数控技术华侨大学

1、数控技术谢明红 研究员 1第一部分 绪论数控技术涉及学科 机械、控制、计算机、电子 涉及课程：数控技术、微机原理及接口技术、控制工程、汇编语言、数据结构、C语言、数字电路、模拟电路、机床、工艺 2数控系统概况 1）国外数控系统 FUNUC SIMENS 三菱 NUM HAAS FAGOR 2）国内数控系统 凯恩帝 华兴 广州数控 华中数控 蓝天数控 航天数控3FANUC0iMODELC系列 最大控制轴数/最大同时控制轴数：4轴 FANUC Series 160i / 180i / 210i / 160is / 180is 4567步进电机和驱动器42、57、86、90、110、130相数 2、

2、3、52相，步距角1.8度，3相，1.2度5相，步距角0.72度8交流伺服电机和驱动器三菱J3S安川YSKAWA 9三洋伺服、富士伺服东源伺服、华中伺服10数控机床组成输入输出设备数控装置伺服系统机床本体测量反馈装置数控机床组成图111.2 数控机床分类按机械加工的运动轨迹分类(1)点位控制数控机床(2)轮廓控制数控机床按伺服系统的控制原理分类(1)开环控制数控机床(2)半闭环控制数控机床(3)闭环控制数控机床12工作台减速器开环控制系统框图步进电机控制电路数控装置输入数控装置控制电路伺服电机工作台速度检测元件转角检测元件半闭环控制系统框图速度反馈位置反馈输入13工作台数控装置控制电路伺服电机

3、闭环控制系统框图速度检测元件 位置检测元件位置反馈速度反馈输入14按功能水平分 (1)高档型 (2)普及型 (3)经济型按工艺用途分 (1)金属切削机床 (2)金属成型机床 (3)特种加工机床 (4)其它类型机床151.3 数控加工的原理、特点及应用1.3.1数控加工原理加工程序译码刀补计算插补计算伺服控制和PLC控制1.3.2 数控加工特点及应用范围适应不同零件生产效率和加工精度高功能复合程序高，一机多用161.4.1 数控的指标与功能1.数控机床的指标 1）行程范围 2）工作台面尺寸 3）承载能力 4）主轴功率和进给轴扭矩 5）控制轴数和联动轴数2.数控机床的精度指标 1）几何精度 2）位

4、置精度 3.数控机床的性能指标 1）最高主轴转速和最大加速度 2）最高快移速度和最高进给速度 3）分辨率和脉冲当量1.4 数控指标和功能171.4.2 数控系统的指标与功能1.数控系统指标1）插补精度 2）位置指令范围 3）通道数（控制轴数）4）最大联动轴数 5）可靠性指标 6）其它2.数控系统功能1）控制功能 2）准备功能 3）插补功能4）进给功能 5）主轴功能 6）辅助功能18数控车床19数控铣床20加工中心2122五轴加工中心2324机器人控制25数控激光加工机26数控水切割机27CNCCADCAMCAD/CAM软件FMSCIMSCAPPCAE28第二部分 数控编程1. 手工编程和自动编

5、程2. 对刀点原则 设计基准或工艺基准，如孔中心对刀方便位置，便于观察和检测便于坐标计算安全换刀位置3. 加工路径减少空行程切向切入和切出，引刀线走刀路线（水平，垂直，环形等）4. 编程误差（径向允差）（一）工艺分析29平面孔系加工旋转体类零件加工平面轮廓零件加工立体轮廓表面加工 二轴半加工 三轴联动 四轴联动 五轴联动（二）加工方法30机床坐标系 机床原点工件坐标系 工件零点绝对编程相对编程重复精度定位精度脉冲当量轴名的确定 Z坐标轴 X坐标轴 Y坐标轴（二）数控机床坐标系31G代码G00 空行程 G01直线 G02顺园 G03逆园G90 绝对编程 G91相对编程 G04G41左刀补 G42

6、 右刀补 G40取消刀补G17(XY) G18(XZ) G19(YZ)G54 G55 G56 定坐标系G73,G80G83,G88,G8932其它指令M00 程序停止 M01 计划停止M02 程序结束 M03 主轴顺时针M04 主轴逆时针 M05 主轴停止M07，M08 2号，1号 冷却液开M09 冷却液关T, S, F, N,% ( )R, U V W 33起刀点刀补建立刀补进行刀补撤销编程轨迹刀具中心轨迹刀具半径补偿 直线与直线 园弧与直线 直线与园弧园弧与园弧缩短型：矢量夹角180 刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式。伸长型：矢量夹角90180 刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。插入型

7、：矢量夹角90 在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式。34绝对编程G00X0Y0G42G01X10Y10G01X30G03X40Y20J10G02X30Y30J10G01X10Y20G01Y10G40G00X0Y0相对编程G00X0Y0G42G91G01X10Y10G01X20G03X10Y10J10G02X-10Y10J10G01X-20Y-10G01Y-10G40G90G00X0Y035N01G00X-20Y-20N02G00X0Y0N03G01X0Y39.57N04G02X10Y49.57I10J0N05G01X31.09N06G03X64.92Y46.95I-18.83J-23

8、.36N07G02X 89.06Y 43.77I10J-17.32N08G01X103.2Y29.63N09G01Y10N10G02X93.2Y0I-10J0N11G01X74.92N12G03X24.92I-25J-54.54N13G01X10N14G02X0Y0I0J10N15G00G40X0Y0 36%O0000(PROGRAM NAME - 3轴连动环扫 )(DATE=DD-MM-YY - 22-09-08 TIME=HH:MM - 15:26 )N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90( TOOL - 0 DIA. OFF. - 0 LEN. - 0 D

9、IA. - 3. )N104 T0 M6N106 G0 G90 G54 X36.019 Y-36.79 A0. S0 M5N108 G43 H0 Z63.531N110 Z4.531N112 G1 Z3.531 F0.N114 X36.102 Y-36.707 Z4.032 F.3N116 X36.366 Y-36.443 Z4.566N118 X36.477 Y-36.332 Z4.7N9676 G0 Z4.531N9678 Z63.531N9680 M5N9682 G91 G28 Z0.N9684 G28 X0. Y0. A0.N9686 M30%,MX-,G00 G53 Z-3S1500

10、0M03M09G17G90G71;This post is for cimatron;(D = 0.6, R=0.3)G54G43D1G04K500G51E0.01G00X0.Y0.G01Z0.1F300X51.857Y17.57Z0.098X51.9Y17.499Z0.091X51.97Y17.453Z0.083X52.054Y17.442Z0.076X52.133Y17.469Z0.069.G03X42.334Y19.446I0.154J1.279G02X42.616Y19.43I0.133J-0.15G53Z-5M05M09G53X-5Y-5M30%,MX-,37CAM38394041第

11、四部分 插补原理逐点比较法数字积分法时间分割法目标跟踪法42逐点比较法直线 43偏差判别进给新偏差计算终点判别XYOoutportb(sInputData.wOutPort,bOutputValue);for(i=0;iiMotorTime;i+);outportb(sInputData.wOutPort,0);4445圆弧若若4647时间分割法(数据采样法) XA(Xe,Ye)YX Y O l l l粗插补：采用时间分割思想，根据进给速度F和插补周期T，将廓型曲线分割成一段段的轮廓步长L,L=FT(一个插补采样周期的轮廓步长)，然后计算出每个插补周期的坐标增量。 精插补：根据位置反馈采样周期

12、的大小，由伺服系统完成。 48PA(Xi,Yi)B(Xi+1,Yi+1)EXYFHMii+1CDO49目标跟踪法 初始化 B_AXIE，A_AXIE; R_OUT+=A_AXIE; 长轴输出 if(B_AXIE-2*R_OUT)J Fx=Fy*J/R; IJ Fy=Fx*I/R; 51第二部分 电气接线52步进电机接线53输入信号接口54交流伺服驱动器接线图55编码器565758晶体管，继电器596061工业控制卡PCL730(I/O卡)6263强电接线64弱电接线65PCL726卡（D/A）66711B卡（A/D）_711b_init: /_711b_AD_Set_Mode(7,0); Ou

13、tportb(0 x220,0 x70);/_711b_AD_Set_Gain(0); Outportb(0 x220+0 x09,0);/711b_AD_Aquire: /_711b_AD_Set_Channel( 0 ); Outportb(0 x220+0 x0a,0) for(i=0;i=0) F=F-Ye; if(dirx=1)xi+; else xi-;else F=F+Xe; if(diry=1)yi+; else yi-;位置控制outportb(0 x20,0 x20); enable();void G01_Init(void) bGCode_End_Status=FALSE

14、; xi=0;yi=0;f=0; dirx=0;diry=0;Xe=labs(x);Ye=labs(y); if(x0)dirx=1; else dirx=-1; if(y0)diry=1; else diry=-1; 76void interrupt G02_Interpolation(void) disable(); if(bGCode_End_Status=TRUE)return; temp=labs(count0)+labs(count1); if(temp=0) /终点判断 bGCode_End_Status=TRUE;return; if(Interpolation_decide(

15、)=-1)return; if(temp5) for(m=0;m0) bDirection=1; Interpolation_send_pulse(m); if(m=0)i+; else j+; else if(countm0) bDirection=-1; Interpolation_send_pulse(m); if(m=0)i-; else j-; return; 四个象限判断，调整i,j 位置控制 outportb(0 x20,0 x20); enable();77PLC控制桥式组合切石机 下一页7860个点，36个输入，24个输出 出7980818283848586878889909

16、192返回93第五章 机床运动系统与典型部件9495带有简单变速机构通过皮带传动电机直接驱动5.2.2 主运动的传动形式5.2.3 主轴部件1.主轴部件主要性能要求旋转精度 刚度要求温升要求可靠性要求精度保持性要求962 主轴部件的组成和轴承选型前端定位后端定位两端定位975.2.4 主轴典型控制功能1. 主轴准停装置 机械式 电气式（接近开关） 编码器2. 自动换刀夹紧装置3. C轴控制与同步速度控制装置98995.2.5 电主轴概述 特点： 内装式电机直接驱动，振动小，精度高可在额定转速内无级变速可实现精确的主轴定位及C轴传动高速化，动态精度和稳定性更好动平衡，温度控制和冷却是关键100影响促进了高速切削技术与机床的发展简化了结构，促进了机床结构模块化发展降低了成本，缩短了机床研制周期 改善了机床性能，提高了机床可靠性满足了部分高档数控机床要求2. 类型 根据控制方式分为交流变频和交流伺服两类根据输出特性分为恒转矩和恒功率3 解决振动措施 高精度对称性101动平衡4 散热风冷水冷5 支承6 润滑油脂油雾油气1027 发展趋势高速高刚度高速大功率，低速大转矩高精度高可靠性，寿命长新形式快速启停多功能，智能化1035.3 数控机床的进给运动要求：提高传动部件的刚度减少传动部件的惯量减小传动部件间的间隙减小系