数控应用技术基础

数控机床概述主讲：葛旺11数控机床概念数控机床的定义

数控（NumericalControl,简称NC）技术,在机床领域指用数字信号对机床运动及其加工过程进行控制的技术。数控机床是数字控制机床（Numericallycontrolledmachine）的简称，亦称NC机床。就是采用数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。通俗的讲就是用数字信息（预先编制的程序）控制机床实现主运动和进给运动，完成零件加工的机床。21数控机床概述数控机床的加工原理

根据被加工零件的图样与工艺方案，编写加工程序，将加工程序指令输入进行译码。运算之后发出信号，驱动电机实现机床各运动部件和辅助装置动作，加工出合格的零件。加工程序计算机数控装置伺服驱动系统辅助控制装置反馈系统机床3

2数控机床的组成及特点

（1）数控机床的组成:

由控制介质，数控装置，伺服系统，测量反馈装置和机床本体组成。

控制装置

伺服系统机床

测量装置

控制介质4数控机床的组成56(2)数控机床的控制对象主要对下面三方面控制:1.主运动

实现主轴的正反转和停止，可自动换档及无级调速；准停控制和Ｃ轴控制功能2.进给运动

由伺服系统控制，实现机床工作台和刀具的控制，保证进给运动的位置精度3.输入/输出

7（3）数控机床的加工特点：*加工精度高。*对加工对象的适应性强。*自动化程度高，劳动强度低。*生产效率高。*良好的经济效益。*有利于现代化管理。*设备初期投资大。*由于系统本身的复杂性，增加了维修的技术难度和费用。8（4）数控机床的应用范围：

数控机床最适合加工具有以下特点的零件：*多品种小批量生产的零件。*形状结构比较复杂的零件。*需要频繁改型的零件。*零件昂贵不允许报废的关键零件。*需要最少周期的急需零件。*批量大，精度要求高的零件。

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3数控机床的分类及主要技术参数（1）按工艺用途分类：*金属切削类数控机床（数控车、铣、钻、磨、镗、及加工中心）。*金属成型类数控机床（数控折弯机、数控弯管机、数控加转头压力机）。*数控特种加工及其他类型的数控机床（线切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机床）10数控机床分类返回下一页11数控机床分类返回下一页其他几种数控加工机床如下图所示：12数控机床分类加工中心是在数控铣床基础上发展起来的，如下图所示：返回上一页下一页13数控机床分类上一页以下两种数控机床属于特种加工机床：返回14

（2）按控制运动的方式分类：

*点位控制数控机床：点对点精确定位，不进行切削(如数控钻床，数控坐标镗床、数控冲剪床和数控测量机等）*直线控制数控机床：移动轨迹为一直线且与坐标轴平行(数控车床、数控镗铣床，加工中心）

*轮廓控制数控机床：不仅控制每个坐标的行程位置还控制运动速度

（数控车床、数控铣床、加工中心）

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（3）按伺服系统的类型分类：

*开环控制数控机床：该机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号的流程是单向的。*闭环控制数控机床：*半闭环控制数控机床：它的检测元件装在电机或丝杠的端头。

1617４数控机床的产生及发展趋势（1）数控机床的产生与发展：美国于1952年应飞机生产的需求，在世界上首先研制出第一台NC机床。数控机床的六代史:其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段称作硬件联接数控，简称NC系统，后三代为第二阶段称作计算机软件数控，也称CNC系统。

18４数控机床的产生及发展趋势我国自从1958年由清华大学和北京机床研究所研制了第一代电子管101数控机床以来，也同样经历了六代历史。我国于1958～1960、1962～1965、1973～1978年曾先后三次在全国掀起NC机床的研制、生产、攻关高潮。在1980～2000年20年间，我国NC机床在品种上、技术上、产量上提高较快，取得了较大的成绩。1980年我国NC机床产量692台，至1999年，产量达9,007台，2000年超万台。

NC机床基本上处于仿制阶段。（2）我国数控机床存在不足

：

一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。二、产品成熟度较低，可行性不高。三、创新能力低，市场竞争力不强。

19(3)数控技术的发展趋势和研究方向随着先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标。随着FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出了更高的要求。数控机床正在朝着高速度化、高精度化、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。205.数控铣床简介1数控铣床的概述（可进行钻孔、镗孔、攻螺纹、外形、平面铣削及三维复杂型面）

2数控铣床的铣床的分类：

1）数控立式铣床（主轴轴线垂直于水平面）

2）卧式数控铣床（主轴轴线平行于水平面）

3）立卧两用数控铣床（主轴可以更换）212223

a)手动仿行b)表面往复仿行c)表面单向仿行d)45度进给仿行e)锁定仿行f)全轮廓仿行g)部分轮廓仿行h)三维仿行24N-092/1型立式数控铣床主要性能指标参数如下：工作台面积（长×宽）700mm×300mm工作台最大行程（X/Y/Z）600/300/300mm最大铣刀直径63mm主轴端部锥度ISO30（7：24）主轴转速范围（60-2500变频调速）50-4000rpm纵、横向进给范围10-3000mm/min纵、横向快进速度10m/min最小设定单位（X/Y/Z）

0.001mm25定位精度0.020mm重复定位精度0.012mm主电动机功率

2.2kW进给电动机功率纵、横向6Nm进给电动机功率垂向6Nm机床净重量约2000kg机床外形尺寸（长×宽×高)1500×1600×2100mm26数控铣床的组成1．铣床主体。是数控铣床的机械部件，包括床身、主轴箱、工作台（包括X、Y、Z方向滑板）、进给机构等。2．控制部分（CNC装置）。是数控铣床的控制核心，实际上它是一台专用计算机，由印刷电路板、各种电器元件、屏幕显示器（监视器）、键盘、控制带等组成。

3．驱动装置。是数控铣床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电动机等。4．辅助装置。是指数控铣床的一些配套部件，包括液压和气动装置、冷却系统、排屑装置等276.计算机控制系统的组成一.CNC系统的硬件组成

1.微机

2.外部设备

3.输入输出通道

4.操作面板2829(二)CNC系统软件由两部分组成:管理软件控制软件307.数控系统插补原理一般情况是已知运动轨迹的起点坐标,终点坐标,曲线类型和走向,由数控系统实时地算出各个中间点的坐标,即需要“插入,补上”运动轨迹各个中间点的坐标,通常将这个过程称为“插补”.插补可用硬件或软件实现软件插补方法分为两类,即基准脉冲插补法和数据采样插补法.插补软件是CNC系统的核心软件之一.31一.逐点比较插补法每走一步要完成四个工作节拍.(1)偏差判别(2)进给控制(3)新偏差计算(4)终点判别主要用于直线插补和圆弧插补32二.数字积分插补法数字积分法又称数字微分分析法(DDA),是利用数字积分运算的方法,计算刀具沿各坐标轴的位移,使得刀具沿着所加工的曲线运动.33数字积分法具有:

运算速度快,

脉冲分配均匀,

易实现多坐标联动,

可实现直线,二次曲线和其他函数的插补运算等优点主要运用在轮廓控制的数控系统中.34三.数据采样插补法数据采样插补是根据用户程序的进给速度,将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段,即轮廓的步长.每一个插补周期,执行一次插补运算,计算出下一个插补点坐标,从而计算出下一个周期各个坐标进给量,是有效距离,而不是脉冲,然后计算出相应插补点位置的坐标值.主要应用在直流伺服,特别是交流伺服为驱动元件的计算机闭环数字控制系统中.358.刀具半径补偿(1)定义:如图所示,加工内轮廓时,刀具中心要向工件内侧偏移一个距离;加工外轮廓时,同样刀具中心也要向工件的外侧偏移一个距离,这个偏移就是所谓的刀具半径补偿.36(2)刀具半径补偿功能的主要用途采用刀具半径补偿功能可大大简化编程的工作量.由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变化时,不必重新编程,只须修改相应的偏置参数即可可以通过修改偏置参数预留量,可实现粗,精加工37(3)刀具半径补偿常用方法刀具半径补偿分为B类补偿和C类补偿。B类补偿只能实现在本程序段内的刀具半径补偿，而对程序段间的过渡不予处理。段与段之间连接是以圆弧进行的.C类补偿功能可实现自动尖角过渡，只要给出零件轮廓的程序数据，数控系统就能自动地进行拐角处的刀具中心轨迹交点的计算，C类补偿功能可用于内、外拐角轮廓的加工。C类刀具半径补偿的运动轨迹分为形成刀具半径补偿的建立补偿程序段、零件轮廓切削程序段和补偿撤消程序段三个组成部分。38两种刀补处理方法的区别:B刀补法在确定刀具中心轨迹时,采用的是读一段算一段,再走一段的处理方法.C刀补采用的方法是,一次对两段进行处理,即先预处理本段,然后根据下一段的方向来确定其刀具中心轨迹的段间过渡状态.从而完成本段的刀补运算处理.399.伺服系统伺服系统是数控机床的重要组成部分.其主要功能是,接受来自数控装置的指令来控制电动机驱动机床的各运动部件,从而准确地控制它们的速度和位置,达到加工出所需工件的形状和尺寸的最终目标.可分为:开环,闭环和半闭环系统.40一.步进电动机控制系统步进电动机是将电脉冲信号转换成角位移的电磁机械.转子的转角与输入电脉冲数成正比,其速度与单位时间内输入的脉冲数成正比.41步进电机的分类按工作原理分为反应式,电磁式,永磁式等按使用场合分为功率步进电动机和控制电动机按相数分为三相,四相,五相等按使用频率分为高频步进电动机和低步进电动机42步进电机的工作原理步进电动机的工作原理是基于电磁力的吸引和排斥产生转矩现象.43对步进电机实现位置控制的方法首先按照机械传动关系,求出丝杠位移量与步进电动机转角的关系,从而得到一定直线位移量所对应的步进电动机转角,并根据步距角的大小换算为步进电动机所应转过的步数.将该步数赋给一变量,当电动机每进给一步,控制程序自动完成减一运算,并判断是否为零.如不为零,则继续进给加工;若为零,则停止进给.44二.交流伺服电动机控制系统可分为同步伺服电动机和异步式伺服电动机两大类型因是由变频电源供电,可方便地获得与频率成正比的可变转速,可得到非常硬的机械特性及宽的调速范围.45永磁式同步电动机的工作原理当转子的负载转矩增大时,定子磁极线与转子磁极轴线间的