數字控制技術概論

數字控制技術

西安科技大學機械工程學院任課教師：史曉娟Email：shixj@

2005.10有問題探討請聯(lián)系

shixj@xust.edu.cn教，不得其方；學，不得其法，憾也！參考文獻杜君文、鄧文敏，數控技術，天津大學出版社，2002。劉啟中，蔡德福，現(xiàn)代數控技術及應用，機械工業(yè)出版社，2000。楊有君，數字控制技術與數控機床，機械工業(yè)出版社，1999。陳強等，機械系統(tǒng)的微機控制，清華大學出版社，1998。李愛平等，現(xiàn)代機床的控制技術，同濟大學出版社，1999。廖效果等，數字控制機床，華中科技大學出版社，2003。有關數控技術方面的國內、外科技期刊。主要參考書葉培華主編《數字控制技術》(教材)清華大學出版社北京，2002年廖效果、朱啟逑等《數字控制機床》華中科技大學出版社武漢，2000年畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數控機床》 機械工業(yè)出版社北京，1994王愛玲等現(xiàn)代數控原理及控制系統(tǒng)（第2版）

國防工業(yè)出版社北京，2005數控技術上機實訓指導書張旭輝2004有關數控技術方面的國內、外科技期刊。教學方法與考核方式教學方法課堂教學上機、實驗教學自學專題講座考核方式考試（70%）平時成績（30%）上機報告作業(yè)出勤落后現(xiàn)狀與就業(yè)前景數控系統(tǒng)的現(xiàn)狀堪憂。機床利用率低。國外數控機床在兩班制工作下開動率達到60%～70%，國內許多用戶往往只能達到20%～30%。編程效率低。據國外統(tǒng)計,手工編程時，一個零件的編程時間與機床實際加工時間之比約為30∶1，而數控機床不能開動的原因中有20%～30%是由于加工程序一時編制不出而耽擱的。數控技術人員缺乏。據報載，我國數控技術人員缺口為60萬。第1章概述任課教師：史曉娟Email：shixj@主要講授內容1概論2數控機床程序編制3計算機數字控制裝置4插補原理及速度控制5數控機床伺服系統(tǒng)及伺服元件6工業(yè)機器人7柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)8現(xiàn)代數控技術返回1概論1.1數控技術與數控機床1.2數控機床的分類1.3數控系統(tǒng)的發(fā)展1.4現(xiàn)代數控技術的發(fā)展趨勢返回1.1數控技術與數控機床返回數控技術的基本概念數控加工原理數控機床的組成數控機床的特點數控技術的基本概念數字控制（NumericalControlNC）是一種借助數字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法。數控技術（NumericalControlTechnology）采用數字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術。主要用于：機床、自動線、機器人、火炮、雷達跟蹤等自動化設備。數控機床（NumericalControlMachineTools）是采用字控制技術對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它數控技術典型應用的例子。數控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實現(xiàn)數字控制的裝置。計算機數控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlSystem)以計算機為核心的數控系統(tǒng)。1.1數控技術與數控機床數控加工原理

將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、工件夾緊、進給、啟停、刀具選擇、冷卻液供給等）步驟以及工件的形狀尺寸用程序——數字化的代碼（稱為數字信息）來表示，再由計算機數控裝置對這些輸入的信息進行處理和運算，把刀具和工件的運動坐標分割成一些最小單位量（即最小位移量），然后由數控系統(tǒng)按照零件程序的要求控制機床伺服驅動系統(tǒng)，使坐標移動若干個最小位移量，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，以完成零件的加工。當被加工工件改變時，除了重新裝夾工件和更換刀具之外，只需更換程序。。1.1數控技術與數控機床1.1數控技術與數控機床圖1數控機床的組成1、機床本體數控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。有主運動部件、進給運動部件（工作臺、托板及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)、工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。數控機床的組成數控機床的組成2、計算機數控裝置計算機數控裝置是數控機床的核心部分，也是區(qū)別于普通機床最重要的特征之一。它完成加工程序的輸入、編輯及修改，實現(xiàn)信息存儲、數據交換、代碼轉換、插補運算以及各種控制功能。組成：計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件。作用：根據輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件（伺服驅動系統(tǒng)和PLC等），所有這些工作是由CNC裝置內硬件和軟件協(xié)調配合、合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作的。數控機床的組成3、伺服驅動系統(tǒng)包括驅動主軸運動的控制單元（即主軸伺服驅動裝置）及主軸電機，驅動進給運動的控制單元（即進給伺服驅動裝置）及進給電機。它接收數控裝置發(fā)出的進給指令，來實現(xiàn)數控機床的主軸和進給運動。伺服驅動系統(tǒng)只有具備了良好的快速響應性能，才能準確而迅速地跟蹤數控裝置的數字指令信號。4、信息載體（控制介質）控制介質是記錄零件加工程序的媒介。常用的控制介質有穿孔紙帶、磁帶和磁盤?？刂平橘|上記載的加工信息由按一定規(guī)則排列的文字、數字和代碼組成。目前國際上通常使用EIA或ISO代碼，這些代碼經輸入裝置送給數控裝置。常用的輸入裝置有紙帶閱讀機、磁帶錄音機和磁盤驅動器。數控機床的特點能加工復雜型面（復雜型面模具、整體渦輪。發(fā)動機葉片）可獲得更高的精度和穩(wěn)定的質量具有高的生產率具有廣泛的適應性和較大的靈活性一機多用加速流動資金的周轉，提高了經濟效益改善生產環(huán)境，減輕操作者的勞動強度可實現(xiàn)較精確的成本核算和生產進度安排1.1數控技術與數控機床按控制系統(tǒng)分類：

點位控制類、直線控制類、輪廓控制類按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：

開環(huán)伺服驅動類、全閉環(huán)伺服驅動類、半閉環(huán)伺服驅動類按數控系統(tǒng)類型分類：硬件式數控（NC）、軟件式數控（CNC）按加工方式分類：金屬切削類、金屬形成類、特種加工類、其他類型按功能水平分類：低檔經濟類、中檔類、高檔類返回1.2數控機床的分類點位控制僅能實現(xiàn)相對于工件從一點到另一點的精確定位運動對軌跡不做控制要求刀具運動過程中不進行任何加工返回1.2數控機床的分類直線控制可實現(xiàn)從一點到另一點地準確定位直線運動運動軌跡必須是直線可控制位移速度具有刀具半徑補償,長度補償和主軸轉速控制功能返回1.2數控機床的分類輪廓控制具有控制幾個進給軸同時諧調運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數控系統(tǒng)。返回1.2數控機床的分類開環(huán)伺服驅動系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性好；無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統(tǒng)和機械傳動機構的性能和精度；具結構簡單、工作穩(wěn)定、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點。返回1.2數控機床的分類返回1.2數控機床的分類全閉環(huán)伺服驅動系統(tǒng)采用反饋結構，從理論上講，可消除整個驅動及傳動環(huán)節(jié)的誤差和間隙，有很高的位置控制精度。機械環(huán)節(jié)如絲杠副等是非線性結構，故系統(tǒng)穩(wěn)定性差，系統(tǒng)設計和調整都很困難。返回1.2數控機床的分類半閉環(huán)伺服驅動系統(tǒng)可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性介于開環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)之間。其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可進行誤差補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數控系統(tǒng)結構簡單、調試方便、精度也較高。返回1.2數控機床的分類按數控系統(tǒng)類型分類硬件式數控（NC）1、數控的輸入控制、插補運算、控制功能等由集成電路組成；

2、需要設計專用的邏輯電路；

3、通用性、靈活性較差。軟件式數控（CNC)1、采用大規(guī)模、超大規(guī)模的集成的電路芯片組成；

2、硬件可以通用，只需涉及不同軟件。切削加工類：數控銑床、數控車床、數控磨床、加工中心、數控齒輪加工機床、FMC等。成型加工類：數控折彎機、數控彎管機、數控壓力機等。特種加工類：數控線切割機、電火花加工機、激光加工機等。其它類型