概论-数控机床课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1.1 数控机床的基本概念,第一章 概 论,是指采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的机床，是一种典型的光机电一体化加工设备。,是指采用数控技术的控制系统，能自动阅读输入载体上事先给定的数字值和指令，并对其进行编译处理，以达到自动地控制机床移动和加工零件的目的。,1.,数控机床,2.,数控系统,一、定义,1,1.1 数控机床的基本概念,主要采用电路的硬件和连线组成的数控系统称为硬件数控，,简称,NC。,主要采用计算机的硬件和软件组成，更加注重计算机软件控制功能的数控系统称为计算机数控，,简称,CNC。,3.数控（NC）与计算机数控（CNC）,三、数控装置的主要技术指标,1控制轴数和联动轴数；,2脉冲当量（控制分辨率）；,3定位精度和重复精度；,4行程；,5,主轴转速和调节范围；,2,主要采用电路的硬件和连线组成的数控系统称为硬件,6进给速度和调节范围；,7,准备功能（G功能）；,8辅助功能（M功能）；,9.自动加减速功能；,10.开关量接口。,1.2 数控机床的产生与发展,第一代数控机床：,1952年由美国帕森兹公司和麻省理工学院合作研制成功，使用电子管元件。,中国58年生产。,第二代数控机床：,1959年，,以美国耐克杜列克公司为代表，生产出了使用晶体管元件的数控机床。,中国64年生产。,3,6进给速度和调节范围；1.2 数控机床的产生与,第三代数控机床：,1965年,，出现了小规模集成电路。由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高。,中国72年生产。,第四代数控机床：,1970,年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作为数控装置的数控系统。,中国78年生产。,第五代数控机床：,1974年开始出现的以微处理器为核心的数控系统。,中国81年生产。,第六代数控机床：,1990年生产出了基于工控PC机的通用CNC系统。,中国92年生产。,4,第三代数控机床：1965年，出现了小规模集成电路。,中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中、高档数控机床方面，与国外一些先进产品相比，仍存在较大差距。以40号刀柄的中型加工中心为例说明：,二、我国数控机床的状况,表1 中型加工中心主要技术指标对比表,项 目,国内,国外,主轴最高转速/r.min,-1,600010000,1000040000,快移速度/m.min,-1,2430,6090,切除45#速度/cm,3,.min,-1,200300,400600,定位精度/mm(全行程),0.010.016,0.0040.006,平均无故障运行时间/h,500600,1000,重复定位精度/mm,0.0050.008,0.0020.003,5,中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已,近年中国数控机床的产业化步伐正在以惊人的速度向前迈进！2003年全国数控机床产量达到36813台，销售产值37.9亿美元，同比增长47.73。,2003年中国机床市场消费额75.4亿美元)，为位居第2的德国市场消费额的1.72倍，预计今年将超过90亿美元，打破美国人创造的世界记录。并且在20年之内将保持遥遥领先于世界机床市场的位置。其结果：我国将成为世界机床生产、销售中心，世界机床制造商加速向中国转移。2010年左右有可能超过日本、德国，世界第一。,6,近年中国数控机床的产业化步伐正在以惊人的速度向,1.3 数控机床的组成和工作原理,一、组成,程序编制,输入装置,数控系统,CNC,机 床,图1-1 数控机床的基本组成,伺服系统,加工程序,辅助控制装置,测量反馈装置,7,1.3 数控机床的组成和工作原理一、组成程序编制输入装置,1.加工程序,数控程序,是把加工零件的所有运动、尺寸、工艺参数和辅助运动等加工信息，按规定的方法、格式和代码，所编制的程序。,2.输入装置,其作用,是将控制介质上的有关加工信息传递并存入控制系统内。,输入方式有,键盘输入(MDI方式)和用计算机通信传输两种。,3.数控系统,它是数控机床的核心，其功能是接受输入装置送来的脉冲信号，经过编译、运算和逻辑处理后，输出指令控制机床的各个部分进行规定的动作。,8,1.加工程序 数控程序是把加工零件,4.伺服系统,6.辅助控制装置,它,是数控系统的执行部分。它接受数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按指令信息要求驱动机床的运动部件，完成指令规定的运动。,伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成。,其作用是接受数控装置输出的主运动换向、变速、启停、刀具选择和交换等的指令信息，并发出控制辅助装置的指令。常用PLC作辅助控制装置。,5.测量反馈装置,其作用是检测数控机床各坐标轴的位移值并反馈到数控装置中，以便进行比较和纠正误差。,9,4.伺服系统 6.辅助控制装置,7.机床,由主传动装置、进给传动装置、床身、工作台和辅助装置组成。,二、工作原理,图1-2 数控机床的工作原理图,数控,装置,伺服,系统,加工程序,零件图,数控系统,机床,10,7.机床 由主传动装置、进给传动装置、,1.4,数控机床的分类,一、按控制系统的特点分类,1.点位控制数控机床,其特点是在刀具相对工件的移动过程中，不进行切削加工，对定位过程中的运动轨迹没有严格要求，只要求实现从一坐标点到另一坐标点的精确定位。,点位控制数控机床主要有：数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床等。,图1-3 点位控制数控机床的加工原理图,11,1.4 数控机床的分类 一、按控制系统的特点分,某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而且要求从一点到另一点之间按直线移动进行切削加工，并能控制位移的速度。,直线控制数控机床主要有：简易数控铣床、数控车床等。一般情况下这些数控机床有两到三个可控轴，但同时控制轴数只有一个。,2.直线,控制数控机床,图1-4 直线控制数控机床的加工原理图,12,某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而,其特点,是能同时控制两个或两个以上的坐标轴，可以加工曲线或曲面的机床。,该类机床主要有数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心、数控电加工机床等。,3.,轮廓控制数控机床,图1-5 轮廓控制数控机床的加工原理图,13,其特点是能同时控制两个或两个以上的坐标轴，,二、按伺服系统分类,驱动电路,步进电机,工作台,指令,图1-6 开环控制框图,1.开环伺服数控机床,这类数控机床不带位置检测反馈装置,。,开环控制的数控机床工作比较稳定，反应快，调试方便，维修简单，但控制精度低，这类数控机床多为经济型。,14,二、按伺服系统分类驱动电路步进电机工作台指令,2.闭环控制数控机床,位置比较电路,速度控制电路,伺服,电动机,工作台,速度检测,位置检测,指令,图1-7 闭环控制框图,这类数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置，并与,CNC,装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。,15,2.闭环控制数控机床位置比较电路速度控制电路 伺服 工作,闭环控制系统的特点是：精度高、速度快、技术上要求高，成本较高。闭环控制系统的调试和维修比较复杂，其关键是系统的稳定性，系统调试不好容易产生振荡，所以在设计时必须对稳定性给予足够的重视。,闭环控制系统主要应用于一些精度要求较高的数控车床、镗铣床和加工中心等。,16,闭环控制系统的特点是：精度高、速度快、技术上要,3.半闭环控制数控机床,位置比较电路,速度控制电路,伺服,电动机,工作台,速度检测,角度检测,指令,图1-8 半闭环控制框图,半闭环控制系统是将检测元件安装在电机或丝杠端部，检测角位移，其控制框图如下图所示。,17,3.半闭环控制数控机床 位置比较电路速度控制电路,由于闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，所以可以获得比较稳定的控制特性。其控制精度虽不如闭环控制系统，但调试比较方便，因此它广泛应用于中小型的CNC机床。,三、按照,CNC,装置的功能水平分类,按照数控机床的功能水平对数控机床进行分类，一般可以把数控机床分为高、中、低档三类。,1.分辨率和进给速度,分辨率为10,m,，进给速度在815m/min为,低档,；分辨率为1,m,进给速度在1524m/min为,中档,；分辨率为0.1,m,，进给速度在15100m/min为,高档,。,18,由于闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，所以,2.伺服进给类型,采用开环、步进电机进给系统为,低档,；,中高档,则采用半闭环或闭环的直流伺服系统或交流伺服系统。,3.,联动轴数值,低档,数控机床最多联动轴数为23轴，而,中、高档,则为35轴以上。,4.通信功能,低档,数控机床一般无通信功能。,中档,可以有RS-232或DNC（direct numerical control)接口。,高档,的还可以有MAP（manufacturing automation protocol）通信接口，具有联网功能。,19,2.伺服进给类型 3.联动轴,5.显示功能,低档,的数控机床一般只有简单的数码管显示或简单的CRT字符显示。而,中档,数控机床则具有较齐全的CRT显示，不仅有字符显示，而且有图形显示，人机对话功能，自诊断等功能。,高档,数控机床还有三维图形显示。,6.内置PLC,低档,数控机床一般无内置PLC，,中高档,都有内置PLC。,高档,数控机床有功能强大的内置PLC，且具有轴控制的扩展功能。,20,5.显示功能 6.内置PL,7.主CPU,低档,数控一般采用8位CPU，,中档及高档,已经逐步由16位CPU向32位CPU过渡。外国的一些新的数控系统已经选用了64位CPU，并选用具有精简指令集的RISC中央处理单元，以提高系统的运算速度。,21,7.主CPU21,