数控技术第章

机床数控技术及编程12/17/2022课程内容第1章概述第2章数控装置的轮廓控制原理第3章数控机床的程序编制第4章计算机数字控制装置第5章位置检测装置第6章伺服驱动系统12/17/2022第一章概论1.1基本概念1.2数控机床的组成及分类1.3数控技术的发展12/17/2022目标掌握数控机床掌握数控机床的组成及各部分的作用与功能了解数控机床的分类了解数控机床的特点了解数控机床及数控技术的发展12/17/20221.1基本概念1.1.1数控机床的产生第1章概论以前的加工方式是怎样的？什么促使了数控机床的产生？12/17/2022第1章概论※精度高※形状复杂※批量小※改型频繁☆计算机的出现为人们改进加工设备提供了新的思路和技术保障☆12/17/2022第1章概论内在动力：迫切需要一种精度高、柔性好的加工设备技术基础：电子技术、计算机技术、控制技术12/17/2022第1章概论数控机床的产生1948年，美国帕森斯（ParsonsCo.）公司在研制加工直升飞机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的初始设想。12/17/2022第1章概论数控机床的产生1952年在美国成功研制出第一台三坐标直线插补连续控制数控铣床。1955年进入实用阶段。12/17/2022第1章概论数控机床有哪些与传统机床不同的特点？什么是数控？12/17/2022第1章概概论数控（NumericalControl,简称NC）：：利用数数字化信信息来实实现自动动控制的的方法。。数控机机床（NumericalControlMachineTools））:综合应应用了了自动动控制制、计计算机机技术术、精精密测测量和和机床床结构构等方方面的的最新新成就就的一一种计计算机机或专专用计计算装装置控控制的的高效效自动动化机机床。。1.1.2数数控的的基本本概念念12/12/2022提高加加工精精度提高生生产效效率提高加加工零零件的的适应应性、、灵活活性减轻工工人劳劳动强强度提高生生产管管理水水平第1章章概概论1.1.3数数控机机床的的特点点12/12/20221.2数数控机机床的的组成成及分分类1.2.1数数控机机床的的组成成第1章章概概论控制介质数控装置伺服系统机床测量装置12/12/2022第1章章概概论控制介介质：在人和和数控控机床床之间间建立立某种种联系系的媒媒介物物。把加工工零件件所需需的动动作及及刀具具相对对于工工件的的位置置等信信息，，用数数控装装置所所能接接受的的数字字和文文字代代码来来表示示，并并把这这些代代码储储存在在控制制介质质上。。穿孔卡卡穿孔带带磁带磁盘12/12/2022数控装装置：是数数控机机床的的中枢枢，接接收输输入介介质的的信息息，通通过对对代码码的识别、存储和运算等操作作，最最终输输出指指令脉脉冲驱驱动伺伺服系系统进进而控控制机机床动动作。。第1章章概概论数控装装置所所具备备的主主要功功能：：多坐标标控制制多种函函数的的插补补多种程程序输输入功功能信息转转换功功能补偿功功能多种加加工方方式选选择故障诊诊断功功能显示功功能通讯和和联网网功能能12/12/2022伺服系系统：把来来自数数控装装置的的脉冲冲信号号转换换为机机床移移动部部件的的运动动，使使工作作台（（或溜溜板））精确确定位位或按按规定定的轨轨迹作作严格格的相相对运运动。。第1章章概概论脉冲当当量：：相对于于每个个脉冲冲信号号，机机床移移动部部件的的位移移量。。常用脉脉冲当当量：：0.01mm/脉冲冲，0.005mm/脉脉冲，，0.001mm/脉冲冲常用的的伺服服驱动动元件件：功率步步进电电机，，电液液伺服服马达达，直直流伺伺服电电机，，交流流伺服服电机机伺服系统的性能是决定数控机床的加工精度、表面质量和生产率的主要因素之一12/12/2022第1章章概概论机床：执行机机构传动链链较短短动态特特性好好传动效效率高高采用了了高性性能的的主轴轴及进进给伺伺服系系统机床的的动态态刚度度，阻阻尼精精度，，耐磨磨性以以及抗抗热变变形性性能都都较高高采用一一些高高效传传动件件。如如：滚滚珠丝丝杆螺螺母副副、直直线滚滚动导导轨等等12/12/2022第1章章概概论1.2.2数数控机机床的的分类类按工艺艺用途途分类类按控制制系统统对运运动轨轨迹的的控制制方式式分类类按伺服服系统统的控控制方方式分分类按数控控装置置分类类按功能能水平平分类类普通数数控机机床数控加加工中中心多坐标标数控控机床床成型机机特种加加工点位控控制数数控机机床点位直直线数数控机机床轮廓控控制数数控机机床开环控控制闭环控控制半闭环环控制制开环补补偿型型控制制硬线数数控软线数数控经济型型中档型型高档型型3轴数控铣床曲面加工12/12/2022数控系系统主主要技技术指指标控制轴轴数CNC最多多可以以控制制多少少坐标标轴（包括直直线轴轴和回回转轴轴）联动轴轴数CNC可同同时控控制且且按一一定规规律完完成一一定轨轨迹插补的的协调调运动动的坐坐标轴轴数插补功功能插补直直线、、圆弧弧、抛抛物物线、、椭圆圆、正正弦曲曲线、螺旋曲曲线、、样条条函数数等，，甚至至可对对曲面面直接接插补补。插补坐坐标系系也从从直角角坐标标系扩扩展到到极坐坐标系系、圆筒坐坐标系系。第1章章概概论12/12/2022数控控系系统统主主要要技技术术指指标标机床床坐坐标标轴轴可可达达到到的的控控制制精精度度，，即即CNC每每发发出出一一个个脉脉冲冲，，坐坐标标轴轴移移动动的的距距离离定位位精精度度实际际位位置置与与指指令令位位置置的的一一致致程程度度，，不不一一致致量量为为误误差差；；重复复精精度度在相相同同条条件件下下，，操操作作方方法法不不变变，，进进行行规规定定次次数数操操作作所所得到到的的连连续续结结果果的的一一致致程程度度。。脉冲冲当当量量（（分分辨辨率率））定位位精精度度与与重重复复精精度度第1章章概概论论12/12/2022数控控系系统统主主要要技技术术指指标标行程程和和插插补补范范围围—CNC的的控控制制范范围围和和加加工工范范围围进给给速速度度和和调调节节范范围围进给给速速度度—刀具具每每分分钟钟切切削削进进给给距距离离；；最大大进进给给速速度度—CNC在在一一定定精精度度条条件件下下所所能能达达到到的的最大大加加工工速速度度；；最大大快快进进速速度度—不加加工工的的最最大大移移动动速速度度；；速度度调调节节—通过过操操作作面面板板上上的的进进给给倍倍率率开开关关调调整整，，调节节范范围围一一般般是是10%-120%，，每每档档间间隔隔10%第1章章概概论论12/12/2022数控控系系统统主主要要技技术术指指标标主轴轴转转速速和和调调节节范范围围主轴轴转转速速—主轴轴每每分分钟钟的的转转速速；；转速速调调节节—通过过操操作作面面板板上上的的主主轴轴倍倍率率开开关关调调整整，，调节节范范围围一一般般是是50%〜120%，，每每档档间间隔隔5%；；主轴轴恒恒线线速速—保证证诸诸如如车车床床端端面面切切削削的的恒恒定定切切削削速速度度。。单位位mm/min，，第1章章概概论论12/12/2022数控系统主主要技术指指标刀具管理和和刀具补偿偿T指令—CNC从刀刀库中选择择刀具刀具半径补补偿、长度度补偿、刀刀具寿命管管理、自动动刀具测量量等准备功能（（G功能））用来指令机机床动作的的方式功能能辅助功能（（M功能））规定主轴的的起停、转转向，冷却却液的通断断，刀库的的起停等第1章概概论12/12/2022数控系统主主要技术指指标操作功能程序段跳步步、机械闭闭锁、辅助助功能闭锁锁、单段、、试运行、、录返、示示教等。开关量接口口M、S、T功能以BCD码形形式输出；；机床其它它开关量信信号，如急停、循循环起动、、进给保持持等。字符图形显显示自诊断功能能通信与通信信协议第1章概概论12/12/2022第1章概概论1.3数数控技术的的发展从1952年至今，，数控机床床按照控制制机的发展展，已经历历了六代。。1952年年试制成功的的世界上第第一台数控控机床是一一台三坐标标数控立式式铣床，采采用的是脉脉冲乘法器器原理，其其数控系统统全部采用用电子管元元件，我们们称之为第第一代数控控系统。1959年年，由于在计计算机行业业中研制出出晶体管元元件，因而而在数控系系统中广泛泛采用晶体体管和印刷刷电路板，，从而跨入入了第二代代。1959年3月月，美国发发明了带有有自动换刀刀装置的数数控机床，，称为“加加工中心””。1965年年，出现了小小规模集成成电路，由由于它体积积小，功耗耗低，使数数控系统的的可靠性得得以进一步步提高。数数控系统发发展到第三三代。以上三代，，都是采用用专用控制制的硬件逻逻辑数控系系统（NC）。1967年年，出现了柔柔性制造系系统（FMS）。由由计算机作作控制单元元的数控系系统（CNC）———数控控机床的第第四代。1974年年，美、日等等国的数控控系统生产产厂首先研研制出以微微处理器为为核心的数数控系统（（MNC））。——数控机机床的第五五代。1990年年开始，出现现了采用工工控PC机机的开放式式CNC系系统。———数控机机床的第六六代。12/12/2022我国第一台台数控机床床12/12/2022立式数控车车床立式数控铣铣床12/12/2022卧式数控铣铣床龙门数控铣铣床滑枕立式加加工中心12/12/2022固定立柱立式式加工中心固定立柱立式式加工中心12/12/2022第1章概论论随着计算机技技术的发展，，数控技术不不断采用计算算机、控制理理论等领域的的最新技术成成就，使其朝朝着下述方向向发展。运行高速化加工高精化控制智能化功能复合化交互网络化12/12/2022第1章概论论趋势——运行行高速化进给、主轴、、刀具交换、、托盘交换等等实现高速化化，并具有高高加（减）速速度。进给率高速化化：在分辨率为0.1m时，Fmax=24m/min，可获获得复杂型面面的精确加工工；在程序段长度度为1mm时时，Fmax=30m/min，并且且具有1.5g的加减速速率；12/12/2022第1章概论论在高效加工中中心上达到90m/min的快移移速度和1g的加速度。。直线电机作为为高效驱动元元件正被广为为应用，尤其其在激光切割割和高速加工工中。12/12/2022第1章概论论换刀速度0.9秒（刀刀到刀）2.8秒（切切削到切削））工作台（托盘盘）交换速度度6.3秒。主轴高速化：采用电主轴（（内装式主轴轴电机），主主轴电机的转转子轴就是主主轴部件。主轴最高转速速达40000～50000r/min。。主轴转速的最最高加（减））速为1.0g，即仅仅需1.8秒秒即可从0提提速到15000r/min。12/12/2022第1章概论论趋势——加工工高精化提高机械的制制造和装配精精度；提高数数控系统的控控制精度；采采用误差补偿偿技术。IC制造装备、、纳米控制。。提高CNC系系统控制精度度：采用高速插补补技术，以微微小程序段实实现连续进给给，使CNC控制单位精精细化；采用高分辨率率位置检测装装置，提高位位置检测精度度（日本交流流伺服电机已已有装上106脉冲/转的内藏位位置检测器，，其位置检测测精度能达到到0.01m/脉冲）位置伺服系统统采用前馈控控制与非线性性控制等方法法。采用误差补偿偿技术：采用反向间隙隙补偿、丝杆杆螺距误差补补偿和刀具误误差补偿等技技术;设备的热变形形误差补偿和和空间误差的的综合补偿技技术。研究表表明，综合误误差补偿技术术的应用可将将加工误差减减少60％～～80％。三三井精机的JidicH5D型超精精密卧式加工工中心的定位位精度为±0.1m。12/12/2022第1章概论论趋势——控制制智能化随着人工智能能技术的不断断发展，为满满足制造业生生产柔性化、、制造自动化化发展需求，，数控技术智智能化程度不不断提高，体体现在：加工过程自适适应控制技术术：通过监测主轴和进给电电机的功率、、电流、电压压等信息，辩识出刀具的受力力、磨损以及及破损状态，，机床加工的的稳定性状态态；并实时修调加工参数（主主轴转速，进进给速度）和和加工指令，，使设备处于于最佳运行状状态，以提高加工精度、降降低工件表面面粗糙度以及及设备运行的的安全性。加工参数的智智能优化:将零件加工的的一般规律、、特殊工艺经经验，用现代代智能方法，，构造基于专家系统统或基于模型型的“加工参参数的智能优优化与选择器器”，获得优化的加工参参数，提高编程效率和加加工工艺水平平，缩短生产准备时间间。使加工系系统始终处于于较合理和较较经济的工作作状态。智能化交流伺伺服驱动装置置：自动识别负载载、自动调整整控制参数，，包括智能主主轴和智能化化进给伺服装装置，使驱动动系统获得最最佳运行。目前已开发出出自学习功能能的神经网络络电火花加工工系统。日本本大隈公司的的7000系系列数控系统统具有人工智智能自动编程程功能。12/12/2022趋势——控制制智能化第1章概论论智能故障诊断断与自修复技技术智能故障诊断断技术：根据据已有的故障障信息，应用用现代智能方方法，实现故故障快速准确定位位。智能故障自修修复技术：根根据诊断故障障原因和部位位，以自动排除除故障或或指导故故障的排排除技术。集集故障自自诊断、、自排除除、自恢恢复、自自调节于于一体，，贯穿于于全生命命周期。。智能故障障诊断技技术在有有些数控控系统中中已有应应用，智智能化自自修复技技术还在在研究之之中。12/12/2022第1章概概论INC(IntelligentNC)研究机构日本京都大学、大阪机工、三菱电机、MAZAK等

具体目标实现安全、高效、高速加工的智能化数控机床系统特征数控系统各种控制参数自适应数控机床加工条件自适应加工过程数据采集及自律学习12/12/2022第1章概概论趋势———功能复复合化复合化：：在一台台设备上上实现多多种工艺艺步骤的的加工，，缩短加加工链车铣复合合—车削削中心；；镗铣钻复复合—加加工中心心、五面面加工中中心；铣镗钻车车复合——复合加加工中心心；可更换主主轴箱的的数控机机床—组组合加工工中心；；集车削和和激光加加工于一一体的机机床；测量/制制造复合合，在加加工后对对工件进进行在线线测量多功能复复合化机机床消除除了车床床、铣床床、磨床床、激光光设备等等之间的的传统差差异。12/12/2022趋势———交互网网络化第1章概概论支持网络络通讯协协议，既既满足单单机DNC需要要，又能能满足FMC、、FMS、CIMS、、灵捷制制造TEAM（（technology