(整理)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用課件

1、(最新整理)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用2021/7/261(最新整理)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用2021/7/261數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 2021/7/262數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 2021/7/262第一章 數(shù)控技術(shù)概述第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控(NC，Numerical Control) ，是指利用數(shù)字或數(shù)字化的信號(hào)構(gòu)成的程序?qū)刂茖?duì)象的工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一門(mén)技術(shù)。 數(shù)控系統(tǒng)(NCS，Numerical Control System)是指利用數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 數(shù)控設(shè)備則是采用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的機(jī)械設(shè)備，其操作命令是用數(shù)字或數(shù)字代碼的形式來(lái)描述，工作過(guò)程是按照指定的程序自動(dòng)地進(jìn)行，裝備了數(shù)控

2、系統(tǒng)的機(jī)床稱(chēng)之為數(shù)控機(jī)床。2021/7/263第一章 數(shù)控技術(shù)概述第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念2021/第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 1生產(chǎn)率高 2加工精度高 3柔性和通用性強(qiáng) 4可靠性高 5易于實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)雜程序控制 6. 具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能 7具有自診斷功能2021/7/264第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：202第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 控機(jī)床一般由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、輔助控制裝置和機(jī)床的機(jī)械部件五部分組成，有些數(shù)控機(jī)床還配有位置檢測(cè)裝置，如圖1-1所示。 1輸入輸出裝置 輸入輸出裝置是操作人員與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的載

3、體。零件加工程序、機(jī)床參數(shù)及刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)通過(guò)鍵盤(pán)、U盤(pán)、磁盤(pán)、磁帶、穿孔紙帶和串行通信等方式輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置， 通過(guò)CRT、LED、LCD、TFT顯示器以及各種信號(hào)燈、報(bào)警器等將信息輸出。 2數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。輸入設(shè)備傳送的數(shù)控加工程序，經(jīng)數(shù)控裝置系統(tǒng)軟件進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)運(yùn)算和速度預(yù)處理，產(chǎn)生位置和速度指令以及輔助控制功能信息等。2021/7/265第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 控機(jī)床一般由輸入輸出裝置輸入輸出設(shè)備CNC裝置伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置機(jī)床本體輔助控制裝置圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成 2021/7/266輸入輸出設(shè)備CNC裝置伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置機(jī)床本體輔助控制裝置圖第二節(jié)

4、數(shù)控機(jī)床的組成及作用 它是將輸入裝置傳送的數(shù)控加工程序，經(jīng)數(shù)控裝置系統(tǒng)軟件進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)運(yùn)算和速度預(yù)處理，產(chǎn)生位置和速度指令以及輔助控制功能信息等。 （1）幾何數(shù)據(jù)是刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)路徑的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可加工出要求的工件幾何形狀； （2）工藝數(shù)據(jù)是主軸轉(zhuǎn)速S和進(jìn)給速度F等功能的數(shù)據(jù)； （3）邏輯開(kāi)關(guān)功能是對(duì)機(jī)床電器的開(kāi)關(guān)命令，如主軸啟/停、刀具選擇和交換、切削液的開(kāi)/關(guān)、潤(rùn)滑液的啟/停等。 數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為： 1）機(jī)床主運(yùn)動(dòng)；2）機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；3）刀具的選擇和刀具的長(zhǎng)度、半徑補(bǔ)償；4）其他輔助運(yùn)動(dòng)。 2021/7/267第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 它是將輸入裝置傳送的數(shù)

5、控加第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 3伺服驅(qū)動(dòng)裝置 伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置兩部分。 將位置指令和速度指令轉(zhuǎn)化為機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。 4輔助控制裝置 輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制裝置，通過(guò)可編程序控制器（PLC Programmable Logic Control）來(lái)實(shí)現(xiàn)。PLC和數(shù)控裝置配合共同完成數(shù)控機(jī)床的控制。 5位置檢測(cè)裝置 位置檢測(cè)裝置與伺服驅(qū)動(dòng)裝置配套組成半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2021/7/268第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2021/第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 位置檢測(cè)裝置通過(guò)直接或間接測(cè)量將執(zhí)行部件的實(shí)際進(jìn)

6、給位移量檢測(cè)出來(lái)，反饋到數(shù)控裝置并與指令（理論）位移量進(jìn)行比較，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以提高系統(tǒng)精度。 6.機(jī)床機(jī)械部件 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件包括：主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件，如機(jī)床工作臺(tái)、滑板及其傳動(dòng)部件和床身立柱及支承部件。此外，還有轉(zhuǎn)位、夾緊、潤(rùn)滑、冷卻、排屑等輔助裝置。對(duì)于加工中心類(lèi)的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫(kù)，交換工作臺(tái)，機(jī)械手或機(jī)器人等部件。數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、摩擦、抗震性等方面要求更高，而且傳動(dòng)和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2021/7/269第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及作用 位置檢測(cè)裝置通過(guò)直接或間第三節(jié) 數(shù)控

7、系統(tǒng)的分類(lèi) 按照數(shù)控系統(tǒng)的基本原理可分為 ： 一、按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi) 1點(diǎn)位控制系統(tǒng) 僅控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工。（如圖1-2 ）123刀具工件圖1-2 數(shù)控鉆床的點(diǎn)位控制2021/7/2610第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 按照數(shù)控系統(tǒng)的基本原理可分為第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 2直線(xiàn)控制系統(tǒng) 除了控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡（如圖1-3）。工件刀具軌跡圖1-3 數(shù)控車(chē)床的直線(xiàn)控制2021/7/2611第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 2直線(xiàn)控制系統(tǒng)工件刀具軌跡圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 3

8、輪廓控制系統(tǒng) 能夠?qū)蓚€(gè)以上機(jī)床坐標(biāo)軸的移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡同時(shí)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制。 插補(bǔ)結(jié)果向坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行各種斜線(xiàn)、圓弧、曲線(xiàn)的加工，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。（如圖1-4所示） 兩軸聯(lián)動(dòng)圖1-4 數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床加工示意圖 2021/7/2612第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 3輪廓控制系統(tǒng)兩軸聯(lián)動(dòng)圖1第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 輪廓控制系統(tǒng)按所控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)不同，可以分為下面幾種主要形式： （1）二軸聯(lián)動(dòng) 主要用于數(shù)控車(chē)床加工曲線(xiàn)旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銑床加工曲線(xiàn)柱面（如圖1-5所示）兩軸聯(lián)動(dòng)圖1-5 兩軸聯(lián)動(dòng) 2021/7/2613第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 輪廓控制系統(tǒng)按所控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)第

9、三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （2）二軸半聯(lián)動(dòng) 主要用于控制三軸以上的機(jī)床，其中二個(gè)軸互為聯(lián)動(dòng)，而另一個(gè)軸作周期進(jìn)給，如在數(shù)控銑床上用球頭銑刀采用行切法加工三維空間曲面（如圖1-6所示）。 兩軸半聯(lián)動(dòng)圖1-6 二軸半聯(lián)動(dòng) 2021/7/2614第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （2）二軸半聯(lián)動(dòng) 主要用于第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （3）三軸聯(lián)動(dòng) 一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)就是X、Y、Z三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，比較多地用于數(shù)控銑床、加工中心等，如用球頭銑刀銑切三維空間曲面（如圖1-7所示）。另一類(lèi)是除了同時(shí)控制X、Y、Z其中兩個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，還同時(shí)控制圍繞其中某一直線(xiàn)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。 三軸聯(lián)動(dòng)圖1-7 三軸聯(lián)動(dòng) 20

10、21/7/2615第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （3）三軸聯(lián)動(dòng) 一般分為兩第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （4）四軸聯(lián)動(dòng) 即同時(shí)控制X、Y、Z三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)）。如圖1-8所示 四軸聯(lián)動(dòng)圖1-8 四軸聯(lián)動(dòng) 2021/7/2616第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （4）四軸聯(lián)動(dòng) 即同時(shí)控制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （5）五軸聯(lián)動(dòng) 除了同時(shí)控制X、Y、Z三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，還同時(shí)控制圍繞這些直線(xiàn)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個(gè)坐標(biāo)，即形成同時(shí)控制五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)。如圖1-9所示 五軸聯(lián)動(dòng)圖1-9 五軸聯(lián)動(dòng)a）b）2021/7/2617第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) （5）五軸聯(lián)動(dòng) 除了同時(shí)控第三節(jié) 數(shù)

11、控系統(tǒng)的分類(lèi)二、按伺服系統(tǒng)分類(lèi) 1開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有任何檢測(cè)反饋裝置，CNC裝置發(fā)出的指令信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后，通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)，信號(hào)的傳輸是單方向。 如圖1-10無(wú)檢測(cè)裝置圖1-10 開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖 2021/7/2618第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)二、按伺服系統(tǒng)分類(lèi) 無(wú)檢測(cè)裝置圖1-第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 機(jī)床工作臺(tái)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向取決于進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)、頻率和通電方式。 2半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用角位移檢測(cè)裝置，該裝置直接安裝在伺服電動(dòng)機(jī)軸或滾珠絲杠端部，用來(lái)檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，反饋到CNC裝置的比較器中，與程序指令值進(jìn)行比較，用

12、差值進(jìn)行控制， 直到差值為零。 如圖1-11所示-角位移檢測(cè)圖1-11 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖 2021/7/2619第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi) 機(jī)床工作臺(tái)的位移量、速度和運(yùn)第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)3閉環(huán)控制系統(tǒng)這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)采用直線(xiàn)位移檢測(cè)裝置，該裝置安裝在機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件或工作臺(tái)上，將檢測(cè)到的實(shí)際位移反饋到CNC裝置的比較器中，與程序指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，直到差值為零。如圖1-12所示 直線(xiàn)位移檢測(cè)裝置圖1-12 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖2021/7/2620第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)3閉環(huán)控制系統(tǒng)直線(xiàn)位移檢測(cè)裝置圖1第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)三、按制造方式分類(lèi)1通用型數(shù)控系統(tǒng)以PC機(jī)作為CNC裝置的支

13、撐平臺(tái)，各數(shù)控機(jī)床制造廠家根據(jù)用戶(hù)需求，有針對(duì)性地研制開(kāi)發(fā)數(shù)控軟件和控制卡等，構(gòu)成相應(yīng)的CNC裝置。2專(zhuān)用型數(shù)控系統(tǒng)各制造廠家專(zhuān)門(mén)研制、開(kāi)發(fā)制造的，專(zhuān)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，硬件通用性差，但其控制功能齊全，穩(wěn)定性好，如德國(guó)SIEMENS系統(tǒng)、日本FANUC系統(tǒng)等。 2021/7/2621第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)三、按制造方式分類(lèi)2021/7/26第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)四、按功能水平分類(lèi)參考指標(biāo)包括：CPU性能、分辨率、進(jìn)給速度、伺服性能、通信功能、聯(lián)動(dòng)軸數(shù)等。 1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 2普及型數(shù)控系統(tǒng) 3高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng)2021/7/2622第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類(lèi)四、按功能水平分類(lèi)2021/7/26第四節(jié) 數(shù)

14、控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)1952年研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)直線(xiàn)插補(bǔ)連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了六代，即：第一代數(shù)控系統(tǒng)：1952年1959年，采用電子管、繼電器元件。第二代數(shù)控系統(tǒng)：1959年開(kāi)始，采用晶體管元件。第三代數(shù)控系統(tǒng)：1965年開(kāi)始，采用集成電路。第四代數(shù)控系統(tǒng)：1970年開(kāi)始，采用大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)。第五代數(shù)控系統(tǒng)：1974年開(kāi)始，采用微型計(jì)算機(jī)。 第六代數(shù)控系統(tǒng)：1990年開(kāi)始，基于PC機(jī)2021/7/2623第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)1952年研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)直第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控系統(tǒng)正朝著高速高精度、多功能、智能化、高可靠性及開(kāi)放性等方向發(fā)展。

15、一、高速度高精度數(shù)控系統(tǒng)的高速度表現(xiàn)為在相同的最小移動(dòng)量的情況下可以獲得較高的移動(dòng)速度。高速度主要取決于數(shù)控裝置數(shù)據(jù)處理的速度，采用高速CPU是提高數(shù)控裝置速度的最有效手段。最大進(jìn)給速度可達(dá)120m/min ；電主軸的主軸轉(zhuǎn)速提高到4000050000r/min，使得切削時(shí)間縮短了80%。加工精度，一般是通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采取誤差補(bǔ)償技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2021/7/2624第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控系統(tǒng)正朝著高速高精度、多功第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)二、智能化1應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制系統(tǒng)（AC，Adaptive Control）可以在加工過(guò)程中隨時(shí)對(duì)主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、

16、刀具磨損參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果，及時(shí)調(diào)整切削參數(shù)，使加工過(guò)程始終處于最佳狀態(tài)。2應(yīng)用自動(dòng)編程技術(shù)3具有故障診斷功能4應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù)2021/7/2625第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)二、智能化2021/7/262第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)三、高可靠性1提高線(xiàn)路的集成度2建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系 3增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能四、具有內(nèi)裝式可編程序控制器（PLC）五、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)六、具有開(kāi)放性2021/7/2626第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)三、高可靠性2021/7/26第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)七、典型數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1計(jì)算機(jī)直接數(shù)控DNC（Direct Nu

17、merical Control） DNC系統(tǒng)可分為直接型、間接型和分布式三類(lèi)。 2.柔性制造單元FMC和柔性制造系統(tǒng)FMS 柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell）是由中心控制計(jì)算機(jī)、加工中心與自動(dòng)交換工作裝置組成 如圖1-13所示。 圖1-13 FMC柔性制造單元 2021/7/2627第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)七、典型數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1-13第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing System）是將一群數(shù)控設(shè)備與工件、工具與切屑的自動(dòng)傳輸線(xiàn)相配合，并由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理與控制所組成的計(jì)算機(jī)群控自動(dòng)線(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有加工效率高和較強(qiáng)的柔性。如圖1-14所示。圖1-14 FMS柔性制造系統(tǒng) 2021/7/2628第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexi第四節(jié) 數(shù)控技術(shù)最新發(fā)展趨勢(shì)3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)將制造工廠全部活動(dòng)所需的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)的有機(jī)集成。它的