第1章 数控技术概论.ppt

1、数控编程与操作,河南科技大学 机电工程学院 杨丙乾 2008-10,回顾与展望,机械制造技术的发展史,绪论,21世纪机械制造业的竟争，其实质是数字化信 息技术的竞争。,先进制造技术是将机械、电子、信息、材料、能源和管理等方面的技术，进行交叉、融合和集成，综合应用于产品全生命周期的制造全过程，包括市场需求、产品设计、工艺设计、加工装配、检测、销售、使用、维修和报废处理等，以实现优质、敏捷、高效、低耗、清洁生产，快速响应市场的需求。,未来制造业的发展方向,绪论,企业信息化的具体内容,绪论,机械制造信息化的具体内容,绪论,CNC与CAD/CAM/CAPP 的关系 CAD :计算机辅助设计(Compu

2、ter Aided Design) CAM:计算机辅助制造(Computer Aided Maunfacturng) CAE :计算机辅助工程 (Computer Aided Engineering),CNC与先进制造系统的关系 CNC用在制造系统中： CNC： DNC FMC FMS CIMS FA 并行工程、敏捷制造、数字化制造、智能制造、网络制造、绿色制造、纳米制造、高速加工等等。,绪论,1 + 1 2,计算机集成制造系统（CIMS）,绪论,网络制造的构想与实现 网络化全球制造系统,绪论,将核心工作放在母公司两头在内，中间在外,跨国公司的经营之道,绪论,应具备的知识：,先导课程： 机械制

3、造基础 数控技术及装备,必学课程： 数控机床操作与编程 CAD/CAM应用,提高课程： 数控系统 计算机与网络技术,绪论,课 程 简 介,第2章 数控加工编程基础（2学时）,第3章 数控机床的操作（4学时）,第4章 数控编程常用指令（2学时）,第5章 数控车床编程（4学时）,第6章 数控铣床编程（4学时）,第7章 加工中心编程（4学时）,第1章 数控技术概论（2学时）,绪论,教学方法与考核方式,绪论,第1章 数控技术概论,本章内容：,第1章数控技术概论,1.1数控机床的产生与发展历史,1. 1946年世界上诞生了第一台电子计算机。 2. 第一台计算机诞生6年后，即在1952年，计算机技术应用到

4、了机床上。,1.1数控机床的产生与发展历史,第1章数控技术概论,1.1.2 数控系统发展经历的六代,6.第六代：从90年代开始，基于PC机数控平台(PC 数控系统),1.1数控机床的产生与发展历史,第1章数控技术概论,1.1.2 数控系统发展经历的六代,1.1.3 数控技术覆盖领域,1.机械制造技术 2.自动控制技术 3.(电液)伺服驱动技术 4.传感器(光电检测)技术 5.软件技术 6.计算机信息技术,1.1数控机床的产生与发展历史,第1章数控技术概论,1.1数控机床的产生与发展历史,第1章数控技术概论,1.美国数控发展史,2.德国数控发展史,3.日本数控发展史,1.1.4 数控机床发展强国

5、及我国的数控技术发展史,4.我国的现状,我国1958年研制的第一台数控机床。,1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。 从2002年开始，中国成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。 国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。 数控系统有：华中数控、广州数控等。,1952年研制出世界第一台数控机床、1958年研制出加工中心、70年代初研制成FMS、87年首创开放式数控系统。 高性能数控机床技术在世界一直领先。,1956年研制出第一台数控机床 。 质量上乘，性能良好、价格不菲，出口遍

6、及世界。 西门子公司数控系统。,1958年研制出第一台数控机床 。1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位。 先仿后创，仿创结合。针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统 。 FANUC公司 。,1.2数控机床的工作原理及基本组成,1.2.1 数控机床的组成,第1章数控技术概论,1.2数控机床的工作原理及基本组成,第1章数控技术概论,1.2.2 数控机床的工作原理,1.2数控机床的工作原理及基本组成,第1章数控技术概论,1.2.2 数控机床的工作原理,1.3数控机床的分类,1.3.1按加工方式分类,第1章数控技术概论,1. 切削机床类。如数控车床、

7、铣床、镗床、钻床和加工中心等。 2.成型机床类。如数控冲压机、弯管机、折弯机等。 3.特种加工机床类。如数控电火花、线切割、激光加工机床等。 4.其它机床类。如数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等。,1.3数控机床的分类,1.3.1按加工方式分类,第1章数控技术概论,数控车床 数控折弯机 数控电火花 数控三坐标测量机,1.3数控机床的分类,1.3.2 按控制系统功能分类,第1章数控技术概论,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。 这类机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。,1.点位控制数控机床,1.3数控机床的分类,1

8、.3.2 按控制系统功能分类,第1章数控技术概论,除了控制点到点的准确位置外，还要保证两点之间移动轨迹是一条直线，对移动速度也要进行控制。 一般情况下，这类机床有23个可控轴，但同时控制的坐标轴只有一个。,2.点位直线控制数控机床,1.3数控机床的分类,1.3.2 按控制系统功能分类,第1章数控技术概论,几个进给轴能同时协调运动(联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动。 在这类控制方式中，在运动过程中能进行连续切削加工，所以数控装置要具有插补运算的功能。,3.轮廓控制数控机床,1.3数控机床的分类,1.3.3按伺服控制方式分类,第1章数控技术概论,1.开环控制数控机床,1.3数控机

9、床的分类,1.3.3按伺服控制方式分类,第1章数控技术概论,2.闭环控制数控机床,1.3数控机床的分类,1.3.3按伺服控制方式分类,第1章数控技术概论,3.半闭环控制数控机床,1.3数控机床的分类,1.3.4按数控系统的功能水平分类,第1章数控技术概论,1.4数控机床的特点和应用范围,1.4.1数控机床的加工特点,第1章数控技术概论,1.可以加工有复杂型面的工件 2.高精度，产品质量稳定 3.高自动化，劳动强度低 4.高柔性，适应性强 5.高投入，技术要求高 6.有利于生产管理的现代化,1.4数控机床的特点和应用范围,1.4.2数控机床的使用特点,第1章数控技术概论,1.对操作维修人员的技术

10、水平要求较高,2.对夹具和刀具的要求较高,1.最适合于数控加工的零件（复杂型面）,2.比较适合数控加工的零件（多品种小批量）,3.不适合于数控加工的零件(低成本、低精度、大批量),1.4.3数控机床的应用范围,1.5典型数控系统简介,1.5.1FANUC公司的主要数控系统,第1章数控技术概论,1高可靠性的power Mate 0系列,2普及型CNC0-D系列,4高性/价比的0i系列,5具有网络功能CNC16i/18i/21i系列,6. 个性化CNC16/18/160/180系列,3全功能型的0-C系列,1.5典型数控系统简介,1.5.2SIEMENS公司的主要数控系统,第1章数控技术概论,1S

11、INUMERIK 802S/C,2SINUMERIK802D,4SINUMERIK 840D,3SINUMERIK 810D,1.5典型数控系统简介,1.5.3西班牙FAGOR公司的数控系统,第1章数控技术概论,1CNC8070,28055系列数控系统,48040/8055-i/8055TCO/MCO系列,58040/8055-i/8055TC/MC系列,68025/8035系列,38040/8055-i标准系列,1.5典型数控系统简介,1.5.4 华中数控系统,第1章数控技术概论,1.5.5 广州数控,华中“世纪星”系列数控系统以其质量好，性价比高，新产品开发周期短，系统维护方便，配套能力强

12、，开放性好和便于用户二次开发和集成等优点，现已派生出了十多种系列三十多个特种数控系统产品，广泛用于车、铣、加工中心、车铣复合、磨、锻、齿轮、仿形、激光加工、纺织机械、玻璃机械、医疗机械等设备。满足用户对低价格、高性能、简单、可靠数控系统的要求。,第1章数控技术概论,1.1.1 运行高速化,高速加工中心进给速度可达100m/min,1.进给率,2.主轴转速,(1)主轴最高转速达60000r/min。 (2)主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。,1.6数控技术的发展趋势,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.1 运行高速化,例如：

13、速度可达到6.3秒,例如：刀到刀的速度0.9秒; 切削到切削的速度2.8秒。,3.刀具交换速,4.托盘交换速度,备注：研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少6080。,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.2 加工高精化,1.设备的制造和装配精度 2.系统的控制精度 (1)高速插补技术 (2)高分辨率位置检测装置 (3)伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法 3.误差补偿技术 (1)采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术； (2)设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1

14、.3 功能复合化,在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。,1.概念,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.4 控制智能化,1.加工过程自适应控制技术,(1)概念,实时修调,(2)举例,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.4 控制智能化,1)带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统； 2)日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式 自动编程功能。,2.加工参数的智能优化与选择,(1)涵义,(2)举例,构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”,(1)智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用 现代智

15、能方法( )，实现故障快速准确 定位的技术。,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,(2)智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。,AI、ES、ANN等,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数 进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。,在制造过程中，将测量(Measurement)、建模(Modeling)、 加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者（即4M） 融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、

16、加工、 装夹、操作一体化的4M智能系统。,5.智能4M数控系统,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,(1)标准化/多样化/互换性 (2)可移植的和透明的 (3)实现系统“积木式”的集成,2.特点,3.优点,(1)向未来(软、硬件)技术开放。 (2)标准化的人机界面和数据传输、交换等。 (3)向用户（机床制造商和机床最终用户）特殊要求开放。,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.5 体系开放化,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.5 体系开放化,(1)美国 1)NGC(The Next Gen

17、eration Work-station/Machine Controller) 2)OMAC(Open Modular Architecture Controller)计划 (2)欧共体 OSACA（Open System Architecture for Control within Automation Systems)计划,4.国内外开放式数控系统的研究,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.5 体系开放化,(3)日本 OSEC(Open System Environment for Controller)计划; (4)中国 1)华中I型：基于IPC

18、的CNC开放体系结构; 2)航天I型CNC系统：基于PC的多机CNC开放体系结构。,4.国内外开放式数控系统的研究,第1章数控技术概论,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.6 驱动并联化并联机床的运动,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,并联机床结构示意图,1.1.6 驱动并联化并联机床的结构,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控技术概论,1.1.6 驱动并联化并联机床的特点,(1)并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物; (2)由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构; (3)具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。,1.6数控技术的发展趋势,第1章数控