數(shù)控技術(shù)緒論講義.課件

1、數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)的基本概念1-1數(shù)控機床的組成1-2 機床數(shù)控的分類1-3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展1-4第一章 緒論1-1 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控技術(shù)(NC)用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。 數(shù)控系統(tǒng)(NCS)利用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)，自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字量，并將其譯碼，運算，從而控制刀具與工件的相對運動，加工出所需要的零件。 數(shù)控機床用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)加工控制的機床。第一章 緒論1-2 數(shù)控機床的組成1-2 數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床一般由機床本體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量裝置、輸入輸出設(shè)備和一些輔助裝置組成。第一章 緒論輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機床本體測量

2、反饋裝置輔助裝置 1. 機床本體 主機機床：數(shù)控機床的主體，是完成切削運動、實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng) 工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。機床類型：車、銑、磨第一章 緒論- 組成： CPU、存儲器（RAM/ROM）、總線、外圍邏輯電路和與CNC系統(tǒng)的其它部分聯(lián)系的接口- 功能： 將接收到的數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。包括： 控制信號： 2. 數(shù)控

3、裝置第一章 緒論數(shù)控機床的核心 輪廓控制相關(guān)的控制量 （ a、各坐標軸的進給量、進給方向和速度指令； b、主軸的變速等 ）開機初始化、程序輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理（刀補、速度計算、輔助功能處理）、插補、伺服控制、管理程序等第一章 緒論 用于完成與邏輯運算有關(guān)順序動作的I/O開關(guān)量控制； 功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作接受操作面板和機床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。 控制信號： （開關(guān)量） M、S、T等機床側(cè)I/O信號（主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、 限位、冷卻開關(guān)、潤滑開關(guān)、工

4、件裝夾等） 操作面板可編程控制器（PLC） 3.伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)1）組成 伺服單元 驅(qū)動裝置第一章 緒論 3.伺服系統(tǒng)2）作用 保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令,準確控制機床刀具或工作臺位置：進給運動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運動（速度和位置控制）主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動（速度控制） 3）伺服單元 CNC裝置 指令 變換與放大 大功率信號 驅(qū)動裝置刀架或工作臺運動分類： 脈沖式 模擬式交流伺服單元直流伺服單元 CNC裝置決定數(shù)控機床功能強弱； 伺服系統(tǒng)決定數(shù)控機床性能好壞；第一章 緒論 3.伺服系統(tǒng)4）驅(qū)動裝置 組成： 電源 、電機 作用：（電信號）放大信號 機械運動 步進電機

5、 直流伺服電機 交流伺服電機第一章 緒論3.伺服系統(tǒng)5）進給伺服系統(tǒng) （工作臺或刀架）作用：以各坐標為控制對象，為控制切削進給運動，提供切削轉(zhuǎn)矩要求： 定位精度 跟蹤精度 加工精度 進給速度第一章 緒論 3.伺服系統(tǒng)進給伺服細分：步進伺服系統(tǒng)：直流伺服：結(jié)構(gòu)簡單，精度差 ，速度低 經(jīng)濟型數(shù)控機床 控制簡單，調(diào)速性能好 機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護工作量大 機械換向器的換向能力，限制了電動機的容量和速度瓶頸 直線伺服 交流伺服主導(dǎo)地位 一種直接驅(qū)動方式（Direct Drive） “零傳動” 性能優(yōu)異：加速度可達3g以上，為傳統(tǒng)驅(qū)動裝置的1020倍， 進給速度是傳統(tǒng)的45倍 理想驅(qū)動模式 第一章 緒論 3

6、.伺服系統(tǒng)6）主軸伺服系統(tǒng) （主軸旋轉(zhuǎn)運動）早期 三相感應(yīng)同步電動機多級變速箱 現(xiàn)代 交流主軸驅(qū)動系統(tǒng) 變頻器 對主軸轉(zhuǎn)速控制 電主軸 將主軸電動機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，電動機的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分 電動機與主軸融合在一起 “零傳動” 第一章 緒論4 檢測裝置將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，反饋給CNC裝置，與指令值比較產(chǎn)生誤差信號 ，從而調(diào)整機床運動。常用檢測裝置 光柵、感應(yīng)同步器、磁柵（線位移/工作臺/閉環(huán)） 光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器（角位移/絲桿/半閉環(huán)） 開環(huán)/閉環(huán) 開環(huán)：無位置檢測，精度由步進電機和絲杠精度控制 閉環(huán)：有位置檢測，精度主要取決于測量裝置安裝：機床

7、的工作臺或絲杠上第一章 緒論輔助控制裝置包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動作。 5.輔助控制裝置第一章 緒論 6. 輸入輸出設(shè)備序第一章 緒論1）鍵盤/顯示器顯示器 ： 數(shù)碼管 （七段顯示器） 米字管 CRT顯示器、液晶顯示器2）傳統(tǒng)輸入設(shè)備 紙帶機 、光電閱讀機、錄放機、磁帶機等3）通訊 串行通訊 RS232C 直

8、接通訊 DNC按運動軌跡分類 輪廓控制系統(tǒng)點位控制系統(tǒng)直線控制系統(tǒng)1-3 機床數(shù)控的分類開環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 按伺服系統(tǒng)分類第一章 緒論特點： 精確地控制刀具相對工件從一個 坐標點移動到另一個坐標點（點點） 移動時不切削 對軌跡,速度不作要求 “快速趨近，減速定位”方法實現(xiàn)控制。應(yīng)用： 點位控制系統(tǒng)數(shù)控鉆床點位控制示意圖第一章 緒論數(shù)控鉆床、鏜床和沖床等。數(shù)控銑床直線控制示意圖 不僅控制刀具或工作臺從一個點準確地移動到下一個點，而且保證在兩點之間的運動軌跡是一條直線的控制系統(tǒng) a、點與點有位置、速度、軌跡要求 b、沿平行坐標軸方向切削應(yīng)用： 直線控制系統(tǒng)第一章 緒論數(shù)控車床、

9、數(shù)控鏜銑床等。 對兩個或兩個以上的坐標軸同時進行嚴格連續(xù)控制的系統(tǒng) ，能加工曲面、凸輪等復(fù)雜形狀零件； 能控制整個加工過程每一點的速度與位移量； 在運動中完成切削；應(yīng)用：輪廓控制系統(tǒng)數(shù)控輪廓控制示意圖第一章 緒論數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控加工中心等，現(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 按伺服系統(tǒng)分類第一章 緒論a、無反饋檢測裝置 （穩(wěn)定性問題 ）b、驅(qū)動元件步進電機c、加工精度不高，精度主要取決于步進電機和機械傳 動機構(gòu)（絲桿）的性能和精度。特點： 結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作穩(wěn)定，調(diào)試方便 維修簡單，但精度不高，功率不大。適用：經(jīng)濟型

10、數(shù)控機床 開環(huán)控制系統(tǒng)第一章 緒論工作臺伺服電動機數(shù)控裝置伺服放大器位置檢測/角位移 （編碼器）半閉環(huán)控制系統(tǒng)第一章 緒論位置檢測裝置安裝在電動機或絲杠軸端，測選擇角度（用光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器 ）絲杠存在間隙，誤差難以消除（螺距誤差和齒輪間隙）可采用軟件補償 結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高 在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，so 穩(wěn)定性好于全閉環(huán)驅(qū)動元件伺服電機第一章 緒論閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)位置采樣點工作臺，直接檢測運動部件的實際位置， 精度高 （檢測元件光柵，磁柵，感應(yīng)同步器）閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜、調(diào)試較難、成本高，一般恒溫工作，用于高精度設(shè)備的控制第一章 緒

11、論驅(qū)動元件：伺服電機閉環(huán)環(huán)路內(nèi)包括機械傳動環(huán)節(jié)多，易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定按照CNC裝置的功能水平分第一章 緒論數(shù)控（NC）階段195219701970至今計算機數(shù)控（CNC）階段1-4 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展2階段7代第一章 緒論NC階段第一代: 1952年 ,電子管控制的第一臺三坐標聯(lián)動的銑床；第二代:1959年,出現(xiàn)了晶體管控制的“加工中心”；第三代:1965年,出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路.使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到了進一步的提高；第四代:1967年以計算機作為控制單元的數(shù)控制系統(tǒng).FMS(Flexible Manufacturing System) ,柔性制造系統(tǒng)。第五代:1970年,美國英特爾開發(fā)使用了微處理器.第六代： PC數(shù)控第七代： 開放式數(shù)控第一章 緒論數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢高速高精度智能化 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 自動編程技術(shù) 具有故障自動診斷功能 應(yīng)用模式識別技術(shù)開放式數(shù)控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的CNC裝置與數(shù)字伺服間的 通信，主要通過SERCOS鏈式網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)字伺服控制信息； 數(shù)控系統(tǒng)與上級主計算機間的通信； 與車間現(xiàn)場設(shè)備及I/O裝置的通信，主要通過現(xiàn)場總線，如PROFIBUS等進行通訊； 通過因特網(wǎng)與服務(wù)中心的通信，傳遞維修數(shù)據(jù)