数控编程课件第章2

第1章数控机床基本知识1.1数控机床的产生与发展1.2数控机床的组成结构及工作原理1.3数控机床的分类

1.1数控机床的产生与发展随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。1.1.1数控机床的产生帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功开发了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2数控机床的发展简况第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。1．计算机直接数控系统所谓计算机直接数控（DirectNumericalControl，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。2．柔性制造系统柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。3．计算机集成制造系统计算机集成制造系统（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。1.1.3我我国国数数控控机机床床发发展展概概况况1958年年开开始始并并试试制制成成功功第第一一台台电电子子管管数数控控机机床床。。1965年年开开始始研研制制晶晶体体管管数数控控系系统统，，直直到到20世世纪纪60年年代代末末至至70年年代代初初成成功功。。从从20世世纪纪80年年代代开开始始，，先先后后从从日日本本、、美美国国、、德德国国等等国国家家引引进进先先进进的的数数控控技技术术。。如如北北京京机机床床研研究究所所从从日日本本FANUC公公司司引引进进FANUC3、、FANUC5、、FANUC6、、FANUC7系系列列产产品品的的制制造造技技术术；；上上海海机机床床研研究究所所引引进进美美国国GE公公司司的的MTC-1数数控控系系统统等等。。1.1.4数数控控机机床床的的发发展展趋趋势势从数数控控机机床床技技术术水水平平看看，，高高精精度度、、高高速速度度、、高高柔柔性性、、多多功功能能和和高高自自动动化化是是数数控控机机床床的的重重要要发发展展趋趋势势。。数控控系系统统都都采采用用了了16位位和和32位位微微处处理理器器，，标标准准总总线线及及软软件件模模块块和和硬硬件件模模块块结结构构，，内内存存容容量量扩扩大大到到1MB以以上上，，机机床床分分辨辨率率可可达达0.1m，，高高速速进进给给可可达达100m/min，，控控制制轴轴数数可可达达16个个。。1.2数数控控机机床床的的组组成成结结构构及及工工作作原原理理1.2.1数数控控机机床床的的组组成成1．．控控制制介介质质数控控机机床床工工作作时时，，不不需需要要操操作作工工人人直直接接操操纵纵机机床床，，但但机机床床又又必必须须执执行行人人的的意意图图，，这这就就需需要要在在人人与与机机床床之之间间建建立立某某种种联联系系，，这这种种联联系系的的中中间间媒媒介介物物即即称称为为控控制制介介质质。。2．．数数控控系系统统数控控装装置置是是一一种种控控制制系系统统，，是是数数控控机机床床的的中中心心环环节节。。它它能能自自动动阅阅读读输输入入载载体体上上事事先先给给定定的的数数字字，，并并将将其其译译码码，，从从而而使使机机床床进进给给并并加加工工零零件件，，数数控控系系统统通通常常由由输输入入装装置置、、控控制制器器、、运运算算器器和和输输出出装装置置4大大部部分分组组成成。。3．．伺伺服服系系统统伺服服系系统统由由伺伺服服驱驱动动电电动动机机和和伺伺服服驱驱动动装装置置组组成成，，它它是是数数控控系系统统的的执执行行部部分分。。伺伺服服系系统统接接受受数数控控系系统统的的指指令令信信息息，，并并按按照照指指令令信信息息的的要要求求带带动动机机床床的的移移动动部部件件运运动动或或使使执执行行部部分分动动作作，，以以加加工工出出符符合合要要求求的的工工件件。。每每一一个个脉脉冲冲使使机机床床移移动动部部件件产产生生的的位位移移量量叫叫做做脉脉冲冲当当量量。。目目前前所所使使用用的的数数控控系系统统脉脉冲冲当当量量通通常常为为0.001mm/脉脉冲冲。。4．．辅辅助助控控制制系系统统辅助助控控制制系系统统是是介介于于数数控控装装置置和和机机床床机机械械、、液液压压部部件件之之间间的的强强电电控控制制装装置置。。5．．机机床床本本体体机床床本本体体是是数数控控机机床床的的主主体体，，由由机机床床的的基基础础大大件件（（如如床床身身、、底底座座））和和各各运运动动部部件件（（如如工工作作台台、、床床鞍鞍、、主主轴轴等等））所所组组成成。。1.2.2数数控控机机床床的的关关键键结结构构部部件件1．．伺伺服服系系统统驱驱动动电电机机（1））步步进进电电动动机机步进进电电动动机机通通常常用用于于开开环环伺伺服服系系统统机机床床。。（2））直直流流伺伺服服电电动动机机①小小惯惯量量直直流流电电动动机机②宽宽调调速速直直流流电电动动机机③无无刷刷直直流流电电动动机机（3））交交流流伺伺服服电电动动机机近年年来来新新型型功功率率开开关关器器件件、、专专用用集集成成电电路路和和新新的的控控制制算算法法等等的的发发展展带带动动了了交交流流驱驱动动电电源源的的发发展展，，使使其其调调速速性性能能更更能能适适应应数数控控机机床床伺伺服服系系统统的的要要求求。。交交流流速速度度控控制制系系统统正正逐逐步步取取代代直直流流速速度度控控制制系系统统。。2．．位位置置检检测测装装置置检测测装装置置是是把把位位移移和和速速度度测测量量信信号号作作为为反反馈馈信信号号，，并并将将反反馈馈信信号号转转换换成成数数字字送送回回计计算算机机，，和和脉脉冲冲指指令令信信号号相相比比较较，，以以控控制制驱驱动动元元件件正正确确运运转转。。（1））感感应应同同步步器器感应应同同步步器器是是一一种种电电磁磁式式的的高高精精度度位位移移检检测测元元件件，，按按其其结结构构方方式式的的不不同同可可分分为为直直线线式式和和旋旋转转式式两两种种，，前前者者用用于于长长度度测测量量，，后后者者用用于于角角度度测测量量。。感应应同同步步器器的的特特点点是是：：精精度度高高，，工工作作可可靠靠，，抗抗干干扰扰性性强强，，维维护护简简单单，，寿寿命命长长，，可可测测量量长长距距离离位位置置，，成成本本低低，，易易于于批批量量生生产产。。（2））光光栅栅光栅栅就就是是在在一一块块长长条条形形的的光光学学玻玻璃璃上上均均匀匀地地刻刻划划很很多多条条与与运运动动方方向向垂垂直直的的条条纹纹，，条条纹纹之之间间的的距距离离成成为为栅栅距距。。光栅栅测测量量装装置置是是一一种种非非接接触触式式测测量量，，利利用用光光路路减减少少了了机机械械误误差差，，具具有有精精度度高高，，响响应应速速度度快快等等特特点点，，因因此此是是数数控控机机床床和和数数显显系系统统常常用用的的检检测测元元件件。。（3））磁磁栅栅磁栅栅是是用用电电磁磁的的方方法法计计算算磁磁波波数数目目的的一一种种位位置置检检测测元元件件，，磁磁栅栅测测量量装装置置由由磁磁性性标标尺尺、、读读取取磁磁头头和和检检测测电电路路组组成成。。磁栅栅位位置置检检测测电电路路的的特特点点是是：：容容易易制制造造，，检检测测精精度度高高（（能能达达到到每每米米±±3m），安装使使用方便，对对环境条件要要求较低，若若磁性标尺膨膨胀系数与机机床一致，可可在一般车间间使用。由于于磁头与磁栅栅为有接触的的相对运动，，因而有磨损损，使用寿命命受到一定的的限制。一般般使用寿命可可达到5年，，涂上保护膜膜后寿命则可可进一步延长长。（4）旋转变变压器旋转变压器是是一种角位移移检测元件，，由定子和转转子组成，分分为有刷和无无刷两种形式式。有刷旋转转变压器定子子和转子均为为两相交流分分布绕组。数控机床检测测装置主要使使用无刷旋转转变压器，因因为无刷旋转转变压器具有有可靠性高、、寿命长、体体积小、不用用维修以及输输出信号大、、抗干扰能力力强等优点。。（5）脉冲编编码器脉冲编码器是是把机械转角角转化为电脉脉冲的一种常常用角位移传传感器。（6）测速发发电机测速发电机是是速度反馈元元件，相当于于一台永磁式式直流电动机机。3．进给运动动传动部件滚珠丝杠螺母母副是回转运运动与直线运运动相互转换换的新型理想想传动装置。。具有如下优点点。（1）传动效效率高。（2）摩擦力力小。（3）使用寿寿命长。（4）经预紧紧后可以消除除轴向间隙，，提高系统的的刚度。（5）反向运运动时无空行行程，可以提提高轴向运动动精度。4．CRT显显示及其接口口5．数控机床床通信RS-232接口口1.2.3数数控机床床的工作原理理数控系统的主主要任务之一一就是控制执执行机构按预预定的轨迹运运动。一般情情况是已知运运动轨迹的起起点坐标、终终点坐标和曲曲线方程，由由数控系统实实时地算出各各个中间点的的坐标。即需需要“插入、、补上”运动动轨迹各个中中间点的坐标标，通常这个个过程就称为为“插补”。。1．逐点比较较法直线插补补（1）直线插插补计算原理理①偏差计算算公式定义直线插补补的偏差判别别式如下：Fm=ymxexmye②终点判断断的方法一种方法是设设置Σx、Σy两个减法计数数器。另一种方法是是设置一个终终点计数器。。第三种方法是是选终点坐标标值较大的坐坐标作为计数数坐标。③插补计算算过程偏差判断坐标进给偏差计算终点判别2．逐点比较较法圆弧插补补（1）圆弧插插补计算原理理①偏差计算算公式定义圆弧偏差差判别式如下下：Fm=Rm2R2=xm2+ym2R2新加工点m+1点的偏差差为Fm2xm+1新加工点的偏偏差值为Fm+2ym+1②终点判别别方法③插补计算算过程1.3数数控机床的分分类1.3.1按按控制系系统的特点分分类1．点位控制制数控机床这类机床主要要有数控坐标标镗床、数控控钻床、数控控点焊机和数数控折弯机等等，其相应的的数控装置称称为点位控制制数控装置。。2．直线控制制数控机床这类机床主要要有数控车床床、数控磨床床和数控镗铣铣床等，相应应的数控装置置称为直线控控制装置。3．轮廓控制制数控机床属于这类机床床的有数控车车床、数控铣铣床、加工中中心等。其相相应的数控装装置称为轮廓廓控制装置。。轮廓数控装装置比点位、、直线控制装装置结构复杂杂得多，功能能齐全得多。。1.3.2按按进给伺伺服系统的类类型分类1．开环进给给伺服系统数数控机床开环进给伺服服系统通常不不带有位置检检测元件