数字控制机床.ppt

1、数字控制机床李斌李斌华中理工大学机械科学与工程学院工程信息与智能技术研究所教材与参考书教 材：&廖效果，朱启逑数字控制机床廖效果，朱启逑数字控制机床 华中理工大学出版社华中理工大学出版社 武汉，武汉，19921992 参考书：&毕毕承承恩恩，丁丁乃乃健健现现代代数数控控机机床床机机械械工工业业出出版版社社 北京，北京，199419942022/11/102数字控制机床教学方法与考核方式教学方法教学方法+课堂教学课堂教学 +实验教学实验教学+自自 学学考核方式考核方式+考考 试（试（70%70%）+平时成绩（平时成绩（20%20%）,作作 业业,课堂提问课堂提问 +实验报告（实验报告（10%10

2、%）2022/11/103数字控制机床2022/11/104数字控制机床第一章 概述 内容提要：内容提要：本章主要介绍数控技术、数控机床的基本概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床的应用范围及发展动向。2022/11/105数字控制机床第一节 数控技术与数控机床l l自从本世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。l l现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；2022/11/106数字控制机床l l数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；以它为基

3、础的相关产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其技术水平高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。l l专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。2022/11/107数字控制机床一、数字控制与数控技术数字控制与数控技术l l数数数数字字字字控控控控制制制制（Numerical Numerical Control Control NCNC）是是一一种种借借助助数数字字、字字符符或或其其它它符符号号对对某某一一工工作作过过程程（如如加加工工、测测量量、装装配配等等）进进行行可可编编程程控控制的自动化方法。制的自动化方法。l l数数数数控控控控

4、技技技技术术术术（Numerical Numerical Control Control TechnologyTechnology）采采用用数数字字控控制制的的方方法法对对某某一一工工作过程实现自动控制的技术。作过程实现自动控制的技术。2022/11/108数字控制机床l l数控机床数控机床数控机床数控机床（Numerical Control Machine Numerical Control Machine ToolsTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。的例

5、子。l l数控系统数控系统数控系统数控系统（Numerical Control SystemNumerical Control System）实现实现数字控制的装置。数字控制的装置。l l计算机数控系统计算机数控系统计算机数控系统计算机数控系统（Computer Numerical Computer Numerical Control CNC Control CNC）以计算机为的核心数控系统。以计算机为的核心数控系统。2022/11/109数字控制机床、数控系统与数控机床的组成、数控系统与数控机床的组成 机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数 控装

6、 置操作面板PLC图1 CNC机床的组成计算机数控计算机数控(CNC)系统系统机机 床床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备2022/11/1010数字控制机床操作面板操作面板l l操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。流的工具。l l组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。键盘一样）和显示器；。l l它是数控机床特有的部件。它是数控机床特有的部件。2022/11/1011数字控制机床 控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备l l控制介质控制介质

7、控制介质控制介质是记录零件加工程序的媒介是记录零件加工程序的媒介l l输入输出设备输入输出设备输入输出设备输入输出设备是是CNCCNC系统与外部设备进行交互装置。系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入在控制介质上的零件加工程序输入CNCCNC系统或将调试系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。的控制介质上。l l数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1 1：2022

8、/11/1012数字控制机床表表1 1 控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表2022/11/1013数字控制机床l l通通讯讯 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CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：+串行通讯（串行通讯（RS-232RS-232等串口）、等串口）、+自自动动控控制制专专用用接接口口和和规规范范（DNCDNC方方式式，MAPMAP协议等）协议等）+网络技术（网络技术（internetinternet，LANLAN等）。等）。2022/11/1014数字控制机床 CNC装置装置(

9、CNC单元)l l组组组组成成成成：计计算算机机系系统统、位位置置控控制制板板、PLCPLC接接口口板板，通通讯讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。l l作作作作用用用用：根根据据输输入入的的零零件件加加工工程程序序进进行行相相应应的的处处理理（如如运运动动轨轨迹迹处处理理、机机床床输输入入输输出出处处理理等等），然然后后输输出出控控制制命命令令到到相相应应的的执执行行部部件件(伺伺服服单单元元、驱驱动动装装置置和和PLCPLC等等)，所所有有这这些些工工作作是是由由CNCCNC装装置置内内硬硬件件和和软软件件协协调调配配合合，合合理理组组织织，使

10、使整整个个系系统统有有条条不不紊紊地地进进行行工工作作的的。CNCCNC装置是装置是CNCCNC系统的核心。系统的核心。2022/11/1015数字控制机床 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l l伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置+主轴伺服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l l测量装置测量装置测量装置测量装置 l l位位置置和和速速度度测测量量装装置置。以以实实现现进进 给给伺伺服服系系统统的的闭环控制。闭环控制。l l作用作用作用作用 保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、

11、准确地跟踪CNCCNC装置指令：装置指令：+进进给给运运动动指指令令，实实现现进进给给轴轴的的成成形形运运动动（速速度度和和位位置置控制）。控制）。+主轴运动指令，以实现主轴的切削运动（速度控制）主轴运动指令，以实现主轴的切削运动（速度控制）2022/11/1016数字控制机床PLC、机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置l lPLC PLC(Programmable Programmable Logic Logic Controller)Controller)：用用于于控控制制机机床床顺顺序序动动作作，完完成成与与逻逻辑辑运运算算有有关关的的开开关关量量I/OI/O控控制制，它它由由硬硬件

12、和软件组成；件和软件组成；l l机机机机床床床床I/OI/OI/OI/O电电电电路路路路和和和和装装装装置置置置：实实现现开开关关量量I/OI/O控控制制的的执执行行部部件件，即即由由继继电电器器、电电磁磁阀阀、行行程程开开关关、接接触触器器等等电电器器组组成成的的逻辑电路；逻辑电路；2022/11/1017数字控制机床l l功能：功能：+接受接受CNCCNC的的MM、S S、T T指令，对其进行译码并转换成对指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作动作+接受操作面板和机床侧的接受操作面板和机床侧的I/OI/O信号

13、，送给信号，送给CNCCNC装置，装置，经其处理后，输出指令控制经其处理后，输出指令控制CNCCNC系统的工作状态和系统的工作状态和机床的动作机床的动作。2022/11/1018数字控制机床 机床机床l l机床是数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。机床是数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。l l组组组组成成成成：由由主主运运动动部部件件、进进给给运运动动部部件件（工工作作台台、拖拖板板以以及及相相应应的的传传动动机机构构）、支支承承件件（立立柱柱、床床身身等等）以以及及特特殊殊装装置置（刀刀具具自自动动交交换换系系统统 工工件件自自动动交交换换系系统统）和辅助装置（如排屑装置等）。

14、和辅助装置（如排屑装置等）。2022/11/1019数字控制机床 第二节 数控机床的分类 数控机床的种类很多，通常可以从以数控机床的种类很多，通常可以从以 下不同角度来对其分类：下不同角度来对其分类：2022/11/1020数字控制机床、按工艺用途分类按工艺用途分类l l切切切切削削削削加加加加工工工工类类类类：如如数数控控铣铣床床、数数控控车车床床、数数控控磨磨床床、加加工中心、数控齿轮加工机床、工中心、数控齿轮加工机床、FMCFMC等。等。l l成型加工类：成型加工类：成型加工类：成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。数控折弯机、数控弯管机等。l l特特特特种种种种加加加加工工工工类类类类

15、：数数控控线线切切割割机机、电电火火花花加加工工机机、激激光光加加工机等。工机等。l l其它类型：其它类型：其它类型：其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。数控装配机、数控测量机、机器人等。2022/11/1021数字控制机床、按控制功能分类按控制功能分类l l点位控制数控系统点位控制数控系统点位控制数控系统点位控制数控系统+仅仅能能实实现现刀刀具具相相对对于于工工件件从从一一点点到到另另一一点点的的精精确确定定位运动；位运动；+对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；+运动过程中不进行任何加工。运动过程中不进行任何加工。+适适适适用用用用范范范范围围围围：数数控控钻钻床床、数数控控镗镗

16、床床、数数控控冲冲床床和和数数控控测量机。测量机。2022/11/1022数字控制机床2022/11/1023数字控制机床l轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统+轮轮轮轮廓廓廓廓控控控控制制制制(连连连连续续续续控控控控制制制制)系系系系统统统统：具具有有控控制制几几个个进进给给轴轴同同时时谐谐调调运运动动(坐坐标标联联动动)，使使工工件件相相对对于于刀刀具具按按程程序序规规定定的的轨轨迹迹和和速速度度运运动动，在在运运动动过过程程中中进进行行连连续续切切削削加加工工的的数数控控系统。系统。+适适适适用用用用范范范范围围围围：数数控控车车床床、数数控控铣铣床床、加加工工中中心心等等用用于于加加工工曲曲线线和和曲曲面面的的机机床床。现现代代的的数数控控机机床床基基本本上上都都是是装装备备的的这种数控系统。这种数控系统。2022/11/1024数字控制机床+按联动轴数分，可分为按联动轴数分，可分为2 2轴联动、轴联动、3 3轴联动、轴联动、4 4轴联动、轴联动、5 5轴联动及轴联动及6 6轴联动数控系统。联动轴数越多数控系统轴联动数控系统。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。的控制算法就越