工的机床）。四、按工艺方法分:第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分数控车床第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分数控车床第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分数控车床第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分数控车床双主轴第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分数控车床双主轴、双刀塔CNC车床结构示意主轴副主轴副主轴刀塔主轴刀塔第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分双主轴、3刀塔的复合加工CNC车床第一章数控技术概论CNC主要内容数控铣床第一章数控技术概论CNC主要内容加工中心第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分线切割第一章数控技术概论CNC主要内容按工艺方法分第一章数控技术概论CNC数控加工示例:车削主要内