XXXX哈尔滨工业大学(威海)研究生现代t数控技术

哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统第2章计算机数控（CNC）系统12.1数控技术的功能分析2.2自动编程技术2.3运动轨迹控制2.4现代数控的插补技术2.5现代数控技术的体系结构哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.1数控技术的功能分析22.1.1数控的基本思想2.1.2数控系统的组成分类2.1.3数控系统的工作原理哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.1.1数控的基本思想3数控装置控制信息伺服系统辅助系统机床用控制信息通过一系列环节控制机器的运动，使机器精确地实现预定的位置和轨迹。以增强灵活性和适用性。哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统4哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统5哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.1.2计算机数控系统组成分类6机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备2.1.2.1计算机数控系统的组成哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统1.操作面板7•是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。•组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。•它是数控机床特有部件。BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFTZENDWHOMETPgDnOPgUpJRSTE65“432？198:7YXVU[]SRPQNMKLIHFGDCABESC14''彩色显示器空运行Z轴锁定MST锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱动器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010090增量倍率1000101001坐标轴选择ZYX哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.输入输出装置8可以通过多种方式获得数控加工程序:软驱现已较少使用MDI（ManualDataInput）方式USB接口RS232C接口DNC接口存储卡未来会广泛使用以太网哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统3.计算机数控装置9•组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。•作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统4.伺服驱动与检测装置10伺服单元和驱动装置：主轴伺服单元和主轴电机进给伺服单元和进给电机检测装置：位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用：保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令；进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）；主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）。哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统5.PLC、机床I/O装置11PLC、机床I/O电路和装置-PLC(ProgrammableLogicController)用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制；-机床I/O电路和装置实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）;-功能接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.1.2.2数控系统的分类12分类方法数控机床类型按运动控制方式点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床按伺服系统开环数控数控机床半闭环控制数控机床闭环控制数控机床按功能水平经济型数控机床中档型数控机床高档型数控机床按工艺方法金属切削数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床按联动轴数2轴联动数控机床3轴联动数控机床4、5轴联动数控机床哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统1.按运动控制方式分类131)点位控制(PointtoPointControlSystems)③②①AA刀具工件仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。1哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统直线控制142)直线控制：(LineControlSystems)不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45°角的方向进行直线移动和切削加工。哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统轮廓控制153)轮廓控制(ContouringControlSystems)对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.按联动轴数分类161)两坐标加工2)二轴半或三坐标加工YXO2O1BZO3)四坐标加工→ρZP(x,y,z)nO刀位点BCXYZ4)五坐标加工哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统171)开环控制(Open-LoopServo-Drive)特点:没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜,精度不高。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大3.按伺服系统方式分类哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统18步进电机步进电机开环控制-步进电机哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统192)半闭环控制(Half-Closed-LoopServo-Drive)速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈位置反馈检测元件特点：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部；不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。半闭环控制哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统20交流伺服电机半闭环控制-码盘哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统213)闭环控制(Closed-LoopServo-Drive)特点：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。闭环控制位置反馈速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统22光栅尺光栅尺闭环控制-光栅尺哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统23步进电机、开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴及以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10m/min以下。1)经济型2)普及型伺服电机、半闭环驱动，4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1m，进给速度为15~24m/min，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。3)高档型伺服电机、闭环驱动，并开始采用直线电机，实现5轴以上联动，脉冲当量为0.1~1m，进给速度达40m/min以上。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。大机床4.按功能水平分类哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统24分为：普通数控机床加工中心金属切削数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床或分为：5.按工艺方法分类哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统25普通车床普通铣床普通数控车床铣床哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统26主要内容车削加工中心铣削加工中心车铣削加工中心哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统27主要内容滚齿磨削滚齿磨齿哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统28主要内容（慢走丝）线切割慢走丝线切割哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统29主要内容激光切割加工激光切割哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统30主要内容水刀切割水刀切割哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统2.1.3数控系统的工作原理312.1.3.1数控加工与传统加工的比较工艺分析BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFTZENDWHOMETPgDnOPgUpJRSTE65“432？198:7YXVU[]SRPQNMKLIHFGDCABESC14''彩色显示器空运行Z轴锁定MST锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱动器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010090增量倍率1000101001坐标轴选择ZYX工序卡数控加工程序传统加工数控加工哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统32工艺处理加工图纸数学处理编程手册数控编程程序仿真输入装置加工程序毛坯或半成品数控系统数控机床程序编制成品译码、数据处理、插补、伺服驱动N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;2.1.3.2数控加工零件的过程哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统33译码刀补处理插补处理PLC控制进给伺服切削运动、IO装置成形运动加工程序2.1.3.3数控加工中数据转换过程哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统341.译码(Decode)译码程序的主要功能是将用文本格式（通常用ASCII码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构（格式）。该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;01001011000101111101011101010110000011101;译码哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统352.刀补处理(计算刀具中心轨迹)用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的程序。刀补哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统363.插补计算本模块以系统规定的插补周期△t定时运行，它将由各种线形（直线，园弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在△t内位移指令（△X1、△Y1、…），并送给进给伺服系统，实现成形运动。插补哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统374.PLC控制PLC控制是对机床动作的“顺序控制”。即以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行等进行的控制。PLC控制哈工大现代数控技术第2章计算机数控(CNC)系统385.指令输出将计算出△ti时间内的移动量Xi和Yi，并作为指令输出给X轴和Y轴，以控制它们联动。即：XiX轴；YiY轴只要能连续自动地控制X，Y两个进给轴在△ti时间内的移动量，就可以实现曲线轮廓零件的加工。指令输出