数控技术第3版课件1第一章-绪论

数控技术数控技术第一章第一章 绪论绪论数控技术第一章 绪论1本章主要内容第一节第一节 机床机床 数控技术的基本概念数控技术的基本概念第二节第二节 数控机床的构成与分类数控机床的构成与分类第三节第三节 数控机床加工特点及适用范围数控机床加工特点及适用范围本章主要内容第一节 机床 数控技术的基本概念2第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念数控数控即数字控制（即数字控制（Numerical Control）简称）简称NC，是指利用，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。数字化信息进行控制，其控制对象可以是各种生成过程。机床数控技术机床数控技术用数字化信息对用数字化信息对机床运动机床运动及其及其加工过程加工过程进行控制的一种技术。进行控制的一种技术。一、概述一、概述第一节 机床数控技术的基本概念数控即数字控制（Numeri3数控机床数控机床是一个是一个装有数字控制系统装有数字控制系统的机床，该系统能够处理的机床，该系统能够处理加工程加工程序序,控制机床自动完成各种控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动加工运动和辅助运动。数控系统数控系统数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机构等统称。由数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机构等统称。由数控装置、可编程控制器、主轴驱动及进给装置等组成。数控装置、可编程控制器、主轴驱动及进给装置等组成。第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念一、概述一、概述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4 数控技术的发展与应用数控技术的发展与应用自从自从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；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，术，CAD/CAM，FMS和和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都建立在数、敏捷制造和智能制造等，都建立在数控技术之上；控技术之上；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；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。二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念一、概述一、概述 数控技术的发展与应用自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给5数控机床是制造装备的主流装备数控机床是制造装备的主流装备数控机床广泛应用于制造业的各个领域数控机床广泛应用于制造业的各个领域IC装备装备 船舶制造装备纺织印染装备纺织印染装备汽车制汽车制造装备造装备军工军工制造装备制造装备第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念数控机床是制造装备的主流装备数控机床广泛应用于制造业的各个领6普通机床普通机床数控机床数控机床第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程普通机床数控机床第一节 机床数控技术的基本概念二、数控机床的7 数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较工艺分析工艺分析工序卡工序卡数控加数控加工程序工程序传统加工传统加工数控加工数控加工第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程 数控加工与传统加工的比较工艺分析工序卡数控加传统加工数控加8数控加工零件的过程数控加工零件的过程工艺处理工艺处理加工图纸加工图纸数学处理数学处理编程手册编程手册数控编程数控编程程序仿真程序仿真输输入入装装置置加工加工程序程序毛坯或半成品毛坯或半成品数数控控系系统统数控机床数控机床程序编制程序编制成品成品译码译码、数据处理、插补、伺服驱动、数据处理、插补、伺服驱动N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程数控加工零件的过程工艺处理加工图纸数学处理编程手册数控编程程91.数控加工程序的编制数控加工程序的编制 在零件加工前，首先根据被加工零件图样所规定的零件形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数及切削用量等，然后根据数控机床编程手册规定的代码和程序格式编写零件加工程序单。手工编程手工编程 自动编程自动编程 N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程1.数控加工程序的编制 在零件加工前，首先根据被102.输入输入u把零件程序、控制参数和补偿数据通过输入装置输入到数控装置中。u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（Direct Numerical Control，DNC）接口、网络接口等。u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。第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程2.输入把零件程序、控制参数和补偿数据通过输入装置输入到数113.译码译码u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。u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。N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;010 01011 00010111 110101110 10101100 00011101;第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程3.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124.刀具补偿刀具补偿u刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹刀具中心轨迹运动运动，加工出所要求的零件轮廓。u刀具补偿有刀具半径补偿和刀具长度补偿。除了刀具补偿之外，还包括速度计算以及辅助功能的处理程序等其它数据处理。第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程4.刀具补偿刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨135.插补插补u插补的目的：控制加工运动，使刀具相对于工件做出符合零件轮廓轨迹的相对运动。u任务：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。第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程5.插补插补的目的：控制加工运动，使刀具相对于工件做出符合146.位置控制和机床加工位置控制和机床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。第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程6.位置控制和机床加工伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号15第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类基本组成基本组成一、数控机床的组成一、数控机床的组成 第二节 数控机床的组成与分类基本组成一、数控机床的组成 16第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类1.输入输出装置输入输出装置主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。是是CNC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及辅助信息等及辅助信息等。MDI（Manual Data Input）方式）方式 USB接口接口 RS232C接口接口 DNC接口接口 存储卡存储卡 未来会广泛使用未来会广泛使用 以太网以太网 一、数控机床的组成一、数控机床的组成 第二节 数控机床的组成与分类1.输入输出装置主要实现程序编17第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类2.数控装置（或计算机数控装置）数控装置（或计算机数控装置）组成：组成：计算机系统、位置控制板、计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板，通讯接接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然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后输出控制命令到伺服驱动装置和PLCPLC。功能：功能：多坐标控制、插补功能、故障自诊断功能、补多坐标控制、插补功能、故障自诊断功能、补偿功能、信息转换功能、辅助功能、显示功能等。偿功能、信息转换功能、辅助功能、显示功能等。是数控系统的核心。是数控系统的核心。一、数控机床的组成一、数控机床的组成 第二节 数控机床的组成与分类2.数控装置（或计算机数控装置18第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类3.伺服系统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主轴伺服单元和主轴电机 进给伺服单元和进给电机进给伺服单元和进给电机一、数控机床的组成一、数控机床的组成 第二节 数控机床的组成与分类3.伺服系统接受数控装置的指令19第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类数控机床的伺服驱动数控机床的伺服驱动数控装置数控装置机床机床伺服电机伺服电机伺服系统伺服系统第二节 数控机床的组成与分类数控机床的伺服驱动数控装置机床伺20第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类4.测量反馈装置测量反馈装置包括：位置和速度测量装置。包括：位置和速度测量装置。作用：作用：以实现进给伺服系统的闭环控制，保证灵敏、以实现进给伺服系统的闭环控制，保证灵敏、准确地跟踪准确地跟踪CNC装置指令：装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。位置控制）。主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）制）一、数控机床的组成一、数控机床的组成 第二节 数控机床的组成与分类4.测量反馈装置包括：位置和速21第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类5.机床本体机床本体完成各种切削加工的机械部分完成各种切削加工的机械部分-主运动部件、进给运动部件主运动部件、进给运动部件-支承件（立柱、床身等）支承件（立柱、床身等）-配套装置（冷却、排屑、润滑等）配套装置（冷却、排屑、润滑等）-辅助装置（编程机、对刀仪等）辅助装置（编程机、对刀仪等）一、数控机床的组成一、数控机床的组成 第二节 数控机床的组成与分类5.机床本体完成各种切削加工的22第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类 数控机床的组成数控机床的组成主要内容数数控控系系统统组组成成 机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置检测装置检测装置主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元计算机计算机数数 控控 装装 置置 操作面板操作面板PLCPLC计算机数控系统计算机数控系统机机床床辅辅助助控控制制机机构构进给传动机构进给传动机构主运动机构主运动机构输入输出输入输出装置装置计算机数控装置计算机数控装置 和和 计算机数控系统计算机数控系统 的的 区别？区别？第二节 数控机床的组成与分类 数控机床的组成主要内容数控系统23第二节数控机床的组成与分类第二节数控机床的组成与分类PLC、机床、机床I/O电路和装置电路和装置PLC(Programmable Logic Controller)用于完成与逻辑运算有关顺序动作的用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制；控制；机床机床I/O电路和装置电路和装置 实现实现I/O控制的执行部件控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）成的逻辑电路）;功能功能 接受接受CNC的的M、S、T指令指令,对其进行译码并转换成对应的控制信号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信号信号,送给送给CNC装置装置,经其处理后经其处理后,输出指令控制输出指令控制CNC系统的工作状态系统的工作状态和机床的动作。和机床的动作。第二节数控机床的组成与分类PLC、机床I/O电路和装置PLC24第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类分分 类类 方方 法法数控机床类型数控机床类型按机械加工的按机械加工的运动轨迹运动轨迹点位点位控制控制数控机床数控机床直线直线控制控制数控机床数控机床轮廓轮廓控制控制数控机床数控机床按伺服系统的按伺服系统的控制原理控制原理开环开环数控数控数控机床数控机床半闭环半闭环控制控制数控机床数控机床闭环闭环控制控制数控机床数控机床按功能水平按功能水平经济型经济型数控机床数控机床中档型中档型数控机床数控机床高档型高档型数控机床数控机床按工艺方法按工艺方法金属切削金属切削数控机床数控机床金属成形金属成形数控机床数控机床特种加工特种加工数控机床数控机床二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类分 类 方 法数控机床类型按机械25第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类1.按机械加工的运动轨迹分类按机械加工的运动轨迹分类（1 1）点位控制点位控制仅实现刀具相对于工件从一点到仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；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、适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。数控冲床和数控测量机。二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类1.按机械加工的运动轨迹分类（26第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类（2）直线控制直线控制不仅要求控制点到点的精确定位，而且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的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成与坐标轴成45角的方向进行直线移动和角的方向进行直线移动和切削加工。切削加工。简易数控车床和简易数控铣床简易数控车床和简易数控铣床1.按机械加工的运动轨迹分类按机械加工的运动轨迹分类二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类（2）直线控制不仅要求控制点到27第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类（3）轮廓控制轮廓控制对多个坐标轴同时进行控制，使之协调对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动运动(坐标联动坐标联动)，使刀具相对工件按程序，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。行连续切削加工。可加工曲面、叶轮等复杂形状的零件可加工曲面、叶轮等复杂形状的零件数控车床、数控铣床、加工中心数控车床、数控铣床、加工中心1.按机械加工的运动轨迹分类按机械加工的运动轨迹分类二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类（3）轮廓控制对多个坐标轴同时进28第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类（1）开环控制系统）开环控制系统步步进进驱驱动动器器指令脉冲指令脉冲步进电机步进电机工作台工作台数控装置特点特点:没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜价格便宜,精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床。精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床。2.按伺服系统的控制原理分类按伺服系统的控制原理分类二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类（1）开环控制系统步进驱动器指令29第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类特点特点:带有位置检测装置带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响响,调试困难调试困难,且结构复杂、价格昂贵。且结构复杂、价格昂贵。位置反馈位置反馈速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈（2）闭环控制）闭环控制2.按伺服系统的控制原理分类按伺服系统的控制原理分类二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类特点:带有位置检测装置,安装在机30第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类（3）半闭环控制）半闭环控制速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈检测元件检测元件特点特点:带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部部;不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。2.按伺服系统的控制原理分类按伺服系统的控制原理分类二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类（3）半闭环控制速度控制电路工作31第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类高级型、普及型、经济型高级型、普及型、经济型3.按功能水平分类按功能水平分类二、数控机床的分类二、数控机床的分类第二节 数控机床的组成与分类高级型、普及型、经济型3.按功32第三节第三节 数控机床的特点及适用范围数控机床的特点及适用范围 加工零件的适应性强且灵活性好加工零件的适应性强且灵活性好 加工精度高且产品质量稳定加工精度高且产品质量稳定 生产率高生产率高 减少工人劳动强度减少工人劳动强度 生产管理水平提高生产管理水平提高一、数控机床的特点一、数控机床的特点第三节 数控机床的特点及适用范围 加工零件的适应性强且灵活性33第三节第三节 数控机床的特点及适用范围数控机床的特点及适用范围大批量零件生产：专用机床或自动线大批量零件生产：专用机床或自动线零件不太复杂，较小批量：通用机床零件不太复杂，较小批量：通用机床零件较复杂：数控机床零件较复杂：数控机床主要内容通用机床通用机床专用机床专用机床数控机床数控机床零件复杂程度零件复杂程度零零件件批批量量二、数控机床的适用范围二、数控机床的适用范围第三节 数控机床的特点及适用范围大批量零件生产：专用机床或自34第三节第三节 数控机床的特点及适用范围数控机床的特点及适用范围发展趋势发展趋势l l运行高速化运行高速化运行高速化运行高速化l l加工高精化加工高精化加工高精化加工高精化l l功能复合化功能复合化功能复合化功能复合化l l控制智能化控制智能化控制智能化控制智能化l l驱动并联化驱动并联化驱动并联化驱动并联化l l交互网络化交互网络化交互网络化交互网络化第三节 数控机床的特点及适用范围发展趋势运行高速化35常见数控机床类型照片数数控控车车床床常见数控机床类型照片数控车床36常见数控机床类型照片数数控控铣铣床床常见数控机床类型照片数控铣床37常见数控机床类型照片加加工工中中心心常见数控机床类型照片加工中心38常见数控机床类型照片线线切切割割常见数控机床类型照片线切割39