数字控制技术与数控机床1.ppt

1、数字控制技术与数控机床数字控制技术与数控机床主讲：于涛第一章第一章 概述概述n n数控机床简介数控机床的产生及其重要性数控机床的产生及其重要性 n n数字控制机床，是为了解决单件、小批量、特数字控制机床，是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的求而产生的 。n n19521952年，年，MITMIT伺服机构研究所用实验室制造的伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和新新那提（控制装置和新新那提（Cincinnati Cincinnati HydrotelHydrotel）公）公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，司

2、的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。数控加工技术的序幕。n n数控机床是综合应用了微电子、计算机、数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动控制、自动检测以及精密机械等技自动控制、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的完全新型的术的最新成果而发展起来的完全新型的机床，它标志着机床工业进入了一个新机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段。的阶段。n n数控技术的发展非常迅速，使制造技术数控技术的发展非常迅速，使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的发生了根本性的变化，几乎所有品种的

3、机床都实现了数控化。机床都实现了数控化。n n数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产率、稳定技术。应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的快产品的开发和更新换代，提高企业对

4、市场的适应能力并提高企业综合经济效益。适应能力并提高企业综合经济效益。n n数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。术。数控机床应用范围及特点数控机床应用范围及特点 n n目前的数控加工主要应用于以下两个方面：目前的数控加工主要应用于以下两个方面：常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等，其目常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等，其目的在于：提高加工效率，避免人为误差，保证产品的在于：提高加工效率，避免人为误差，保证产品质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩短产品制造周期，适应市场需求。短产品制造周期

5、，适应市场需求。另一方面的应用是复杂形状零件加工，如模具型腔、另一方面的应用是复杂形状零件加工，如模具型腔、涡轮叶片等，该类零件在众多的制造行业中具有重涡轮叶片等，该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机产要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机产品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。n n数控机床在机械制造领域中得到日益广泛的应数控机床在机械

6、制造领域中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：用，是因为它具有如下特点：高柔性高柔性 生产效率高生产效率高 加工精度高、加工质量稳定可靠加工精度高、加工质量稳定可靠 自动化程度高自动化程度高 能完成复杂型面的加工能完成复杂型面的加工 有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化 n n数控机床的基本工作原理 数控机床的基本工作原理数控机床的基本工作原理 n n国家标准国家标准GB8129GB812919871987将数控（将数控（Numerical Numerical ControlControl）定义为：用数字化信号对机床运动及）定义为：用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种

7、方法。其加工过程进行控制的一种方法。n n国际信息处理联盟国际信息处理联盟IFIPIFIP（International International Federation of Information ProcessingFederation of Information Processing）将数控）将数控机床定义为：数控机床是一种装有程序控制系机床定义为：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，机床的运动和动作按照这种程序控统的机床，机床的运动和动作按照这种程序控制系统发出的由特定代码和符号编码组成的指制系统发出的由特定代码和符号编码组成的指令进行。这种程序控制系统称之为机床的数控令进行。这种

8、程序控制系统称之为机床的数控系统。系统。CNC系统框图系统框图 数控机床加工零件时，首先应编制零件的数控机床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入到数控装置，再由数控装置数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其他辅的启、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺

9、序、助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。尺寸与精度符合要求的零件。普通机床与NC机床普通机床具有手动加工和机动加工具有手动加工和机动加工功能，加工过程全部由功能，加工过程全部由人人工干预工干预。主传动和进给传动一般采主传动和进给传动一般采用用三相交流异步电动机三相交流异步电动机，由由变速箱变速箱实现多极变速以实现多极变速以满足工艺要求，机床满足工艺要求，机床传动传动链长链长。加工过程加工过程中，必须由人工中，必须由人工不断地进行测量不断地进行测量，保证工，保证工件的加工精度。件的加工精度。普通机床

10、与NC机床NC 机床具有手动加工（电手轮）、具有手动加工（电手轮）、机动加工和机动加工和控制程序自动控制程序自动加工功能加工功能，加工过程一般，加工过程一般不需人工干预不需人工干预。具有具有CRTCRT屏幕显示功能，屏幕显示功能，自自动报警显示动报警显示功能。普通机功能。普通机床不具备此功能。床不具备此功能。主传动和进给传动采用主传动和进给传动采用直直流或交流无级调速伺服电流或交流无级调速伺服电动机动机。一般。一般没有没有主轴主轴变速变速箱箱和进给变速箱，和进给变速箱，传动链传动链短短。普通机床与NC机床NC 机床具有工件测量系统。加具有工件测量系统。加工过程中不需进行工件工过程中不需进行工件

11、尺寸的人工测量。尺寸的人工测量。CNC机床与普通机床最显著的区别当加工对象（工件）改变，CNC机床只需改变加工程序（应用软件），而不需对机床作较大的调整，就能加工出各种不同的工件。普通机床与NC机床数控机床的组成 n n数控程序和控制介质数控程序和控制介质 n n输入装置输入装置 n n数控装置（数控装置（CNCCNC单元）单元）n n通讯通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAMCAD/CAM的集成、的集成、FMSFMS

12、和和CIMSCIMS的基本技术。采用的方式有：的基本技术。采用的方式有：n n串行通讯（串行通讯（RS-232RS-232等串口）、等串口）、n n自动控制专用接口和规范（自动控制专用接口和规范（DNCDNC方式，方式，MAPMAP协议等）协议等）n n网络技术（网络技术（internetinternet，LANLAN等）。等）。CNCCNC装置装置(CNC(CNC单元单元)n n组成：计算机系统、位置控制板、组成：计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板，通讯接接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。n n作用：根据输入的零件加工程序进行相

13、应的处理（如运作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和伺服单元、驱动装置和PLCPLC等等)，所有这些工作是由所有这些工作是由CNCCNC装置内硬件和软件协调配合，合装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNCCNC装置装置是是CNCCNC系统的核心系统的核心伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置n n伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置 主轴伺服

14、驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机 进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机n n测量装置测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。n n作用作用 保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNCCNC装置指令：装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）n n 机床的机械部件机床的机械部件 机床：机床：机床：机床：数控机床的主体，是实

15、现制造加工数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。的执行部件。组成：组成：组成：组成：由主运动部件、进给运动部件（工由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。装置（如排屑装置等）。数控机床的分类按工艺用途分类按工艺用途分类普通数控机床、加工中心、金属成形类数控机床、数控特种加工机床、普通数控机床、加工中心、金属成形类数控机床、数控特种加工机床、普通数控机床、加工中心、

16、金属成形类数控机床、数控特种加工机床、普通数控机床、加工中心、金属成形类数控机床、数控特种加工机床、其他类型数控机床其他类型数控机床其他类型数控机床其他类型数控机床按运动方式分类按运动方式分类点位控制、直线控制、轮廓控制点位控制、直线控制、轮廓控制点位控制、直线控制、轮廓控制点位控制、直线控制、轮廓控制按伺服机构的控制方式分类按伺服机构的控制方式分类开环控制、闭环控制、半闭环控制开环控制、闭环控制、半闭环控制开环控制、闭环控制、半闭环控制开环控制、闭环控制、半闭环控制分类分类按加工方式进行数控机床的分类金属切削类机床车、加工中心、钻、磨、镗。车、加工中心、钻、磨、镗。金属成型类机床数控折弯机、数控回转头压力机数控折弯机、数控回转头压力机数控特种加工机床数控线切割机床、数控电火花加数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床工机床、数控激光切割机床其它类型数控三坐标测量机数控三坐标测量机分类分类点位控制系统这类控制方式只要求控制这类控制方式只要求控制刀具从一点移到另一点的刀具从一点移到另一点的准确位置，而对运动轨迹准确位置，而对运动轨迹原则上不加控制。原则上不加控制。数控机床在刀