数控技术朱晓春主编-绪论.ppt

数控技术与编程NC Technology & Programming,丁晚景 Mobile：139 8657 6675 → 66675 e-Mail: rmding@ : 2399 5301,,1,3,2,5,4,绪论（2h）,工程资料的计算机化（2h）,CAD/CAM系统构成（2h）,图形变换（2h）,6,AutoCAD系统开发（2h）,参数化设计技术（2h）,7,适时上机操作（16h）,几何造型方法（2h）,8,9,相关技术简介（10h）,数控技术绪论Chapter 1 Introduction to NC Technology,,1,3,2,5,4,基本概念——数字控制与数控机床,数控机床的特点,数控机床的组成和加工过程,数控机床的分类及适用范围,数控技术的发展历程,6,数控技术的发展趋势,1 数字控制与数控机床 NC and NC Tools,基本概念,数字控制 (NC，numerical control)[GB8129-87]用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法 数控系统 (NC system) 实现数控技术的机电控制设备 数控机床 (NC tools) 装备了数控系统的机床 *1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出1 数字控制与数控机床 NC and NC Tools,基本概念,The first successful N/C machine, funded by the Air Force, was demonstrated by the Massachusetts Institute of Technology in 1952. It was a “retrofitted” Cincinnati milling machine (Figure 1.15). It had the ability to coordinate the axis motions to machine a complex surface. The first “commercial“ N/C machines were shown at the 1955 National Machine Tool Show.,1 数字控制与数控机床 NC and NC Tools,数控机床加工过程,首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。

数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作1 数字控制与数控机床 NC and NC Tools,计算机数控 CNC,,,,,,一种控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等其中运算和控制部分，是数控系统的核心,称为数控装置NCU 以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称为计算机数控CNC数控装置有时也简称为数控系统Computerized Numerical Control,2 数控机床的组成 Components of NC Machine Tools,,,,,,1． 输入/输出设备2． 数控装置3． 伺服单元4． PLC及接口5． 机床本体6． 测量装置,除了机床本体以外的部分统称为数控系统数控装置是数控系统的核心数控机床的逻辑组成,2 数控机床的组成 Components of NC Machine Tools,,,,,,数控机床的物理组成,2 数控机床的组成 Components of NC Machine Tools,,,,,,2 数控机床的组成 Components of NC Machine Tools,,,,,,1 零件图工艺处理 确定合理的加工方案、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数、对刀点、换刀点等； 2 数学处理 计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据； 3 数控编程 根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，编写数控加工程序； 4 程序输入 5 译码 6 数据处理 包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序； 7 插补运算 插补是通过插补计算程序，根据程序规定的进给速度要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作 8 伺服控制与加工 伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信号，经放大后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，从而加工出零件,数控机床加工零件的过程,3 数控机床的特点 Characteristics,,,,,,优点,适应性强 加工精度高、质量稳定 生产效率高、经济效益好 减轻操作者的劳动强度、操作简单 有利于生产管理的现代化 具有故障诊断和监控能力,问题,造价较高 加工精度高、质量稳定调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员 生产效率高、经济效益好对编程人员的技术水平要求较高,4 数控机床的分类 Classification,,,,,,4 数控机床的分类 Classification,,,,,,按运动控制方式分类,A 点位控制数控机床,B 直线控制数控机床,C 轮廓控制数控机床,A 点位控制,一些孔加工数控机床，如数控钻床、数控冲床等，数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确定位，从一个孔到另一个孔的移动轨迹则无严格要求。

在机床移动部件的移动过程中，不进行切削加工具有这种运动控制的机床称为点位控制数控机床,Point-to-point Control,4 数控机床的分类 Classification,,,,,,按运动控制方式分类,A 点位控制数控机床,B 直线控制数控机床,C 轮廓控制数控机床,B 直线控制,Axial Control,直线控制数控机床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进行直线移动和切削加工这类机床主要有简易数控车床、数控镗铣床和数控加工中心等4 数控机床的分类 Classification,,,,,,按运动控制方式分类,A 点位控制数控机床,B 直线控制数控机床,C 轮廓控制数控机床,C 轮廓控制,Contouring Control,对一些数控机床，如数控铣床、加工中心等，要求能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件加工轮廓要求具有这种运动控制的机床称为轮廓控制数控机床continuous trace control,4 数控机床的分类 Classification,,,,,,按伺服系统分类,A 开环控制系统,B 闭环控制系统,C 半闭环控制系统,A 开环控制系统,Open-loop Control System,没有位移检测反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。

数控装置发出的控制指令直接通过驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成刀架或工作台的位移由于这种控制系统没有检测反馈，无法通过反馈自动进行误差检测和校正，因此位移精度一般不高 4 数控机床的分类 Classification,,,,,,按伺服系统分类,A 开环控制系统,B 闭环控制系统,C 半闭环控制系统,B 闭环控制系统,Closed-loop Control System,这种闭环控制方式可以消除由于机械传动部件误差给加工精度带来的影响，因此可得到很高的加工精度，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4 数控机床的分类 Classification,按伺服系统分类,A 开环控制系统,B 闭环控制系统,C 半闭环控制系统,C 半闭环控制系统,Half-closed-loop Control System,这种机床的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 4 数控机床的分类 Classification,按功能水平分类,A 经济型数控机床,B 普及型数控机床,C 高级数控机床,数控系统的功能分类,4 数控机床的分类 Classification,按功能水平分类,A 经济型数控机床,B 普及型数控机床,C 高级数控机床,A 经济型数控机床,伺服进给驱动一般是由步进电机实现的开环驱动 功能比较简单、价格比较低廉 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10m，快速进给速度在10m／min以下,4 数控机床的分类 Classification,按功能水平分类,A 经济型数控机床,B 普及型数控机床,C 高级数控机床,B 普及型数控机床,中档型数控机床也称标准型数控机床 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1m，进给速度为15-24m／min 一般采用16位或32位处理器，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,4 数控机床的分类 Classification,按功能水平分类,A 经济型数控机床,B 普及型数控机床,C 高级数控机床,C 高级数控机床,高档型数控机床指加工复杂形状的多轴联动数控机床或加工中心，功能强、工序集中、自动化程度高、柔性高 一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。

采用数字化交流伺服电机形成闭环驱动，并开始使用直线伺服电机，具有主轴伺服功能，能实现5轴以上联动，脉冲当量为0.1-1m，进给速度可达100m/min以上 具有宜人的图形用户界面，有三维动画功能，能进行加工仿真检验同时还具有多功能智能监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且具有制造自动化协议（MAP）等高性能通信接口，能实现计算机联网和通信,5 数控机床的适用范围 Range of Application,数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下 1．控制轴数和联动轴数 8．程序的编辑、管理和控制 2. 插补功能 9．误差补偿功能 3．脉冲当量（控制分辨率） 10.加减速控制功能 4．定位精度和重复精度 11.逻辑控制功能 5．行程 12.通信方式 6．主轴转速和进给速度及其调节范围 13.故障诊断功能 7．机床数控功能,5 数控机床的适用范围 Range of Application,6 数控技术的发展历程 History in Brief,电子管 1952，Parsons Corp.,MIT,美空军后勤司令部合作，第一台立式数控铣床晶体管&印刷电路 1959，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，K&T开发第一台加工中心MILWAUKEE-MATIC小规模集成电路 1965,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。

1967，英国形成最初的FMS通用小型计算机 1970，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，特征为许多数控功能由软件完成微处理器 1974，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基于PC的数控 20世纪80年代，基于PC开发式数控系统,。