數(shù)字控制技術(shù)概論課件

數(shù)字控制技術(shù)

任課教師：史曉娟Email：

2005.10有問題探討請聯(lián)系

shixj@xust.edu.cn教，不得其方；學(xué)，不得其法，憾也！主要參考書葉培華主編《數(shù)字控制技術(shù)》(教材)清華大學(xué)出版社北京，2002年廖效果、朱啟逑等《數(shù)字控制機床》華中科技大學(xué)出版社武漢，2000年畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數(shù)控機床》 機械工業(yè)出版社北京，1994王愛玲等現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)（第2版）

國防工業(yè)出版社北京，2005數(shù)控技術(shù)上機實訓(xùn)指導(dǎo)書張旭輝2004有關(guān)數(shù)控技術(shù)方面的國內(nèi)、外科技期刊。落后現(xiàn)狀與就業(yè)前景數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀堪憂。機床利用率低。國外數(shù)控機床在兩班制工作下開動率達(dá)到60%～70%，國內(nèi)許多用戶往往只能達(dá)到20%～30%。編程效率低。據(jù)國外統(tǒng)計,手工編程時，一個零件的編程時間與機床實際加工時間之比約為30∶1，而數(shù)控機床不能開動的原因中有20%～30%是由于加工程序一時編制不出而耽擱的。數(shù)控技術(shù)人員缺乏。據(jù)報載，我國數(shù)控技術(shù)人員缺口為60萬。第1章概述任課教師：史曉娟Email：主要講授內(nèi)容1概論2數(shù)控機床程序編制3計算機數(shù)字控制裝置4插補原理及速度控制5數(shù)控機床伺服系統(tǒng)及伺服元件6工業(yè)機器人7柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)8現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)返回1概論1.1數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床1.2數(shù)控機床的分類1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展1.4現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢返回數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)字控制（NumericalControlNC）是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法。數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。主要用于：機床、自動線、機器人、火炮、雷達(dá)跟蹤等自動化設(shè)備。數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）是采用字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlSystem)以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。1.1數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床數(shù)控加工原理

將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、工件夾緊、進給、啟停、刀具選擇、冷卻液供給等）步驟以及工件的形狀尺寸用程序——數(shù)字化的代碼（稱為數(shù)字信息）來表示，再由計算機數(shù)控裝置對這些輸入的信息進行處理和運算，把刀具和工件的運動坐標(biāo)分割成一些最小單位量（即最小位移量），然后由數(shù)控系統(tǒng)按照零件程序的要求控制機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)，使坐標(biāo)移動若干個最小位移量，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，以完成零件的加工。當(dāng)被加工工件改變時，除了重新裝夾工件和更換刀具之外，只需更換程序。。1.1數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床1.1數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床圖1數(shù)控機床的組成1、機床本體數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。有主運動部件、進給運動部件（工作臺、托板及相應(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）。數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的組成2、計算機數(shù)控裝置計算機數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心部分，也是區(qū)別于普通機床最重要的特征之一。它完成加工程序的輸入、編輯及修改，實現(xiàn)信息存儲、數(shù)據(jù)交換、代碼轉(zhuǎn)換、插補運算以及各種控制功能。組成：計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應(yīng)的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服驅(qū)動系統(tǒng)和PLC等），所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合、合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作的。數(shù)控機床的組成3、伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動主軸運動的控制單元（即主軸伺服驅(qū)動裝置）及主軸電機，驅(qū)動進給運動的控制單元（即進給伺服驅(qū)動裝置）及進給電機。它接收數(shù)控裝置發(fā)出的進給指令，來實現(xiàn)數(shù)控機床的主軸和進給運動。伺服驅(qū)動系統(tǒng)只有具備了良好的快速響應(yīng)性能，才能準(zhǔn)確而迅速地跟蹤數(shù)控裝置的數(shù)字指令信號。4、信息載體（控制介質(zhì)）控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介。常用的控制介質(zhì)有穿孔紙帶、磁帶和磁盤?？刂平橘|(zhì)上記載的加工信息由按一定規(guī)則排列的文字、數(shù)字和代碼組成。目前國際上通常使用EIA或ISO代碼，這些代碼經(jīng)輸入裝置送給數(shù)控裝置。常用的輸入裝置有紙帶閱讀機、磁帶錄音機和磁盤驅(qū)動器。按控制系統(tǒng)分類：

點位控制類、直線控制類、輪廓控制類按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：

開環(huán)伺服驅(qū)動類、全閉環(huán)伺服驅(qū)動類、半閉環(huán)伺服驅(qū)動類按數(shù)控系統(tǒng)類型分類：硬件式數(shù)控（NC）、軟件式數(shù)控（CNC）按加工方式分類：金屬切削類、金屬形成類、特種加工類、其他類型按功能水平分類：低檔經(jīng)濟類、中檔類、高檔類返回1.2數(shù)控機床的分類點位控制僅能實現(xiàn)相對于工件從一點到另一點的精確定位運動對軌跡不做控制要求刀具運動過程中不進行任何加工返回1.2數(shù)控機床的分類直線控制可實現(xiàn)從一點到另一點地準(zhǔn)確定位直線運動運動軌跡必須是直線可控制位移速度具有刀具半徑補償,長度補償和主軸轉(zhuǎn)速控制功能返回1.2數(shù)控機床的分類輪廓控制具有控制幾個進給軸同時諧調(diào)運動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。返回1.2數(shù)控機床的分類開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性好；無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度；具結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點。返回1.2數(shù)控機床的分類返回1.2數(shù)控機床的分類全閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用反饋結(jié)構(gòu)，從理論上講，可消除整個驅(qū)動及傳動環(huán)節(jié)的誤差和間隙，有很高的位置控制精度。機械環(huán)節(jié)如絲杠副等是非線性結(jié)構(gòu)，故系統(tǒng)穩(wěn)定性差，系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)整都很困難。返回1.2數(shù)控機床的分類按數(shù)控系統(tǒng)類型分類硬件式數(shù)控（NC）1、數(shù)控的輸入控制、插補運算、控制功能等由集成電路組成；

2、需要設(shè)計專用的邏輯電路；

3、通用性、靈活性較差。軟件式數(shù)控（CNC)1、采用大規(guī)模、超大規(guī)模的集成的電路芯片組成；

2、硬件可以通用，只需涉及不同軟件。切削加工類：數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機床、FMC等。成型加工類：數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控壓力機等。特種加工類：數(shù)控線切割機、電火花加工機、激光加工機等。其它類型：火焰切割數(shù)控機床、震動切割數(shù)控機床等。返回1.2數(shù)控機床的分類按加工方式分類數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡述1952年，美國派爾森斯公司和麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)研究所共同研制出第一臺三軸數(shù)控立式銑床。1959年，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。1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。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，這是第三代數(shù)控系統(tǒng)。1970年，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)，被人們成為第四代數(shù)控系統(tǒng)。1974年開始出現(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)控機床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡述返回1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展

數(shù)控系統(tǒng)開放化柔性化、多功能、網(wǎng)絡(luò)化促使開放化；用戶和機床廠對附加技術(shù)的要求提高；控制器廠追求高質(zhì)量、低成本、競爭力。歐、美、日等出臺開放式體系結(jié)構(gòu)的規(guī)范，是全球制造業(yè)的發(fā)展趨勢。高度模塊化、方便聯(lián)網(wǎng)集成、方便二次開