数控技术-第讲

《数控技术》课件河北工程大学课件制作：王巍

适用教材：《数控技术》（第二版）

朱晓春编著2012年9月目录第一章概述第二章数控加工编程基础第三章数控加工程序的编制第四章计算机数控装置第五章数控装置的轨迹控制原理第六章数控机床的伺服系统第八章故障诊断与自修复第九章数控技术的发展与机械加工自动化数控机床是当代机械制造业的主流装备。数控技术范围复盖很多领域：

(1)机械制造技术；

(2)信息处理、加工、传输技术：

(3)自动控制技术；

(4)伺服驱动技术；

(5)传感器技术：

(6)软件技术等。前言数控铣床XKA714（床身）数控车床转塔刀架1.1数字控制与数控机床1.1.1基本概念

数字控制（NC，numericalcontrol）GB8129-87,用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制

的一种方法。

数控系统（NCsystem）

：实现数控技术的机电控制设备；

数控机床：装备了数控系统的机床。*1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床。*1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。美国MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一台数控机床(1952)图第一台数控机床数控机床加工过程

首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。零件图数控系统机床

计算机数控CNC一种控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是数控系统的核心,称为数控装置NCU。以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。主轴伺服单元数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备图1-2数数控控机床床的逻逻辑组组成1.1.2数数控控机床床的组组成图1-2是是数控控机床床的组组成框框图。。除了了机床床本体体以外外的部部分统统称为为数控控系统统，数数控装装置是是数控控系统统的核核心。。1．输输入入/输输出设设备2．．数数控装装置3．．伺伺服单单元4．．PLC及接接口5．．机机床本本体6．．测测量装装置图数数控机机床物物理结结构从不同同的角角度对对数控控机床床进行行分类类，常常见的的有以以下几几种分分类方方法：：1.2数控机机床的的分类类1.2.1按按运动动控制制轨迹迹分类类1.点点位位控制制数控控机床床2.直直线线控制制数控控机床床3.轮轮廓廓控制制数控控机床床点位控控制数数控机机床直线控控制数数控机机床轮廓控控制数数控机机床1.2.2按按伺服服系统统的类类型分分类1．开开环环控制制数控控机床床2．闭闭环环控制制数控机机床3．半半闭闭环控控制数控机机床性能类别CPU位数联动轴数分辨率

(μm)进给速度(m/min)其它高级型325=<0.1>=24,(1μm)；

>=10,(0.1μm)三维动态，MAP,

数字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；

<10,(0.1μm)字符/图形

交流伺服经济型8/16<3<10<8字符,步进电机表数数控控系统统的功功能分分类1.2.3按按功功能水水平分分类1.高高级级型数数控系系统2.普普及及型数数控系系统3.经经济济型数数控系系统1.2.4按按工工艺用用途分分类数控机机床的的特点点优点1．适适应性性强；；2．加加工精精度高高、质质量稳稳定；；3．生生产效效率高高、经经济效效益好好；4．减减轻操操作者者的劳劳动强强度、、操作作简单单；5．有有利利于生生产管管理的的现代代化；；具有故故障诊诊断和和监控控能力力；问题：：1．造造价较较高；；2．调调试和和维修修比较较复杂杂，需需要专专门的的技术术人员员；3．．对编编程人人员的的技术术水平平要求求较高高。1.3.1机机床类类型的的选择择1.3数数控机机床的的选型型图1-73种种机床床的适适用范范围**以以上性性能指指标可可以作作为选选择数数控装装置时时参考考，用用户应应该根根据实实际需需要，，综合合考虑虑性能能和价价格，，作出出最经经济实实用的的选择择。1.3.2数数控机机床性性能参参数及及其选选择数控装装置的的性能能指标标反映映了数数控系系统的的基本本性能能，是是选择择数控控系统统的主主要依依据，，概括括起来来如下下1．控控制轴轴数和和联动动轴数数2.插插补补功能能3．脉脉冲当当量（（控制制分辨辨率））4．定定位精精度和和重复复精度度5．行行程6．主主轴转转速和和进给给速度度及其其调节节范围围7．机机床数数控功功能8．程程序的的编辑辑、管管理和和控制制9．误误差补补偿功功能10.加减减速控控制功功能11.逻辑辑控制制功能能12.通信信方式式13.故障障诊断断功能能1.4.1数数控控技术术的产产生与与发展展计算机机技术术的每每一点点进步步都在在推动动数控控技术术向前前发展展。“六代代”1电电子子管，，1952，ParsonsCorp.,MIT,美美空军军后勤勤司令令部合合作，，第一一台立立式铣铣；2晶晶体管管、印印刷电电路，，1959，晶晶体管管元件件的出出现使使电子子设备备的体体积大大大减减小，，数控控系统统中广广泛采采用晶晶体管管和印印刷电电路板板，K&T开发发第一一台加加工中中心MILWAUKEE-MATIC。。3小小规规模集集成电电路,1965,由由于它它体积积小、、功耗耗低，，，使使数控控系统统的可可靠性性得以以进一一步提提高。。1967英国国最初初的FMS.4通通用用小型型计算算机,1970，在在美国国芝加加哥国国际机机床展展览会会上，，首次次展出出了一一台以以通用用小型型计算算机作作为数数控装装置的的数控控系统统，特特征为为许多多数控控功能能由软软件完完成。。5微微处处理器器，1974，，开始始出现现的以以微处处理器器为核核心的的数控控系统统被人人们誉誉为第第五代代数控控系统统，近近30年来来，装装备微微处理理机数数控系系统的的数控控机床床得到到飞速速发展展和广广泛应应用。。6基基于于PC（PC-BASED））的数数控,20世纪纪80年代代，基基于PC开开发式式数控控系统统。1.4数数控技技术的的发展展1.4.2数数控技技术发发展趋趋势1．高高速速高精精度机床向向高速速化方方向发发展，，可充充分发发挥现现代刀刀具材材料的的性能能，可可大幅幅度提提高加加工效效率、、降低低加工工成本本，提提高零零件的的表面面加工工质量量和精精度。。上上世纪纪90年代代以来来，高高速主主轴单单元（（电主主轴，，转速速15000－－100000r/min））、高高速且且高加加/减减速度度的进进给运运动部部件（（快移移速度度60~120m/min，，切削削进给给速度度高达达60m/min））、高高性能能伺服服系统统以及及工具具系统统都出出现了了新的的突破破。图切切削速速度的的发展展现代科科学技技术的的发展展，对对机械械加工工高精精度的的提出出了新新的要要求：：普通的的加工工精度度提高高了一一倍，，达到到5微微米；；精密密加工工精度度提高高了两两个数数量级级，超超精密密加工工精度度进入入纳米米级（（0.001微微米）），主主轴回回转精精度要要求达达到0.01~0.05微米米，加加工圆圆度为为0.1微微米，，加工工表面面粗糙糙度Ra=0.003微微米等等。近近10多年年来，，普通通级数数控机机床的的加工工精度度已由由±10μμm提提高到到±5μm，精精密级级加工工中心心的加加工精精度则则从±±3~5μμm，，提高高到±±1~1.5μμmRaδVFVC250.10100002500200.0880002000150.0660001500100.044000100050.0220005000RaδVfVC19931994199519961997年年度Ra———表表面粗粗糙度度（um）），δ———加工工误差差（um）），Vf——进给速速度（mm/min），Vc——切削速速度（m/min））图1-8数数控机床床的高速化化对加工质质量的影响响2．智能能化数控系统的的智能化主主要体现在在以下几个个方面：（1）智智能化适应应控制技术术图智智能化适应应控制下的的进给速率率（2）自自动编程技技术（3）具具有故障自自动诊断功功能（4）智智能寻位加加工3开放式式数控系统统传传统的的数控系统统都是专门门、具有不不同的编程程语言、非非标准人机机接口、多多种实时操操作系统、、非标准的的硬件接口口等特征，，造成了数数控系统使使用和维护护的不便，，也限制了了数控技术术的进一步步发展。为为了解决这这些问题，，人们提出出了“开放放式数控系系统”的概概念。概念念最早见于于1987年美国的的NGC(NextGenerationController)计计划，NGC控制制技术通过过实现基于于相互操作作和分级式式的软件模模块的“开开放式系统统体系结构构标准规范范（SOSAS）””找到解决决问题的办办法。一个个开放式的的系统体系系结构能够够使供应商商为实现专专门的最佳佳方案去定定制控制系系统。4网络化化数控技术术－－－外外部网络化化管理与控控制－－－－内部网络络化功能模模块的网络络化5提高数