數(shù)控技術(shù)應用講義講義

1、目 錄第一章 概述第二章 數(shù)控加工編程根底第三章 數(shù)控加工程序的編制第四章 計算機數(shù)控裝置第五章 數(shù)控裝置的軌跡控制原理第六章 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第八章 故障診斷與自修復第九章 數(shù)控技術(shù)的開展與機械加工自動化數(shù)控機床是當代機械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控技術(shù)范圍復蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)：(3)自動控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)：(6)軟件技術(shù)等 。前 言數(shù)控銑床XKA714床身數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架1.1 數(shù)字控制與數(shù)控機床 1.1.1 根本概念 數(shù)字控制NC，numerical control GB8129-87,用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程

2、進行控制 的一種方法。 數(shù)控系統(tǒng)NC system ：實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的機電控制設(shè)備；數(shù)控機床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。 *1952年，第一臺數(shù)控機床在MIT問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的開展。當時控制程序是記錄在紙帶上的字符和數(shù)字，故稱數(shù)字控制機床。 *1955年，第一臺商業(yè)數(shù)控機床在美國全國機床展覽會上展出。美國MIT 的Servomechanism Laboratory 研制出第一臺數(shù)控機床(1952)圖 第一臺數(shù)控機床數(shù)控機床加工過程 首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機器能夠理解的控制指令，再

3、由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動機床上的主軸電機和進給伺服電機轉(zhuǎn)動，并帶動機床的工作臺移動，實現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的局部工作。零件圖 數(shù)控系統(tǒng) 機床 計算機數(shù)控CNC 一種控制系統(tǒng)，它自動讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)過譯碼，控制機床運動。整個系統(tǒng)包括信息輸入、運算和控制、進給伺服驅(qū)動和主軸驅(qū)動以及機電接口等。其中運算和控制局部，是數(shù)控系統(tǒng)的核心,稱為數(shù)控裝置NCU 。以計算機系統(tǒng)為主構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，運算和控制局部是一個專用的計算機，也稱為計算機數(shù)控CNC。數(shù)控裝置有時也簡稱為數(shù)控系統(tǒng)。主軸伺服單元數(shù) 控裝置輸出設(shè)備PLC進給伺服單元主軸電機進給電機位置檢測機床本體接口電

4、路操作面板輸入設(shè)備圖1-2 數(shù)控機床的邏輯組成1.1.2 數(shù)控機床的組成 圖1-2是數(shù)控機床的組成框圖。除了機床本體以外的局部統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。1 輸入/輸出設(shè)備2 數(shù)控裝置3 伺服單元4 PLC及接口5 機床本體6 測量裝置圖 數(shù)控機床物理結(jié)構(gòu) 從不同的角度對數(shù)控機床進行分類，常見的有以下幾種分類方法：1.2 數(shù)控機床的分類1.2.1 按運動控制軌跡分類1. 點位控制數(shù)控機床 2. 直線控制數(shù)控機床 3. 輪廓控制數(shù)控機床點位控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床1.2.2 按伺服系統(tǒng)的類型分類1 開環(huán)控制數(shù)控機床2 閉環(huán)控制 數(shù)控機床 3 半閉環(huán)控制 數(shù)控機床

5、 性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨率(m)進給速度(m/min)其它高級型325= 24,(1m)；=10,(0.1m)三維動態(tài)，MAP,數(shù)字交流伺服普及型160.1,10 24,(1m)； 10,(0.1m)字符/圖形交流伺服經(jīng)濟型8/163108字符,步進電機表 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類1.2.3 按功能水平分類 1. 高級型數(shù)控系統(tǒng) 2. 普及型數(shù)控系統(tǒng) 3. 經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)1.2.4 按工藝用途分類數(shù)控機床的特點優(yōu)點1 適應性強； 2 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定；3 生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益好； 4 減輕操作者的勞動強度、操作簡單；5 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；具有故障診斷和監(jiān)控能力；問題：1造價較高；2

6、調(diào)試和維修比較復雜，需要專門的技術(shù)人員；3對編程人員的技術(shù)水平要求較高。1.3.1 機床類型的選擇1.3 數(shù)控機床的選型圖1-7 3種機床的適用范圍*以上性能指標可以作為選擇數(shù)控裝置時參考，用戶應該根據(jù)實際需要，綜合考慮性能和價格，作出最經(jīng)濟實用的選擇。1.3.2 數(shù)控機床性能參數(shù)及其選擇 數(shù)控裝置的性能指標反映了數(shù)控系統(tǒng)的根本性能，是選擇數(shù)控系統(tǒng)的主要依據(jù)，概括起來如下1控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)2. 插補功能3脈沖當量控制分辨率4定位精度和重復精度5行程6主軸轉(zhuǎn)速和進給速度及其調(diào)節(jié)范圍7機床數(shù)控功能8程序的編輯、管理和控制9誤差補償功能10.加減速控制功能11.邏輯控制功能12.通信方式13.故障

7、診斷功能 1.4.1 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與開展 計算機技術(shù)的每一點進步都在推動數(shù)控技術(shù)向前開展。 “六代 1 電子管，1952，Parsons Corp.,MIT,美空軍后勤司令部合作，第一臺立式銑； 2 晶體管、印刷電路，1959，晶體管元件的出現(xiàn)使電子設(shè)備的體積大大減小，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，K&T開發(fā)第一臺加工中心MILWAUKEE-MATIC。 3 小規(guī)模集成電路,1965,由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高。1967英國最初的FMS. 4 通用小型計算機,1970，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了一臺以通用小型計算機作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)，特征

8、為許多數(shù)控功能由軟件完成。 5 微處理器，1974，開始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)被人們譽為第五代數(shù)控系統(tǒng)，近30年來，裝備微處理機數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床得到飛速開展和廣泛應用。 6 基于PCPC-BASED的數(shù)控,20世紀80年代，基于PC開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)。1.4 數(shù)控技術(shù)的開展1.4.2 數(shù)控技術(shù)開展趨勢1 高速高精度 機床向高速化方向開展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工本錢，提高零件的外表加工質(zhì)量和精度。上世紀90年代以來，高速主軸單元電主軸，轉(zhuǎn)/min、高速且高加/減速度的進給運動部件快移速度60120m/min，切削進給速度高達

9、60m/min、高性能伺服系統(tǒng)以及工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破。圖 切削速度的開展 現(xiàn)代科學技術(shù)的開展，對機械加工高精度的提出了新的要求：普通的加工精度提高了一倍，到達5微米；精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級0.001微米，主軸回轉(zhuǎn)精度要求到達0.010.05微米，加工圓度為0.1微米，加工外表粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10m提高到5m，精密級加工中心的加工精度那么從35m，提高到11.5mRa VF VC25 0.10 10000 250020 0.08 8000 200015 0.06 6000 150010 0.04 400

10、0 1000 5 0.02 2000 5000Ra Vf VC1993 1994 1995 1996 1997 年度Ra外表粗糙度um，加工誤差um，Vf進給速度mm/min，Vc切削速度m/min圖1-8 數(shù)控機床的高速化對加工質(zhì)量的影響2 智能化數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要表達在以下幾個方面：1 智能化適應控制技術(shù)圖 智能化適應控制下的進給速率 2 自動編程技術(shù)3 具有故障自動診斷功能 4 智能尋位加工3 開放式數(shù)控系統(tǒng) 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)都是專門、具有不同的編程語言、非標準人機接口、多種實時操作系統(tǒng)、非標準的硬件接口等特征，造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進一步開展。為了解決這些問

11、題，人們提出了“開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念。概念最早見于1987年美國的NGC(Next Generation Controller)方案， NGC控制技術(shù)通過實現(xiàn)基于相互操作和分級式的軟件模塊的“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標準標準SOSAS找到解決問題的方法。一個開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供給商為實現(xiàn)專門的最正確方案去定制控制系統(tǒng)。4 網(wǎng)絡化數(shù)控技術(shù) 外部網(wǎng)絡化管理與控制 內(nèi)部網(wǎng)絡化功能模塊的網(wǎng)絡化5 提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間大于10000-30000 小時 電子與電氣元件高集成、抗干擾，零部件制造專業(yè)化標準化6. 實現(xiàn)數(shù)控裝備的復合化 數(shù)字制造就是用數(shù)字的方式來存儲、管理和傳遞制造過程中的所有信息。在計算機世界里，可以產(chǎn)生各種各樣的信息，并把物理過程虛擬化；DNC還可以對CAD/CAPP/CAM以及CNC