数控技术概述资料

目录第1章数控技术概述..........................................................21.1数控机床的基本概念...............................................21.1.1学习要求........................................................21.1.2主要内容........................................................21.数控机床的产生和发展................................22.我国数控机床发展概况................................33.数控技术基本概念........................................31.2数控机床的组成和分类............................................41.2.1学习要求........................................................41.2.2主要内容........................................................41.数控机床的组成............................................42.数控机床的分类............................................81.2.3典型例题......................................................121.3数控机床的加工原理.............................................131.3.1学习要求......................................................131.3.2主要内容......................................................131.加工原理......................................................132.数据转换过程..............................................131.4数控机床的特点及适用范围...............................141.4.1学习要求......................................................141.4.2主要内容......................................................141.数控机床应用的特点..................................142.数控机床适用范围......................................151.4.3自学练习......................................................16第1章数控技术概述1.1数控机床的基本概念1.1.1学习要求1.理解计算机数控的概念；2.了解数控机床的产生、发展；重点：数控技术、数控机床的概念1.1.2主要内容1.数控机床的产生和发展随着科技与生产的发展，机械产品日益精密复杂，更新换代日趋频繁，要求加工设备具有更高的精度和效率；另外，在产品加工过程中，单件小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上，加工这种品种多、批量少、形状复杂的零件也要求通用性和灵活性较高的加工设备。数控机床是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国PARSONS公司在研制加工直升飞机叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，在麻省理工学院的协助下，于1952年试制成功世界上第一台数控机床样机。后又经过三年时间的改进和自动程序编制的研究，数控机床进入实用阶段，市场上出现了商品化数控机床。1958年，美国KEANEY&TRECKER公司在世界上首先研制成功带有自动换刀装置的加工中心。数控机床共经历了五代：硬、软件数控软件数控年）（第五代：微处理器数控第四代：小型机数控硬件数控第三代：集成电路式件式；第二代：晶体管分立元器式；第一代：电子管、继电1974现今的数控机床就是在上世纪70年代发展起来的一种新型数控技术。2.我国数控机床发展概况我国于1958年开始研制数控机床，到60年代末和70年代初，简易的数控机床已在生产中广泛使用。它们以单板机作为控制核心，多以数码管作为显示器，用步进电动机作为执行元件。80年代初，由于引进了国外先进的数控技术，使我国的数控机床在质量和性能上都有了很大的提高。它们具有完备的手动操作面板和友好的人机界面，可以配直流或交流伺服驱动，实现半闭环或闭环的控制，能对2～4轴进行联动控制，具有刀库管理功能和丰富的逻辑控制功能。90年代起，我国向高档数控机床方向发展。一些高档数控攻关项目通过国家鉴定并陆续在工程上得到应用。航天I型、华中Ⅰ型、华中-2000型等高性能数控系统，实现了高速、高精度和高效经济的加工效果，能完成高复杂度的五坐标曲面实时插补控制，加工出高复杂度的整体叶轮及复杂刀具。3.数控技术基本概念在加工机床中得到广泛应用的数控技术是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高新技术。当前已有大量机械加工装备采用了数控技术，其中最典型而应用面最广的是数控机床。为了便于后面的讨论，下面给出数控技术、数控系统、计算机数控系统（CNC）和数控机床几个概念的定义：数字控制（NumericalControl）技术：简称数控（NC）技术，指用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。计算机数控技术称为CNC。数控系统：指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统，它是数控技术的载体；数控机床：用数字技术实施加工控制的机床。1.2数控机床的组成和分类1.2.1学习要求1.了解数控机床的组成；2.掌握数控机床的分类；重点：掌握按伺服系统及按运动控制方式的分类方法1.2.2主要内容1.数控机床的组成数控机床主要由以下几个部分组成，如图1-1所示。图中虚线框部分为计算机数控系统，即CNC系统，其中各方框为其组成模块，代箭头的连线表示各模块间的信息流向。图右边的实线框部分为计算机数控系统的控制对象--机床部分。下面将分别介绍各模块的功能。1）操作面板（控制面板）:它是操作人员与数控机床（系统）进行交互的工具，一方面，操作人员可以通过它对数控机床（系统）进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，另一方面，操作人员也可以通过它了解或查询数控机床（系统）的运行状态。它是数控机床的一个输入输出部件，是数控机床的特有部件。它主要由按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器等部分组成，如图1-2所示.2）控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介。输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互装置。零件加工程序是交互的主要信息。它们的作用是将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统、或将CNC系统中已调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。数控机床常用的控制介质有穿孔纸带（对应的输入输出设备分别是纸带阅读机和纸带穿孔机）、磁带（对应的输入输出设备是录音机）、磁盘（对应的输入输出设备是磁盘驱动器）。除此之外，还可采用通信方式进行信息交换，现代数控系统一般都具有利用通信方式进行信息交换的能力。这种方式是实现CAD/CAM集成、FMS和CIMS的基本技术。目前在数控机床上常采用的方式有：串行通讯（RS232等串口）、自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等）、网络技术（internet，LAN等）。3）计算机数控（CNC）装置（或CNC单元）：计算机数控（CNC）装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作者命令进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，完成零件加工程序或操作者命令所要求的工作。所有这些都是由CNC装置协调配合，合理组织进行的，从而使整个系统能有条不紊地工作。它主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。4）伺服单元、驱动装置和测量装置：伺服单元和驱动装置是指主轴伺服驱动装置和主轴电机、进给伺服驱动装置和进给电机；测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现速度闭环控制（主轴、进给）和位置闭环控制（进给）的必要装置。主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动，其控制量为速度和位置。能灵敏、准确地跟踪CNC装置的位置和速度指令是它们的共同特点特征。5）PLC、机床I/O电路和装置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成；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；它们共同完成以下任务：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。6）机床本体机床是数控机床的主体，是数控系统的被控对象，是实现制造加工的执行部件。它主要由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。数控机床机械部件的组成。与普通机床相似，但传动结构和变速系统较为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求高。2.数控机床的分类1）按机械加工的运动轨迹分类点位控制数控机床：这类数控机床仅能控制在加工平面内的两个坐标轴带动刀具与工件相对运动，从一个坐标位置快速移动到下一个坐标位置，然后控制第三个坐标轴进行钻镗切削加工。特点：在整个移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有任何要求，但要求坐标位置有较高的定位精度。点位控制的数控机床用于加工平面内的孔系，这类机床主要有数控钻床、印刷电路板钻孔机、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。直线控制数控机床:这类数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内调节。早期，简易两坐标轴数控车床，可用于加工台阶轴。简易的三坐标轴数控铣床，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带着多轴箱轴向进给进行钻镗加工，它也可以算作一种直线控制的数控机床。值得一提的是现在仅仅具有直线控制功能的数控机床已不多见。轮廓控制数控机床:这类数控机床具有控制几个坐标轴同时协调运动，即多坐标轴联动的能力，使刀具相对于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的功能。可实现联动加工是这类数控机床的本质特征。这类数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面形状零件的数控机床。现代的数控机床基本上都是这种类型。若根据其联动轴数还可细分为：2轴联动数控机床、3轴联动数控机床、4轴联动数控机床、5轴联动数控机床。2)按伺服系统的控制原理分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控机床和闭环数控机床，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭