数控技术第一章概论课件.ppt

1、第一章第一章 概概 论论第一节第一节 机床机床数控技术的基本概念数控技术的基本概念一、一、数控与数控机床数控与数控机床 1 1基本概念基本概念 数字控制（数字控制（NCNC）是以数字化信号对机构的运动）是以数字化信号对机构的运动 过程进行控制的一种方法。简称为数控（过程进行控制的一种方法。简称为数控（NCNC）。）。数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控技术，简称数控（数控技术，简称数控（NCNC），它是利用数字化的信息对机），它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。床运动及加工过程进行控制的一种方法。数控系

2、统（数控系统（Numerical Control SystemNumerical Control System）实现数字控制的装置。）实现数字控制的装置。数控机床（数控机床（Numerical Control Machine ToolsNumerical Control Machine Tools）指应用数）指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。控技术对加工过程进行控制的机床。计算机数控系统（计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC Computer Numerical Control CNC）以计算机为核心的数控系统。以计算机为核心的数控系统。返回课件首

3、页第一章第一章 概概 论论CNCCNC装置装置(CNC(CNC单元单元)CNCCNC装置是装置是CNCCNC系统的核心系统的核心组成：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，通接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理作用：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（如运动轨迹处理、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后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、伺服单元、驱动装置和驱动装置和PLCPLC等等)，所有这

4、些工作是由，所有这些工作是由CNCCNC装置装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统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。有条不紊地进行工作的。2 22 2用数控机床加工一个零件的过程见图用数控机床加工一个零件的过程见图1-11-1。零件图零件图 数控系统数控系统 机床机床 数控装置伺服系统加工程序图图1-1 1-1 数控机床的加工过程数控机床的加工过程第一章第一章 概概 论论 用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系

5、统读入加工程序后，将其翻译成机器能够序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。完成了手工加工中操作者的部分工作。二、二、数控机床的特点数控机床的特点1 1 适应性强适应性强 2 2 加工精度高、质量稳定加工精度高、质量稳定 3 3 生产效率高、经济效益好生产效率高、经济效益好 4 4

6、减轻操作者的劳动强度、操作简单减轻操作者的劳动强度、操作简单5 5 有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化 6.6.有故障诊断和监控能力有故障诊断和监控能力第一章第一章 概概 论论 但另一方面，数控机床在使用中也暴露出一些问但另一方面，数控机床在使用中也暴露出一些问题，主要有：题，主要有：1 1造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；2 2调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；3 3对编程人员的技术水平要求较高。对编程人员的技术水平要求较高。三、数控装置的主要技术指标三、数控装置的主要技术指标数控装置的

7、性能指标反映了数控系统的基本性能，是数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下：选择数控系统的主要依据，概括起来如下：1 1控制轴数和联动轴数控制轴数和联动轴数2 2脉冲当量（控制分辨率）脉冲当量（控制分辨率）3 3定位精度和重复精度定位精度和重复精度 4 4行程行程5 5主轴转速和调节范围主轴转速和调节范围6 6进给速度和调节范围进给速度和调节范围第一章第一章 概概 论论第一章第一章 概概 论论7 7准备功能（准备功能（G G功能）功能）8 8辅助功能（辅助功能（M M功能）功能）9.9.自动加减速功能自动加减速功能10.10.开关量接口开关量接口 以

8、上性能指标可以作为选择数控装置时参考，随着以上性能指标可以作为选择数控装置时参考，随着数控技术的发展，数控装置的性能指标也在不断地丰富和数控技术的发展，数控装置的性能指标也在不断地丰富和提高。一般来说，性能越高的数控装置，价格也越贵，所提高。一般来说，性能越高的数控装置，价格也越贵，所以对用户来说并不一定一味地追求高性能，而应该根据自以对用户来说并不一定一味地追求高性能，而应该根据自己的实际需要，综合考虑性能和价格，作出最经济实用的己的实际需要，综合考虑性能和价格，作出最经济实用的选择。选择。第一章第一章 概概 论论第二节第二节 数控机床的组成与分类数控机床的组成与分类一、一、数控机床的组成数

9、控机床的组成 图图1-21-2是数控机床的组成框图。数控机床一般由输入输出是数控机床的组成框图。数控机床一般由输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、PLCPLC及其接口电路和机及其接口电路和机床本体等几部分组成。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，床本体等几部分组成。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。数控装置是数控系统的核心。1 1输入输入/输出设备：输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入及显示、存储打印实现程序编制、程序和数据的输入及显示、存储打印2 2数控装置：多坐标控制、插补功能、程序输入、编辑和修改，数控装置：

10、多坐标控制、插补功能、程序输入、编辑和修改，故障诊断、补偿、信息转换、加工方式、显示、通讯联故障诊断、补偿、信息转换、加工方式、显示、通讯联网网。3 3、伺服单元：驱动机床执行机构的驱动部件。、伺服单元：驱动机床执行机构的驱动部件。4 4机床本体机床本体:完成切削加工的机械部分完成切削加工的机械部分5 5测量装置：检测位移和速度，并将信息反馈给数控装置测量装置：检测位移和速度，并将信息反馈给数控装置数控机床组成数控机床组成图图1-21-2数控机床组成框图数控机床组成框图输入装置输入装置数控装置数控装置伺服驱动系统伺服驱动系统机床本体机床本体图图1-3是数控机床的组成是数控机床的组成主轴伺服单元

11、数 控装置输出设备PLC进给伺服单元主 轴电机进 给电机位 置检测机床本体接口电路操作面板输入设备图1-4 数控机床的逻辑组成第一章第一章 概概 论论二、数控机床的分类二、数控机床的分类 目前，数控机床的品种齐全，规格繁多。为了研究的方便起见，可以从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：（一）按控制轨迹的特点分类1.点位控制数控机床 2.直线控制数控机床 3.轮廓控制数控机床第一章第一章 概概 论论第一章第一章 概概 论论 1、点位控制数控系统、点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精件从一点到另一点的精确定位运动；确定位运动；对轨迹不作控

12、制要求；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何运动过程中不进行任何加工。加工。适用范围：数控钻床、适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控镗床、数控冲床和数控测量机。数控测量机。图图1-5 1-5 直线控制直线控制图1-6 轮廓控制第一章第一章 概概 论论3 3、轮廓控制数控系统、轮廓控制数控系统轮廓控制轮廓控制(连续控制连续控制)系统：具有控制几个进给轴系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动同时谐调运动(坐标联动坐标联动)，使工件相对于刀具按，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。连续切削加工的数控系

13、统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。上都是装备的这种数控系统。图图1-6 1-6 开环数控系统的结构图开环数控系统的结构图（二）按伺服系统的类型分类（二）按伺服系统的类型分类1 1 开环控制数控机床开环控制数控机床第一章第一章 概概 论论图图1-7 1-7 闭环数控系统的结构图闭环数控系统的结构图2 闭环控制数控机床闭环控制数控机床 第一章第一章 概概 论论 图图1-8 1-8 半闭环数控系统结构图半闭环数控系统结构图3 3 半闭环控

14、制数控机床半闭环控制数控机床第一章第一章 概概 论论第一章第一章 概概 论论（三）按功能水平分类（三）按功能水平分类1.1.高级型数控系统高级型数控系统 2.2.普及型数控系统普及型数控系统 3.3.经济型数控系统经济型数控系统（四）（四）工艺用途分类工艺用途分类 切削加工类：切削加工类：数控镗铣床数控镗铣床、数控车床数控车床、数控磨床、数控磨床、加加 工中心工中心、数控齿轮加工机床、数控齿轮加工机床、FMCFMC等。等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光激光加工机加工

15、机等。等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等 性能性能类别类别CPUCPU位位数数联动轴联动轴数数分辨率分辨率(um)(um)进给速度进给速度(m/min)(m/min)显示显示高级型高级型32325 50.12424三维三维动态动态普及型普及型26263 30.1100.11010241024字符字符/图形图形经济型经济型8 83310101018%:18%到到20052005年产量年产量:25000-30000:25000-30000台台品种品种:2000:2000种，数控化率种，数控化率:20:20%第一章第一章 概概 论论第一章第一章

16、概概 论论三、数控技术的发展趋势三、数控技术的发展趋势进入九十年代以来，随着国进入九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着下述新技术成就，使其朝着下述方向发展方向发展运行高速化运行高速化加工高精化加工高精化功能复合化功能复合化控制智能化控制智能化体系开放化体系开放化驱动并联化驱动并联化交互网络化交互网络化第一章第一章 概概 论论运行高速化、加工高精化运行高速化、加工高精化 速度和精度是数控设备的两个重要速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术

17、永恒追求的目标。因指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。面都有了更高的要求。第一章第一章 概概 论论加工高精化：加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。提高提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精控制单位精

18、细化，细化，由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能性能第一章第一章 概概 论论功能复合化功能复合化 复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法方法控制智能化控制智能化 随着人工智能技术的不断发展，并为满足制随着人工智

19、能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：第一章第一章 概概 论论（1 1）加工过程自适应控制技术）加工过程自适应控制技术 通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并

20、根据这些状态实时修调加工参数性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。第一章第一章 概概 论论（2 2）加工参数的智能优化与选择）加工参数的智能优化与选择 将工艺专家或技工的经验、零件加工将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的基于专家系统或基于模型的“加工参数的智加工参数的智能优化

21、与选择器能优化与选择器”，利用它获得优化的加工，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。统始终处于较合理和较经济的工作状态。第一章第一章 概概 论论（3 3）智能故障诊断与自修复技术）智能故障诊断与自修复技术 智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法，实现故障快速准确定位的技术。智能方法，实现故

22、障快速准确定位的技术。智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。周期。智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。的。智能化自修复技术还在研究之中。

23、智能化自修复技术还在研究之中。第一章第一章 概概 论论体系开放化体系开放化定义（定义（IEEEIEEE）：具有在不同的工作平台上均能实）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。作的系统。开放式数控系统特点：开放式数控系统特点：系统构件（软件和硬件）具有标准化系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)(Standardization)与多样化与多样化(Diversification)(Diversification)和互换性和互换性(Interchangeability)(Intercha

24、ngeability)的特征的特征允许通过对构件的增减来构造系统，实现系允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统统“积木式积木式”的集成。构造应该是可移植的的集成。构造应该是可移植的和透明的；和透明的；第一章第一章 概概 论论交互网络化交互网络化 支持网络通讯协议，既满足单机需要，支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足又能满足FMCFMC、FMSFMS、CIMSCIMS对基层设备集成要对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成求的数控系统，该系统是形成“全球制造全球制造”的基础单元。的基础单元。第一章第一章 概概 论论思考题：思考题：1、数控机床、数控技术的基本概念、数控机床、数控技术的基本概念2、数控机床的特点、组成、各部分作用、分类、数控机床的特点、组成、各部分作用、分类3、数控机床的加工原理、使用范围、数控机床的加工原理、使用范围4、数控技术的发展趋势、数控技术的发展趋势5、什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？、什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？6、按伺服系统的控制原理数控机床分哪几类？、按伺服系统的控制原理数控机床分哪几类？7、数控机床的发展趋势主要有哪些？、数控机床的发展趋势主要有哪些？8、如何提高数控机床的精度、速度和可靠性、如何提高数控机床的精度、速度和可靠性 9.CNC装置的主要技术指标有哪些装置的主要技术指标有哪些？