数控技术及应用第一章

1、数控技术数控技术数控技术数控技术目 录第二章 数控加工工艺基础第三章 数控加工程序的编制第四章 数字控制原理第五章 计算机数控装置第六章 数控机床检测装置 第一章 数控技术概述第七章 数控机床伺服系统第八章 数控机床的机械结构第一章第一章 数控技术概述数控技术概述1.1数控机床的分类数控机床的分类1.31.5数控加工制造技术鉴赏数控加工制造技术鉴赏数控加工技术的基本概念数控加工技术的基本概念 1.2数控机床的组成数控机床的组成1.4数控机床的特点数控机床的特点v数字控制（Numerical Control NC） 是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控

2、制的自动化方法。电视技术电视技术雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自动控制计算机、自动控制航空航天航空航天数码相机数码相机MP4、MP51.1 1.1 数控加工技术的基本概念数控加工技术的基本概念 数控技术最早在机床行业中得到应用，技术数控技术最早在机床行业中得到应用，技术也最成熟，但它不仅仅局限于机床这个行业，在也最成熟，但它不仅仅局限于机床这个行业，在日常生活和工业生产的各个领域都得到广泛应用。日常生活和工业生产的各个领域都得到广泛应用。在物料搬运中的应用在物料搬运中的应用在机器人中的应用在机器人中的应用在汽车生产中的应用在汽车生产中的应用数控加工技术的基本概念数控加工技术的基本概念

3、v数控系统（Numerical Control System） 是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。v计算机数控系统（Computer Numerical Control，CNC） 是以计算机为核心的数控系统。数控加工技术的基本概念数控加工技术的基本概念v数控机床 装备了数控系统的机床。 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,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。数控加工数控加工技术的基本概念数控加工技术的基本概念 机床 I/O 电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机

4、数 控 装 置 操作面板 PLC 计算机数控系统计算机数控系统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 数控机床的组成框图数控机床的组成框图1.2 1.2 数控机床的组成数控机床的组成 操作面板 它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。组成： 按钮站、状态灯、按键阵列和显示器。它是数控机床特有部件。 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 数控机床的组成数控机床的组成主

5、要内容液液晶晶显显示示器器MDIMDI键键盘盘功功能能键键机床控制面板机床控制面板急停按钮数控机床的组成数控机床的组成 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 控制介质与输入输出设备控制介质：记录零件加工程序的媒介。 如穿孔纸带、磁带、磁盘、U盘、CF卡（未来广泛使用）数控机床的组成数控机床的组成输入输出设备（人机交互设备）：CNC系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。表1 控制介质

6、和输入输出设备表数控机床的组成数控机床的组成CNC装置(CNC单元) CNC装置是CNC系统的核心 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 作用：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PLC。数控数控装置装置位置控制板位置控制板PLC接口板通讯接口板通讯接口板辅助功能模块数控机床的组成数控机床的组成伺服系统 数控机床的组成数控机床的组成 机床 I/O 电路和装置 测量装置

7、主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计算机数控系统计算机数控系统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 1）伺服单元、驱动装置和伺服电机主轴伺服单元、驱动装置和主轴电机进给伺服单元、驱动装置和进给电机FANUCFANUC数控系统与伺服系统的连接数控系统与伺服系统的连接作用作用：用是把来自数控：用是把来自数控系统的脉冲信号，经功系统的脉冲信号，经功率放大和处理后，转换率放大和处理后，转换成机床执行部件的运动，成机床执行部件的运动，如工作台的直线运动和如工作台的直线运动和主轴的旋转运动。主轴的旋转运动。

8、常用的伺服电动机：常用的伺服电动机：步进电动机、直流伺步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服服电动机、交流伺服电动机和数字伺服电电动机和数字伺服电动机。动机。数控机床的组成数控机床的组成l 伺服系统的主要部分由伺服单元、驱动装置和伺服电伺服系统的主要部分由伺服单元、驱动装置和伺服电动机组成。动机组成。l 驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。 数控系统数控系统位置控制位置控制单元单元速度控制速度控制单元单元伺服伺服电动机电动机机床机床测量反馈测量反馈单元单元 一般情况下，多将位置控制单元与数控系统做在一起，一般情况下，多将位置控制单元与数控系统做在一起，

9、所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。数控机床的组成数控机床的组成2）测量装置 位置和速度测量装置，实现进给伺服系统的闭环控制作用：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令。n进给运动指令：速度和位置控制。n主轴运动指令：速度控制。 机床 I/O 电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计算机数控系统计算机数控系统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 数控机床的组成数控机床的组成 常用的

10、测量部件：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、常用的测量部件：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。光栅和磁尺等。直线光栅直线光栅圆光栅圆光栅脉冲编码器脉冲编码器当数控装置输出指令脉冲信号给伺服系统时，伺服系统就使机床上当数控装置输出指令脉冲信号给伺服系统时，伺服系统就使机床上的移动部件作相应的移动，并对的移动部件作相应的移动，并对定位精度（位置）和速度加以控制定位精度（位置）和速度加以控制。伺服系统的性能将直接影响数控机床部件的运动精度和速度，因此伺服系统的性能将直接影响数控机床部件的运动精度和速度，因此是影响数控机床加工精度和加工效率的主要因素之一。是影响数控机床加工精度和加工

11、效率的主要因素之一。 数控机床的组成数控机床的组成华中世纪星系列数控装置、伺服驱动器及伺服电机华中世纪星系列数控装置、伺服驱动器及伺服电机数控机床的组成数控机床的组成 FANUC FANUC 系列系列 150i 150i 型数控装置及伺服驱动器型数控装置及伺服驱动器数控机床的组成数控机床的组成PLC、机床I/O电路和装置（强电控制柜） PLC ：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制。机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件，由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装

12、置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 数控机床的组成数控机床的组成PLCPLC的功能：的功能：接受接受CNCCNC的的M M、S S、T T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，指令，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（控制辅助装置完成机床相应的开关动作（如主轴的起停、工作台的交如主轴的起停、工作台的交换、刀具的交换和切削液的开关等。换、刀具的交换和切削液的开关等。）；）； 接受操作面板（按钮站）和机床侧的接受操作面板（按钮站）和机床侧的I/OI/O信号（如，工件信号

13、（如，工件/ /刀具夹紧刀具夹紧松开等），送给松开等），送给CNCCNC装置，经其处理后，输出指令控制装置，经其处理后，输出指令控制CNCCNC系统的工作系统的工作状态和机床的动作（例如，操作模式的选择、机床急停、限位等）。状态和机床的动作（例如，操作模式的选择、机床急停、限位等）。 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 数控机床的组成数控机床的组成机床本体 机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部

14、件。 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床最基本的分类方法是按工艺用途分类。数控机床最基本的分类方法是按工艺用途分类。 1.1.按工艺用途分按工艺用途分 2.2.按控制运动的轨迹分按控制运动的轨迹分 3.3.按伺服驱动系统的控制方式分按伺服驱动系统的控制方式分1.3 1.3 数控机床的分类数控机床的分类数控三坐标测量仪数控三坐标测量仪数控对刀仪数控对刀仪数控绘图仪

15、数控绘图仪金属切削类金属切削类数控机床数控机床金属成型类金属成型类数控机床数控机床特种加工类特种加工类数控机床数控机床其他类型其他类型数控机床数控机床数控弯管机数控弯管机数控板料择弯机数控板料择弯机数控压力机数控压力机数控电火花数控电火花数控线切割机床数控线切割机床数控激光切割机床数控激光切割机床普通数控机床普通数控机床数控加工中心数控加工中心数控机床的分类数控机床的分类1、金属切削类数控机床、金属切削类数控机床五轴加工中心卧式数控铣床数控机床的分类数控机床的分类2、金属成型类数控机床、金属成型类数控机床数控弯管机数控压力机数控机床的分类数控机床的分类3、特种加工类数控机床、特种加工类数控机床

16、激光切割机床数控机床的分类数控机床的分类4、其他类型数控机床、其他类型数控机床三坐标数控测量仪数控机床的分类数控机床的分类数控机床的分类数控机床的分类主要内容1、点位控制 (Point to Point Control Systems) AA刀具工件特点：仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对点与点之间运动轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。一般先快速移动，然后慢速趋近定位点适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。数控机床的分类数控机床的分类主要内容要求控制点到点的精确定位；要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度和轨迹运动；运动路线沿平行于坐标轴的方向或

17、与坐标轴成45角的方向进行直线移动和切削加工。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。一般只能加工矩形、台阶形零件一般只能加工矩形、台阶形零件数控机床的分类数控机床的分类2、直线控制（平行控制）：(Line Control Systems)特点：主要内容3、轮廓控制 (Contouring Control Systems) 适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。特点： 对多个坐标轴的位移和速度同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)；数控机床的分类数控机床的分类主要内容1、开环控制 (Open-Loop Servo-Drive) 定

18、义：不具有位移检测与反馈缺点：精度低优点：简单、稳定、成本低适合：精度不高的中小型数控机床进给脉冲进给脉冲步进步进电机电机环形环形分配器分配器功率功率放大器放大器齿轮箱齿轮箱工作台工作台数控机床的分类数控机床的分类2、半闭环控制(Half-Closed-Loop Servo-Drive)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定义定义：检测元件位于运动执行件前（电机、丝杠：检测元件位于运动执行件前（电机、丝杠 ）特点特点：精度较高：精度较高 、稳定性较好、稳定性较好 、 价格较低、应价格较低、应用相当普遍用相当普遍数控机床的分类数控机床的分类主要内容3、闭环控制(Closed-Loop Servo-Drive )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 定义：有位移检测与反馈，检测元件装在运动执行件上。优点：补偿误差精度高。缺点：参数匹配不当引起系统振荡，稳定性差、结构复杂、维护难。适合： 大型、精密数控机床。 数控机床的分类数控机床的分类1.4 1.4 数控加工技术的特点数控加工技术的特点 数控