机床数控技术讲义(1).ppt

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机床数控技术机床数控技术李晓雪L华东理工大学机械与动力工程学院第一章第一章机床数控技术概述机床数控技术概述机床数控技术：

基于数字化信息的应用于数机床数控技术：

基于数字化信息的应用于数控机床的自动控制技术。

控机床的自动控制技术。

数控机床：

数控机床：

数控机床的机械结构数控机床的机械结构数控机床的数控技术数控机床的数控技术数控机床的机械结构：

精密机械数控机床的数控技术：

自动控制技术的分支。

自动控制技术是指利用模拟电路、数字电路或微处理器实现自动的连续过程控制与逻辑顺序控制的技术。

一、数控机床原理一、数控机床原理l数控技术即数字控制（数控技术即数字控制（NC）技术技术是指用是指用数字化信息实现对控制对象自动化控制的数字化信息实现对控制对象自动化控制的技术。

技术。

l计算机数控（计算机数控（CNC）技术技术是指利用计算是指利用计算机实现的数控技术。

机实现的数控技术。

l基于计算机数控技术的自动化机床称为计基于计算机数控技术的自动化机床称为计算机数控机床。

数控机床是典型的机电一算机数控机床。

数控机床是典型的机电一体化产品。

体化产品。

数字量、数字化信息数字量、数字化信息l数字量的数学意义：

1、0（二进制数）l数字量的物理意义：

高电平、低电平TTL电平：

高电平2.4V5V、低电平00.8Vl数字化信息：

一连串的二进制数据，用于表达指令、数值、符号等信息。

l数字化信息的特点：

高速、可靠、可编程l数字化信息的实现基础：

超大规模集成电路与微型计算机。

数字化信息与自动控制数字化信息与自动控制l开关式的逻辑控制与顺序控制数学上数字量与开关量是一致的，物理上的区别是驱动能力不同，通过配置功率开关（继电器等），所以数字电路可以很方便地实现开关式的逻辑控制与顺序控制。

l连续的模拟量过程控制数学上数字量在数值上是离散的在时间上是断续的，但物理上可以用足够细微的离散的、足够密集的断续的数字量逼近连续的模拟量，通过配置功率放大器，所以利用数字电路同样可以实现模拟量的自动过程控制。

机械凸轮控制器机械凸轮控制器查表运算/顺序控制凸轮电子凸轮控制器电子凸轮控制器离线编程在线编程数字量与模拟量数字量与模拟量数控机床与传统的普通机床数控机床与传统的普通机床基于数字控制的数控机床具有普通机基于数字控制的数控机床具有普通机床无法比拟的优越性能：

床无法比拟的优越性能：

l普通机床：

普通机床：

集中驱动、各运动轴的运动关系固定、庞大的传动部件、繁复的切换操作；l数控机床：

数控机床：

独立驱动、各运动轴的运动任意可调、机械结构简单可靠、操作简单、加工质量稳定。

数控机床的应用特点数控机床的应用特点l灵活、适应性强l可完成复杂型面的加工l生产效率高（复杂零件）l加工精度高、加工质量稳定l工序集中、一机多用l操作简单，避免人为因数对质量的影响l实现柔性自动化制造的基础l成本高、维修困难数控机床的基本技术路线数控机床的基本技术路线l获得某种可以根据输入的数字信息（指令）改变其输出运动参数（位移、速度等）的动力单元。

（伺服驱动（伺服驱动）电动机电动机驱动器驱动器电源（电能）电源（电能）数字数字指令指令动力动力运动运动（机械能）（机械能）l机床每个运动方向（轴）均由一个这样的动力单元驱动。

l由计算机根据加工图纸计算确定机床各轴的运动关系，输出控制指令，使各轴的运动合成加工轨迹。

（插补）（插补）数控机床的伺服驱动数控机床的伺服驱动脉冲个数决定执行机构的脉冲个数决定执行机构的位移、脉冲信号频率决定位移、脉冲信号频率决定执行机构的位移。

执行机构的位移。

数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统数控机床的运行控制数控机床的运行控制控制目的：

控制目的：

通过进给速度控制与插补运算获得满足零件加工的加工轨迹。

插补脉冲：

进给速度插补输出：

运动合成二、数控机床的组成二、数控机床的组成输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床辅助伺服电机速度控制单元工作台位置检测反馈装置CNC系统：

稳定性与可靠性系统：

稳定性与可靠性机械主体：

性能优越机械主体：

性能优越数控机床的组成特点数控机床的组成特点lCNC系统（系统（MPU+PLC）：

稳定性与可靠性：

稳定性与可靠性计算机：

计算机：

提供人机界面（图形、数据显示、参数输入、故障诊断、状态显示）、运算（刀具补偿、插补运算、速度处理、位置控制等）以及与外部设备的通讯。

PLC：

实现对数控系统中开关量的逻辑运算、联锁控制。

接口：

接口：

系统内部各输入输出设备间及与上位机通讯接口。

l检测与伺服执行装置：

精确、高速、稳定检测与伺服执行装置：

精确、高速、稳定l机床的机械主体：

机床的机械主体：

结构件：

结构件：

刚度高、抗振、热变形小运动副：

运动副：

间隙小、摩擦系数小三、数控机床的分类三、数控机床的分类l按运动方式：

点位控制或位置控制与轮廓控制l按控制方式：

开环控制与闭环控制、半闭环控制与开环补偿型控制l按加工方式：

切削、板金、电火花、激光、测量l按功能水平：

高档/中档/低档联动轴数、分辨力、加工速度、通讯能力点位控制与直线控制点位控制与直线控制轮廓（连续）控制轮廓（连续）控制二轴联动加工示意二轴半联动加工示意轮廓（连续）控制轮廓（连续）控制三轴联动加工示意四轴联动数控机床轮廓（连续）控制轮廓（连续）控制五轴联动数控机床开环控制与闭环控制系统开环控制与闭环控制系统半闭环控制系统半闭环控制系统不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，半闭环控制系统结构简单、调试方便、精度也较高；若对这类误差进行补偿，可获得满意的精度。

在现代数控机床中得到了广泛应用。

四、数控机床的适用范围四、数控机床的适用范围l批量小而又多次重复生产的零件；l几何形状复杂的零件；l贵重零件加工；l需要全部检验的零件；l试制件。

五、数控机床的产生发展概况五、数控机床的产生发展概况l原因社会生产发展（军备竞赛的产物）l目的解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题l时间NC：

1948研究开发1952（真空管）、1959（晶体管）、1965（集成电路）CNC：

1970微处理器出现，1974（CNC）六、数控机床的发展趋势六、数控机床的发展趋势l高速、高精度、高可靠性l自动编程技术l通讯能力l智能化l开放化国内的数控机床发展现状：

国内的数控机床发展现状：

经济型数控；普及应用；数控技术人才培养；高新技术经济型数控；普及应用；数控技术人才培养；高新技术跟踪；个别技术领域有突破，并具有自主知识产权。

跟踪；个别技术领域有突破，并具有自主知识产权。

七、数控机床与自动化制造技术七、数控机床与自动化制造技术CNC：

数控机床，自动化制造系统的基础MC：

加工中心CNC+刀库，可实现一次装夹多工序加工FMC：

柔性制造单元MC+多工位托板或机器人工件库FMS：

柔性制造系统多台数控设备+传输系统，以完成零件族的加工CIMS：

计算机集成制造系统生产调度、信息管理+自动化设计、制造技术并行工程、精良生产、敏捷制造、虚拟制造FMCFMCFMSCIMS八、本课程重点八、本课程重点l数控机床的编程方法数控机床的编程方法数控机床的自动控制方式和控制任务？

lCNC装置及其接口装置及其接口功能与任务分配？

硬件与软件结构？

l插补、刀补、进给速度控制插补、刀补、进给速度控制如何控制各轴的运动，获得走刀轨迹及走刀速度？

l伺服驱动系统伺服驱动系统数字信号如何控制驱动元件？