《计算机数控系统CN》课件

计算机数控系统数控系统是现代工业生产中不可或缺的一部分。它将计算机技术应用于机械加工，提高效率和精度。课程简介目标本课程旨在帮助学生深入了解计算机数控系统的工作原理、控制方式、编程方法、故障诊断、维护保养等方面的知识，培养学生在数控加工方面的实际操作能力和专业素养。内容课程涵盖数控系统的组成、分类、硬件结构、软件功能、控制方式、坐标系、编程语言、G代码、M代码、程序调试、应用领域、发展趋势等方面的内容。数控系统的组成数控装置负责接收程序指令，控制机械运动，执行加工过程。伺服系统根据数控装置的指令，驱动机床部件精确运动。检测系统检测机床部件的位置，速度，反馈给数控装置。执行机构由机床床身，主轴，刀架，工作台等组成。数控系统的分类数控系统按其功能和应用领域可分为多种类型，例如：按控制轴数分类：单轴、多轴、多坐标数控系统按控制方式分类：开环、闭环数控系统按加工类型分类：铣床、车床、磨床等数控系统按应用领域分类：机械加工、模具制造、电子制造等数控系统的硬件结构数控装置数控装置是整个数控系统的核心，包含CPU、存储器、输入输出接口等。数控装置负责接收指令、进行运算、控制执行机构，是整个系统的控制中心。伺服系统伺服系统是数控系统的执行机构，负责将数控装置发出的指令转换成机械运动，实现对机床的精确控制，包括伺服电机、伺服驱动器、位置反馈装置等。机床本体机床本体是数控系统的基础，包括床身、工作台、主轴、刀架、冷却系统等。机床本体负责加工工件，为数控系统提供机械支撑。测量系统测量系统用于检测机床运动部件的位置、速度等信息，并将反馈信号发送给数控装置，确保加工精度和运动轨迹的准确性。人机交互界面人机交互界面是操作人员与数控系统进行信息交互的桥梁，包括操作面板、显示器、键盘等。人机交互界面负责程序输入、参数设置、状态显示等功能。数控系统的工作原理1指令输入数控系统接收程序指令，并将其转换为控制信号。2信号处理数控系统处理控制信号，并将其发送到执行机构。3执行控制执行机构根据控制信号执行相应的动作，例如电机转动、刀具移动等。4反馈监控数控系统实时监控执行机构的运行状态，并根据反馈信号进行调整。数控系统的控制方式开环控制开环控制系统不测量输出轴的实际位置，依靠输入信号直接控制执行机构。成本低，但精度较低，适用于精度要求不高的场合。闭环控制闭环控制系统通过传感器反馈测量输出轴的实际位置，与设定值进行比较，并根据误差调整输入信号。精度高，成本较高，适合精度要求较高的场合。数控系统的坐标系1直角坐标系直角坐标系是最常见的数控系统坐标系，它由三个相互垂直的坐标轴组成，分别代表X轴、Y轴和Z轴。2极坐标系极坐标系使用半径和角度来表示点的位置，适用于圆弧加工等。3圆柱坐标系圆柱坐标系使用半径、角度和高度来表示点的位置，适用于圆柱形零件的加工。数控系统的编程方式手动编程手动编程是通过输入指令的方式直接控制机床。操作人员需要手动编写程序，包括运动指令、辅助指令和刀具指令等，以便实现零件的加工。自动编程自动编程是利用计算机辅助编程软件生成数控加工程序，操作人员只需要输入零件的几何形状和加工工艺参数，程序就会自动生成相应的数控指令。在线编程在线编程是指直接在数控系统上进行程序编辑和调试，操作人员可以通过控制面板或专用软件来修改程序内容，并实时观察加工效果。G代码的基本格式G代码格式G代码的格式一般为：G字母+数字+参数G代码示例例如，G00X10Y20代表快速移动到坐标点(10,20)G代码类型G代码分为准备功能代码和指令代码，用于控制刀具移动方式、加工精度等。代码编写G代码通常使用专门的编程软件编写，可编辑、调试和模拟加工路径。M代码的基本格式M代码类型M代码用于控制机床的辅助功能，例如刀具更换、程序暂停、冷却液控制等。格式结构M代码通常由字母“M”加两位数字组成，例如M00、M30。功能说明每个M代码对应特定的辅助功能，在程序中用于实现相应的操作。数控系统常用G代码1G00快速定位，切削加工前快速移动刀具到指定位置。2G01直线插补，以恒定的进给速度沿着直线轨迹进行加工。3G02圆弧插补，以顺时针方向沿圆弧轨迹进行加工。4G03圆弧插补，以逆时针方向沿圆弧轨迹进行加工。数控系统常用M代码1M00程序暂停2M06刀具更换3M30程序结束4M98子程序调用M代码是数控系统中的辅助指令，用于控制机床的辅助功能，如刀具更换、程序暂停等。M代码一般用于程序段的开头或结尾，也可用于程序段中，控制机床的运行状态。程序的编写及调试数控系统编程需要熟练使用G代码和M代码，编写加工程序。编写程序需要对工件的形状、尺寸、加工工艺等有充分的了解，并进行合理的程序编排。调试程序需要仔细检查程序的语法错误和逻辑错误，并进行实际加工测试，确保程序的正确性和可靠性。调试过程中需要注意安全问题，避免发生意外事故。数控系统的自动化水平自动化程度数控系统自动化程度高，可以实现高精度加工，减少人工干预。自动化程度提高，加工效率提升，生产成本降低。智能化趋势数控系统不断发展，朝着智能化方向发展，提高加工精度和效率。智能化数控系统可根据加工需求自动调整参数，实现自适应加工。数控系统的自诊断功能故障检测数控系统可以识别常见的错误，比如硬件故障、软件错误、操作错误等。错误代码系统会生成相应的错误代码，帮助操作人员快速识别故障类型并进行相应的处理。故障提示系统会将故障信息以文本或图形的形式显示在操作面板上，方便操作人员及时了解故障情况。自我修复对于一些轻微的错误，系统可以尝试自行修复，避免系统停机。数控系统的安全防护安全防护数控系统操作人员应熟悉安全操作规程，并佩戴必要的安全防护用品。定期维护定期对数控系统进行维护保养，检查安全装置，确保设备安全运行。安全监控安装安全监控系统，及时发现并处理潜在的安全隐患，确保操作人员的安全。应急预案制定完善的应急预案，确保在发生事故时能够及时有效地处理，减少人员伤亡和财产损失。数控系统的故障诊断11.故障现象确定故障部位，如电气、机械或软件。22.故障分析利用数控系统的自诊断功能，分析故障原因。33.故障排除根据故障原因，选择相应的维修方案。44.故障记录记录故障现象、分析过程和维修结果。数控系统的维护保养定期检查定期清洁、润滑、检查，延长设备寿命。故障维修及时排除故障，避免影响生产效率。操作规程严格遵守操作规程，确保安全生产。系统升级不断更新维护，提高系统效率。数控系统的信号接口数字信号数控系统使用数字信号进行数据传输和控制，例如指令、状态和数据。数字信号通过电平的高低来表示0和1，提供准确的数据传输。模拟信号模拟信号用于控制伺服电机等执行机构，例如电压和电流信号。模拟信号可以连续变化，用于控制执行机构的运动速度、位置和加速度。数控系统的通信协议数控系统通信协议定义了数控系统与其他设备之间信息交换的规则。例如，数控系统通过协议与PLC或其他控制器通信，实现数据传输和指令控制。1RS-232传统串行通信协议，用于数据传输。2RS-485工业现场总线协议，用于数据传输。3以太网工业以太网协议，用于数据传输。4CAN总线工业控制网络协议，用于数据传输。不同的协议应用于不同的场景，例如，RS-232用于简单的控制指令传输，以太网用于高带宽的数据传输，CAN总线用于实时性要求高的控制系统。数控系统的升级换代功能增强升级换代后，数控系统通常会增强功能，例如增加轴数、提高精度、扩展编程语言等，以满足更复杂的加工需求。性能提升升级后的系统性能更强，例如速度更快、效率更高、可靠性更强，从而提高生产效率和加工质量。智能化发展现代数控系统不断朝着智能化方向发展，例如集成人工智能技术，实现自适应控制、故障预测等功能。网络化集成升级后的系统可以与其他设备和系统联网，实现数据共享和远程控制，提高生产管理效率。数控系统的应用领域机械加工数控系统广泛应用于金属切削、铸造、锻造等机械加工行业，提高加工效率和精度。汽车制造数控系统在汽车制造中应用于车身、发动机、底盘等部件的加工，提升生产自动化水平。电子制造数控系统应用于电子元器件的生产，如印刷电路板、芯片等，提高生产效率和产品质量。航空航天数控系统在航空航天领域用于制造精密零件，满足高精度、高强度和轻量化的要求。数控系统的发展趋势数控系统正在朝着更加智能化、网络化、集成化和绿色化方向发展。未来，数控系统将更加注重人机交互，应用人工智能技术，提高生产效率和产品质量。案例分析汽车制造数控系统广泛应用于汽车制造领域，例如车身加工、发动机部件加工等。数控系统可实现高精度、高效率的加工，提高生产效率，降低制造成本。航空航天数控系统在航空航天领域有着重要应用，例如飞机机身、发动机零件等。数控系统可实现复杂形状的加工，提高产品质量，满足航空航天领域对高精度、高可靠性的要求。总结与展望11.发展趋势计算机数控系统将朝着智能化、网络化、集成化的方向发展，满足更高效、更精确、更柔性化的制造需求。22.应用前景数控技术将在航空航天、汽车制造、机械加工等领域得到更广泛应用，推动制造业转型升级。33.未来挑战需要解决安全可靠性、成本控制、人才培养等方面的挑战，推动数控技术持续创新。相关标准与法规质量管理体系ISO9001标准提供质量管理体系框架，确保产品一致性和客户满意度。安全标准安全标准涉及机器安全、个人防护设备(PPE)和工作环境安全。控制系统标准例如IEC61499，定义了可编程逻辑控制器(PLC)和其他控制系统的功能安全标准。参考文献与资源数控系统相关书籍《计算机数控技术》《数控系统设计与应用》《数控加工技术》数控系统相关网站中国机械工业出