数控机床概述(上课用参考课件3)PPT课件下载推荐.ppt

1、受控设备包括机床行业的各种数控机床和其它行业的许多数控设备，如数控火焰切割机、电火花加工机、数控冲剪机、数控测量机等。装备了数控系统的机床叫数控机床，数控机床包含在数控设备中。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其它符号编码指令规定的程序。数控系统是一种控制系统，它能自动阅读输入载体上事先给定的数字值和指令，并将其译码、处理，从而自动地控制机床移动和加工零件。数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势 1）高速化）高速化 2）高精度化）高精度化 3）多功能化）多功能化 4）智能化）智能化 5）高可靠性）高可靠

2、性 6）综合自动化、集成）综合自动化、集成 1.2数控机床的特点及应用范围第1章数控机床概述数控机床的优点数控机床的优点对加工对象改型的适应性强。加工精度高。加工生产率高。减轻劳动强度、改善劳动条件。能加工复杂型面。有利于生产管理的现代化。可向更高级的制造系统发展。第第2章章 计算机数控系统及其应用计算机数控系统及其应用3.1 3.1 数字控制与计算机数字控制数字控制与计算机数字控制3.2 3.2 计算机数控（计算机数控（CNCCNC）系统）系统3.3 3.3 控制系统的工作原理控制系统的工作原理3.4 3.4 计算机数控装置的功能计算机数控装置的功能数字控制的含义数字控制的含义数字控制的概念

3、数字控制的概念 是在是在1951年由年由MIT提出。提出。NC与与CNC数字控制的含义数字控制的含义数字控制意味着控制数据是以数字的形式构成。给予的数字和字母代表几何和技术数据。NC与与CNCNC控制控制通过数字指示控制。采用硬接线逻辑电路的方法。NC程序通常是通过穿孔带读入的。灵活性差，使用很不方便，现已被淘汰。Numerical ControlNumerical ControlNC与与CNC数控系统（数控系统（CNC）控制）控制ComputerizedComputerized Numerical Control Numerical Control通过计算机进行数字控制。核心是一个或更多的可

4、编程的计算机。在计算机上可书写并且编辑NC程序，不需要准备一个新的穿孔带。灵活性和通用性很强。现多数采用。NC与与CNC数控机床的控制任务数控机床的控制任务实现刀具相对工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这是主要任务，由计算机数控装置完成。机床辅助机械动作的顺序控制。通常称强电逻辑控制。由PLC（可编程控制器）实现。内装型内装型独立型独立型NC与与CNCCNC系统框图系统框图主轴电机主轴电机机机 床床进给电机进给电机位置检测器位置检测器主轴控制单元主轴控制单元速度控制单元速度控制单元可编程控制器可编程控制器（PLC）计算机数字计算机数字控制装置控制装置（CNC装置）装置）输出设备输出设备输入设

5、备输入设备程序程序CNC系统系统CNC装置的硬件结构装置的硬件结构单单处理器系统框图处理器系统框图CNC系统系统CNC装置的硬件结构装置的硬件结构多微处理器共享总线结构框图多微处理器共享总线结构框图 CNC系统系统CNC系统软件系统软件CNC系统系统系统软件系统软件管理软件管理软件零件程序的零件程序的输入输出输入输出显示显示诊断诊断译码译码刀具补偿刀具补偿速度控制速度控制插补运算插补运算位置控制位置控制控制软件控制软件控制系统控制系统控制系统是指用于控制机床传动的设备和系统。这个控制取决于接收，传输和储存的信号。一个控制系统包括一个输入，处理和输出模块。控制系统工作原理控制系统工作原理NC程序

6、可通过手动方式或通过一个数据存储介质（磁盘，穿孔带）输入。系统译解NC程序并且将信息分解成所需的轨迹值（刀架的放置）并且执行。控制系统工作原理控制系统工作原理通过插补器控制同时沿着几个轴的移动（纵向或旋转）。不断计算刀架移动所需（设置）的位置，并且与反馈进行比较。这个设置位置的计算参照插补法，执行根据给定的规则。插补器控制系统工作原理控制系统工作原理每个轴需要自己的测量系统和进给驱动。测量系统将刀架的实际位置反馈给控制系统。控制系统工作原理控制系统工作原理设置/实际值比较器将插补器提供的设置值与从测量系统接收到的实际值进行比较。当实际值与设置值相等时，命令被输送到进给驱动电机。设置/实际值比较

7、器控制系统工作原理控制系统工作原理针对一个给定类型的设备，调整控制系统修订相适应的控制系统。它也协调路径与实际命令之间的关系，也就是说给定一个命令后控制系统等待设备的反馈，然后下一个命令被执行。调整控制系统计算机数控装置计算机数控装置计算机数控装置计算机数控装置计算机数控装置计算机数控装置CNC简介初步认识：初步认识：CNC装置是数控加工用专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控机床功能有关的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。输入输入译码、预处理译码、预处理插补插补位置控制位置控制电机电机CNC系统的主要工

8、作过程系统的主要工作过程1.正常工作前的准备工作在接通电源后，CNC装置将对数控系统及数控机床的各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初始状态。2.零件加工控制信息的输入CNC系统具备了正常工作条件后，开始输入零件加工程序、刀具长度补偿数值、刀具半径补偿数值以及工件坐标系原点相对机床原点的坐标值。3.数控加工程序的译码和预处理加工控制信息输入后，启动加工运行，此时CNC装置在系统控制程序的作用下，对数控程序进行预处理，即进行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。CNC系统的主要工作过程系统的主要工作过程4.插补计算一个程序段的加工控制信息预处理完毕后进行插补处理。所谓“插补”就是指在一条已

9、知起点和终点的曲线上进行数据点的密化。插补的任务就是根据进给速度的要求，在一段零件轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点，分别向各个坐标轴发出方向、大小和速度都确定的运动序列指令。5.位置控制各个坐标轴的伺服系统将插补结果作为各个坐标轴位置调节器的指令值，机床上位置检测元件测得的位移作为实际位置值。位置调节器将两者进行比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床坐标轴运动。通过各个坐标轴运动的合成，产生数控加工程序所要求的工件轮廓尺寸。CNC装置的功能及特点装置的功能及特点CNC装置采用了微处理器、存储器、接口芯片等，通过软件实现过去难以实现的许多功能，因此CNC装

10、置的功能要比过去的NC装置的功能丰富得多，更加便于适应数控机床的复杂控制要求。一、CNC装置的功能数控装置的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统的必备功能，选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。CNC装置的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助功能指令代码上。下面简要介绍以下CNC装置的功能。CNC装置的功能及特点装置的功能及特点 控制功能控制功能是指CNC装置能够控制的以及能够同时控制的轴数。控制功能是数控装置的主要性能指标之一。控制轴有移动轴和回转轴，基本轴和附加轴。控制轴数越多，特别是同时控制轴数越多，CNC装置的功能越强，同时CNC装置就越复杂，编制零件加工程

11、序也就越困难。准备功能准备功能也称G功能，用来指令机床动作方式的功能，包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环等指令。它用地址G和它后续的两位数字表示。ISO标准中，准备功能从G00G99共100种。CNC装置的功能及特点装置的功能及特点 插补功能CNC装置是通过软件进行插补计算，连续控制时实时性很强，计算速度很难满足数控机床对进给速度和分辨率的要求。因此实际的CNC装置插补功能被分为粗插补和精插补。进行轮廓加工的零件的形状，大部分是直线和圆弧构成，有的是由更复杂的曲线构成，因此有直线插补、圆弧插补、抛物线插补、极坐标插补、螺旋线插补、样条曲线插补等。实现插补

12、运算的方法有逐点比较法和数字积分法等。CNC系统中具有的插补功能有直线插补功能、圆弧插补功能、抛物线插补功能以及螺旋线插补功能等。直线和圆弧插补功能采用的插补算法一般为脉冲增量插补算法和数字增量插补（数据采样插补）算法。逐点比较法又称区域判别法或醉步式近似法。基本思想是被控制对象在数控装置的控制下，按要求的轨迹运动时，每走一步都要和规定的轨迹比较，根据比较的结果决定下一步的移动方向。逐点比较法可以实现直线和圆弧插补。逐点比较法的应用对象主要在两坐标开环CNC系统中应用。逐点比较法直线插补算法：判别函数及判别条件 如图所示，对XY平面第一象限直线段进行插补。直线段起点位于坐标原点O，终点位于A（

13、Xe,Ye）。设点P（Xi，Yi）为任一动点。若P点在直线OA上，则：XeYi XiYe =0 若P点在直线OA上方，则：XeYi XiYe 0 若P点在直线OA下方，则：XeYi XiYe 0时，加工点P落在直线上方；当F0时，应该向+X方向发一脉冲，使刀具向+X方向前进一步，以接近该直线。当F0做同样的处理，既都向+X方向发一脉冲。迭代法偏差函数F的推导为了减少计算量，通常采用迭代法计算偏差函数F:即每走一步，新加工点的偏差用前一点的偏差递推出来。F0时，应向+X发出一进给脉冲，刀具从现加工点（Xi,Yi）向+X方向前进一步，达到新加工点（Xi+1,Yi），则新加工点的偏差值为：Fi+1,

14、i=XeYi Xi+1Ye=XeYi （Xi+1）Ye =XeYi XiYe -Ye =F YeF0时，应向+Y发出一进给脉冲，刀具从现加工点（Xi,Yi）向+Y方向前进一步，达到新加工点（Xi+1,Yi），则新加工点的偏差值为：Fi+1,i=XeYi+1 XiYe=Xe（Yi+1）XiYe =XeYi XiYe+Xe =F+XeN偏差计算偏差判别坐标进给到达终点？插补结束Y插补开始逐点比较法工作循环图（4）插补步骤例题：设欲加工的直线位于XY平面的第一象限，直线的起点坐标为坐标原点，终点坐标为Xe=5，Ye=3。试用逐点比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。解 插补过程运算过程如下表所示，表中Xe，Ye是直线终点坐标，n为总步数，n=|Xe|+|Ye|=8。逐点比较法直线插补轨迹Y14X56OA（5,3）2378 固定循环加工功能 用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削、切螺纹等，所需完成的动作循环