数控技术1

下午1时0分数控技术1数控技术主讲老师：王士军山东理工大学机械工程学院下午1时0分数控技术2课程的主要结构第一章数控技术概述第二章数控加工程序的编制第三章计算机数控装置(CNC)第四章进给伺服系统第五章数控机床的机械结构下午1时0分数控技术3教材和参考书教材：廖效果，刘又午《数控技术》湖北科学技术出版社武汉，2000参考书：李斌，《数控加工技术》北京高等教育出版社北京，2001廖效果，朱启逑《数字控制机床》华中理工大学出版社武汉，1992下午1时0分数控技术4参考资料网址中国数控在线：数控论坛：华中数控：上海开通数控：南京数控：深圳福斯特数控：西门子：法那克：中国制造业信息化网：中国制造协作网：中国机械信息网：第一章数控技术概述本章提要：本章主要介绍数控技术、数控装备的基本概念、体系结构、工作原理及分类；数控技术及数控装备（机床）的发展动向；数控技术对国民经济的意义。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术9第一节数控技术简介第一章数控技术概述下午1时0分数控技术10第一章数控技术概述数控技术是什么？第一章数控技术概述下午1时0分数控技术11光刻机？印刷机？键合机？绣花机？包装机？铣床？车床？加工中心？γ刀？机器人？CT？……第一章数控技术概述第一章数控技术概述下午1时0分数控技术12第一节数控技术简介一、数字控制与数控技术数字控制（NumericalControlNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术13数控装备（NumericalControlMachineTools）是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控机床是数控技术应用的经典例子。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）是以计算机为核心的数控系统。第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术14装备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计算机数控系统机械装备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第一章数控技术概述二、数控系统与数控装备的组成第一节数控技术简介下午1时0分数控技术15BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗ZEND瑌WHOME瘆TPgDn瓆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1、操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。组成：工程面板、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。第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术16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交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即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和输入输出设备有：穿孔纸带、磁带、磁盘等。第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术173、通讯现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：串行通讯（RS-232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）。第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术184、CNC装置(CNC单元)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（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)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术195、伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置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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）第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术206、PLC、装备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，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；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，控制辅助装置完成装备相应的开关动作接受操作面板和装备侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和装备的动作。第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术21三、机械装备机械部分：数控装备的主体，是实现制造加工的执行部件。以机床为例－组成：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（如排屑装置等）。第一章数控技术概述第一节数控技术简介下午1时0分数控技术22第二节数控加工原理第一章数控技术概述下午1时0分数控技术23第二节数控加工原理一、数控加工与传统加工的比较工艺分析数控加工程序工序卡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传统加工数控加工图2传统加工与数控加工的比较图第一章数控技术概述下午1时0分数控技术24第二节数控加工原理二、数控加工中数据转换过程第一章数控技术概述图3数控加工中数据转换过程译码刀补处理插补处理PLC控制进给伺服系统切削运动、机床I/O装置成形运动加工程序下午1时0分数控技术25第二节数控加工原理1、译码(解释)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。它主要包括：X、Y、Z等坐标值；进给速度；主轴转速；G代码；M代码；刀具号；子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术26第二节数控加工原理2、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。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术27第二节数控加工原理3、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，圆弧等）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。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术28第二节数控加工原理4、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。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术29内容小结1．几个基本概念数字控制、数控机床、2.数控系统与数控装备的组成、各部分之间的关系、及其基本功能。3．数控加工中数据转换过程中的主要步骤、以及每个步骤的主要功能。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术30习题与思考题1．名词解释：数字控制、数控技术、数控装备、数控系统2.NC机床由哪儿部分组成，试用框图表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。3．试用框图表示数控加工中数据转换过程中的主要步骤，并简述每个步骤的主要功能。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术31第三节数控机床的分类第一章数控技术概述下午1时0分数控技术32第三节数控机床的分类数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：第一章数控技术概述下午1时0分数控技术33第三节数控机床的分类一、按工艺用途分类切削加工类：如数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术34第三节数控机床的分类二、按控制功能分类点位控制数控系统仅能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。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术35第三节数控机床的分类直线控制数控系统能实现点位控制数控系统的功能能实现沿平行某个坐标轴（如X、Y、Z）或两轴等速的方向进行加工；适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。第一章数控技术概述下午1时0分数控技术36第三节数控机床的分类轮廓控制数控系统轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具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数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心