模块1 CNC概论课件

1、模块一 数控技术概论 数控原理与应用9/6/2022模块一 数控技术概论 数控原理与应用9/6/20221.1 数控系统的组成及原理 一、 基本概念 数控 是数字控制(Numerical ControlNC)的简称，是用数字化信息对某一对象的工作过程进行自动控制的一门技术。其控制对象可以是机械量，也可以是物理量。 数控是用坐标位移、进给速度等数字信息构成的零件加工程序对机床的工作过程实施控制的一门技术。 数控系统是指采用数字控制技术，实现机床自动控制的一整套设备和装置。9/6/2022数控系统 数控系统可以应用于各种机床的控制，从而构成不同类型的数控机床，如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、

2、数控加工中心等。 在为数众多的数控机床中，虽然被控对象各不相同，但是其控制过程基本是一样的，一般的数控加工控制过程如图所示:9/6/2022图1.1 数控加工控制过程示意图 9/6/2022数控机床 数控机床是用数字信息进行控制的机床。它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上， 然后送入数控系统经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动,加工出所需要的工件。数控机床的加工过程是怎样的？9/6/2022二、数控系统的组成结构 装备有数控系统的数控加工中心如图1.2所示。图1.2 装备有数控系统的加工中心9/6/2022三、 数控技术的产生和发展 1.数控技术的产生 数控

3、技术是20世纪40年代后期为适应复杂外形零件的加工而发展起来的一种自动化技术，其研究起源于飞机制造业。 1949年美国帕森（Parsons）公司与美国麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所合作，于1952年研制成功了世界上第一台数控机床-三坐标立式数控铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，由此拉开了数控技术研究的序幕。9/6/2022 能实现复杂工件的加工 加工精度高，产品一致性好 生产效率高 柔性好 自动化程度高，劳动强度低2.数控技术的特点9/6/20221959年，美国克耐杜列克公司（Keaney & Trecker Company）开发出了装有自动换刀装置，能够一次装夹，多工序加工的加

4、工中心。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有一定柔性的加工系统，即柔性制造系统（Flexible Manufacture SystemFMS）1980年后，又出现了以数台加工中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置而构成的柔性制造单元（Flexible Manufacture CellFMC）。1990年后，计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacture SystemCIMS)已经逐渐投入使用，并呈现出迅猛发展的态势。3.数控技术的发展 9/6/2022特点:带有位置检测反馈装置，以直流或交流伺服电动机驱动，位置检测元件安装在机床工作台上。9/6

5、/2022特点:位置检测反馈元件安装在电机轴端或丝杠轴端，也以直流或交流伺服电动机驱动。9/6/2022混合应用开环、全闭环和半闭环的控制方式，又分为：开环补偿型数控系统、半闭环补偿型数控系统两种。 9/6/2022这种控制方式为要求较高的进给速度和返回速度的高精度大型机采用.9/6/2022四、按机床的运动轨迹分类直线控制数控机床 这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点移动到另一点， 而且要沿直线轨迹（一般与某一坐标轴平行或成45角）以一定速度移动， 移动过程中可进行切削加工 。9/6/2022四、 按机床的运动轨迹分类轮廓控制型数控机床 该类机床的刀具可沿直线、圆弧或抛物线等曲线轨迹移动，进

6、给速度根据工艺要求编程确定，可实现曲线或者曲面轮廓加工，加工示例如图所示。这类数控机床具备2轴以上联动功能，其辅助功能也比前两类多。像数控铣床、数控车床和数控加工中心等都属于这种控制方式。 9/6/2022多轴联动 控制多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动， 称为多轴联动。 按照联动轴数，可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动和多轴联动数控系统。二轴联动 主要用于数控车床加工回转体端面、圆锥面、圆弧面等，或者用于数控铣床加工箱板类零件的曲线轮廓。二轴半联动 其中二轴保持联动，另外一轴作周期进给，可加工三维空间曲面。三轴联动 主要用于数控铣床、加工中心等，用来铣削复杂的三维空间曲面。四轴以上多

7、轴联动 主要用于加工形状复杂的零件。 9/6/2022 不同联动轴数所能加工的型面(a) 二轴联动； (b) 二轴半联动； (c) 三轴联动9/6/2022五轴联动铣削曲面零件 9/6/2022六轴加工中心坐标示意图9/6/2022小结:1.数控、数控系统等基本概念。2.数控系统的组成。3.数控系统的分类。9/6/2022作业:P27 1.3，1.49/6/20221.4 数控系统的相关知识一、零件加工程序 零件程序是用来描述零件加工过程的指令代码的集合，由程序号、程序段组成。例如在一块平板上铣切圆环槽的零件程序。 O40 ； 程序号 N10 G00 X10 Y25 Z1 S1250 M03；

8、主轴启动，快速定位到（10， 25， 1） N20 G01 Z-5 F100 ； 进给到（10， 25， -5） N30 G02 X10 Y25 I20 J0 F125 ；X-Y平面顺时针铣圆弧 N40 G00 Z100 M05 ；快速退回，主轴停止 N50 X-20 ；快速退回 N60 M30 ；程序结束M30 9/6/20221.4 数控系统的相关知识二、零件加工程序的编码 在穿孔纸带等控制介质上，零件程序的字母、数字和各种符号是采用标准的二进制编码来表示的。有ISO和EIA两种标准编码格式。ISO码 国际标准化组织(International Standards Organization

9、)颁布的代码，采用八位二进制表示，最高位为补偶位，所能表示的信息量最多为128种。EIA码 美国电子工业协会(Electronic Industry Association)颁布的代码，也采用八位二进制表示，由低向高的第五位为补奇位，其最高位只有“程序段结束”代码(CR)用到，所能表示的信息量最多为64种。ASC码 美国信息交换标推代码，采用七位二进制表示，能形成127个不同的编码组合(见附录2)。在PC机或CNC装置内部，零件程序通常以ASC码形式保存，ISO码就是在ASC码的基础上，在最高位增加一个补偶位形成的。9/6/20221.5 计算机数控(CNC)装置组成结构 计算机数控装置也叫C

10、NC装置，是面向机床数控而设计的专用计算机系统。它以计算机为核心，配有专用的I/O接口，并用软件处理控制信息，实现数字控制功能。 与一般的硬件数控相比，其数控功能是通过软件实现的，因而具有很好的灵活性和通用性；与一般微机相比，由于它是面向工业环境设计的，因而具有可靠性高、工作稳定和抗干扰能力强等特点。 计算机数控装置是一个完整的计算机系统，由硬件和软件两大部分组成的。9/6/20221.5 计算机数控(CNC)装置组成结构一、 CNC装置的硬件结构 1.物理结构：根据安装形式板卡布局专用型CNC装置基于PC的CNC装置 专用型CNC装置的硬件和软件都是针对数控机床的应用而专门设计的。其键盘布局

11、、操作方法和安装形式等都比较特别，更便于现场操作和安装，可靠性和抗干扰能力也比较强。如FANUC 0系统、西门子810、西门子802S/C/D等都属于专用型CNC装置。9/6/20221.5 计算机数控(CNC)装置组成结构 一、CNC装置的硬件结构 2.逻辑结构根据内部逻辑电路结构不同单CPU结构多CPU结构9/6/2022单CPU结构CNC装置组成框图 9/6/2022多CPU结构CNC装置组成框图 9/6/20221.5 计算机数控(CNC)装置组成结构二、 CNC装置的软件结构 CNC装置的软件又称为系统软件， 其作用与计算机操作系统相类似，其组成如图所示。9/6/2022 CNC多任

12、务并行处理关系CNC系统是一个多任务的实时控制系统。9/6/2022 CNC系统必须采用多任务并行处理技术和实时中断处理技术来实现。根据CNC系统软件中各模块之间的组织关系的不同，可分为前后台型结构和多重中断型结构。 1.前后台型结构中，系统软件分为前台程序和后台程序。前台程序是一些实时中断服务程序，实现插补、位置控制等实时性要求高的控制任务；后台程序是一个顺序循环执行的程序，主要完成一些实时性要求不高的功能，如零件程序的输入、译码等插补前的准备工作和系统管理工作。 1.5 计算机数控(CNC)装置组成结构二、 CNC装置的软件结构 9/6/2022 后台程序一般结构 9/6/2022 前台程

13、序一般流程 9/6/20222.中断型结构 系统软件除了初始化程序之外，其他各功能模块分别被安排在不同级别的中断服务程序中，优先级别高的程序可以中断优先级别低的程序。优先级分配示例如下。 1.5 计算机数控(CNC)装置组成结构二、 CNC装置的软件结构 9/6/20221.5 计算机数控(CNC)装置组成结构三、 零件加工程序的处理过程 9/6/2022数控零件程序的处理过程 9/6/2022 零件加工程序段在CNC装置内部的六个处理步骤如图2.7所示，顺序是输入译码刀具补偿进给速度处理插补位置控制，各个步骤的主要功能是：数控零件程序的处理过程 9/6/20221.6 常见数控系统产品简介一

14、、 日本FANUC数控系统由日本FANUC公司生产，其产品分许多个系列。1.FANUC Series 3/5/6/7系列2.FANUC Series 101112系列3.FANUC Series 0系列4.FANUC Series 15系列 5.FANUC Series l6/18/21系列6.FANUC Series 20i系列7. FANUC Series 30i/300i/3000is系列9/6/2022 二、德国SIEMENS公司的CNC产品1.6 常见数控系统产品简介SINUMERIK 802S/C/D系列 802S是SIEMENS公司在20世纪90年代中后期推出的经济型数控系统。9

15、/6/2022三、 西班牙FAGOR公司的CNC产品 FAGOR公司生产的CNC产品有101/102、800、80258030、8050等系列。11.6 常见数控系统产品简介9/6/2022四、施耐德公司的CNC产品1.NUM1020/1040数控系统是NUM公司于1995年开发出的全新数控系统，是紧凑且功能完善的32位数控系统，并且和NUM1060系列系统完全兼容，特别适合于1至6轴的数控机床。2.NUM1020T基本单元适用于铣床的24轴CNC内装式可编程控制器（PLC）32 位CPU超大规模集成电路CISC。配置基本单元适合2轴车床的CNC系统。3.NUM 1040M 基本配置基本单元适

16、用于铣床， 镗床和加工中心的。4.NUM 1040T 基本配置基本单元适合24轴双刀架车床中心的。5.NUM1060是模块化、大功率的多轴组合系统，适合于铣、车、磨等金属加工机床和木材加工以及各种切齿机、特种机床和回转组合机床等设计。1.6 常见数控系统产品简介9/6/2022五、 国产数控系统1. 华中数控华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC21T为车削系统，最大联动轴数为4轴；HNC2122M为铣削系统，最大联动轴数为4轴，采用开放式体系结构，内置嵌人式工业PC。伺服系统的主要产品包括：HSV11系列交流伺服驱动装置，HSV16系列全数字交流伺服驱动装置，步进电机驱动装置，交

17、流伺服主轴驱动装置与电机，永磁同步交流伺服电机等。1.6 常见数控系统产品简介9/6/20222. 北京航天数控 北京航天数控的主要产品为CASNUC 2100数控系统，是以PC机为硬件基础的模块化、开放式的数控系统，可用于车床、铣床、加工中心等8轴以下机械设备的控制，具有2轴、3轴、4轴联动功能。3. 上海开通数控 五、 国产数控系统1.6 常见数控系统产品简介9/6/2022 4广州数控 其主要产品有GSK983M-V、980MD铣床数控系统、GSK980TDa、928TEII、980TB1、218TB车床数控系统、DAP03主轴伺服驱动、ZJY208、ZJY265主轴伺服电机等产品。 G

18、SK218M、990MA铣床数控系统、928GA/GE磨床数控系统、80SJT系列伺服电机等新产品进入小批量生产。 五、 国产数控系统1.6 常见数控系统产品简介9/6/2022 本 模 块 小 结 数控是数字控制(Numerical ControlNC)的简称，是用数字化的信息对某一对象的工作过程进行自动控制的一门技术。数控系统是指采用数控技术，实现自动控制的一整套装置和设备。 数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、伺服驱动控制装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置五个部分组成。9/6/2022 1952年，美国帕森（Parsons）公司与美国麻省理工学院合作，为了实现复杂零部件的自动化生产而研制成功了第一台数控机床三坐标数控铣床，由此拉开了数控技术研究的序幕。 数控系统种类很多，按照其内部电路元件的不同，可以分为硬件数控和计算机数控两大类；按控制方式分为开环控制、全闭环控制、半闭环控制和混合控制型数控系统；按功能水平，可以分