数字控制技术概论课件

数字控制技术

任课教师：史晓娟Email：

2005.10有问题探讨请联系

shixj@xust.edu.cn教，不得其方；学，不得其法，憾也！主要参考书叶培华主编《数字控制技术》(教材)清华大学出版社北京，2002年廖效果、朱启逑等《数字控制机床》华中科技大学出版社武汉，2000年毕承恩，丁乃健《现代数控机床》 机械工业出版社北京，1994王爱玲等现代数控原理及控制系统（第2版）

国防工业出版社北京，2005数控技术上机实训指导书张旭辉2004有关数控技术方面的国内、外科技期刊。落后现状与就业前景数控系统的现状堪忧。机床利用率低。国外数控机床在两班制工作下开动率达到60%～70%，国内许多用户往往只能达到20%～30%。编程效率低。据国外统计,手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比约为30∶1，而数控机床不能开动的原因中有20%～30%是由于加工程序一时编制不出而耽搁的。数控技术人员缺乏。据报载，我国数控技术人员缺口为60万。第1章概述任课教师：史晓娟Email：主要讲授内容1概论2数控机床程序编制3计算机数字控制装置4插补原理及速度控制5数控机床伺服系统及伺服元件6工业机器人7柔性制造系统和计算机集成制造系统8现代数控技术返回1概论1.1数控技术与数控机床1.2数控机床的分类1.3数控系统的发展1.4现代数控技术的发展趋势返回数控技术的基本概念数字控制（NumericalControlNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术（NumericalControlTechnology）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。主要用于：机床、自动线、机器人、火炮、雷达跟踪等自动化设备。数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。计算机数控系统（ComputerNumericalControlSystem)以计算机为核心的数控系统。1.1数控技术与数控机床数控加工原理

将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件夹紧、进给、启停、刀具选择、冷却液供给等）步骤以及工件的形状尺寸用程序——数字化的代码（称为数字信息）来表示，再由计算机数控装置对这些输入的信息进行处理和运算，把刀具和工件的运动坐标分割成一些最小单位量（即最小位移量），然后由数控系统按照零件程序的要求控制机床伺服驱动系统，使坐标移动若干个最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。当被加工工件改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需更换程序。。1.1数控技术与数控机床1.1数控技术与数控机床图1数控机床的组成1、机床本体数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。有主运动部件、进给运动部件（工作台、托板及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统、工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。数控机床的组成数控机床的组成2、计算机数控装置计算机数控装置是数控机床的核心部分，也是区别于普通机床最重要的特征之一。它完成加工程序的输入、编辑及修改，实现信息存储、数据交换、代码转换、插补运算以及各种控制功能。组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板、通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服驱动系统和PLC等），所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合、合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。数控机床的组成3、伺服驱动系统包括驱动主轴运动的控制单元（即主轴伺服驱动装置）及主轴电机，驱动进给运动的控制单元（即进给伺服驱动装置）及进给电机。它接收数控装置发出的进给指令，来实现数控机床的主轴和进给运动。伺服驱动系统只有具备了良好的快速响应性能，才能准确而迅速地跟踪数控装置的数字指令信号。4、信息载体（控制介质）控制介质是记录零件加工程序的媒介。常用的控制介质有穿孔纸带、磁带和磁盘。控制介质上记载的加工信息由按一定规则排列的文字、数字和代码组成。目前国际上通常使用EIA或ISO代码，这些代码经输入装置送给数控装置。常用的输入装置有纸带阅读机、磁带录音机和磁盘驱动器。按控制系统分类：

点位控制类、直线控制类、轮廓控制类按伺服系统的控制方式分类：

开环伺服驱动类、全闭环伺服驱动类、半闭环伺服驱动类按数控系统类型分类：硬件式数控（NC）、软件式数控（CNC）按加工方式分类：金属切削类、金属形成类、特种加工类、其他类型按功能水平分类：低档经济类、中档类、高档类返回1.2数控机床的分类点位控制仅能实现相对于工件从一点到另一点的精确定位运动对轨迹不做控制要求刀具运动过程中不进行任何加工返回1.2数控机床的分类直线控制可实现从一点到另一点地准确定位直线运动运动轨迹必须是直线可控制位移速度具有刀具半径补偿,长度补偿和主轴转速控制功能返回1.2数控机床的分类轮廓控制具有控制几个进给轴同时谐调运动(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。返回1.2数控机床的分类开环伺服驱动系统系统稳定性好；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；具结构简单、工作稳定、维修简单、价格低廉等优点。返回1.2数控机床的分类返回1.2数控机床的分类全闭环伺服驱动系统采用反馈结构，从理论上讲，可消除整个驱动及传动环节的误差和间隙，有很高的位置控制精度。机械环节如丝杠副等是非线性结构，故系统稳定性差，系统设计和调整都很困难。返回1.2数控机床的分类按数控系统类型分类硬件式数控（NC）1、数控的输入控制、插补运算、控制功能等由集成电路组成；

2、需要设计专用的逻辑电路；

3、通用性、灵活性较差。软件式数控（CNC)1、采用大规模、超大规模的集成的电路芯片组成；

2、硬件可以通用，只需涉及不同软件。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、数控压力机等。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：火焰切割数控机床、震动切割数控机床等。返回1.2数控机床的分类按加工方式分类数控系统的发展简述1952年，美国派尔森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所共同研制出第一台三轴数控立式铣床。1959年，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板。1965年，出现了小规模集成电路。由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，这是第三代数控系统。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作为数控装置的数控系统，被人们成为第四代数控系统。1974年开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。1.3数控系统的发展我国数控系统的发展简述返回1.3数控系统的发展

数控系统开放化柔性化、多功能、网络化促使开放化；用户和机床厂对附加技术的要求提高；控制器厂追求高质量、低成本、竞争力。欧、美、日等出台开放式体系结构的规范，是全球制造业的发展趋势。高度模块化、方便联网集成、方便二次开