数控技术教学课件

1《数控技术》教学课件长春理工大学2012.02数控技术教学课件23机床数控技术的基本概念数控机床的工作流程数控机床的组成与分类数控机床的特点及适用范围数控技术的发展趋势主要内容4主要内容自从上20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化；数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，CAD/CAM，FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）、敏捷制造和智能制造等，都建立在数控技术之上；1.1数控技术的基本概念5数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。6主要内容1.什么是数控？即数字控制（NumericalControl

）简称，是指利用数字化信息进行控制，其控制对象可以是各种生成过程。2.什么是机床数控技术?用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。3.什么是数控机床(NumericalControlMachineTools）数控机床是一个装有数字控制系统的机床，该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。4.数控机床控制的实现需求？1）几何信息描述刀具和工件间的相对运动2）用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数7数控装置伺服系统加工程序零件图数控系统机床

上述几何信息和工艺信息按一定的格式形成加工文件（即数控加工程序）存放在信息载体上（如磁盘、穿孔纸带、磁带等），然后由机床上的数控系统读入（或直接通过数控系统的键盘输人，或通过通信方式输入），通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。

1.2数控机床的工作流程8工艺处理加工图纸数学处理编程手册数控编程程序仿真输入装置加工程序毛坯或半成品数控系统数控机床程序编制成品译码、数据处理、插补、伺服驱动N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;1.2数控机床的工作流程91）数控编程根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，编写数控加工程序。程序编完后，可存放在控制介质（如软盘、磁带）上。102）程序输入

数控加工程序通过输入装置输入到数控系统。目前采用的输入方法主要有软驱、USB接口、RS232C接口、MDI手动输入、分布式数字控制（DirectNumericalControl，DNC）接口、网络接口等。数控系统一般有两种不同的输入工作方式：一种是边输入边加工，DNC即属于此类工作方式；另一种是一次将零件数控加工程序输入到计算机内部的存储器，加工时再由存储器一段一段地往外读出，软驱、USB接口即属于此类工作方式。113）译码

数控系统按一个程序段为单位，按照一定的语法规则把数控程序解释、翻译成计算机内部能识别的数据格式，并以一定的数据格式存放在指定的内存区内。在译码的同时还完成对程序段的语法检查。一旦有错，立即给出报警信息。124）数据处理

数据处理程序一般包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序。刀具补偿有刀具半径补偿和刀具长度补偿。刀具半径补偿的任务是根据刀具半径补偿值和零件轮廓轨迹计算出刀具中心轨迹。135）插补

插补的任务就是通过插补计算程序，根据程序规定的进给速度要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作。146）伺服控制与加工

伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信号，经放大后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，从而加工出零件。15二、数控机床的工作流程数控程序编制

2．程序输人3．译码4．数据处理（刀具补偿等）5．插补6．位置控制

和机床加工数控装置

控制机床运动完成零件加工1．程序编制16主要内容数控机床机床本体数控系统外围技术数控装置伺服驱动装置测量反馈装置工具系统编程技术管理技术MachinetoolMachineControlunitServo-driveunitFeedbackTransducer1.2数控机床的组成17机床本体－完成各种切削加工的机械部分机床本体组成--主运动部件、进给运动部件--支承件（立柱、床身等）--特殊装置--辅助装置18机床本体19主要内容数控系统（NumericalControlSystem）是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。计算机数控系统（ComputerNumericalControl，CNC

）是以计算机为核心的数控系统。20主要内辞容数控系统受组成机床I/O电路和装逼置检测装置主轴驱弃动装置进给驱姿动装置主轴伺庙服单元进给伺呢服单元计算机数控装置操作面丙板PLC计算机数党控系统机床辅助控鸣制机构进给传动盛机构主运动毛机构输入输出装置21主要内容操作面映板人机交互22主要内容数控系统庸组成机床I/O电路和装清置检测装置主轴驱炮动装置进给驱动足装置主轴伺且服单元进给伺服汁单元计算机数控装置操作面温板PLC计算机怕数控系垫统机床辅助控妙制机构进给传赶动机构主运动甘机构输入输吼出装置23主要内菠容输入输滩出装置可以通过遭多种方式钳获得数控填加工程序:穿孔纸带MDI（Man攀ual增Da四ta的Inp扒ut）方式软驱USB接口RS2顺32C接口DNC接口24主要内情容数控系陡统组成机床I/O电路和伍装置检测装置主轴驱绘动装置进给驱恒动装置主轴伺服孕单元进给伺服楚单元计算机数控装置操作面曾板PLC计算机数蒙控系统机床辅助控朗制机构进给传改动机构主运动机吸构输入输出装置1.2数控技亭术组成25主要内传容组成：计算机系烦统、位置词控制板、PLC接口板，毯通讯接口拿板、特殊内功能模块鹊以及相应拔的控制软种件。作用：根据输至入的零置件加工退程序进面行相应罪的处理搜，然后淘输出控提制命令仰到伺服仗驱动装墓置和PLC。CNC装置是CNC系统的核做心。计算机数勤控装置26主要内容数控系忘统组成机床I/O电路和装划置检测装擦置主轴驱动旨装置进给驱动山装置主轴伺服短单元进给伺服沃单元计算机数控装置操作面板PLC计算机小数控系券统机床辅助控制趴机构进给传动灭机构主运动扯机构输入输出设备27主要内莲容伺服系统叠－接受数坝控装置武的指令浮，驱动羊机床执愉行机构运动的驱预动部件主轴伺服棒单元和主贯轴电机进给伺服楚单元和进获给电机测量反馈纱装置位置和速帆度测量装翁置。以实证现进给伺限服系统的津闭环控制禾。作用保证灵召敏、准啊确地跟己踪CNC装置指令浙：－进给运动捆指令：实迈现零件加盾工的成形雾运动（速者度和位置虫控制）。主轴运动彻指令，实凳现零件加骑工的切削染运动（速源度控制）28主要内容数控系统万组成机床I/O电路和装笨置检测装置主轴驱动非装置进给驱动磁装置主轴伺片服单元进给伺服讨单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数辟控系统机床辅助控制别机构进给传闹动机构主运动机年构输入输么出设备29主要内容PLC、机床I/O电路和装雄置-PLC(Pro封gram赖mabl应eLo赢gic嘴Cont算roll移er)用于完成呢与逻辑运宾算有关顺学序动作的I/O控制；-机床I/O电路和付装置实现I/O控制的狸执行部窄件(由继电器煤、电磁阀锁、行程开份关、接触法器等组成嫁的逻辑电袍路）;-功能接受CNC的M、S、T指令,对其进渡行译码垃并转换访成对应潮的控制珍信号,控制辅专助装置渴完成机私床相应粒的开关渐动作；极接受操驼作面板遣和机床布侧的I/O信号,送给CNC装置,经其处理墓后,输出指令返控制CNC系统的姑工作状覆态和机别床的动跌作。30主要内道容适应性此、灵活勾性好精度高太、质量曾稳定生产效纹率高劳动强度夕低、劳动师条件好有利于现碑代化生产违与管理使用、最维护技虹术要求锻高1.4数控机床沟的特点与乞分类数控机床苍的特点:31主要内容数控机远床的分铅类(Typ棍es)分类方法数控机床类型按运动控制方式点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床按伺服系统开环数控数控机床半闭环控制数控机床闭环控制数控机床按功能水平经济型数控机床中档型数控机床高档型数控机床按工艺方法金属切削数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床1.4数控机饭床的特趣点与分附类32主要内容1、点位控卵制(Poi仗ntt痒oPo骄int竞Cont剖rol眠Syst秆ems)一、按运桶动控制方削式分类:仅实现刀宅具相对于竖工件从一点到另劲一点坝的精确定恳位运动；对轨迹不作登控制要求；运动过程牙中不进行任浓何加工。适用范围在：数控钻警床、数控腥镗床、数裕控冲床和凤数控测量堪机。33主要内方容2、直线赚控制不仅要求论控制点到点叫的精确未定位，而且要扎求机床工辞作台或刀祸具（刀架亲）以给定补的进给速呆度，沿平行于蜜坐标轴锅的方向旧或与坐楚标轴成45°角的方向进行直业线移动盆和切削闲加工。34主要内容3、轮廓控嘴制(Con重tour纸ing扫Cont贡rol香Syst榴ems)对多个坐迈标轴同四时进行询控制，使之岂协调运芒动(坐标联文动)，使刀斥具相对遍工件按程序规尺定的轨迹川和速度运熟动，在运动正过程中进肠行连续切捞削加工。可加工曲服面、叶轮损等复杂形状的轮零件35主要内容两坐标纪加工二轴半或跳三坐标加盖工四坐标鲜加工五坐标红加工36主要内治容1、开环辰控制(Op扛en-头Loo辫pS历erv鸭o-D浓riv宪e)二、按巩伺服系陶统的控浊制原理果分类:步进驱动器指令脉冲步进电机工作台数控装置37主要内自容特点:没有位置讯检测装置昏，信号单拆向。结构堪简单，破制造成重本较低傅，价格涛便宜,精度一般蚊不高。用陕于经济型亮数控车、册铣、线切级割机床。电机机械执行亏部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个守数n换算脉冲环形忘分配变换功率放大382、半闭环历控制(Ha征lf-劈燕Clo喂sed帮-Lo辈op范Ser匀vo-桑Dri虑ve)速度控制电路工作台伺服电菜机位置比占较电路指令脉冲速度反馈位置反馈检测元件39主要内册容特点:带有位置袄检测装置莲，常安装欣在伺服电条机上或领丝杠的暂端部;不包括赢丝杠螺赶母副及邻机床工抵作台导内轨副等竞大惯量嫌环节，掘因此可夏以获得社稳定的倦控制特详性，而脚且调试解比较方阿便，价悼格也较吴全闭环您系统便请宜。40主要内容3、闭环宽控制(Clos俗ed-L唯oop纪Serv裹o-Dr初ive)特点:带有位微置检测装置,安装在输机床刀汁架或工稳作台等烟执行部泪件上;系统稳炒定性受如到影响,调试困难,且结构复礼杂、价格御昂贵。位置反馈速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈41主要内哑容1、经济型至数控机床步进电机实现的开环驱辽动，功能简沾单、价格般低廉、精珍度中等，瓣能满足加爱工形状比趟较简单的纯直线、圆旺弧及螺纹苦加工。一闻般控制轴辉数在3轴以下，脸脉冲当量续（分辨率远）多为0.0降1mm，快速进季给速度在10m／min以下。三、按常功能水于平分类:42主要内容2、中档型融数控机床采用交流或直反流伺服电隔机实现半教闭环驱动，能实绪现4轴或4轴以下歪联动控朴制，脉享冲当量轮为1m，进给速糖度为15-批24m／min，一般头采用16位或32位处理萝器，具戚有RS2连32C通信接赢口、DNC接口和内抗装PLC，具有图偿形显示功袋能及面向匹用户的宏感程序功能驶。43主要内容3、高档蔽型数控延机床采用交流伺服拘电机形成闭环驱动，对开始采柏用直线伺照服电机，能实现5轴以上故联动，站脉冲当幸量（分赵辨率）谎为0.1-猾1m，进给速圣度可达100m／min以上。滴一般采爱用32位以上微令处理器，窃形成多CPU结构。庭编程功糊能强，涨具有智选能诊断郑、联网帜和通信悟功能。44主要内第容分为：欠金属切呈削数控脱机床、起金属成乌形数控屋机床、共特种加筹工数控诞机床。也可分为早：普通数君控机床（指加工怠用途、加板工工艺单他一的机床渠）和加工中堵心（指带有励自动换刀烦装置、能卷进行多工渗序加工的挂机床）。四、按埋工艺方芒法分:45主要内容按工艺欺方法分数控车床46主要内容按工艺方党法分数控车膨床47主要内容按工艺方蹈法分数控车床双主轴48主要内容按工艺滑方法分数控车床双主轴、有双刀塔CNC车床结挤构示意主轴副主轴副主轴刀塔主轴刀塔49主要内娇容按工艺方咸法分双主轴商、3刀塔的复合加紫工CNC车床50主要内好容数控铣京床51主要内容加工中础心52主要内容按工艺胡方法分数控加挑工示例:磨削53主要内容数控机床赵的适用范度围通用机床专用机绑床数控机套床零件复样杂程度零件批量小批量越产品产品品聚种的变邀换频繁加工方紫法的区矛别大生产效畅率高54主要内容第一代数当控（195桌2-1言959年）：采用电恩子管构讽成的硬烛件数控占系统；第二代咸数控（1959辟-196抚5年）：采用晶虏体管电炮路为主询的硬件谢数控系姜统；第三代贸数控（196昼5年开始绣）：采用小、炸中规模集戏成电路的颂硬件数控爷系统；第四代数寸控（1970年开始）速：采用大波规模集尖成电路震的小型冈通用电饲子计算息机数控相系统；第五代失数控（1974年开始）呈：采用微型永计算机控胁制的系统杯；第六代数剑控（1990年开始璃）：采用工控PC机的通用CNC系统。硬件数控软件数脉控1.5数控技术璃的发展趋说势551.5数控技蛇术的发推展趋势运行高查速化加工高续精化功能复任合化控制智能岩化驱动并联侵化交互网庙络化56主要内晓容1.运行高弃速化主轴高助速化：逝采用电涂主轴（质内装式次主轴电砖机），供即主轴嘴电机的投转子轴档就是主成轴部件忍。主轴最虏高转速蚊达200攀000股r/m钥in以上主轴转搂速的最除高加（谎减）速歼为1.0g以上换刀速余度0.9秒（刀仔到刀）2.8秒（切削冻到切削）工作台载（托盘昏）交换铃速度1.5数控技术屯的发展趋可势57主要内眨容2.加工高渗精化：提高机磨械设备鲁的制造列和装配隔精度；阔提高数名控系统火的控制低精度；连采用误身差补偿潜技术提高CNC系统控猾制精度凉：采用高速插醉补技术，以微呜小程序足段实现博连续进值给，使CNC控制单技位精细泰化，采用高分辨坝率位置犹检测装蚊置，提高部位置检俱测精度蹲（日本针交流伺培服电机杨已有装担上106脉冲/转的内藏满位置检测炼器，其位气置检测精灶度能达到0.01m/脉冲）；位置伺放服系统怜采用前馈控源制与非验线性控旗制等方法悦。1.5数控技术珠的发展趋半势58主要内请容采用误乎差补偿矩技术：采用反雅向间隙处补偿、悟丝杆螺锹距误差赢补偿和友刀具误蔑差补偿冶等技术;设备的育热变形把误差补净偿和空仅间误差亲的综合湾补偿技果术。研划究结果抢表明，立综合误端差补偿处技术的曲应用可采将加工挤误差减蠢少60％～80％。1.5数控技术育的发展趋沈势59主要内容3.功能复合吩化工件自动昂装卸、工疗件自动定险位；刀具自境动对刀谊；工件自侦动测量率与补偿颈；集钻、车粉、镗、铣明、磨为一纺体的“万能加拐工机床”等。1.5数控技棚术的发赠展趋势60主要内容镗铣钻复漂合—加工中臂心（ATC）、五汉面加工芝中心（ATC，主轴立勿卧转换）商；车铣复合—车削中心务（ATC，动力刀韵头）；铣镗钻郊车复合—复合加太工中心篇（ATC，可自动拒装卸车刀锄架）；铣镗钻磨季复合—复合加块工中心今（ATC，动力时磨头）盖；可更换基主轴箱恭的数控信机床—组合加勇工中心提；1.5数控技雷术的发外展趋势61主要内容4.控制智还能化配置各种炊微型传感坝器，具有树监控和误沃差自动补弱偿功能本。1.5数控技弃术的发撑展趋势“不仅挖有体力持，而且女有头脑楼，自己萌管理自狐己”62主要内容1.5数控技榆术的发课展趋势自主管理63主要内容1.5数控技杆术的发揭展趋势设计巧划妙的5杆并联机叹构电滚珠丝晚杠电主轴646.交互网考络化除有RS2挎32C串行接遍口、RS4闹22等接口润外，还僻带有DNC接口，可以窝实现几台数局控机床终之间的狐数据通浅信和直踪蝶接对几浅台数控袋机床进闲行控制。有的已洞配备与工刊业局域网（LAN）通信的波功能，促进系传统集成化柏和信息综滑合化，使夸远程操作迫和监控、父遥控及远孟程故障诊晨断成为可居能。1.5数控技术扛的发展趋翁势65计算机直洋接数控系眨统(DNC旗)DNC定义：计算机躲直接数慰控系统(DN失C)，也称哑计算机揪群控系失统，就蜻是使用嘉一台通敲用计算坦机直接洋控制和草管理一预群数控城机床进康行零件谦加工或老装配的储系统。DNC特点：1)DN砖C技术使CNC与通信辩网络联锤系在一顾起；2)一台中蚕央计算营机为数豆台数控迟机床进余行自动日编程——DNC对CAD/搂CAPP慈/CAM以及CNC的程序进堂行传送和忠分级管理仅；3)D美NC技术可以掉传送维修雀数据，使访用户与数捧控生产厂压家直接通安信；进而馋把制造厂悼家联系在舰一起，构配成虚拟制荐造网络。66柔性制造园系统(FM饲S)也叫计冒算机群功控自动生线，它是将一急群数控机糠床用自动趴传送系统查连接起来伙，并置于光一台计算肆机的统一缺控制之下兴，形成一命个用于制锅造的整体蹄。现已形杠成在自动考化程度和原规模上不槐同的多种黄层次和级愧别的柔性末制造系统早。(1)柔性制造杆单元（FMC）柔性制造犯的硬件基钳础(也是制剥造系统费的基本萝级别）现：带有自动咸换刀装置(Au提tom姨ati毫cT沉ool爸Ch渠ang探er，ATC)的数控乱加工中舍心。(2)柔性制造芝系统（FMS）特征：1)具有多仗台制造宴设备；2)具有一个狂物料运输妙系统；3)一台高级猪计算机自滩动多级控屋制与管理窄。组成：加工、物结流、信息67计算机柔集成制企造系统(CI趁MS)简介(1)哑CIM且S的定义计算机半集成制的造系统免（Comp骆uter沾-Int尤egra砌ted运Manu仔fact肯urin辜gSy对stem，CIM眨S），是指草用最先进柴的计算机段技术，控较制从定货膛、设计、奶工艺、制服造到销售拆的全过程诵，以实现触信息系统灿一体化的愿高效率的驴柔性集成穗制造系统垦。(2)乡丰CIM咱S的结构1)生产/制造系统活；2)硬事务处衰理系统；3)技术设计吐系统；4)软事务眯处理系矩统；5)信息服踪蝶务系统里；6)决策管喘理系统68计算机伟集成制添造系统(CIM采S)简介69主要内巡寿容1.5数控技虽术的发购展趋势新型功能瞧部件在传统絮机床中看，电动计机和机浴床部件驻是借助浴耦合元除件，如签皮带、奏齿轮和佣连轴节涛连接，怖实现部洗件所需升的移动盖或旋转，“机哥”和“衬电”是隆分家的。机电一土体化的锦功能部国件是将私电动机沈与机械勒部件集凝成为一绑体，如电主轴、拼直线电动升机、电滚渐珠丝杆和适力矩电动获机等。机电一体照化的功能假部件简化花了机床结芳构，提高机床仙的刚度和篇动态性能冈以及加工透精度。701.5数控技术答的发展趋宿势新型功能疗部件电主轴71主要内容1.5数控技挺术的发廉展趋势新型功能催部件电主轴辜是主轴部衡件、驱动电动父机和刀具自灿动夹紧彻机构的集成，召结构比较裂复杂。电主轴不弃仅要借助恼精密的零昆部件保持较高的回威转精度和撑刚度，还要发热少、醉热变形小，润滑和冷吗却以及热尝变形补偿便是关键技智术。万能铣地头是大型4~5轴数控林机床的将主要部势件之一封，不仅前提供切绪削的功女率和速锐度，还乎要实现店主轴偏蓝转的进找给运动妈。电主轴72主要内仓容1.5数控技术趋的发展趋楚势新型功能室部件直线电机蒸气机把隐直线运动潮转换为回杀转运动，欠驱动各种趣轮系，引梯发了工业霉革命。电怖动机能直汽接提供回钞转动力，锁促进了生酷产机械化火和自动化诞的发展。直线电动尸机又是一场散革命，它借助电适能直接励提供直倘线驱动隆力，省去不潜同运动形杂式之间的矮转换，大演大简化了悔机械传动查结构。直线电齐动机伺国服驱动串的优点捉还在于虑高速度术和高加阴速度