数控技术概述课件

数数 控控 技技 术术2024/6/211课程名称：课程名称：数控技术数控技术任课教师：任课教师：张君张君 ：电子邮箱：电子邮箱：n n办公室：办公室：实验大楼实验大楼A405A4052024/6/212本课程学习的根本要求：本课程学习的根本要求：l l 不迟到、不早退、不缺课、不打瞌睡不迟到、不早退、不缺课、不打瞌睡l l 考考试试方方法法：本本课课程程为为考考试试课课，平平时时成成绩绩占占总总成成绩绩30-5030-50包包括括考考勤勤，课课上上讨讨论论和和课课后后作作业业，实实验验成成绩绩，其余为期末试卷成绩。实验成绩不及格，课程考核不及格。其余为期末试卷成绩。实验成绩不及格，课程考核不及格。l l 先先修修课课程程：机机械械制制造造技技术术根根底底，微微机机原原理理，电工电子学，测试技术，机床电器与电工电子学，测试技术，机床电器与PLCPLC，机电传动控制等，机电传动控制等本课程学习任务：本课程学习任务：l l 学学习习数数控控技技术术的的根根本本原原理理和和根根本本知知识识。*l l 掌掌握握数数控控插插补补原原理理和和数数控控系系统统的的结结构构组组成成。*l l 培养对数控系统的分析设计能力。培养对数控系统的分析设计能力。2024/6/213课程的主要结构n n第一章第一章第一章第一章 数控技术概述数控技术概述数控技术概述数控技术概述n n第二章第二章第二章第二章 数控加工程序输入与预处理数控加工程序输入与预处理数控加工程序输入与预处理数控加工程序输入与预处理n n第三章第三章第三章第三章 CNCCNCCNCCNC装置的硬软件结构装置的硬软件结构装置的硬软件结构装置的硬软件结构n n第四章第四章第四章第四章 数控装置数控装置数控装置数控装置-插补原理插补原理插补原理插补原理n n第五章第五章第五章第五章 检测系统与进给伺服系统检测系统与进给伺服系统检测系统与进给伺服系统检测系统与进给伺服系统n n第六章第六章第六章第六章 数控机床的机械结构简介数控机床的机械结构简介数控机床的机械结构简介数控机床的机械结构简介2024/6/214教材和参考书 教材及参考书：教材及参考书：教材及参考书：教材及参考书：汪木兰汪木兰汪木兰汪木兰?数控原理与系统数控原理与系统数控原理与系统数控原理与系统?机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社朱晓春朱晓春朱晓春朱晓春?数控技术数控技术数控技术数控技术?机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社 王佩夫王佩夫王佩夫王佩夫?数控机床控制技术与系统数控机床控制技术与系统数控机床控制技术与系统数控机床控制技术与系统?机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社2024/6/215参考资料网址n n中国数控在线：中国数控在线：中国数控在线：中国数控在线：:/:/n n数控中国：数控中国：数控中国：数控中国：:/om :/omn n华中数控：华中数控：华中数控：华中数控：:/:/n n上海开通数控：上海开通数控：上海开通数控：上海开通数控：:/:/n n南京数控：南京数控：南京数控：南京数控：:/:/n n深圳福斯特数控：深圳福斯特数控：深圳福斯特数控：深圳福斯特数控：2024/6/216n n西门子：西门子：西门子：西门子：:/:/n n法那克：法那克：法那克：法那克：:/:/n n中国制造业信息化网：中国制造业信息化网：中国制造业信息化网：中国制造业信息化网：n n中国机电信息网：中国机电信息网：中国机电信息网：中国机电信息网：:/:/参考资料网址2024/6/217第一章 数控技术概述2024/6/218第一章 数控技术概述 第一节第一节 数控技术简介数控技术简介 第二节第二节 数控加工原理数控加工原理 第三节第三节 数控机床的分类及特点数控机床的分类及特点 第四节第四节 数控技术的开展动向数控技术的开展动向 第第一一章章 数数控控技技术术概概述述2024/6/219第一章 数控技术概述 本章提要：本章提要：本章主要介绍数控技术、数控装备的根本章主要介绍数控技术、数控装备的根本概念、体系结构、工作原理及分类；数控本概念、体系结构、工作原理及分类；数控技术及数控装备机床的开展动向；数控技术及数控装备机床的开展动向；数控技术对国民经济的意义。技术对国民经济的意义。第第一一章章 数数控控技技术术概概述述2024/6/2110 第一节第一节 数控技术简介数控技术简介第第一一章章 数数控控技技术术概概述述2024/6/2111第一章 数控技术概述数控技术是什么？第第一一章章 数数控控技技术术概概述述2024/6/2112 光刻机？印刷机？键合机？绣花机？包装机？铣床？车床？加工中心？刀？机器人？第一章 数控技术概述第一章 数控技术概述2024/6/21132024/6/21142024/6/21152024/6/2116第一节 数控技术简介一、数字控制与数控技术一、数字控制与数控技术数字控制数字控制Numerical Control，NC是一是一种借助数字信息数字、字符对某一工作种借助数字信息数字、字符对某一工作过程如加工、测量、装配等进行可编程过程如加工、测量、装配等进行可编程控制的自动化方法。对机床运动轨迹和状态控制的自动化方法。对机床运动轨迹和状态的控制。的控制。数控技术数控技术Numerical Control Technology采用数字控制的方法对某一工作过程实现采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。自动控制的技术。第一章 数控技术概述2024/6/2117n n数控装备数控装备数控装备数控装备Numerical Control Machine ToolsNumerical Control Machine Tools 是采用数是采用数是采用数是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。实现了高度的机、电、液、光、气一体化。的一类机床。实现了高度的机、电、液、光、气一体化。的一类机床。实现了高度的机、电、液、光、气一体化。的一类机床。实现了高度的机、电、液、光、气一体化。n n数控系统数控系统数控系统数控系统Numerical Control SystemNumerical Control System实现数字控制的实现数字控制的实现数字控制的实现数字控制的装置。装置。装置。装置。n n计算机数控系统计算机数控系统计算机数控系统计算机数控系统Computer Numerical Control CNC Computer Numerical Control CNC 是以计算机为核心的数控系统。是以计算机为核心的数控系统。是以计算机为核心的数控系统。是以计算机为核心的数控系统。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介2024/6/21182024/6/2119第一章 数控技术概述二、二、数控机床的组成数控机床的组成第一节 数控技术简介CNC机床一般由操作面板、输入输出设备、CNC装置(或称CNC单元)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体、测量装置组成。图1-1是CNC机床的组成框图。其中除机床本体之外的局部统称为计算机数控系统(CNC)。下面分别介绍其中的主要组成局部：2024/6/2120第一章 数控技术概述二、二、数控机床的组成数控机床的组成第一节 数控技术简介2024/6/2121BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗ZEND 瑌WHOME瘆TPgDn瓆OPgUpJRSTE65“432？198:7 YXVUSRPQNMKLIHFG DCABESC14彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转 主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开/关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警-+手摇脉冲发生器2010090增量倍率1000101001坐标轴选择ZYXn n 1 1、操作面板、操作面板、操作面板、操作面板n n它是操作人员与数控装它是操作人员与数控装它是操作人员与数控装它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。置进行信息交流的工具。置进行信息交流的工具。置进行信息交流的工具。n n组成：工程面板、状态组成：工程面板、状态组成：工程面板、状态组成：工程面板、状态灯、按键阵列功能与灯、按键阵列功能与灯、按键阵列功能与灯、按键阵列功能与计算机键盘一样和显计算机键盘一样和显计算机键盘一样和显计算机键盘一样和显示器。示器。示器。示器。n n它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介2024/6/2122n n 2 2、控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备n n控制介质控制介质控制介质控制介质是记录零件加工程序的媒介是记录零件加工程序的媒介n n输入输出设备输入输出设备输入输出设备输入输出设备是是CNCCNC系统与外部设备进行交互装置。系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入在控制介质上的零件加工程序输入CNCCNC系统或将调试系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。的控制介质上。n n数控机床常用的控制介质和输入输出设备有：穿孔纸数控机床常用的控制介质和输入输出设备有：穿孔纸带、磁盘，光盘等。带、磁盘，光盘等。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介2024/6/2123n n3 3、通讯、通讯、通讯、通讯 n n 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现它们是实现它们是实现它们是实现CAD/CAMCAD/CAM的集成、的集成、的集成、的集成、FMSFMS和和和和CIMSCIMS的根的根的根的根本技术。采用的方式有：本技术。采用的方式有：本技术。采用的方式有：本技术。采用的方式有：n n串行通讯串行通讯串行通讯串行通讯RS-232RS-232等串口、等串口、等串口、等串口、n n自动控制专用接口和标准自动控制专用接口和标准自动控制专用接口和标准自动控制专用接口和标准DNCDNC方式，方式，方式，方式，MAPMAP协议协议协议协议等等等等n n网络技术网络技术网络技术网络技术internetinternet，LANLAN等。等。等。等。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介2024/6/2124n n 4 4、CNCCNC装置装置装置装置(CNC(CNC单元单元单元单元)n n组成：计算机系统、位置控制板、组成：计算机系统、位置控制板、组成：计算机系统、位置控制板、组成：计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板，接口板，接口板，接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。n n作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理如运动轨迹处理、机床输入输出处理等，然如运动轨迹处理、机床输入输出处理等，然如运动轨迹处理、机床输入输出处理等，然如运动轨迹处理、机床输入输出处理等，然后输出控制命令到相应的执行部件后输出控制命令到相应的执行部件后输出控制命令到相应的执行部件后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱伺服单元、驱伺服单元、驱伺服单元、驱动装置和动装置和动装置和动装置和PLCPLC等等等等)，所有这些工作是由，所有这些工作是由，所有这些工作是由，所有这些工作是由CNCCNC装置内装置内装置内装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。条不紊地进行工作的。条不紊地进行工作的。条不紊地进行工作的。CNCCNC装置是装置是装置是装置是CNCCNC系统的核系统的核系统的核系统的核心。心。心。心。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介数控装置主要功能数控装置主要功能数控装置主要功能数控装置主要功能：n n正确识别和解释数控加工程序，正确识别和解释数控加工程序，n n对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，n n完成各种输入、输出任务。完成各种输入、输出任务。数控装置形式：数控装置形式：1.由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置NC装装置；置；速度快，但功能扩展性和灵活性差2.计算机数控装置计算机数控装置CNC装置装置主要功能由软硬件共同实现，软件模块化，便于扩展数控装置的输出：数控装置的输出：连续控制量连续控制量伺服系统驱动伺服系统驱动离散控制量离散控制量机床电器逻辑控制装置机床电器逻辑控制装置2024/6/2125n n 5 5、伺服单元、驱动装置和测量装置、伺服单元、驱动装置和测量装置、伺服单元、驱动装置和测量装置、伺服单元、驱动装置和测量装置n n 它是数控系统的执行局部。其性能好坏直接决定加工精度、外表质它是数控系统的执行局部。其性能好坏直接决定加工精度、外表质它是数控系统的执行局部。其性能好坏直接决定加工精度、外表质它是数控系统的执行局部。其性能好坏直接决定加工精度、外表质量和生产率。量和生产率。量和生产率。量和生产率。n n伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置n n主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机n n进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机n n测量装置测量装置测量装置测量装置 n n位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。n n作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动或使执作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动或使执作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动或使执作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动或使执行部件动作，以加工出符合要求的零件。保证灵敏、准确地跟踪行部件动作，以加工出符合要求的零件。保证灵敏、准确地跟踪行部件动作，以加工出符合要求的零件。保证灵敏、准确地跟踪行部件动作，以加工出符合要求的零件。保证灵敏、准确地跟踪CNCCNC装置指令：装置指令：装置指令：装置指令：n n进给运动指令：实现零件加工的成形运动速度和位置控制进给运动指令：实现零件加工的成形运动速度和位置控制进给运动指令：实现零件加工的成形运动速度和位置控制进给运动指令：实现零件加工的成形运动速度和位置控制n n主轴运动指令，实现零件加工的切削运动速度控制主轴运动指令，实现零件加工的切削运动速度控制主轴运动指令，实现零件加工的切削运动速度控制主轴运动指令，实现零件加工的切削运动速度控制第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介2024/6/2126n n6 6、PLCPLC、装备装备装备装备I/OI/O电路和装置电路和装置电路和装置电路和装置n nPLC PLC(Programmable Logic Controller)Programmable Logic Controller)：用于完成与逻用于完成与逻辑运算有关顺序动作的辑运算有关顺序动作的I/OI/O控制，它由硬件和软件组成；控制，它由硬件和软件组成；n n机床机床机床机床I/OI/O电路和装置：电路和装置：电路和装置：电路和装置：实现实现I/OI/O控制的执行部件控制的执行部件(由继电器、电由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；n n功能：功能：功能：功能：n n接受接受CNCCNC的的MM、S S、T T指令，对其进行译码并转换成对应的控指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成装备相应的开关动作制信号，控制辅助装置完成装备相应的开关动作n n接受操作面板和装备侧的接受操作面板和装备侧的I/OI/O信号，送给信号，送给CNCCNC装置，经其处理装置，经其处理后，输出指令控制后，输出指令控制CNCCNC系统的工作状态和装备的动作。系统的工作状态和装备的动作。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介n n6 6、PLCPLC、装备装备装备装备I/OI/O电路和装置电路和装置电路和装置电路和装置n n主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器控制器控制器控制器(PLC)(PLC)输出的主轴变速、换向、启动或停止，输出的主轴变速、换向、启动或停止，输出的主轴变速、换向、启动或停止，输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件装夹，冷却、液压、润滑的开或关等辅助操工件装夹，冷却、液压、润滑的开或关等辅助操工件装夹，冷却、液压、润滑的开或关等辅助操工件装夹，冷却、液压、润滑的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加诸如接触器、电磁阀等，从而实现数控机床在加工过程中的全部自动操作。工过程中的全部自动操作。工过程中的全部自动操作。工过程中的全部自动操作。2024/6/2127 三、机械装备机械局部：数控装备的主体，是实现制造加工的执行部件。以机床为例组成：由主运动部件、进给运动部件工作台、拖板以及相应的传动机构、支承件立柱、床身等以及特殊装置刀具自动交换系统，工件自动交换系统和辅助装置如排屑装置等。第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介2024/6/2128第一章 数控技术概述第一节 数控技术简介 三、机械装备n n具有以下特点：具有以下特点：1)1)数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械传动结构简化，传动链较短。机械传动结构简化，传动链较短。2)2)数控机床机械结构具有较高的刚度、阻尼精度及数控机床机械结构具有较高的刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形小。耐磨性，热变形小。3)3)更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等。滚动导轨等。2024/6/2129第二节 数控加工原理第一章 数控技术概述2024/6/2130第二节 数控加工原理一、数控加工与传统加工的比较工艺分析工艺分析数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡传统加工传统加工数控加工数控加工图图2 传统加工与数控加工的比较图传统加工与数控加工的比较图第一章 数控技术概述2024/6/2131第二节 数控加工原理二、数控加工中数据转换过程第一章 数控技术概述图图3 数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程译译 码码刀刀补补处处理理插插补补处处理理PLC控制控制进给伺服系统进给伺服系统切削运动、机床切削运动、机床I/O装置装置成形运动成形运动加加工工程程序序2024/6/2132第二节 数控加工原理n n1 1、译码、译码、译码、译码(解释解释解释解释)n n译码程序的主要功能是将用文本格式通常用译码程序的主要功能是将用文本格式通常用译码程序的主要功能是将用文本格式通常用译码程序的主要功能是将用文本格式通常用ASCIIASCII码表达的零件加工程序，以程序段为单位码表达的零件加工程序，以程序段为单位码表达的零件加工程序，以程序段为单位码表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构格式。转换成刀补处理程序所要求的数据结构格式。转换成刀补处理程序所要求的数据结构格式。转换成刀补处理程序所要求的数据结构格式。该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。它主要包括：息。它主要包括：息。它主要包括：息。它主要包括：X X、Y Y、Z Z等坐标值；进给速度；等坐标值；进给速度；等坐标值；进给速度；等坐标值；进给速度；主轴转速；主轴转速；主轴转速；主轴转速；GG代码；代码；代码；代码；MM代码；刀具号；子程序处理代码；刀具号；子程序处理代码；刀具号；子程序处理代码；刀具号；子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。第一章 数控技术概述2024/6/2133第二节 数控加工原理n n 2 2、刀补处理、刀补处理、刀补处理、刀补处理(计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹)n n用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的程序。刀补处理就是完成这种转换的程序。第一章 数控技术概述2024/6/2134第二节 数控加工原理n n 3 3、插补计算、插补计算、插补计算、插补计算n n本模块以系统规定的插补周期本模块以系统规定的插补周期本模块以系统规定的插补周期本模块以系统规定的插补周期 t t定时运行，它将由定时运行，它将由定时运行，它将由定时运行，它将由各种线形直线，圆弧等组成的零件轮廓，按程各种线形直线，圆弧等组成的零件轮廓，按程各种线形直线，圆弧等组成的零件轮廓，按程各种线形直线，圆弧等组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度序给定的进给速度序给定的进给速度序给定的进给速度F F，实时计算出各个进给轴在，实时计算出各个进给轴在，实时计算出各个进给轴在，实时计算出各个进给轴在 t t内位移指令内位移指令内位移指令内位移指令 X1X1、Y1Y1、，并送给进给伺服，并送给进给伺服，并送给进给伺服，并送给进给伺服系统，实现成形运动。系统，实现成形运动。系统，实现成形运动。系统，实现成形运动。第一章 数控技术概述2024/6/2135第二节 数控加工原理n n 4 4、PLC PLC控制控制控制控制n nPLCPLC控制是对机床动作的控制是对机床动作的控制是对机床动作的控制是对机床动作的“顺序控制。即以顺序控制。即以顺序控制。即以顺序控制。即以CNCCNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行等进行件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行等进行件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行等进行件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行等进行的控制。的控制。的控制。的控制。第一章 数控技术概述2024/6/2136内容小结1 1几个根本概念几个根本概念 数字控制、数控机床、数字控制、数控机床、2.2.数控系统与数控装备的组成、各局部之间的关系、数控系统与数控装备的组成、各局部之间的关系、及其根本功能。及其根本功能。3 3数控加工中数据转换过程中的主要步骤、以及每数控加工中数据转换过程中的主要步骤、以及每个步骤的主要功能。个步骤的主要功能。第一章 数控技术概述2024/6/2137习题与思考题1 1名词解释：名词解释：数字控制、数控技术、数控装备、数控系统数字控制、数控技术、数控装备、数控系统2.NC2.NC机床由哪儿局部组成，试用框图机床由哪儿局部组成，试用框图 表示各局部表示各局部之间的关系，并简述各局部的根本功能。之间的关系，并简述各局部的根本功能。3 3试用框图表示数控加工中数据转换过程中的主要试用框图表示数控加工中数据转换过程中的主要步骤，并简述每个步骤的主要功能。步骤，并简述每个步骤的主要功能。第一章 数控技术概述2024/6/2138第三节 数控机床的分类及特点第一章 数控技术概述2024/6/2139第三节 数控机床的分类及特点 数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：第一章 数控技术概述2024/6/2140第三节 数控机床的分类及特点一、按工艺用途分类n n切削加工类：切削加工类：切削加工类：切削加工类：如数控铣床、数控车床、数控磨床、加如数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、工中心、数控齿轮加工机床、FMCFMC等。等。n n成型加工类：成型加工类：成型加工类：成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。数控折弯机、数控弯管机等。n n特种加工类：特种加工类：特种加工类：特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。工机等。n n其它类型：其它类型：其它类型：其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。数控装配机、数控测量机、机器人等。第一章 数控技术概述2024/6/2141第三节 数控机床的分类及特点第一章 数控技术概述点位控制点位直线控制轮廓控制n n二、按控制功能分类二、按控制功能分类2024/6/2142第三节 数控机床的分类及特点二、按控制功能分类二、按控制功能分类点位控制数控系统点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；仅能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；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。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。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。保证定位精度，移动速度是保证定位精度，移动速度是“先快后慢先快后慢第一章 数控技术概述2024/6/2143第三节 数控机床的分类及特点n n直线控制数控系统直线控制数控系统直线控制数控系统直线控制数控系统n n能实现点位控制数控系统的功能能实现点位控制数控系统的功能能实现点位控制数控系统的功能能实现点位控制数控系统的功能n n能实现沿平行某个坐标轴如能实现沿平行某个坐标轴如能实现沿平行某个坐标轴如能实现沿平行某个坐标轴如X X、Y Y、Z Z或两轴等或两轴等或两轴等或两轴等速的方向进行加工；速的方向进行加工；速的方向进行加工；速的方向进行加工；n n适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。第一章 数控技术概述2024/6/2144第三节 数控机床的分类及特点n n轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统n n轮廓控制轮廓控制轮廓控制轮廓控制(连续控制连续控制连续控制连续控制)系统：具有控制几个进给轴同系统：具有控制几个进给轴同系统：具有控制几个进给轴同系统：具有控制几个进给轴同时协调运动时协调运动时协调运动时协调运动(坐标联动坐标联动坐标联动坐标联动)，使工件相对于刀具按程序，使工件相对于刀具按程序，使工件相对于刀具按程序，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。削加工的数控系统。削加工的数控系统。削加工的数控系统。n n适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床根本上都加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床根本上都加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床根本上都加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床根本上都是装备的这种数控系统。是装备的这种数控系统。是装备的这种数控系统。是装备的这种数控系统。第一章 数控技术概述2024/6/2145第三节 数控机床的分类及特点三、按联动轴数分，2轴联动平面曲线3轴联动空间曲面，球头刀4轴联动空间曲面5轴联动及6轴联动空间曲面。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。第一章 数控技术概述2024/6/2146第三节 数控机床的分类及特点四、按进给伺服系统的类型分类n n按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开开开开环数控系统环数控系统环数控系统环数控系统和和闭环数控系统闭环数控系统闭环数控系统闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为测量装置安装的位置又可分为全闭环全闭环全闭环全闭环和和半闭环半闭环半闭环半闭环两种。两种。第一章 数控技术概述2024/6/2147第三节 数控机床的分类及特点n n开环数控系统开环数控系统开环数控系统开环数控系统n n没有位置测量装置，信号流是单向的数控装置没有位置测量装置，信号流是单向的数控装置没有位置测量装置，信号流是单向的数控装置没有位置测量装置，信号流是单向的数控装置进给系统，故系统稳定性好。进给系统，故系统稳定性好。进给系统，故系统稳定性好。进给系统，故系统稳定性好。第一章 数控技术概述2024/6/2148 开环控制框图开环控制框图步进电机步进电机数控装置数控装置2024/6/2149第三节 数控机床的分类及特点n n无位置反响，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要无位置反响，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。n n一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。n n这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。第一章 数控技术概述2024/6/2150第三节 数控机床的分类及特点n n 半闭环数控系统半闭环数控系统半闭环数控系统半闭环数控系统n n半闭环数控系统是从驱动装置半闭环数控系统是从驱动装置(常用伺服电机常用伺服电机)或丝杠引出，或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。第一章 数控技术概述n n闭环的环路内不包括丝杠、螺母副、导轨、机床工作台这些大惯闭环的环路内不包括丝杠、螺母副、导轨、机床工作台这些大惯性环节，这些相关环节的误差不能被补偿。性环节，这些相关环节的误差不能被补偿。2024/6/2151第三节 数控机床的分类及特点n n半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。不如开环系统，但比闭环要好。n n由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。精度。n n半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代高，因而在现代CNCCNC机床中得到了广泛应用。机床中得到了广泛应用。第一章 数控技术概述2024/6/2152伺服电动机伺服电动机数控装置数控装置位置检测（编码器）位置检测（编码器）2024/6/2153第三节 数控机床的分类及特点n n 全闭环数控系统全闭环数控系统n n全闭环数控系统直接对运动部件的实际位置进行检测全闭环数控系统直接对运动部件的实际位置进行检测直线位移。直线位移。n n带有位置检测反响装置，以直流或交流电动机作为执行元件带有位置检测反响装置，以直流或交流电动机作为执行元件n n但凡被反响通道包围的前向通道中所有误差都能被反响补偿但凡被反响通道包围的前向通道中所有误差都能被反响补偿n n丝杠、螺母副、导轨及工作台这些大惯性环节或齿隙非线性丝杠、螺母副、导轨及工作台这些大惯性环节或齿隙非线性环节都包含在闭环内环节都包含在闭环内设计、调试困难设计、调试困难第一章 数控机床概述2024/6/2154第三节 数控机床的分类及特点n n 全闭环数控系统全闭环数控系统全闭环数控系统全闭环数控系统第一章 数控机床概述伺服电动机伺服电动机数控装置数控装置 检测装置光栅检测装置光栅2024/6/2155第三节 数控机床的分类及特点n n从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。n n由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。n n该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。超精磨床以及较大型的数控机床等。第一章 数控技术概述2024/6/2156第三节 数控机床的分类及特点第一章 数控技术概述n n 数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点n n(一一)CNC)CNC机床与普通机床的区别机床与普通机床的区别n n(二二)数控机床的特点数控机床的特点n n(三三)数控机床的应用范围数控机床的应用范围2024/6/2157第三节 数控机床的分类及特点第一章 数控技术概述n n 数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点-CNC-CNC机床与普通机床的区别机床与普通机床的区别机床与普通机床的区别机床与普通机床的区别n nCNCCNC机床一般具有手动加工、机动加工和控制程序自机床一般具有手动加工、机动加工和控制程序自动加工功能动加工功能,加工过程中一般不需要人工干预。加工过程中一般不需要人工干预。n nCNCCNC机床一般具有屏幕显示功能。机床一般具有屏幕显示功能。n nCNCCNC机床主传动和进给传动采用直流或交流无级调速机床主传动和进给传动采用直流或交流无级调速伺服电动机。伺服电动机。n nCNCCNC机床一般具有工件测量系统。机床一般具有工件测量系统。2024/6/2158第三节 数控机床的分类及特点第一章 数控技术概述n n 数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点-P10-P10自学自学自学自学1.1.具有良好的加工柔性具有良好的加工柔性2.2.加工精度高加工精度高3.3.加工生产率高加工生产率高4.4.减轻劳动强度，改善劳动条件减轻劳动强度，改善劳动条件5.5.良好的经济效益良好的经济效益6.6.有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化2024/6/2159第三节 数控机床的分类及特点第一章 数控技术概述n n 数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点数控机床的特点n n数控机床的应用范围数控机床的应用范围2024/6/2160第四节 数控技术的开展动向第一章 数控技术概述2024/6/2161第四节 数控技术的开展动向一、产生背景n n从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：有：n n自动机床；自动机床；n n组合机床；组合机床；n n专用自动生产线。专用自动生产线。第一章 数控技术概述2024/6/21622024/6/2163第四节 数控机床的开展动向nn这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地开展。但它也存在固有的缺点：这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地开展。但它也存在固有的缺点：nn初始投资大；初始投资大；nn准备周期长；准备周期长；nn柔性差。柔性差。第一章 数控技术概述2024/6/2164第四节 数控技术的开展动向n n数控技术产生和开展的内在动力：市场竞争日趋剧数控技术产生和开展的内在动力：市场竞争日趋剧数控技术产生和开展的内在动力：市场竞争日趋剧数控技术产生和开展的内在动力：市场竞争日趋剧烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满足上述需求。高、柔性好加工设备来满足上述需求。高、柔性好加工设备来满足上述需求。高、柔性好加工设备来满足上述需求。n n数控技术产生和开展的技术根底：电子技术和计算数控技术产生和开展的技术根底：电子技术和计算数控技术产生和开展的技术根底：电子技术和计算数控技术产生和开展的技术根底：电子技术和计算机技术的飞速开展那么为机技术的飞速开展那么为机技术的飞速开展那么为机技术的飞速开展那么为NCNC机床的进步提供了坚机床的进步提供了坚机床的进步提供了坚机床的进步提供了坚实的技术根底。实的技术根底。实的技术根底。实的技术根底。n n数控技术正是在这种背景下诞生和开展起来的。它数控技术正是在这种背景下诞生和开展起来的。它数控技术正是在这种背景下诞生和开展起来的。它数控技术正是在这种背景下诞生和开展起来的。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工自动化技术的开展。自动化技术的开展。自动化技术的开展。自动化技术的开展。第一章 数控技术概述2024/6/2165第四节 数控技术的开展动向二、开展沿革1952年，Parsons公司和合作研制了世界上第一台三座标数控机床。1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。从1952年至今，NC机床按NC系统的开展经历的五代。第一章 数控技术概述2024/6/2166第四节 数控技术的开展动向n n第一代：第一代：第一代：第一代：19551955年年年年 NC NC系统以电子管组成，体积系统以电子管组成，体积系统以电子管组成，体积系统以电子管组成，体积大，功耗大。大，功耗大。大，功耗大。大，功耗大。n n第二代：第二代：第二代：第二代：19591959年年年年 NC NC系统以晶体管组成，广泛系统以晶体管组成，广泛系统以晶体管组成，广泛系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。采用印刷电路板。采用印刷电路板。采用印刷电路板。n n第三代：第三代：第三代：第三代：19651965年年年年 NC NC系统采用小规模集成电路系统采用小规模集成电路系统采用小规模集成电路系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。进一步提高。进一步提高。进一步提高。n n以上三代以上三代以上三代以上三代NCNC系统，由于其数控功能均由硬件系统，由于其数控功能均由硬件系统，由于其数控功能均由硬件系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为实现，故历史上又称其为实现，故历史上又称其为实现，故历史上又称其为“硬线硬线硬线硬线NCNC第一章 数控技术概述2024/6/2167第四节 数控技术的开展动向n n第四代：第四代：19701970年年 NC NC系统采用小型计算机取代专用计系统采用小型计算机取代专用计算机，其局部功能由软件实现，它具有价格低，可靠算机，其局部功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。性高和功能多等特点。n n第五代：第五代：19741974年年 NC NC系统以微处理器为核心，不仅价系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个开展阶的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个开展阶段：段：第一章 数控技术概述2024/6/2168第四节 数控技术的开展动向n n19741974年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。自诊断功能。n n19791979年：系统采用年：系统采用CRTCRT显示，显示，VLICVLIC，大容量磁泡存储大容量磁泡存储器，可编程接口和遥控接口等。器，可编程接口和遥控接口等。n n19811981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。偿功能。n n19861986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。入实用阶段。n n19881988年：采用高性能年：采用高性能3232位机为主机的主从结构系统。位机为主机的主从结构系统。第一章 数控技术概述2024/6/2169n n19941994年：基于年：基于PCPC的的NCNC系统诞生，使系统诞生，使NCNC系统的研发系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型进入了开放型、柔性化的新时代，新型NCNC系统的开系统的开发周期日益缩短。发周期日益缩短。n n2020世纪末世纪末2121世纪初：开放式系统标准世纪初：开放式系统标准NGCNGC、OMACOMAC、OSACAOSACA、OSEC)OSEC)和数控系统新标准和数控系统新标准STEP-NCSTEP-NC等相继开展研究和开发。它是数控技术等相继开展研究和开发。它是数控技术开展的又一个里程碑。开展的又一个里程碑。第四节 数控技术的开展动向第一章 数控技术概述2024/6/2170第四节 数控技术的开展动向三、开展趋势进入20世纪90年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的开展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着下述方向开展l l运行高速化l l加工高精化l l功能复合化l l控制智能化l l体系开放化l l驱动并联化l l交互网络化第一章 数控技术概述2024/6/2171第四节 数控技术的开展动向 速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。第一章 数控技术概述2024/6/2172第四节 数控技术的开展动向n n运行高速化：使进给率、主轴转速、刀具交换速度、运行高速化：使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加减速托盘交换速度实现高速化，并且具有高加减速率。率。n n 进给率高速化：进给率高速化：n n在分辨率为在分辨率为1 1 mm时，时，Fmax=240m/minFmax=240m/min；在；在FmaxFmax下下可获得复杂型面的精确加工；在程序段长度为可获得复杂型面的精确加工；在程序段长度为1mm1mm时，时，Fmax=60m/minFmax=60m/min，并且具有，并且具有1.5g1.5g的加减速率；的加减速率；n n主轴高速化：采用电主轴内装式主轴电机，即主轴高速化：采用电主轴内装式主轴电机，即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴电机的转子轴就是主轴部件。n n主轴最高转速达主轴最高转速达200000r/min200000r/min。主轴转速的最高加。主轴转速的最高加减速为减速为1.0g 1.0g，即仅需，即仅需1.81.8秒即可从秒即可从0 0提速到提速到15000r/min15000r/min。n n换刀速度换刀速度 n n0.60.6秒刀到刀；秒刀到刀；2.82.8秒切削到切削秒切削到切削n n工作台托盘交换速度工作台托盘交换速度 4.3 4.3秒。秒。第一章 数控技术概述2024/6/2173第四节 数控技术的开展动向n n加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。n n 提高提高CNCCNC系统控制精度：系统控制精度：n n采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使使CNCCNC控制单位精细化；控制单位精细化；n n采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度日本交流伺服电机已有装上日本交流伺服电机已有装上106 106 脉冲脉冲/转的内藏转的内藏位置检测器，其位置检测精度能到达位置检测器，其位置检测精度能到达0.010.01 m/m/脉冲脉冲；n n位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。n n采用误差补偿技术：采用误差补偿技术：n n采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术差补偿等技术;n n设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果说明，综合误差补偿技术的应用可术。研究结果说明，综合误差补偿技术