1数控机床概论

教学目的：了解数控技术、数控技术的应用与发展熟练掌握数控加工工艺过程掌握数控车，数控铣及加工中心的编程与应用学会使用数控仿真软件进行仿真了解计算机编程（CAD/CAM编程）总课时：32课时主讲：吴伟涛课程教学目标知识目标综合素质目标能力目标会数控车削加工工艺理论知识和零件数控加工工艺制定的方法会数控车削编程理论知识和零件数控加工程序编制的方法会数控机床操作与维护的理论知识和方法会测量知识和工件常见技术指标的测量方法具备数控操作工职业资格素质具备数控操作工职业道德素质具备一定的创新能力和可持续发展潜质能独立制定出比较合理的数控车削加工工艺能独立编制出数控车削加工程序能操作数控机床完成工件的数控加工能选择合理的测量工具完成工件的检测主轴箱丝杠光杠刀架溜板箱底座主轴进给箱床身尾座底座床身无级变速主轴主轴电机回转刀架控制面板尾座滚珠丝杠伺服电机什么是数控车床？数控机床：装备了数控系统的机床。数控系统：采用数字控制技术的控制系统。数字控制技术，NC技术：是用数字化信息对某一对象进行自动控制的技术。计算机数控（CNC）系统：通过计算机来控制软件，实现数控功能的数控系统。数控机床的加工过程立式加工中心龙门式加工中心汽车模型加工视频DMG车铣复合中心加工视频奖杯加工视频雕像模型加工视频视频演示数控加工在机械制造业中的地位和作用数控机床是一种由计算机装置控制、高效的自动化机床，它是综合应用电子计算机、自动控制技术、伺服技术、精密测量与控制技术、液压技术的最新成果、具有高柔性、高精度与高自动化的特点。机床是工业母机，数控机床是母机中的最具代表性的作品。最具代表性的“东芝事件”。第一章数控加工概述1.2数控技术概论1.2.1数控技术的产生1.2.2数控技术的定义产生的原因——是为了适应航空业制造复杂零件的需要而产生的初始设想——40年代初，美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕森兹公司在制造直升飞机叶片轮廓检查用样板机床时提出了数控机床的初始设想。第一章数控加工概述1.2数控技术概论1.2.2数控技术的定义数控（英文名字：NumericalControl简称：NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(ComputerizedNumericalControl)，简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。1.2.3数控技术应用范围数控机床的应用范围广阔，涉及到国防航空，汽车工业，模具制造，机械加工，零件构造等形状复杂、精度要求高的零件制造。第一章数控加工概述1.3数控加工与传统加工的区别利用数字化控制系是一种现代化的加工手段。数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：1、加工效率高。2、加工精度高。3、劳动强度低。4、适应能力强。1.4数控机床的发展分类世代诞生年代系统元件及电路构成世界我国硬件数控NC第一代第二代第三代1952年1959年1965年电子管、继电器，模拟电路晶体管，数字电路（分立元件）小规模集成电路计算机数控CNC第四代1970年内装小型计算机，中规模集成电路第五代1974年内装微处理器，故障自诊断1979年1981年1987年1991年1995年超大规模集成电路，大容量存储器，可编程接口，遥控接口人机对话,动态图形显示,实时软件精度补偿,适应机床无人化运转要求32位CPU，可控15轴，设定0.0001mm进给速度24m/min，带前馈控制的交流数字伺服、智能化系统。利用RISC技术64位系统。微机开放式CNC系统。1.主控机向着多位的微处理器化发展；2.数控装置向着集成化和智能化的方向发展；3.数控系统采用模块化结构；4.数控编程更加图形化和自动化；5.数控系统更加可靠和拟人化；6.数控机床加工过程中进行检测和监控越来越普遍；7.自适应控制技术广泛应用。1、开环控制系统开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统，由步进电机驱动线路和步进电机组成。数控装置经过控制运算发出脉冲信号，每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。2、闭环控制系统闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定位的控制系统。控制系统的定位精度高，但结构比较复杂，调试维修的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。1.7插补原理程序数控装置伺服系统位移指令速度指令XYFxFy1.7.1插补的基本概念在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程和进给速度，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？为什么数控机床能加工出曲线？怎样把单个的坐标运动组合成理想曲线呢？这就是插补所要解决的问题！1.7插补原理插补：根据零件轮廓线型上的已知点，如：直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心等，数控系统按进给速度的要求、刀具参数和进给方向的要求等，计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程称为“插补”（Interpolation）。插补的实质：“数据密化”。XY1.7插补原理插补运算的速度→进给速度→加工精度插补运算的速度的稳定性→进给速度的均匀性→工件表面质量插补算法的精度→加工误差的大小→加工精度要求：实时性好，算法误差小、精度高、速度均匀性好影响数控系统的性能插补技术是CNC系统的核心1.7插补原理早期NC数控系统：用硬件插补器，由逻辑电路组成特点：速度快，灵活性差，结构复杂，成本高。CNC数控系统：软件插补器，由微处理器组成，由计算机程序完成各种插补功能；特点：结构简单，灵活易变，速度较慢。现代CNC数控系统：软件插补或软、硬件插补结合的方法，由软件完成粗插补，硬件完成精插补。1.7插补原理粗插补用软件方法，将加工轨迹分割为线段，精插补用硬件插补器，将粗插补分割的线段进一步密化数据点。CNC系统一般都有直线插补、圆弧插补两种基本功能。一些高档CNC系统，已出现螺旋线、抛物线、渐开线、正弦线、样条曲线和球面螺旋线插补等功能。根据数控系统输出到伺服驱动装置信息不同，插补方法可归纳为两大类：1．基准脉冲插补（或称脉冲增量插补、行程标量插补等）2．数据采样插补（或称数据增量插补、时间标量插补等）脉冲增量插补（行程标量插补）：插补算法是以脉冲形式输出，每次插补结束仅向各运动坐标轴输出一个控制脉冲，各坐标仅移动一个脉冲当量或行程的增量。特点：数控装置在插补结束时向各个运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动各坐标轴进给电动机的运动。每个脉冲代表了刀具或工件的最小位移，脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量，脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。插补速度与进给速度密切相关,因而进给速度指标难以提高.当脉冲当量为10μm时，采用该插补算法所能获得最高进给速度是3-4m/min。1.脉冲增量插补1.脉冲增量插补脉冲增量插补的实现方法较简单，通常仅用加法和移位运算方法就可完成插补。因此它比较容易用硬件来实现，而且，用硬件实现这类运算的速度很快的。但是也有用软件来完成这类算法的。适用步进电机驱动的、中等精度或中等速度要求的开环数控系统；数据采样插补的精插补。基准脉冲插补的具体方法很多：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器法、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法等。2.数据采样插补插补结果输出的不是脉冲，而是数据（标准二进制数）。数据采样插补:根据编程进给速度，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。特点：插补运算速度与进给速度无严格的关系。因而采用这类插补算法时，可达到较高的进给速度（一般可达10m/min以上）。实现算法较脉冲增量插补复杂，它对计算机的运算速度有一定的要求，不过现在的计算机均能满足要求。数据采样插补（数据增量插补、时间分割法）运算分两步完成：第一步粗插补；第二步精插补。第一步粗插补：时间分割，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为插补周期T。在每个T内，计算轮廓步长l＝F·T，将轮廓曲线分割为若干条长度为轮廓步长l的微小直线段；l＝F·T