数控第5章.ppt
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机床设备数控机床设备数控课程主要内容及考核课程主要内容及考核教材：
教材：
机械设备电气与数字控制机械设备电气与数字控制、黄义、黄义源主编、中央广播电视大学出版社源主编、中央广播电视大学出版社学时：
学时：
32学时学时授课内容：
第授课内容：
第5、6、7章及第章及第8章部分章部分考勤与作业考勤与作业:
缺课和缺交作业缺课和缺交作业1/3不得参加考试不得参加考试考核：
考试考核：
考试+平时平时第五章第五章数字控制系统的硬件组成数字控制系统的硬件组成5-1数控技术的基本概念数控技术的基本概念一、数控技术概念一、数控技术概念1.什么是数控技术？
什么是数控技术？
数控技数控技术术是数字控制（是数字控制（NCNC，NumericalNumericalControlControl）技术）技术的简称，是用数字化的信息的简称，是用数字化的信息对对机械运机械运动动和工作和工作过过程程进进行控行控制的技制的技术术。
2.2.什么是数控装备？
什么是数控装备？
数控装数控装备备是指应用数控技术对工作机械的过程进行控制是指应用数控技术对工作机械的过程进行控制的装备，的装备，是以数控技是以数控技术为术为代表的新技代表的新技术对传统术对传统制造制造产业产业和和新新兴兴制造制造业业渗透形成的机渗透形成的机电电一体化一体化产产品，即所品，即所谓谓的数字化的数字化装装备备。
最典型的数控装备是数控机床（。
最典型的数控装备是数控机床（NumericalNumericalControlledMachinetools）ControlledMachinetools）数控技术应用最早、最成功的应用行业是制造业，数控技术应用最早、最成功的应用行业是制造业，最典型的代表是最典型的代表是数控机床数控机床。
现在数控技术已广泛应用于国民经济各行业（如现在数控技术已广泛应用于国民经济各行业（如轻工、农业、能源、交通、材料、医疗、环保、轻工、农业、能源、交通、材料、医疗、环保、信息、国防工业等）的信息、国防工业等）的生产装备和成套技术装备生产装备和成套技术装备。
例如制造行业（工业机器人等）、医疗诊断治疗设备例如制造行业（工业机器人等）、医疗诊断治疗设备（CT机、机、刀治疗机的等）、电子制造行业（键合机、光刀治疗机的等）、电子制造行业（键合机、光刻机的等）、轻工行业（多色印刷机、木工机械等）都是刻机的等）、轻工行业（多色印刷机、木工机械等）都是各行业典型的数控装备。
各行业典型的数控装备。
数字控制和装备数字控制和装备技技术综术综合很多技合很多技术领术领域：
域：
l
（1）机械制造技机械制造技术术；l
（2）信息信息处处理、加工、理、加工、传输传输技技术术；l（3）自自动动控制技控制技术术；l（4）伺服伺服驱动驱动技技术术；l（5）传传感器技感器技术术；l（6）软软件技件技术术等。
等。
数控车床数控车床数控铣床数控铣床数控龙门铣床数控龙门铣床数控卧式加工中心数控卧式加工中心五轴数控加工中心五轴数控加工中心五轴数控加工中心五轴数控加工中心二、数控发展历史二、数控发展历史l19481948年，美国帕森（年，美国帕森（ParsonsParsons）公司在研制加工直）公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院（MITMIT）的协助下，于）的协助下，于19521952年研制成功了世界上第年研制成功了世界上第一台三坐标直线插补且连续控制的立式数控铣床。
一台三坐标直线插补且连续控制的立式数控铣床。
l我国于我国于19581958年由清华大学和北京第一机床厂合作年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。
研制了我国第一台数控铣床。
数控发展历史数控发展历史第一代：
第一代：
电子管数控系统，电子管数控系统，1952年年MIT研制出世界研制出世界上第一台基于电子管和继电器的机床数控装置，成上第一台基于电子管和继电器的机床数控装置，成功用于三轴立式铣床。
功用于三轴立式铣床。
第二代：
第二代：
20世纪世纪50年代末，晶体管数控系统。
年代末，晶体管数控系统。
第三代：
第三代：
1965年，集成电路数控系统。
年，集成电路数控系统。
以上三代都属于以上三代都属于“硬连接硬连接”数控，系统功能主要由硬数控，系统功能主要由硬件实现，通称为普通数控系统（件实现，通称为普通数控系统（NC）数控发展历史数控发展历史第四代：
第四代：
1970年，小型计算机数控系统，开创了年，小型计算机数控系统，开创了计算机数控（计算机数控（CNC）新纪元。
）新纪元。
第五代：
第五代：
1974年，微型计算机数控系统，以微处年，微型计算机数控系统，以微处理器为核心构成的数控系统。
理器为核心构成的数控系统。
第六代：
第六代：
20世纪世纪80年代，年代，PC数控系统诞生，微处数控系统诞生，微处理器完成了从理器完成了从16位到位到32位的过渡，个人位的过渡，个人PC迅速发迅速发展。
展。
数控发展历史数控发展历史三、数控设备的基本组成三、数控设备的基本组成数控机床是由普通机床演变而来的。
它的控制采数控机床是由普通机床演变而来的。
它的控制采用计算机数字控制方式，它各个坐标方向的运动用计算机数字控制方式，它各个坐标方向的运动均采用单独的伺服电机驱动，取代了普通机床上均采用单独的伺服电机驱动，取代了普通机床上联系各坐标方向运动的齿轮传动链。
联系各坐标方向运动的齿轮传动链。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统机床机床检测反馈装置检测反馈装置控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统数控设备的基本组成数控设备的基本组成数控机床由五大组成部分数控机床由五大组成部分（数控技术数控技术，天津大学出版社天津大学出版社）：
信息输入信息输入、信息运算及信息运算及控制控制（数控装置）、（数控装置）、伺服驱动和位置检测伺服驱动和位置检测反馈反馈、机床本体机床本体和和机电接口机电接口。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成1、信息输入、信息输入u信息输入是将加工零件的程序、各种参数和信息输入是将加工零件的程序、各种参数和数据通过输入设备送到运算及控制部分。
数据通过输入设备送到运算及控制部分。
u输入方式有：
穿孔纸带、键盘输入（输入方式有：
穿孔纸带、键盘输入（MDI）、）、磁盘等，在现代的磁盘等，在现代的CAD/CAM系统中，可将计系统中，可将计算机辅助设计的结果及自动编程的程序加以算机辅助设计的结果及自动编程的程序加以后置处理，通过通讯接口直接输入数控装置。
后置处理，通过通讯接口直接输入数控装置。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成2、信息运算及控制（数控装置）、信息运算及控制（数控装置）u信息运算及控制实际上是由信息运算及控制实际上是由CPU、存储器存储器、总线总线、功能部件功能部件和相应和相应软件软件组成的一种专用组成的一种专用的控制微机，能进行轨迹插补运算和刀具补的控制微机，能进行轨迹插补运算和刀具补偿运算，并根据曲线的不同情况，计算每时偿运算，并根据曲线的不同情况，计算每时每刻各个坐标方向的分量。
用这些分量去驱每刻各个坐标方向的分量。
用这些分量去驱动各坐标方向的伺服电机作进给运动，完成动各坐标方向的伺服电机作进给运动，完成各个坐标的协调动作。
各个坐标的协调动作。
u这一部分是整个数控系统的核心，决定了机这一部分是整个数控系统的核心，决定了机床数控系统功能的强弱。
床数控系统功能的强弱。
“大脑大脑”数控设备的基本组成数控设备的基本组成3、伺服驱动和位置检测反馈、伺服驱动和位置检测反馈u伺服驱动部分接受计算机运算处理的结果，伺服驱动部分接受计算机运算处理的结果，经过驱动电路将信号进行转换、放大驱动各经过驱动电路将信号进行转换、放大驱动各个坐标的伺服电动机；并随时检测运动件个坐标的伺服电动机；并随时检测运动件（伺服电动机或工作台）的实际运动情况，（伺服电动机或工作台）的实际运动情况，进行严格的速度和位置反馈控制。
进行严格的速度和位置反馈控制。
u这一部分影响数控机床的动态特性和轮廓的这一部分影响数控机床的动态特性和轮廓的加工精度，好似人的加工精度，好似人的“四肢四肢”。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成4、机床本体、机床本体u在计算机的控制下，完成规定的操作。
含主在计算机的控制下，完成规定的操作。
含主运动运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。
部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。
特点：
特点：
传动链短，结构简单。
传动链短，结构简单。
刚度高、阻尼小、耐磨、刚度高、阻尼小、耐磨、热变形性能好。
热变形性能好。
无级变速。
无级变速。
高效传动件：
直线滚动导轨、高效传动件：
直线滚动导轨、滚珠丝杠螺母副等。
滚珠丝杠螺母副等。
新结构：
刀库机械手、自动主轴、动新结构：
刀库机械手、自动主轴、动力刀架、交换工作台、高性能的排屑冷却防护机构等等。
力刀架、交换工作台、高性能的排屑冷却防护机构等等。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成5、机电接口、机电接口u为辅助控制部分，控制其它部件的工作。
如：
为辅助控制部分，控制其它部件的工作。
如：
数控车床上刀架的自动回转，加工中心上刀数控车床上刀架的自动回转，加工中心上刀库的自动换刀，冷却液的开、停，各坐标的库的自动换刀，冷却液的开、停，各坐标的行程限位，机床的急停，循环启动，各离合行程限位，机床的急停，循环启动，各离合器的开、合，电磁铁的的通断等，这些属于器的开、合，电磁铁的的通断等，这些属于开关量控制，一般采用开关量控制，一般采用PLC来实现。
来实现。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成数控机床的工作原理：
数控机床的工作原理：
将加工零件的几何信息和工艺信息编制将加工零件的几何信息和工艺信息编制成程序，由输入部分送入计算机，经过计成程序，由输入部分送入计算机，经过计算机的处理、运算，按各坐标轴的送到各算机的处理、运算，按各坐标轴的送到各轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动；并进行反馈控服电动机，带动各轴运动；并进行反馈控制，使各轴精确走到要求的位置。
制，使各轴精确走到要求的位置。
数控设备的基本组成数控设备的基本组成主轴电机主轴电机带制动器伺服电机带制动器伺服电机伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机机械手旋转定位电机机床本体机床本体数控装置数控装置四、数控设备的分类四、数控设备的分类u按工艺用途分类按工艺用途分类u一般数控机床：
一般数控机床：
与相应的普通机床相比，性能更好，功能与相应的普通机床相比，性能更好，功能更强，可以高效率、高质量加工出形状更为复更强，可以高效率、高质量加工出形状更为复杂的零件。
杂的零件。
u数控加工中心：
数控加工中心：
在数控机床上加装一个刀库和自动换刀装在数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置组成。
在一台机床上，一次装夹工件，可以置组成。
在一台机床上，一次装夹工件，可以完成多道工序的加工。
以镗铣床为主，主要加完成多道工序的加工。
以镗铣床为主，主要加工箱体类零件。
工箱体类零件。
数控设备的分类数控设备的分类u多坐标数控机床：
多坐标数控机床：
联动轴数大于联动轴数大于3，如五轴联动控制：
，如五轴联动控制：
x、y、z轴和工作台回转、刀具的摆动可以同时联动。
轴和工作台回转、刀具的摆动可以同时联动。
数控设备的分类数控设备的分类u按数控机床的运动轨迹分类按数控机床的运动轨迹分类u点位控制数控机床：
点位控制数控机床：
控制机床移动部件从一个位置点精确移动控制机床移动部件从一个位置点精确移动到另一个位置点，移动过程中不进行任何切削到另一个位置点，移动过程中不进行任何切削加工
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