數(shù)控技術(shù)課件

?數(shù)控技術(shù)?課件燕山大學(xué)課件制作：陳繼剛，胡占齊，楊莉，王加春等

授課對(duì)象：機(jī)械類本科生

適用教材：?機(jī)床數(shù)控技術(shù)?〔第二版〕

胡占齊楊莉編著2008年4月目錄第一章概述第二章數(shù)控加工程序的編制第三章數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理第四章數(shù)控裝置第五章位置檢測(cè)裝置第六章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)第七章機(jī)床的數(shù)控化改造數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：

(1)機(jī)械制造技術(shù)；

(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)：

(3)自動(dòng)控制技術(shù)；

(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；

(5)傳感器技術(shù)：

(6)軟件技術(shù)等。前言圖數(shù)控銑床XKA714〔床身〕課程的性質(zhì)：院級(jí)平臺(tái)課課程的特點(diǎn)：實(shí)用性、綜合性1.1數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床1.1.1根本概念

數(shù)字控制〔NC，numericalcontrol〕GB8129-87,用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制

的一種方法。數(shù)控系統(tǒng)〔NCsystem〕：實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的機(jī)電控制設(shè)備；數(shù)控機(jī)床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。*1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在MIT問(wèn)世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的開(kāi)展。當(dāng)時(shí)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(jī)床。*1955年，第一臺(tái)商業(yè)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)全國(guó)機(jī)床展覽會(huì)上展出。

ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.Itwasa"retrofitted"Cincinnatimillingmachine(Figure

1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.Thefirst"commercial"N/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.

圖第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程

數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序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(guò)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(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)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(jī)床

計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)過(guò)譯碼，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)包括信息輸入、運(yùn)算和控制、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)以及機(jī)電接口等。其中運(yùn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)算和控制局部是一個(gè)專用的計(jì)算機(jī)，也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC。數(shù)控裝置有時(shí)也簡(jiǎn)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(jìn)給伺服單元主軸電機(jī)進(jìn)給電機(jī)位置檢測(cè)機(jī)床本體接口電路操作面板輸入設(shè)備圖1-2數(shù)控機(jī)床的邏輯組成

1.1.2

數(shù)控機(jī)床的組成

圖1-2是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。除了機(jī)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．?dāng)?shù)控裝置

3．伺服單元

4．PLC及接口

5．機(jī)床本體

6．測(cè)量裝置圖數(shù)控機(jī)床物理結(jié)構(gòu)1.1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1．

適應(yīng)性強(qiáng)；2．

加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定；3．

生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好；4．

減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、操作簡(jiǎn)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(wèn)題：

1．造價(jià)較高；

2．調(diào)試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人員；

3．對(duì)編程人員的技術(shù)水平要求較高。

從不同的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分類，常見(jiàn)的有以下幾種分類方法：1.2數(shù)控機(jī)床的分類1.2.1按運(yùn)動(dòng)控制軌跡分類

1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

2.直線控制數(shù)控機(jī)床

3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床1.2.2按伺服系統(tǒng)的類型分類

1．開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床2．閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

3．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分辨率

(μm)進(jìn)給速度(m/min)其它高級(jí)型325=<0.1>=24,(1μm)；

>=10,(0.1μm)三維動(dòng)態(tài)，MAP,

數(shù)字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；

<10,(0.1μm)字符/圖形

交流伺服經(jīng)濟(jì)型8/16<3<10<8字符,步進(jìn)電機(jī)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(jí)型數(shù)控系統(tǒng)2.普及型數(shù)控系統(tǒng)3.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)

1.3.1機(jī)床類型的選擇1.3數(shù)控機(jī)床的選型圖1-73種機(jī)床的適用范圍**以上性能指標(biāo)可以作為選擇數(shù)控裝置時(shí)參考，用戶應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要，綜合考慮性能和價(jià)格，作出最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。1.3.2數(shù)控機(jī)床性能參數(shù)及其選擇數(shù)控裝置的性能指標(biāo)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(lái)如下1．控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2.插補(bǔ)功能3．脈沖當(dāng)量〔控制分辨率〕4．定位精度和重復(fù)精度5．行程6．主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度及其調(diào)節(jié)范圍7．機(jī)床數(shù)控功能8．程序的編輯、管理和控制9．誤差補(bǔ)償功能10.加減速控制功能11.邏輯控制功能12.通信方式13.故障診斷功能1.4.1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與開(kāi)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的每一點(diǎn)進(jìn)步都在推動(dòng)數(shù)控技術(shù)向前開(kāi)展?！傲?電子管，1952，ParsonsCorp.,MIT,美空軍后勤司令部合作，第一臺(tái)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(kāi)發(fā)第一臺(tái)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(jìn)一步提高。1967英國(guó)最初的FMS.4通用小型計(jì)算機(jī),1970，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了一臺(tái)以通用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)，特征為許多數(shù)控功能由軟件完成。5微處理器，1974，開(kāi)始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)被人們譽(yù)為第五代數(shù)控系統(tǒng)，近30年來(lái)，裝備微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到飛速開(kāi)展和廣泛應(yīng)用。6基于PC〔PC-BASED〕的數(shù)控,20世紀(jì)80年代，基于PC開(kāi)發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)。1.4數(shù)控技術(shù)的開(kāi)展1.4.2數(shù)控技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)1．高速高精度機(jī)床向高速化方向開(kāi)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(jì)90年代以來(lái)，高速主軸單元〔電主軸，轉(zhuǎn)速15000－100000r/min〕、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件〔快移速度60~120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)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(kāi)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，對(duì)機(jī)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(dá)5微米；精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)〔0.001微米〕，主軸回轉(zhuǎn)精度要求到達(dá)0.01~0.05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(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密級(jí)加工中心的加工精度那么從±3~5μm，提高到±1~1.5μmRaδVFVC250.10100002500200.0880002000150.0660001500100.044000100050.0220005000RaδVfVC19931994199519961997年度Ra——外表粗糙度〔um〕，δ——加工誤差〔um〕，Vf——進(jìn)給速度〔mm/min〕，Vc——切削速度〔m/min〕圖1-8數(shù)控機(jī)床的高速化對(duì)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(dá)在以下幾個(gè)方面：〔1〕智能化適應(yīng)控制技術(shù)圖智能化適應(yīng)控制下的進(jìn)給速率〔2〕自動(dòng)編程技術(shù)〔3〕具有故障自動(dòng)診斷功能〔4〕智能尋位加工

3開(kāi)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(yǔ)言、非標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)接口、多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等特征，造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護(hù)的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)展。為了解決這些問(wèn)題，人們提出了“開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)〞的概念。概念最早見(jiàn)于1987年美國(guó)的NGC(NextGenerationController)方案，NGC控制技術(shù)通過(guò)實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級(jí)式的軟件模塊的“開(kāi)放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)〔SOSAS〕〞找到解決問(wèn)題的方法。一個(gè)開(kāi)放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供給商為實(shí)現(xiàn)專門的最正確方案去定制控制系統(tǒng)。

4網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)

－－外部網(wǎng)絡(luò)化管理與控制

－－內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化功能模塊的網(wǎng)絡(luò)化

5提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性

數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間大于10000-30000〔小時(shí)〕

電子與電氣元件高集成、抗干擾，零部件制造專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化

6.實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的復(fù)合化

數(shù)字制造就是用數(shù)字的方式來(lái)存儲(chǔ)、管