(整理)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用課件

1、(最新整理)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用2021/7/261(最新整理)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用2021/7/261數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 2021/7/262數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 2021/7/262第一章 數(shù)控技術(shù)概述第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控技術(shù)簡稱數(shù)控(NC，Numerical Control) ，是指利用數(shù)字或數(shù)字化的信號構(gòu)成的程序?qū)刂茖ο蟮墓ぷ鬟^程實現(xiàn)自動控制的一門技術(shù)。 數(shù)控系統(tǒng)(NCS，Numerical Control System)是指利用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)。 數(shù)控設(shè)備則是采用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)控制的機械設(shè)備，其操作命令是用數(shù)字或數(shù)字代碼的形式來描述，工作過程是按照指定的程序自動地進行，裝備了數(shù)控

2、系統(tǒng)的機床稱之為數(shù)控機床。2021/7/263第一章 數(shù)控技術(shù)概述第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念2021/第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)具有如下特點： 1生產(chǎn)率高 2加工精度高 3柔性和通用性強 4可靠性高 5易于實現(xiàn)多功能復(fù)雜程序控制 6. 具有較強的網(wǎng)絡(luò)通信功能 7具有自診斷功能2021/7/264第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)具有如下特點：202第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 控機床一般由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、輔助控制裝置和機床的機械部件五部分組成，有些數(shù)控機床還配有位置檢測裝置，如圖1-1所示。 1輸入輸出裝置 輸入輸出裝置是操作人員與機床數(shù)控系統(tǒng)進行信息交流的載

3、體。零件加工程序、機床參數(shù)及刀具補償?shù)葦?shù)據(jù)通過鍵盤、U盤、磁盤、磁帶、穿孔紙帶和串行通信等方式輸入到計算機數(shù)控裝置， 通過CRT、LED、LCD、TFT顯示器以及各種信號燈、報警器等將信息輸出。 2數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。輸入設(shè)備傳送的數(shù)控加工程序，經(jīng)數(shù)控裝置系統(tǒng)軟件進行譯碼、插補運算和速度預(yù)處理，產(chǎn)生位置和速度指令以及輔助控制功能信息等。2021/7/265第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 控機床一般由輸入輸出裝置輸入輸出設(shè)備CNC裝置伺服系統(tǒng)檢測裝置機床本體輔助控制裝置圖1-1 數(shù)控機床的組成 2021/7/266輸入輸出設(shè)備CNC裝置伺服系統(tǒng)檢測裝置機床本體輔助控制裝置圖第二節(jié)

4、數(shù)控機床的組成及作用 它是將輸入裝置傳送的數(shù)控加工程序，經(jīng)數(shù)控裝置系統(tǒng)軟件進行譯碼、插補運算和速度預(yù)處理，產(chǎn)生位置和速度指令以及輔助控制功能信息等。 （1）幾何數(shù)據(jù)是刀具相對于工件運動路徑的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可加工出要求的工件幾何形狀； （2）工藝數(shù)據(jù)是主軸轉(zhuǎn)速S和進給速度F等功能的數(shù)據(jù)； （3）邏輯開關(guān)功能是對機床電器的開關(guān)命令，如主軸啟/停、刀具選擇和交換、切削液的開/關(guān)、潤滑液的啟/停等。 數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為： 1）機床主運動；2）機床的進給運動；3）刀具的選擇和刀具的長度、半徑補償；4）其他輔助運動。 2021/7/267第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 它是將輸入裝置傳送的數(shù)

5、控加第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 3伺服驅(qū)動裝置 伺服驅(qū)動裝置包括主軸伺服驅(qū)動裝置和進給伺服驅(qū)動裝置兩部分。 將位置指令和速度指令轉(zhuǎn)化為機床運動部件的運動。 4輔助控制裝置 輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制裝置，通過可編程序控制器（PLC Programmable Logic Control）來實現(xiàn)。PLC和數(shù)控裝置配合共同完成數(shù)控機床的控制。 5位置檢測裝置 位置檢測裝置與伺服驅(qū)動裝置配套組成半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)。2021/7/268第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 3伺服驅(qū)動裝置2021/第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 位置檢測裝置通過直接或間接測量將執(zhí)行部件的實際進

6、給位移量檢測出來，反饋到數(shù)控裝置并與指令（理論）位移量進行比較，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進給運動，以提高系統(tǒng)精度。 6.機床機械部件 數(shù)控機床的機械部件包括：主運動部件，進給運動部件，如機床工作臺、滑板及其傳動部件和床身立柱及支承部件。此外，還有轉(zhuǎn)位、夾緊、潤滑、冷卻、排屑等輔助裝置。對于加工中心類的數(shù)控機床，還有存放刀具的刀庫，交換工作臺，機械手或機器人等部件。數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但傳動結(jié)構(gòu)要求更為簡單，在精度、剛度、摩擦、抗震性等方面要求更高，而且傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化。2021/7/269第二節(jié) 數(shù)控機床的組成及作用 位置檢測裝置通過直接或間第三節(jié) 數(shù)控

7、系統(tǒng)的分類 按照數(shù)控系統(tǒng)的基本原理可分為 ： 一、按運動軌跡分類 1點位控制系統(tǒng) 僅控制機床運動部件從一點準確地移動到另一點的準確定位，在移動過程中不進行加工，在移動過程中不進行加工。（如圖1-2 ）123刀具工件圖1-2 數(shù)控鉆床的點位控制2021/7/2610第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 按照數(shù)控系統(tǒng)的基本原理可分為第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 2直線控制系統(tǒng) 除了控制機床運動部件從一點到另一點的準確定位外，還要控制兩相關(guān)點之間的移動速度和運動軌跡（如圖1-3）。工件刀具軌跡圖1-3 數(shù)控車床的直線控制2021/7/2611第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 2直線控制系統(tǒng)工件刀具軌跡圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 3

8、輪廓控制系統(tǒng) 能夠?qū)蓚€以上機床坐標軸的移動速度和運動軌跡同時進行連續(xù)相關(guān)的控制。 插補結(jié)果向坐標軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標軸聯(lián)動，進行各種斜線、圓弧、曲線的加工，實現(xiàn)連續(xù)控制。（如圖1-4所示） 兩軸聯(lián)動圖1-4 數(shù)控線切割機床加工示意圖 2021/7/2612第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 3輪廓控制系統(tǒng)兩軸聯(lián)動圖1第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 輪廓控制系統(tǒng)按所控制的聯(lián)動軸數(shù)不同，可以分為下面幾種主要形式： （1）二軸聯(lián)動 主要用于數(shù)控車床加工曲線旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銑床加工曲線柱面（如圖1-5所示）兩軸聯(lián)動圖1-5 兩軸聯(lián)動 2021/7/2613第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 輪廓控制系統(tǒng)按所控制的聯(lián)動軸數(shù)第

9、三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （2）二軸半聯(lián)動 主要用于控制三軸以上的機床，其中二個軸互為聯(lián)動，而另一個軸作周期進給，如在數(shù)控銑床上用球頭銑刀采用行切法加工三維空間曲面（如圖1-6所示）。 兩軸半聯(lián)動圖1-6 二軸半聯(lián)動 2021/7/2614第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （2）二軸半聯(lián)動 主要用于第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （3）三軸聯(lián)動 一般分為兩類，一類就是X、Y、Z三個直線坐標軸聯(lián)動，比較多地用于數(shù)控銑床、加工中心等，如用球頭銑刀銑切三維空間曲面（如圖1-7所示）。另一類是除了同時控制X、Y、Z其中兩個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標軸。 三軸聯(lián)動圖1-7 三軸聯(lián)動 20

10、21/7/2615第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （3）三軸聯(lián)動 一般分為兩第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （4）四軸聯(lián)動 即同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標軸聯(lián)動（回轉(zhuǎn)工作臺）。如圖1-8所示 四軸聯(lián)動圖1-8 四軸聯(lián)動 2021/7/2616第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （4）四軸聯(lián)動 即同時控制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （5）五軸聯(lián)動 除了同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標軸中的兩個坐標，即形成同時控制五個軸聯(lián)動。如圖1-9所示 五軸聯(lián)動圖1-9 五軸聯(lián)動a）b）2021/7/2617第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 （5）五軸聯(lián)動 除了同時控第三節(jié) 數(shù)

11、控系統(tǒng)的分類二、按伺服系統(tǒng)分類 1開環(huán)控制系統(tǒng)沒有任何檢測反饋裝置，CNC裝置發(fā)出的指令信號經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大后，通過步進電動機帶動機床工作臺移動，信號的傳輸是單方向。 如圖1-10無檢測裝置圖1-10 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖 2021/7/2618第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類二、按伺服系統(tǒng)分類 無檢測裝置圖1-第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 機床工作臺的位移量、速度和運動方向取決于進給脈沖的個數(shù)、頻率和通電方式。 2半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用角位移檢測裝置，該裝置直接安裝在伺服電動機軸或滾珠絲杠端部，用來檢測伺服電動機或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量，反饋到CNC裝置的比較器中，與程序指令值進行比較，用

12、差值進行控制， 直到差值為零。 如圖1-11所示-角位移檢測圖1-11 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖 2021/7/2619第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類 機床工作臺的位移量、速度和運第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類3閉環(huán)控制系統(tǒng)這類數(shù)控系統(tǒng)采用直線位移檢測裝置，該裝置安裝在機床運動部件或工作臺上，將檢測到的實際位移反饋到CNC裝置的比較器中，與程序指令值進行比較，用差值進行控制，直到差值為零。如圖1-12所示 直線位移檢測裝置圖1-12 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖2021/7/2620第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類3閉環(huán)控制系統(tǒng)直線位移檢測裝置圖1第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類三、按制造方式分類1通用型數(shù)控系統(tǒng)以PC機作為CNC裝置的支

13、撐平臺，各數(shù)控機床制造廠家根據(jù)用戶需求，有針對性地研制開發(fā)數(shù)控軟件和控制卡等，構(gòu)成相應(yīng)的CNC裝置。2專用型數(shù)控系統(tǒng)各制造廠家專門研制、開發(fā)制造的，專用性強，結(jié)構(gòu)合理，硬件通用性差，但其控制功能齊全，穩(wěn)定性好，如德國SIEMENS系統(tǒng)、日本FANUC系統(tǒng)等。 2021/7/2621第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類三、按制造方式分類2021/7/26第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類四、按功能水平分類參考指標包括：CPU性能、分辨率、進給速度、伺服性能、通信功能、聯(lián)動軸數(shù)等。 1經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng) 2普及型數(shù)控系統(tǒng) 3高級型數(shù)控系統(tǒng)2021/7/2622第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類四、按功能水平分類2021/7/26第四節(jié) 數(shù)

14、控技術(shù)最新發(fā)展趨勢1952年研制出第一臺三坐標直線插補連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了六代，即：第一代數(shù)控系統(tǒng)：1952年1959年，采用電子管、繼電器元件。第二代數(shù)控系統(tǒng)：1959年開始，采用晶體管元件。第三代數(shù)控系統(tǒng)：1965年開始，采用集成電路。第四代數(shù)控系統(tǒng)：1970年開始，采用大規(guī)模集成電路及小型計算機。第五代數(shù)控系統(tǒng)：1974年開始，采用微型計算機。 第六代數(shù)控系統(tǒng)：1990年開始，基于PC機2021/7/2623第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢1952年研制出第一臺三坐標直第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)正朝著高速高精度、多功能、智能化、高可靠性及開放性等方向發(fā)展。

15、一、高速度高精度數(shù)控系統(tǒng)的高速度表現(xiàn)為在相同的最小移動量的情況下可以獲得較高的移動速度。高速度主要取決于數(shù)控裝置數(shù)據(jù)處理的速度，采用高速CPU是提高數(shù)控裝置速度的最有效手段。最大進給速度可達120m/min ；電主軸的主軸轉(zhuǎn)速提高到4000050000r/min，使得切削時間縮短了80%。加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采取誤差補償技術(shù)來實現(xiàn)。2021/7/2624第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)正朝著高速高精度、多功第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢二、智能化1應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制系統(tǒng)（AC，Adaptive Control）可以在加工過程中隨時對主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、

16、刀具磨損參數(shù)進行自動檢測，并根據(jù)測量結(jié)果，及時調(diào)整切削參數(shù)，使加工過程始終處于最佳狀態(tài)。2應(yīng)用自動編程技術(shù)3具有故障診斷功能4應(yīng)用模式識別技術(shù)2021/7/2625第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢二、智能化2021/7/262第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢三、高可靠性1提高線路的集成度2建立由設(shè)計、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系 3增強故障自診斷功能和保護功能四、具有內(nèi)裝式可編程序控制器（PLC）五、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)六、具有開放性2021/7/2626第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢三、高可靠性2021/7/26第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢七、典型數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1計算機直接數(shù)控DNC（Direct Nu

17、merical Control） DNC系統(tǒng)可分為直接型、間接型和分布式三類。 2.柔性制造單元FMC和柔性制造系統(tǒng)FMS 柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell）是由中心控制計算機、加工中心與自動交換工作裝置組成 如圖1-13所示。 圖1-13 FMC柔性制造單元 2021/7/2627第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢七、典型數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1-13第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing System）是將一群數(shù)控設(shè)備與工件、工具與切屑的自動傳輸線相配合，并由計算機統(tǒng)一管理與控制所組成的計算機群控自動線。整個系統(tǒng)具有加工效率高和較強的柔性。如圖1-14所示。圖1-14 FMS柔性制造系統(tǒng) 2021/7/2628第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexi第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢3計算機集成制造系統(tǒng)CIMS計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是采用現(xiàn)代計算機技術(shù)將制造工廠全部活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)的有機集成。它的