数控技术1资料

1、课程名称课程名称： 数控技术数控技术时间、地点：周一时间、地点：周一 1-2节节 D42 周四周四 3-4节节 D42任课教师：任课教师： 王永章王永章电话：电话： 86413812办公室：办公室： 机工厂二楼机工厂二楼 数控技术研究室数控技术研究室考核形式：考核形式： 出勤率出勤率(5)+作业作业(5)+实验实验(10)+考试考试(80)考试时间：考试时间： 第第17周周 周四周四 7-8节节考试地点：考试地点： D42（0008109、0008110） D41 （0008111、0008112）数数控控车车床床数数控控铣铣床床加加工工中中心心加工中心加工中心数控钻床数控钻床 数控车床的主要

2、内部结构数控车床的主要内部结构FANUCFANUC数控系统（显示器及操作面板）数控系统（显示器及操作面板）FANUCFANUC数控系统（显示器及操作面板）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数控技术的基本概念1.1.1 什么是机床的数字控制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。以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。 例：例：N003 G90 G01 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 N003 G90 G01

3、 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07F500 M07； 将数字代码输入机床的数字控制装置（即控制机床的专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、伺服控制、用计算机）中去，经过计算机的计算处理、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。驱动机床各部件运动，完成上述空间直线段的加工。 用这种控制技术控制的机床就称为用这种控制技术控制的机床就称为“数控机床数控机床”或或“NCNC机机床床”。（。（Numerically Controlled Machine ToolNumerically Con

4、trolled Machine Tool）1.1.2 1.1.2 机床数字控制的原理机床数字控制的原理点位控制点位控制( (Point to Point Control )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严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关 。YXO,PKQRX XY Y 图图1.1 1.1 点位控制点位控制G00:P-K-QG00:P-K-QG01:P-QG01:P-Q轮廓加工控制轮廓加工控制( (Contouring Control)Contouring Control)： 不仅对坐标的不仅对坐标的移动量移动量进行控制，

5、而且对各坐标的进行控制，而且对各坐标的速度速度及它们之间及它们之间比率比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。 TL1L2L L3L4L5L6LX XY YXY图图1.21.2 轮廓控制轮廓控制 原理原理:在允许的误差范围内在允许的误差范围内,从微观上看从微观上看,用沿直线（精用沿直线（精 确地说，确地说， 沿逼近函数）的各轴最小单位移动量合沿逼近函数）的各轴最小单位移动量合 成的分段成的分段 运动来运动来 代替曲线运动，从而加工出轮廓。代替曲线运动，从而加工出轮廓。基本名词术语：基本名词术语： 1.点位控制点位控制：控制点到点的距离；：控制点到点的距离

6、； 2.轮廓控制轮廓控制：控制轮廓加工，实时控制位移和速度；：控制轮廓加工，实时控制位移和速度； 3. 分辨率分辨率：闭环数控机床的最小监测单位，也叫设定单位。它：闭环数控机床的最小监测单位，也叫设定单位。它 代表了数控系统和数控机床的精度。代表了数控系统和数控机床的精度。 脉冲当量脉冲当量：数控系统中，一个指令脉冲代表的位移量：数控系统中，一个指令脉冲代表的位移量(开环开环)； 4. 插补插补:数据密化数据密化,用已知线型（已有插补轨迹）代替未知线型。用已知线型（已有插补轨迹）代替未知线型。 直线插补直线插补：数控机床加工时，刀具运动轨迹是直线的，称为：数控机床加工时，刀具运动轨迹是直线的，

7、称为 直线插补。直线插补。 圆弧插补圆弧插补：数控机床加工时，刀具运动轨迹是圆弧的，称为：数控机床加工时，刀具运动轨迹是圆弧的，称为 圆弧插补；圆弧插补； 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。坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。 机床的数字控制包括：机

8、床的数字控制包括：轨迹控制轨迹控制和和开关量控制开关量控制。轨迹控制轨迹控制: :直线、圆弧及其它各种平面直线、圆弧及其它各种平面, ,空间轨迹。由插补指令实现。空间轨迹。由插补指令实现。 插补指令越丰富，数控功能越强。插补指令越丰富，数控功能越强。开关量控制开关量控制：为配合数控加工，所需要的开关动作控制，如程序停、：为配合数控加工，所需要的开关动作控制，如程序停、 冷却液开停、主轴正反转等等。由辅助功能指令实现。冷却液开停、主轴正反转等等。由辅助功能指令实现。1.1.3 .1.3 数控机床的组成及特点数控机床的组成及特点1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数

9、据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令

10、 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 图1.3 数控机床的组成1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、专用计算机。作用为将加工程序

11、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组

12、成的、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）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方

13、式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通

14、道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 1.1

15、.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、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插补计算、补偿计算

16、，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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（

17、速度计算）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUC

18、PU、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。 控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统 机床机床检测反馈装置检测反馈装置控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服

19、系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统1.1.数控机床的组成数控机床的组成 1 1）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为穿孔穿孔 纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由上位机输入通讯接口由上位机输入，也可以在，也可以在MDIMDI方式方式 下，用下，用手动按键输入手动按键输入。2 2）数控装置：由）数控装置：由CPUCPU、

20、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的、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）、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插补计算、补偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位分配速度、位 移命令移命令 。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。主要功能如下：主要功能如下： 多轴联动、多坐标控制。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。多种程序输入功能。信息转换功能：信息转

21、换功能：EIA/ISOEIA/ISO、公制、公制/ /英制、绝对值英制、绝对值/ /增量值、坐标变换等。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。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。多种加工方式选择。故障自诊断功能。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。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。通讯和联网功能。3 3）伺服驱动装置：）伺服驱动装置：接受数控装置来的指令，将信号进行调解、转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

22、。换、放大后驱动伺服电机，带动机床执行部件运动。4 4）检测反馈装置：）检测反馈装置：电流、速度、位置检测反馈装置。电流、速度、位置检测反馈装置。5 5）机床本体：）机床本体：主主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。特点：特点：传动链短，结构简单。传动链短，结构简单。刚度高、阻尼小、耐磨、热变形性宁好。刚度高、阻尼小、耐磨、热变形性宁好。 无机变速。无机变速。高效传动件：直线滚动导轨、滚珠丝杠螺母副等。高效传动件：直线滚动导轨、滚珠丝杠螺母副等。新结构：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刀库机械手、自

23、动主轴、动力刀架、交换工作台、高性能的排屑冷却防护机 构等等。构等等。2.2.数控机床的优势：数控机床的优势： 1). 1). 广泛的适应性和较大的灵活性；广泛的适应性和较大的灵活性；2). 2). 加工零件一致性好、重复精度高；加工零件一致性好、重复精度高；3). 3). 高自动化高效率；高自动化高效率； 4). 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；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). 5). 可以采用复合工艺；可以采用复合工艺；6). 6). 工艺设计会经常变化的零件；工艺设计会经常变化的零件；3.3.数控机床的优势：数控机床的优势：1). 1

24、). 小批量而又轮番生产的零件；小批量而又轮番生产的零件；2). 2). 几何形状复杂的零件；几何形状复杂的零件；3). 3). 需进行多种工序加工的零件；需进行多种工序加工的零件； 4). 4). 切削余量大的零件；切削余量大的零件；5). 5). 加工精度高的零件；加工精度高的零件；6). 6). 工艺设计会经常变化的零件；工艺设计会经常变化的零件；7). 7). 贵重零件；贵重零件；8). 8). 需全部检测的零件需全部检测的零件 缺点缺点：实现数控加工的要求实现数控加工的要求 1). 1). 初次设备投资大；初次设备投资大； 2). 2). 对使用者技术要求对使用者技术要求高1.2 1

25、.2 数控机床的分类数控机床的分类 1.2.1 按运动控制的特点分类按运动控制的特点分类1.2.2 按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类 1.2.3 按工艺方法分类按工艺方法分类1.2.4 按功能水平分类按功能水平分类 高档高档中档中档低档低档 金属切削类数控机床金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工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开环控制的数控机床 闭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半闭环控制的数控机床点位控制数控机床点位控制数控机床 直线控制数控机床直线控制数控机床 轮廓控制的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

26、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，集成电路数控机床年代，集成电路数控机床70年代，计算机数控机床年代，计算机数控机床80年代，计算机集成制造系统年代，计算机集成制造系统1.3.2 数控技术的发展趋势 1 1. 数控装置数控装置2. 2. 伺服系统伺服系统 3. 3. 机械结构技术机械结构技术 4. 4. 数控编程技术数控编程技术 5. 5. 向智能化方向发展向智能化方向发展1.3.3 1.3.3 数控系统的技术性能指标数控系统的技术性能指标 1.CPU :1

27、61.CPU :16、3232、6464、RISCRISC、主频越来越高；、主频越来越高；2.2.分辨率分辨率 :0.01:0.01mmmm、0.001mm0.001mm、0.10.1m m、0.010.01m m；3.3.控制功能控制功能:FANUC15:FANUC15可控可控1515轴轴 SIEMENS 840DSIEMENS 840D可控可控3131轴轴, ,多种插多种插 补功能及其它功能；补功能及其它功能； 4.4.伺服驱动系统的性能：电流环、速度环、位置环交流数字伺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、前馈控制，摩擦补偿、服，交流变频、

28、矢量控制、非线性、前馈控制，摩擦补偿、 伺服参数自动调整等；伺服参数自动调整等；5.5.数控系统内数控系统内PLCPLC功能功能 ：基本指令执行快，梯形图、：基本指令执行快，梯形图、C C语言编程；语言编程；6.6.系统的通讯接口功能：系统的通讯接口功能：RS232C DNC RS485 RS232C DNC RS485 局域网等；局域网等；7.7.系统的开放性系统的开放性 ：可扩展、可添加、可重组、可选择。美国、：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；欧洲、日本几大开放系统研究；8.8.可靠性与故障自诊断。可靠性与故障自诊断。 中国数控机床发展水平及数字统计中国数控机床发展水平及数字统计2002年中国金属加工机床进口、出口贸易统计年中国金属加工机床进口、出口贸易统计进口出口数量(千台)金额(百万$)与上年比较(%)数量(千台)金额(百万$)与上年比较(%)数量金额数量金额金属切削机床合计75.962074.724.2926.605506.58263.922.2213.85其中数控机床18.281453.738.3731.633.1034.641.16-3.242002年世界机床生产前十名年世界机床生产前十名（百万美元）（百万美元）国家(地区)2002年2