学习情境一数控技术基础

学习情境一数控技术基础学习情境一数控加工技术基础学习子情境一数控设备的简介学习子情境二数控加工的基础知识学习子情境三数控程序编制基础学习情境一数控加工技术基础学习子情境一

数控设备简介学习目标了解数控设备的产生与发展；了解数控设备的加工原理、组成与特点；掌握常见数控机床的分类；初步掌握常见数控机床的坐标系统。学习任务了解工厂里常用的数控设备，熟悉各类机床加工产品的特点；熟悉数控设备的加工原理、分类；掌握数控设备坐标系统；了解当前数控设备的技术参数和功能范围；做一份有关数控技术的发展趋势的调查报告。基本理论

（一）数控设备的产生与发展1.数控机床的产生2.数控机床的发展动向3.我国的发展情况（二）数控设备的工作原理、组成与特点1.何谓数控机床数控机床（NumericalControlMachineTools）是指采用数字形式信息控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。

图1-1-1数控设备的一般形式2．数控设备的工作原理工作要求数控程序数控设备工作结果图1-1-2数控设备的工作原理3．数控设备的组成与功能图1-1-3数控机床的组成程序载体输入装置机

床伺服装置CNC装置辅助动作信号位置反馈信号数控机床各组成部分的作用程序载体数控机床操作时不需人参与直接操作，但人的意图又必须参与。人与数控机床之间必须建立某种联系，这种联系的媒介物又称为控制介质。程序载体存储加工零件所需全部操作信息和刀具相对工件的移动信息。程序载体按数控装置的类型而异，可以是穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘。输入装置

输入装置的作用是将加工程序的信息读入CNC装置内。现代数控机床可通过手动方式（MDI方式）将工件加工程序直接通过操作面板上的按键，或者用与微机相连的键盘直接键入CNC装置。也可用与上位机通信方式或者网络通信方式直接将录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统上。对于软磁盘，则配用软盘驱动器。CNC装置

数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或专用微型计算机构成，有输入接口、存储器、运算器、输出接口和控制电路等。输入接口接受控制介质或操作面板上的信息，并将其信息代码加以识别，经译码后送入相应的存储器。存储器中的代码或数据是控制和运算的原始依据。控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，实现对机床各种操作的执行。如控制主轴变速和起动、控制刀架或工作台移动等，同时控制机床的整个工作循环。运算器主要是对输入的数据进行某种运算，按运算结果不断的由输出接口输出脉冲信号，驱动伺服机构按规定要求运动。操作面板读带机运算器（CPU）伺服结构行程开关控制接点内部存储器ROMRAM输入接口输出接口数控装置的组成控制面板数控装置中的译码、处理、计算公式和控制的步骤都是预先安排好的，这种“安排”可用:专用计算机的硬件结构来实现，称为硬件数控，也可用小型通用计算机或微机的系统控制程序来实现，称为软件数控。目前均采用专用的微型计算机来实现控制，简称CNC。用微机构成数控装置，其CPU实现控制和运算，内部存储器中只读存储器(ROM)存放系统控制程序，读写存储器(RAM)存放零件的加工程序和系统运行时的工作参数。I／O接口实现输入输出的功能。数控机床的功能强弱主要由数控装置功能决定，它是数控机床的核心部分。伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。伺服系统把数控装置输出的脉冲信号通过放大和驱动元件使机床移动部件运动或使执行机构动作，加工出符合要求的零件。每一脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量，常用脉冲当量为0.01mm/脉冲、0.005mm/脉冲、0.001mm/脉冲等。伺服系统的精度、快速性及动态响应是影响加工精度、表面质量与生产率的主要因素。目前在数控机床的伺服系统中，常用的位移执行机构有功率步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机，后二种都带有感应同步器、光电编码器等位置测量元件，所以，伺服机构的性能决定了数控机床的精度与快速性。伺服系统位置反馈系统的作用是将机床运动部件的实际位置信息反馈给CNC装置。分为伺服电动机的转动角位移反馈和数控机床执行机构（工作台）的直线位移反馈两种。测量位置和速度，以实现进给伺服系统的闭环控制。运动部分通过传感器蒋上述角位移或直线位移转换成电信号，经信息形式转换后输送给CNC装置，并与指令位置比较，根据比较结果由CNC装置发出指令，纠正所产生的误差。位置反馈系统由于数控机床需承受大切削用量及运动部件的快速性、灵敏性，所以与普通机床相比其机床的外型结构、整体布局及刀架结构等部件均有很大变化。其设计要求应充分发挥数控机床的特点，使机床：结构刚性好热变形小精度高传动灵敏机床的机械结构机床数控系统的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：点位控制数控机床(位置控制)轮廓控制数控机床(连续控制)(一)按控制刀具与工件相对运动的轨迹分类特点:仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。点位控制轮廓控制轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时协调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。

开环控制系统

闭环控制系统半闭环控制系统全闭环控制系统(二)按照伺服驱动系统的控制方式分类开环数控系统电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大开环控制框图工作台步进电机数控装置没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。半闭环数控系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈工作台伺服电动机数控装置伺服放大器位置检测（编码器）半闭环控制框图半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。

全闭环数控系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈

闭环控制框图工作台伺服电动机数控装置伺服放大器

检测装置（光栅）闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接检测运动部件的实际位置，精度高。闭环环路内包括机械传动环节多，易导致系统不稳定闭环数控系统复杂、调试较难、成本高。(三)按照工艺用途分类切削加工类：数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型325<0.1>24三维动态普及型