数控机床概述及组成-(一-)

数控编程与操作主讲教师：潘红恩1课程的教学目标通过本课程的学习，使学生:了解数控设备的发展和基本特点，数控机床的主要组成部分和功用;掌握数控加工工艺的分析和数控加工指令的基本格式;学会使用数控加工指令完成零件加工程序的编写;培养学生具有分析和编写数控加工工艺的能力;具有编写数控中级工等级标准的零件程序的能力;具有操作数控机床加工数控中级工等级标准的零件的能力。2考核方式及评分标准1、理论成绩：每个学生根据平时成绩（出勤、作业、上课情况）（占30%）、期末考试成绩（占50%）得分。2、实验成绩（占20%）：每个实验根据学生实验的过程、实验结果、实验报告由教师打出实验成绩。3参考书目1.《数控机床操作与编程培训教程》机械工业出版社刘雄伟主编，2001.32.《数控加工技术》化学工业出版社，明兴祖主编，2002.123.《数控编程》山东科学技术出版社，韩鸿鸾、孙翰英主编，2006.84绪论人才短缺专业:数控技术应用计算机应用与软件技术汽车运用与维修护理5本次课教学内容第一节数控技术的基本概念第二节数控机床的组成6教学目的通过数控机床基本概念的讲解，了解数控技术的发展历程，通过了解数控机床的各个组成部分，理解数控机床的CNC系统、伺服系统和机械系统。7第一节数控技术的基本概念数控技术:是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品.8第一节数控技术的基本概念一、数字控制(数控NC)(NumericalControl)它是指用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制的一种方法。1、数字化信号（01010010）2、模拟量信号(~)3、开关量信号(0、1，主轴正反转、刀架正反转、冷却液开关)由PLC控制NC数控又名硬线数控。9第一节数控技术的基本概念二、数字控制机床(NC机床)(NumericalControlMachineTools)数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。10第一节数控技术的基本概念1.数控机床的产生:世界上第一台数控机床是1952年美国帕森斯parsons公司和麻省理工学院MI.T合作研制成功的三坐标数控铣床，它用来加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。11第一节数控技术的基本概念2.数控机床的发展数控化率：我国：是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台）数控化率仅达到1.9％左右西方：20％日本：不到80万台的机床却有10倍于我国的制造能力年产量：我国：3000~4000台/每年日本：5万多台/每年我国十几亿美元进口7000~9000台/每年12第一节数控技术的基本概念三、数控系统（NCControlSystem）数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机构等系统称数字控制系统。它由程序输入、输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴进给及驱动装置等组成。13第一节数控技术的基本概念数控技术经过50年6代的发展：第一代数控系统：1952年，电子管数控系统第二代数控系统：50年代末，晶体管数控系统第三代数控系统：1965年，集成电路数控系统第四代数控系统：1970年，小型计算机数控系统第五代数控系统：1974年，微型计算机数控系统第六代数控系统：基于PC的开放式数控系统14第一节数控技术的基本概念国际上最大的数控系统生产厂:日本FANUC公司，１年生产５万套以上系统，占世界市场约40％左右其次是德国的西门子公司占15％以上国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团1519世纪铣床16第一节数控技术的基本概念四、计算机数字控制机床（CNCComputerNumericalControlMachineTools）计算机数字控制机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。它综合了计算机、自动控制、精密测量、机床机构设计与制造等方面的最新成果。CNC数控系统又名软线数控。17第一节数控技术的基本概念第七代数控系统：基于Web的CNC系统（远程CNC系统）、智能CNC系统、CAD/CAM集成CNC系统18第一节数控技术的基本概念五、数控程序（NCProgram）输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其它符号编码的一系列指令。六、数控编程：将零件的加工信息编制成数控机床能识别的代码。19第一节数控技术的基本概念七、数控加工20第二节数控机床的组成数控机床的组成:信息输入（程序）－数控装置（译码、运算、控制）－伺服驱动及检测装置（驱动、电机、测量反馈）－机床本体--机电接口21第二节数控机床的组成22第二节数控机床的组成一般由一．CNC系统二．伺服系统三．机械系统三大部分组成。23一、CNC系统1、是CNC机床的核心程序输入设备计算机数字控制装置（CNC装置）可编程控制器（PLC）主轴控制单元速度控制单元输出设备主轴电机进给电机位置检测器机床程序输入设备计算机数字控制装置（CNC装置）可编程控制器（PLC）主轴控制单元速度控制单元输出设备主轴电机进给电机位置检测器机床主轴电机进给电机位置检测器进给电机位置检测器机床CNC系统的组成框图24一、CNC系统数控系统除了计算机外，其外围设备还包括：键盘：用于输入操作命令及编辑、修改程序、输入零件加工程序。CRT：供显示及监控。操作面板:供操作员改变操作方式、输入数据、起停加工。机床接口：计算机和机床之间联系的桥梁，包括伺服接口及DNC输入输出接口25ISO代码地址内码N(4E)2000H10H0(30)2001H00H5(35)2002H05HG(47)2003H11H9(39)2004H09H0(30)2005H00HG(47)2006H11H0(30)2007H00H1(31)2008H01HX(D8)2009H12H1(31)200AH01H0(30)200BH00H6(36)200CH06HY(59)200DH13H-(2D)200EH21H6(36)200FH06H0(30)2010H00HF(C6)2011H18H4(34)2012H04H6(36)2013H06HM(4D)2014H19H0(30)2015H00H5(35)2016H05HLF(0A)2017H20H单元名地址内码N4000H05HX4001H6AH4002H00HY4003HC4H4004HFFHZ4005H00H4006H00HI4007H00H4008H00HJ4009H00H400AH00HK400BH00H400CH00HF400DH2EH400EH00HS400FH00H4010H00HT4011H00HMX4012H00HMY4013H05HMZ4014H00HGA4015H01HGB4016H00HGC4017H00HGD4018H00HGE4019H00HGF401AH90HISO代码地址内码N(4E)2000H10H0(30)2001H00H5(35)2002H05HG(47)2003H11H9(39)2004H09H0(30)2005H00HG(47)2006H11H0(30)2007H00H1(31)2008H01HX(D8)2009H12H1(31)200AH01H0(30)200BH00H6(36)200CH06HY(59)200DH13H-(2D)200EH21H6(36)200FH06H0(30)2010H00HF(C6)2011H18H4(34)2012H04H6(36)2013H06HM(4D)2014H19H0(30)2015H00H5(35)2016H05HLF(0A)2017H20H数控加工程序缓冲器译码结果缓冲器26一、CNC系统2.CNC系统的主要功能CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。基本功能——数控系统基本配置的功能，即必备功能；选择功能——用户可根据实际要求选择的功能。27一、CNC系统基本功能①控制功能——CNC能控制和能联动控制的进给轴数。CNC的进给轴分类：移动轴（X、Y、Z）和回转轴（A、B、C）；附加轴（U、V、W）。②准备功能（G功能）——指令机床动作方式的功能。G+两位数字，G00~G99共100种28一、CNC系统③插补功能插补功能是数控系统实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能。④进给功能进给功能用F直接指令各轴的进给速度。切削进给速度——控制刀具相对工件的运动速度，用F和其后的数字指定，单位为mm/min。进给倍率（进给修调率）——人工实时修调预先给定的进给速度。设置在操作面板上，可在0%~200%之间变化，每档间隔10%。使用倍率开关不用修改程序中的代码，就可改变机床的进给速度。29一、CNC系统⑤主轴功能——数控系统的主轴转速的功能。用S+数值组成主轴转速——主轴转速的控制功能，单位为r/min。恒线速度控制——刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能主轴定向控制——主轴周向定位于特定位置控制的功能。C轴控制——主轴周向任意位置控制的功能。主轴修调率——人工实时修调预先设定的主轴转速，可以不修改程序。30一、CNC系统⑥辅助功能（M功能）——用于指令机床辅助操作的功能⑦刀具管理功能——用来选择刀具，实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能⑧字符图形显示功能⑨自诊断功能------CNC自动实现故障预报和故障定位的功能。开机自诊断；在线自诊断；离线自诊断；远程通讯诊断31一、CNC系统选择功能①补偿功能刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心轨迹的功能。32一、CNC系统②固定循环功能是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能③人机对话功能在CNC装置中这类功能有：菜单结构操作界面；零件加工程序的编辑环境；系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。33二、伺服系统1.伺服系统的功能——对数控机床移动部件的位置和速度进行控制2.构成：伺服系统由执行元件驱动控制电路构成伺服系统由执行元件驱动控制电路构成34二、伺服系统3.分类按调解理论开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统采用步进电机、功率步进电机等作为执行元件采用直流伺服电动机、交流伺服电动机等作为执行元件开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统采用步进电机、功率步进电机等作为执行元件采用直流伺服电动机、交流伺服电动机等作为执行元件按调解理论开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统采用步进电机、功率步进电机等作为执行元件采用直流伺服电动机、交流伺服电动机等作为执行元件开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统采用步进电机、功率步进电机等作为执行元件采用直流伺服电动机、交流伺服电动机等作为执行元件35二、伺服系统进给伺服系统--控制机床各坐标轴的切削进给运动36二、伺服系统进给伺服系统的速度控制系统是由执行机构(例如交流伺服电动机、直流伺服电动机及速度检测元件)和速度控制单元所组成。它的职能是提供切削过程中需要的转矩和功率，可以任意调节运转速度。进给伺服系统的位置控制系统又分为开环控制系统和闭环控制系统两种。开环控制不需要位置检测及反馈，闭环控制需要位置检测及反馈。37二、伺服系统38二、伺服系统是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。位置环由CNC系统中的位置控制模块与速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。位置控制主要是对数控机床进给运动的坐标位置进行控制，例如，工作台前后左右移动、主轴箱的上下移动、围绕某一个直线轴的旋转运动等。39二、伺服系统按伺服系统的机床分类①开环控制数控机床40二、伺服系统②半闭环控制数控机床41二、伺服系统③闭环控制数控机床42三、机械系统1.按加工工艺分:数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控冲压机床、数控电加工机床、数控测量机床等。43三、机械系统2.机械系统包括：①机床基础件：床身、立柱、横梁、滑坐和工作台②主轴部件：包括主轴电动机和主轴