00数控机床控制技术.ppt

1、数控机床控制技术,第1章 绪论,第2章 电气控制技术,第章 位置检测装置,第章 数控伺服系统,第5章 可编程序控制器,第6章 GE系列PLC程序编制,第7章 S7-200系列PLC程序编制,第8章 数控机床控制技术综合实训,课程介绍,数控技术应用人才的培养方向,机床制造厂的设计、安装、调试人员，包括售前和售后服务的销售人员 各种行业和应用的最终用户，涉及数控机床的操作、编程和数控机床的维护,本课程在专业课程体系中的地位,本课程是数控技术应用专业的主干课程， 是数控设备与维护专业的核心课程， 是“数控机床维修技术”课程的先修课程。 解决数控技术应用中“为什么（Why）”的问题,课程内容简介,本课

2、程介绍：数控机床控制原理和数控系统应用。机床数控系统是一个普通的自动控制系统，人是一个天然的自动控制系统，他们之间的原理是相通的。,课程主要任务,通过课程学习，了解数控装置、伺服系统、检测装置、可编程控制器在数控机床上的功能和应用，并掌握这些部件与机床本体配接的知识。 三大项目 1、坐标轴位置的控制（CNC） 2、主轴转速的控制（SP） 3、辅助装置的控制（PLC）,能力培养,学完本课程，应具备实际数控系统的应用能力，能根据数控原理分析数控机床故障并且排除故障；同时了解数控技术前沿领域的发展趋势，了解加工新工艺的发展对数控系统的新要求，初步具备分析问题和解决问题的能力。,数控人才需求,“蓝领层

3、”数控技术人才： 承担数控机床的具体操作及日常简单维护工作的技术工人。 “灰领层”数控技术人才： 承担数控编程的工艺员和数控机床维护、维修人员。 “金领层”数控技术人才： 具备并精通数控操作、数控工艺编程和数控机床维护、维修所需要的综合知识，积累了大量实际经验，知识面广。,数控人才知识结构,“蓝领型”：以传统的机械制造技术为基础，学习，掌握“数控机床原理及应用基础”和“数控加工编程技术”，掌握“CAD/CAM”软件。 “灰领型”： 编程工艺员，应具有良好的数学基础，熟悉产品的三维设计，产品的加工工艺； 维修人员，以机、电、光和液（气）控制技术为基础，掌握数控机床维护与维修的技术和技能。 “金领

4、型”：有较扎实的专业基础，较全面地掌握数控设备的相关原理与技术，具备数控设备研制与开发能力，掌握网络技术，有较高的外语水平。,未来数控人才需求,课程概述,单元一 数控机床的组成及工作原理 单元二 数控机床的特点与分类 单元三 数控机床控制技术概述,单元一 数控机床的组成及工作原理,数控系统的基本概念,1.数控数字（程序）控制的简称:用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制的一种方法。 2.数控系统用数字控制技术实现的自动控制系统:实现数字化控制的软件和硬件的整体称为数控系统。它由程序输入、输出设备、数控装置、伺服装置、反馈装置、辅助驱动装置组成。 3.数控机床数控系统与机床本体的结合体:采

5、用数控技术对加工过程进行控制的机床。,数控技术的发展史（一）,数控机床的产生 原因社会生产发展（军备竞赛的产物） 目的解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题,数控技术的发展史（一）,从1952年世界上第一台数控铣床问世。 数控系统经历了从硬线数控到计算机数控两个阶段和从电子管数控到基于个人计算机平台的数控共五代的发展。 (1) 1952年美国研制出第一代数控机床，采用电子管、继电器、模拟电路组成，体积庞大，价格昂贵。 (2) 1959年数控系统中开始广泛采用晶体管和印刷电路板，系统体积缩小，成本有所下降。 (3) 1965年出现了小规模集成电路，数控系统发展到第三代。体积小、功率消耗少，且可

6、靠性提高，价格进一步下降。 以上这三代数控系统主要由电路的硬件和连线组成，称为硬线数控系统，装有这类数控系统的机床称为普通数控机床(NC)。,数控技术的发展史（二）,(4) 1970年，以小型计算机化为特征的数控系统为第四代，数控的许多功能由软件程序来实现。 (5) 1974年，以微处理器为核心的数控系统问世，标志着数控系统进入第五代。 第四、五代数控系统主要由计算机硬件和软件组成，通常称为计算机数控系统(CNC) ；也称为软件数控系统。这种系统容易扩大功能，柔性好，可靠性高。,数控立式铣床,卧式数控铣床,车床,磨床,工作原理,数控机床工作步骤图,数控机床与普通机床相比较，其工作原理的不同之处

7、就在于数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的。数控机床加工零件，首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化，用规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所编写的指令输入到机床的数控装置中，数控装置再将程序进行翻译、运算后，向机床的各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各个运动部件完成所需的辅助运动，最后加工出合格零件。,数控机床的加工过程就是：数控系统处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，从而控制刀具和工件之间相对位置按加工零件的要求，准确的运动。,数控系统的组成,PLC,辅助动作信号,1、程序及载体（穿孔纸带、磁带、磁盘） 2、输入/输出设备（纸带阅读机、软盘驱动器及键盘（MD

8、I方式）等，还有RS232串行通讯接口，输出设备主要有CRT显示器或点阵式液晶显示器） 3、计算机数控装置（核心部件，包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统的其他组成部分联系的接口等） 4、伺服单元（计算机数控装置和机床本体的联系环节，它的主要功能是把来自CNC装置的微弱的脉冲指令信息，经过功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的运动部件，完成指令规定的动作，加工出合格的零件。通常伺服单元由进给驱动、主轴驱动和位置驱动三部分组成。）,5、驱动装置（是数控系统主要的执行元件之一，主要功能是把经过放大的指令信号变为机械运动。驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服

9、电机等） 6、测量反馈装置（反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，主要功能是将数控机床各坐标轴的位移指令检测值反馈到机床的数控装置中，供计算机数控装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动） 7、机床主体（主运动部件主轴、进给机构等完成切削加工；进给运动部件工作台、刀架；支撑部件床身、立柱；辅助装置冷却、润滑、转位、夹紧、换刀机械手等）,单元二 数控系统的分类,按被控机床的运动轨迹分类 1.点位控制数控系统：刀具相对于工件的点定位 2.直线控制数控系统：刀具或工作台以给定的速度按直线运动 3.轮廓控制数控系统：刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，运动轨迹为任意方向的直线、

10、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线,a、点位控制,特点是机床移动部件只能实现一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度。,最典型的点位控制数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控点焊机和数控弯管机。,b、点位直线控制系统,特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制，它不仅能控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且要控制整个加工过程每一点的速度与位移量。,由于智能作简单的直线运动，因此不能实现任意的轮廓轨迹加工。,c、轮廓控制，又称连续控制,特点是能够对两个或两个以上的坐标同时进行控制， 它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，

11、而且要控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要控制移动轨迹，将工件加工成一定的轮廓形状。,轮廓控制需要在加工过程中不断进行多坐标轴之间的插补运算，实现相应的速度和位移控制。轮廓控制包含了点位和点位直线控制。,按伺服系统分类,开环控制数控系统,进给脉冲,步进电机 驱动装置,步进 电动机,工作台,半闭环控制数控系统,指令值,位置比较电路,速度控制电路,伺服电机,工作台,全闭环控制数控系统,指令值,位置比较电路,速度控制电路,伺服 电机,工作台,速度反馈,位置反馈,单元三 数控机床控制技术的发展趋势,1) 高速化 速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。切削速度已达到5

12、0008000 m/min以上，主轴转速在30 000 r/min以上(有的高达100 000 r/min)，数控机床能在极短时间内实现升速和降速，以保持很高的定位精度；工作台的移动速度，在分辨率为1 m时，可达100 m/min以上，在分辨率为0.1 m时，可达240m/min以上；自动换刀时间在1秒以内，工作台交换时间在2.5秒以内，并且高速化的趋势有增无减。,2) 高精度化 数控系统带有高精度的位置检测装置，并通过在线自动补偿(实时补偿)技术来消除或减少热变形、力变形和刀具磨损的影响，使加工一致性的精度得到保证，进一步提高了定位精度。普通数控加工的尺寸精度通常可达5 m，精密级加工中心的

13、加工精度通常可达1 m，最高的尺寸精度可达0.01 m。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出新的要求。新材料、新零件的出现以及更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，是适应现代科技必由之路。,3) 多功能化 数控机床的发展已经模糊了粗、精加工工序的概念，加工中心的出现打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工。现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加

14、工，减少了在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工以及多次上下料等时间。近年来，又相继出现了许多跨度更大的功能集中的超复合化数控机床。,4) 智能化 随着人工智能在计算机领域中的应用，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，使新一代数控系统具有自动编程、模糊控制、前馈控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更加完善。,5) 高柔性化 数控机床在提高单机柔性化的同时，正朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。柔性制造系统(FMS)是一种在批量生产下，高柔性和高自动化程度的制造系统，它综合了高效、高质量及高柔性的特点，解决了长期以来中小批量以及中大批量、多品种产品生产自动化的技术难题。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现了数控机床之间的数据通信