数控技术课程 第1章概论

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,*,数控技术课程,主讲 ：,Cobra.G,数控车床,数控铣床,加,工,中,心,加工中心,数控钻床,数控车床的主要内部结构,FANUC,数控系统（显示器及操作面板）,西门子系统的显示操作部件、驱动器、可编程控制器,第一章 概论,1.1,数控技术的基本概念,1.1.1,什么是机床的数字控制,以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。,例：,N003 G90 G01 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M03,；,1.,将数字代码输入机床的数字控制装置（即控制机床的专用计算机）中去，经过计算机的计算处理、信息分配伺服控制、驱动机床各部件运动，完成上述空间直线段的加工。,2.,概念,数控,:,数字控制（,NC Numerical Control,）,以数字化信,息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。,NC,已成为,数控加工的专用术语。,数控技术：,用,数控机床（数控设备）进行,自动化加工的一,种技术，它综合应用了多种学科的知识,。,数控机床,：,是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动生,产系统的基本单元。,3.,CNC,与,CAD/CAM/CAPP /,关系,:,CAD,:,计算机辅助设计,(,Computer Aided Design,),CAM,:,计算机辅助制造,(,Computer Aided,Maunfacturng,),CAE,:,计算机辅助工程,(C,omputer,A,ided,Engineering),初步设计,分析模拟,详细设计,制,图,生产准备,工艺设计,NC,编程,机器人编程,制,造,N,C,加,工,装,配,检,验,产,品,CNC,与,现代先进制造系统关系,: CNC,在制造系统中是基础,CNC,：,DNC,FMC,FMS,CIMS,FA,并行工程、敏捷制造、数字化制造、智能制造、网络制造、,绿色制造、纳米制造、高速加工等等。,CAE,CAD,CAM,CAD/CAM,CAD/CAM/CAE,广义,CAD,广义,CAM,广义,CAD/CAM,CAPP,CNC,4.,数控技术产生的原因, 对高精度、高效率的追求,；, 刚性自动化不能满足现代生产的要求（手工、小规模、大,规模生产）：多品种，变批量,；, 柔性自动化（多品种、变批量）生产、复杂零件的加工,（多 坐标加工）要求数控技术；, 计算机技术的发展为数控技术提供了条件。,1.1.2,机床数字控制的原理,点位控制,（,Point to Point Control ),：,严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关 。,Y,X,O,P,K,Q,R,X,Y,图,1.1,点位控制,G00:P-K-Q,G01:P-Q,轮廓加工控制,(Contouring Control),：,不仅对坐标的,移动量,进行控制，而且对各坐标的,速度,及它们,之间,比率,都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。,T,L,1,L,2,L,3,L,4,L,5,L,6,L,X,Y,X,Y,图,1.2,轮廓控制,原理,:,在允许的误差范围内,从微观上看,用沿直线（精 确地说，沿逼,近函数）的各轴最小单位移动量合成的分段运动来代替曲线,运动，从而加工出轮廓。,基本名词术语：,1,.,点位控制,：控制点到点的距离；,2.,轮廓控制,：控制轮廓加工，实时控制位移和速度；,3.,分辨率,： 闭环数控机床的最小监测单位，也叫设定单位。它,在一定程度上代表了数控系统和数控机床的精度。,脉冲当量：,开环数控系统中，一个指令脉冲代表的位移量；,4.,插补,:,数据密化，用已知线型（已有插补轨迹）逼近代替,未知线型。,直线插补,：数控机床加工时，刀具运动轨迹是直线的，称为,直线插补。,圆弧插补,：数控机床加工时，刀具运动轨迹是圆弧的，称为,圆弧插补；,高次曲线插补,：样条插补等,5.,机床的数字控制是由数控系统完成的。数控能接收零件图纸加,工要求的信息进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度位置,控制指令。伺服驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱,动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。,6.,机床的数字控制包括：,轨迹控制,和,开关量控制,。,轨迹控制,:,直线、圆弧及其它各种平面,空间轨迹。由插补指令实 现。插,补指令越丰富，数控功能越强。,开关量控制,：,为配合数控加工，所需要的开关动作控制，如程序启停、冷,却液开关、主轴正反转等等。由辅助功能指令实现。,1.1.3,数控机床的组成及特点,1.,数控机床的组成,1,）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为,穿孔纸带,、,磁带,、,磁盘,、,通讯接口由上位机输入,，也可以在,MDI,方式下，用,手动按键输入,。,2,）数控装置：由,CPU,、,存储器、总线、功能部件和相应软件组成,的专用计算机。作用为：将加工程序译码、轨迹计算（速度,计算）、插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分,配速度、位移命令 。这一部分是数控机床的核心。其功能如下：,图,1.3,数控机床的组成,控制介质,数控装置,伺服系统,机床,检测反馈装置,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,控制介质,数控装置,伺服系统,多轴联动、多坐标控制。,多种函数插补：直线、圆弧、抛物线、螺旋线、样条等。,多种程序输入功能。,信息转换功能：,EIA/ISO,、,公制,/,英制、绝对值,/,增量值、坐标变换等。,补偿功能：刀具长度补偿、刀具半径补偿、间隙、螺距误差补偿等。,多种加工方式选择。,故障自诊断功能。,显示功能：字符、轨迹、平面图形、三维动态图形。,通讯和联网功能。,3,）伺服驱动装置：,接受数控装置来的指令，将信号进行调解、转,换、放大后驱动伺服电机，带动机床执行部件运动。,4,）检测反馈装置：,电流、速度、位置检测反馈装置。,5,）机床本体：,主,运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件,特点：,传动链短，结构简单。刚度高、阻尼小、耐磨、抗热变形性好,无机变速。高效传动件：直线滚动导轨、滚珠丝杠螺母副等。新结构,刀库机械手、自动主轴、动力刀架、交换工作台、高性能的排屑冷却防护机,构、回转工作台、摆角铣头等等。,2.,数控机床的优势：,1).,广泛的适应性和较大的灵活性；,2).,加工零件一致性好、重复精度高；,3).,高自动化高效率；,4).,只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工装夹,具；,5).,可以采用复合工艺；,6).,工艺设计会经常变化的零件；,3.,数控机床的适应性：,1).,小批量而又轮番生产的零件；,2).,几何形状复杂的零件；,3).,需进行多种工序加工的零件；,4).,切削余量大的零件；,5).,加工精度高的零件；,6).,工艺设计会经常变化的零件；,7).,贵重零件；,8).,需全部检测的零件,4.,数控机床的缺点,：,1).,实现数控加工的要求,初次设备投资大；,2).,对使用者技术要求,高,1.2,数控机床的分类,1.2.1,按运动控制的特点分类,1.2.2,按伺服系统的类型分类,1.2.3,按工艺方法分类,1.2.4,按功能水平分类,高档,中档,低档,金属切削类数控机床,金属成型类及特种加工类数控机床,开环控制的数控机床,闭环控制的数控机床,半闭环控制的数控机床,点位控制数控机床,直线控制数控机床,轮廓控制的数控机床,1.3,数控技术的产生发展及技术水平,1.3.1,数控技术的产生与发展,1952,年，电子管控制数控机床,1959,年，晶体管控制数控机床，加工中心,60,年代，集成电路数控机床,70,年代，计算机数控机床,80,年代，计算机集成制造系统,1.3.2,数控技术的发展趋势,1.,数控装置,2.,伺服系统,3.,机械结构技术,4.,数控编程技术,几个重要发展方向：,高速化：主轴转速几万转,/,分、进给几百米,/,分；,高精度：微米、亚微米、纳米级精度,复合化：单机数控、加工中心、复合数控,大型 微型数控（极限制造数控）,智能化数控,网络数控,开放数控,数控标准的发展：,STEP-NC,数控,绿色制造,零传动技术：电主轴、直线电机,数控功能部件机数控刀具的发展,1.3.3,数控系统的技术性能指标,1.CPU :16,、,32,、,64,、,RISC,、,主频越来越高；,2.,分辨率,:0.01mm,、,0.001mm,、,0.1,m,、,0.01,m,；,3.,控制功能,:FANUC15,可控,15,轴,SIEMENS 840D,可控,31,轴,多种,插补功能及其它控制功能（前瞻、前馈控制）；,4.,伺服驱动系统的性能：电流环、速度环、位置环交流数字,伺服，交流变频、矢量控制、非线性，摩擦补偿、伺服参,数自动调整等；,5.,数控系统内,PLC,功能 ：基本指令执行快，梯形图、,C,语言编,程、软,PLC,功能,；,6.,系统的通讯接口功能：,RS232C DNC RS485,局域网等；,7.,系统的开放性 ：可扩展、可添加、可重组、可选择。美,国、欧洲、日本几大开放系统研究项目,；,8.,可靠性与故障自诊断。,中国数控机床发展水平,中国金属加工机床进口、贸易统计进口：,30%,出口：,70%,中国利润：,30%,外国利润：,70%,门类比较齐全、拥有量大、世界加工工厂,中档数控机床以中国为主高档数控机床（高速高精）国外占有率高,1.3.4,数控技术在先进制造技术中的应用,数控技术是衡量一个国家,综合国和工业现代化程度,的重要标志，数控使制造业的整体面貌发生重大变,化。,数控技术是现代先进制造技术的基础。,数控技术使,CAD/CAM,实用化。,CAD/CAM/CNC,一体化,NC-CNC-CAD-CAPP-CAM-CAT-FMC-FMS-CIMS- FA,。,数控技术的内容：,数控机床的操作技术,编程技术,维修技术,研发技术,