陕西科技大学 数控系统原理课件1

数控原理与系统陕西科技大学机电学院张强第一章绪论第一节基本概念一、数控系统的基本概念普通机床的工作过程数控机床的工作过程数字控制（NumericalControl，NC）——采用数字化信息对各种生产过程进行自动控制，一般指对机床轨迹和状态实行控制。数控技术——采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控机床——是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床：将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其它功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过一系列运算，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体等四部分组成。计算机数控系统的组成二、数控系统中的有关约定1、数控机床的坐标系标准数控机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。（1）Z坐标轴的确定平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标。（2）X坐标轴的确定X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内，且垂直于Z轴。（3）Y坐标轴的确定

在确定X、Z坐标的正方向后，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。工件做旋转运动的机床，取平行于横向导轨的方向（工件径向）为刀具运动的X方向。刀具做旋转运动的机床，Z坐标水平时，沿刀具主轴后端向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。对于没有回转轴或没有回转工件的机床，X轴平行于主要切削方向，且以该方向为正方向。2、机床原点和参考点机床原点在机床上设置的一个固定点（机床坐标系原点）。它在机床装配调试时即确定下来。机床参考点用于对机床运动进行检测、控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床厂在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。

三、数控系统的分类1、按数控机床运动轨迹分类点位数控系统工件刀具AB直线数控系统直线控制轮廓数控系统工件刀具轮廓控制两轴联动加工三轴联动加工四轴联动加工五轴联动轮廓加工2、按伺服系统的控制方式分类减速器数控装置驱动装置工作台输入步进电机开环数控系统数控装置驱动装置伺服电机工作台输入位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈闭环数控系统数控装置控制电路伺服电机工作台输入速度反馈位置反馈转角检测元件速度检测元件半闭环数控系统3、按数控机床工艺用途分类加工中心四、数控机床的特点及适用范围能加工复杂型面的零件，有较强的适应性和柔性可以保证较高的加工精度，并且产品质量稳定，一致性好具有较高的生产效率可以改善生产条件，减轻劳动强度便于联网实现现代化管理及规模大的自动化生产五、数控机床的发展过程1952年的第一代——电子管数控机床

1959年的第二代——晶体管数控机床

1965年的第三代——集成电路数控机床

1970年的第四代——小型计算机数控机床

1974年的第五代——微型计算机数控机床“六五”（1981~1985年）引进国外技术“七五”（1986~1990年）消化吸收“八五”（1991~1995年）科技攻关“九五”（1996~2000年）产业化攻关我国数控技术的发展1958年：开始进行数控机床研制（JCS-018）运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化驱动并联化交互网络化近年来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着下述方向发展驱动杆机架

动平台主轴电机伺服电机主轴刀具柔性夹具工件静平台并联机床结构示意图并联机床基于PC的数控系统第二节计算机数控系统一、主要工作过程数据输入

内部外部程序存储器磁盘、计算机通信数控加工程序

译码几何、工艺数据开关量控制PLC

刀具交换、切削液开关等

插补

同步

调节器

反馈位置处理M:电动机W:位置传感器XYZ给定量信息流处理过程二、硬件构成普及型数控系统的硬件组成高档数控系统的内部构成三、面板结构

数控装置可分为中央处理单元、数控面板、机床操作面板。西门子SINUMERIK802Dsl面板组成FANUC3M数控机床操作面板四、软件构成第三节数控机床与现代机械制造系统一、现代制造系统的类型及比较设备柔性：设备随产品变化而加工不同零件的难易程度。工艺柔性：工艺流程不变时适应产品或原材料变化的能力；制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。产品柔性：产品更新后，系统能够经济和迅速地生产出新产品的能力。维护柔性：处理故障，保障生产正常进行的能力。柔性自动化的表现生产能力柔性：当生产量改变、系统能经济地运行的能力。扩展柔性：当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。运行柔性：利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。二、现代机械制造系统简介1、柔性自动生产线

柔性自动线中的机床主要是可换主轴箱式和转塔式加工中心。工件变换时，通过计算机控制更换各机床的主轴箱和各加工中心的数控程序，生产节拍也作相应的调整。柔性自动线的特点具有刚性自动线的绝大部分优点。当批量不是很大时，生产成本比刚性自动线低得多。当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性生产线少得多。2、柔性制造系统（FMS）（1）FMS的概念

柔性制造系统通常由两台以上数控加工设备和自动化物流系统组成，能在计算机系统的控制和管理下，对加工对象、工艺过程、工序内容和生产节拍进行自动调整的自动化制造系统。加工子系统物料储运子系统刀具子系统质量检验及监控子系统运行控制子系统FMS系统的组成FMS的特点

提高了制造系统的柔性，利于多品种、中小批量生产。提高机床利用率，缩减辅助时间，利于降低生产成本。缩短生产周期，减少库存量，利于提高市场响应能力。便于实现计算机集成生产系统。（2）FMS实例FMS－500的控制结构柔性制造单元（FMC）FMC是一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物。它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性。4、计算机集成制造系统（CIMS）（1）CIMS的内涵CIMS的提出1974年约瑟夫.哈林顿将制造企业的全部生产经营活动（市场分析、产品设计、生产制造、质量保证、经营管理等）通过数据驱动形成一个有机整体，使企业内各种活动相互协调地进行。通过计算机网络和数据管理技术实现各单元集成。CIMS的组成产品开发和工艺设计子系统经营和管理子系统制造过程子系统实例——清华大学CIMS研究