第1章 数控技术的基本概念

1、第一章第一章 概概 述述第一节第一节 数控技术的基本概念数控技术的基本概念 一、一、 数控与数控机床数控与数控机床 1基本概念 数字控制（NC） 数控系统（NC System） 数控装置（NCU） 计算机数控（CNC）返回课件首页2用数控机床加工一个零件的过程见图1-1。 零件图 数控系统 机床 数控装置伺服系统加工程序图1-1 数控机床的加工过程第一章第一章 概概 述述 用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够序

2、。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。完成了手工加工中操作者的部分工作。 二、数控机床的特点二、数控机床的特点1 1 适应性强适应性强 2 2 加工精度高、质量稳定加工精度高、质量稳定 3 3 生产效率高、经济效益好生产效率高、经济效益好 4 4 减轻操作者的劳动强度、操作简单减轻操

3、作者的劳动强度、操作简单5 5 有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化 6. 6. 有故障诊断和监控能力有故障诊断和监控能力第一章第一章 概概 述述 但另一方面，数控机床在使用中也暴露出一些问但另一方面，数控机床在使用中也暴露出一些问题，主要有：题，主要有：1 1造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；2 2调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；3 3对编程人员的技术水平要求较高。对编程人员的技术水平要求较高。 三、数控装置的主要技术指标三、数控装置的主要技术指标 数控装置的性能指标反映了数控系统的基本

4、性数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下：能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下：1 1控制轴数和联动轴数控制轴数和联动轴数2 2脉冲当量（控制分辨率）脉冲当量（控制分辨率）3 3定位精度和重复精度定位精度和重复精度 4 4行程行程5 5主轴转速和调节范围主轴转速和调节范围6 6进给速度和调节范围进给速度和调节范围第一章第一章 概概 述述第一章第一章 概概 述述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 以上性能指标可以作为选择数控装置时参考，随着数控技术的发展，数控装置的性能指标也在不断地丰富和提高。一般来说

5、，性能越高的数控装置，价格也越贵，所以对用户来说并不一定一味地追求高性能，而应该根据自己的实际需要，综合考虑性能和价格，作出最经济实用的选择。图1-2 数控机床的应用范围第一章第一章 概概 述述第一章第一章 概概 述述 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一、一、 数控机床的组成数控机床的组成 图1-2是数控机床的组成框图。数控机床一般由输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、PLC及其接口电路和机床本体等几部分组成。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。1 输入/输出设备2 数控装置3 伺服单元4 可编程逻辑控制器(PLC)5 机床本体6 测量

6、装置主轴伺服单元数 控装置输出设备PLC进给伺服单元主 轴电机进 给电机位 置检测机床本体接口电路操作面板输入设备图1-3 数控机床的逻辑组成第一章第一章 概概 述述图1-4 数控系统的物理组成第一章第一章 概概 述述 图1-5 FANUC 系列 150i B型数控装置二、数控机床的分类二、数控机床的分类 目前，数控机床的品种齐全，规格繁多。为了研究的方便起见，可以从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：（一）按控制轨迹的特点分类1. 点位控制数控机床 2. 直线控制数控机床 3. 轮廓控制数控机床第一章第一章 概概 述述图1-6 点位控制第一章第一章 概概 述述图图1-7

7、1-7 直线控制直线控制图1-7 轮廓控制第一章第一章 概概 述述图1-8 开环数控系统的结构图（二）按伺服系统的类型分类1 开环控制数控机床第一章第一章 概概 述述图1-9 闭环数控系统的结构图2 闭环控制数控机床 第一章第一章 概概 述述 图1-10 半闭环数控系统结构图3 半闭环控制数控机床第一章第一章 概概 述述第一章第一章 概概 述述（三）按功能水平分类1. 高级型数控系统 2. 普及型数控系统 3. 经济型数控系统 性能性能类别类别CPUCPU位位数数联动轴联动轴数数分辨率分辨率(um)(um)进给速度进给速度(m/min)(m/min)显示显示高级型高级型32325 50.124

8、24三维三维动态动态普及型普及型26263 30.1100.11010241024字符字符/ /图形图形经济型经济型8 83310101018% 到2005年 产量: 2500030000台 品种: 2000种 数控化率: 20%第一章第一章 概概 述述三、数控技术的发展趋势三、数控技术的发展趋势1 高速高精度2 智能化数控系统的智能化主要体现在以下几个方面：（1） 应用自适应控制技术（2） 自动编程技术（3） 具有故障自动诊断功能（4） 应用模式识别技术第一章第一章 概概 述述 3 开放式数控系统 随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，暴露出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数控系

9、统都是专门设计的，它们具有不同的编程语言、非标准的人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等，这些缺陷造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。这个概念最早见于1987年美国的NGC(Next Generation Controller)计划， NGC控制技术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统。由于这样一个富有哲理的概念作为NGC计划的奠基石，NGC代表了下一代控制技术。第一章第

10、一章 概概 述述1996年，美国HP公司在东京日本国际机床展览会上展出了开放式数控系统OAC500；HP公司对开放式数控系统提出了12个方面的判别准则：（1） 是否基于工业标准硬件平台和总线结构；（2） 运动控制软件是否采用工业标准的开放操 作系统；（3） 能否采用流行的硬件和软件与工厂的网络 相连接；（4） 能否运行流行的软件而不降低机床的性能；（5） 能否安装从不同商家得到的流行硬件；第一章第一章 概概 述述（6）设计或第三方开发者能否应用标准工具和文件格式、编程接口建立用户实时的应用；（7）能否修改所有级别的控制软件；（8）控制商家能否提供文件格式的开发工具，允许访问系统的所有级别？（9

11、）对于I/O接口，控制器是否使用了标准的现场总线？（10） 是否可以把控制器与不同厂家的伺服装置相连接？（11）控制器是否可以与多用户控制的网络相连接？（12）所有的编程（GUI、运动、PLC）是否采用了标准的流行的编程工具？第一章第一章 概概 述述第一章第一章 概概 述述4 基于网络的数控系统 网络的任务主要是进行通讯，共享信息。数控机床作为车间的基本设备，它的通讯范围是：（1）数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的 通信，主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；（2）数控系统与上级主计算机间的通信；（3）与车间现场设备及I/O装置的通信，主要通过现场总线，如PROFIBUS等进行

12、通讯；（4）通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；（5）通过因特网与另一个工厂交换制造数据。 5 提高数控系统的可靠性 可靠性是数控机床用户最为关注的问题，提高可靠性通常可采取下列一些措施：（1） 提高线路的集成度。采用大规模集成电路、专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件数量，精简外部连线和降低功耗。（2） 建立由设计、试制到生产的完整质量保证体系。例如采取防电源干扰，输入输出隔离；使数控系统模块化、通用化及标准化，以便组织批量生产和维修；在安装制造时注意严格筛选元器件；对系统可靠性进行全面检查考核等。 第一章第一章 概概 述述 （3） 增强故障自诊断功能和保护功能。由于元器件失效、编程

13、及人为操作失误等原因，数控系统完全可能出现故障。数控系统一般具有故障预报和自恢复功能。此外，应注意增强监控和保护功能，例如有的系统设有刀具破损检测、行程范围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床或报废工件。由于采用了各种有效的增强可靠性的措施，现代数控系统的平均无故障时间可达到MTBF=1000036000小时。第一章第一章 概概 述述 6 6 数字制造数字制造 19951995年年1212月，美国月，美国SMESME主席主席G.OllingG.Olling提出，提出，“数数字制造字制造”（“digital manufacturing”digital manufacturing”）将会是）将会是

14、我们的主要工作。什么是我们的主要工作。什么是“数字制造数字制造”呢？简单地呢？简单地说，就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过说，就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有信息。在计算机世界里，可以产生各种程中的所有信息。在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；各样的信息，并把物理过程虚拟化；DNCDNC还可以对还可以对CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM以及以及CNCCNC的程序进行传送和分级管理。的程序进行传送和分级管理。DNCDNC技术使技术使CNCCNC与通信网络联系在一起与通信网络联系在一起, , 还可以传送还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂