数控技术幻灯片与素材-第1章---数控技术概论

主要内容,教材名称：机床数控技术及应用 课程名称：机床数控技术（48学时，3学分） 机床数控技术课程设计（1周）,陈蔚芳（机械电子工程系） 电话（84892509，13905174079， 15A-420室）,课程网站：教务处教育在线精品课程建设 机床数控技术 http:/gc.nuaa.edu.cn/cnc/,主要内容,主要内容,数控程序,控制介质,数控装置,伺服系统,机床本体,检测反馈系统,毛坯或半成品,加工成品,2、3章,7章,4、5章,6章,8章,主要内容,数控技术概论（2） 数控加工编程基础（6） 数控加工编程方法（6+4实验） 数控装置（4） 数控机床的控制原理（8） 数控机床检测装置（6） 数控机床伺服驱动系统（8+2实验） 数控机床机械结构与装置（4） 分布式数字控制技术（2） 柔性制造系统（2）,主要内容,主要内容,考核方式,期末考试 70%,作业、测验、考勤 20%,实 验 10%,概述 机床数控技术组成 数控加工零件的过程 数控机床的特点与分类 数控技术的发展趋势,主要内容,主要内容,自从上20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化； 数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都建立在数控技术之上；,1.1 数控技术的基本概念,数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段； 是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业； 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。,主要内容,机床数控技术 用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。 数控机床（ Numerical Control Machine Tools） 是装有数字控制系统的机床，该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。,主要内容,机床数控技术,机床本体,数控系统,外围技术,数 控 装 置,伺 服 驱 动 装 置,测量反馈装置,工 具 系 统,编 程 技 术,管 理 技 术,Machine tool,Machine Control unit,Servo-drive unit,Feedback Transducer,1.2 数控技术组成,机床本体,机床本体组成,-主运动部件、进给运动部件 -支承件（立柱、床身等） -特殊装置（刀具自动交换、工件自动交换系统） -辅助装置（如排屑装置等）,1.2 数控技术组成,机床本体组成,1.2 数控技术组成,主要内容,数控系统 是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。,计算机数控系统（Computer Numerical Control，CNC ）是以计算机为核心的数控系统。,1.2 数控技术组成,主要内容,1.2 数控技术组成,西门子系统的显示操作部件、驱动器、可编程控制器,视 频,主要内容,数控系统组成,机床I/O电路和装置,检测装置,主轴驱动装置,进给驱动装置,主轴伺服单元,进给伺服单元,计算机,数 控,装 置,操作面板,PLC,计算机数控系统,机,床,辅助控制机构,进给传动机构,主运动机构,输入输出,装置,1.2 数控技术组成,主要内容,操作面板 人机交互,主要内容,数控系统组成,机床I/O电路和装置,检测装置,主轴驱动装置,进给驱动装置,主轴伺服单元,进给伺服单元,计算机,数 控,装 置,操作面板,PLC,计算机数控系统,机,床,辅助控制机构,进给传动机构,主运动机构,输入输出,装置,1.2 数控技术组成,主要内容,输入输出装置可以通过多种方式获得数控加工程序: 穿孔纸带 MDI（Manual Data Input）方式 软驱 USB接口 RS232C接口 DNC接口,1.2 数控技术组成,主要内容,数控系统组成,机床I/O电路和装置,检测装置,主轴驱动装置,进给驱动装置,主轴伺服单元,进给伺服单元,计算机,数 控,装 置,操作面板,PLC,计算机数控系统,机,床,辅助控制机构,进给传动机构,主运动机构,输入输出,装置,1.2 数控技术组成,主要内容,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，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。,1.2 数控技术组成,主要内容,数控系统组成,机床I/O电路和装置,检测装置,主轴驱动装置,进给驱动装置,主轴伺服单元,进给伺服单元,计算机,数 控,装 置,操作面板,PLC,计算机数控系统,机,床,辅助控制机构,进给传动机构,主运动机构,输入输出,设备,1.2 数控技术组成,主要内容,伺服单元和驱动装置 主轴伺服单元和主轴电机 进给伺服单元和进给电机 检测装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令： 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。 主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）,1.2 数控技术组成,主要内容,数控系统组成,机床I/O电路和装置,检测装置,主轴驱动装置,进给驱动装置,主轴伺服单元,进给伺服单元,计算机,数 控,装 置,操作面板,PLC,计算机数控系统,机,床,辅助控制机构,进给传动机构,主运动机构,输入输出,设备,1.2 数控技术组成,主要内容,PLC、机床I/O电路和装置 -PLC (Programmable Logic Controller):用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制,它由硬件和软件组成； -机床I/O电路和装置:实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）; -功能: 接受CNC的M、S、T指令,译码并转换成对应的控制信号,控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号,送给CNC装置,经其处理后,输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。,1.2 数控技术组成,工艺处理,加工图纸,数学处理,编程手册,数控编程,程序仿真,输 入 装 置,加工程序,毛坯或半成品,数 控 系 统,数控机床,程序编制,成品,译码 、数据处理、插补、伺服驱动,N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;,1.3 数控加工零件的过程,主要内容,适应性、灵活性好 精度高、质量稳定 生产效率高 劳动强度低、劳动条件好 有利于现代化生产与管理 使用、维护技术要求高,1.4 数控机床的特点与分类,数控机床的特点:,主要内容,数控机床的分类 (Types),1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,点位控制 (Point to Point Control Systems),仅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。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,直线控制： 不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45°角的方向进行直线移动和切削加工。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,轮廓控制 (Contouring Control Systems),1.4 数控机床的特点与分类,不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。,主要内容,轮廓控制 (Contouring Control Systems) 对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件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。 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。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,两坐标加工,二轴半或三坐标加工,四坐标加工,五坐标加工,1.4 数控机床的特点与分类,1.4 数控机床的特点与分类,1.4 数控机床的特点与分类,几轴?,主要内容,开环控制 (Open-Loop Servo-Drive),1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,开环控制 (Open-Loop Servo-Drive),特点:没有位置检测装置，指令信号是单向的。结构简单，制造成本较低，价格便宜, 精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床。,电机,机械执行部件,A相、B相 C相、,f、n,CNC 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,1.4 数控机床的特点与分类,半闭环控制(Half-Closed-Loop Servo-Drive),速度控制,电路,工作台,伺服电机,位置比较,电路,指令脉冲,速度反馈,位置反馈,检测元件,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,特点:带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部，通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置值，然后与指令位置值进行比较，进行差值控制。 闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，因此可以获得稳定的控制特性，而且调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,闭环控制(Closed-Loop Servo-Drive ),特点:带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上,随时检测执行部件的实际位置。差值控制，误差修正，直到消除。加工精度很高,但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内,系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。,速度控制,电路,工作台,伺服电机,位置比较,电路,指令脉冲,速度反馈,检测元件,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,经济型数控机床 步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10mmin以下。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,中档型数控机床 采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1m，进给速度为15-24mmin，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,高档型数控机床 采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用直线伺服电机，能实现5轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为0.1-1m，进给速度可达100mmin以上。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。,1.4 数控机床的特点与分类,主要内容,金属切削数控机