数控技术第1章绪论课件.pptx

1、绪 论1.1 数控技术概念概述 数控技术（numerical control，NC）是一种借助数字字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法，简称数控。计算机数控（computerized numerical control，CNC）是用计算机实现数控所需的所有运算、控制功能和其他辅助功能的方法。数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统。数控机床是用数控技术实现自动控制的机床。1.2 数控机床组成及工作原理1.2.1 数控机床的组成1.程序载体 是人和数控机床联系的媒介物，也称程序介质、输入介质、信息载体。2.输入装置 将数控代码变成相应的电脉冲信号，传递

2、并存入数控装置内。3.数控装置 是数控机床的数据信息处理中心，相当于计算机的 CPU。数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。4.主轴控制单元 主要接收 CNC、PLC 的开关量指令，对主轴的工作状态进行控制，如主轴的启动、加速、换向和停止等。5.PLC 在数控机床中，利用 PLC 的逻辑运算功能可实现各种开关量的控制,代替传统的继电器工作。6.强电控制装置 主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（PLC）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切削液的开或关

3、等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件。7.伺服系统 是把来自数控装置的运动命令转换成机床移动部件的运动，一般由功率放大器和伺服控制电机组成。8.位置检测装置 运用各种灵敏的位移、速度传感器检测机床工作台的运动方向、速率、距离等参数，并将位移、速度等物理量转变成对应的电信号显示出来，送到机床数控装置中进行处理和计算，实现数控系统工作的反馈控制。9.机床本体主要由床身、立柱、导轨、工作台等基础件和刀架、刀库等配套件组成。10.输出装置 指数控系统的显示器，一般都采用液晶屏显示加工过程的信息，是人机对话的平台。1.2.2 数控机床的工作原理 数控机床加工零件，首先要将被加工零件的图样及

4、工艺信息数字化，再用规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所编写的程序指令输入到机床的数控装置中，数控装置再将程序（代码）进行存储、译码、运算，向机床各个坐标的伺服机构输出进给脉冲信号和向辅助控制装置发出开关信号，以驱动机床各运动部件，达到所需要的运动效果，最后加工出合格零件。1.2.3 数控系统的工作过程1.数控系统接收数控程序（NC代码）2.翻译 NC代码为机器码3.将机器码转换为控制信号1.3 数控机床的分类、特点与应用1.3.1 数控机床的分类1.按运动轨迹分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床2.按工艺用途分类一般数控机床数控加工中心多坐标数控机床3.按伺服系统的控制

5、方式分类开环控制数控机床闭环控制数控机床半闭环控制数控机床4.按数控装置分类硬件数控机床（NC）软件控制数控机床（CNC）1.3.2 数控机床的特点 1.特点采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短；为了可靠地实现连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小；更多地采用高效率、高精度的传动部件如滚珠丝杠、直线滚动导轨等；加工中心带有刀库、自动换刀装置；广泛采用冷却、排屑、防护、润滑、储运等辅助装置。2.优点具有复杂形状加工能力高质量高效率高柔性减轻劳动强度，改善劳动条件利于生产管理3.缺点数控机床价格昂贵，维修较难。数控机床的调试和维修都比较困难。1.3

6、.3 数控机床的应用1.金属切削，比如数控车、铣床；2.金属成形，比如数控折弯机；3.特种加工，比如数控电火花、线切割机床；1.4 数控机床的产生与发展1.4.1 数控机床的产生 20 世纪 50 年代之前，在汽车、拖拉机等大量生产的工业部门中，大都采用自动机床、组合机床和自动化生产线。第二次世界大战以后，美国为了加速飞机工业的发展要求革新一种样板加工的设备。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。归结起来 数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。1.4.2 数控机床的发展历程1.硬件数控（NC）阶段2.计算机数控（CNC）阶段三坐标联动，插补运算采用脉冲乘法器的

7、数控系统晶体管数控机床集成电路数控机床小型计算机控制的数控机床微处理器数控机床基于PC的数控机床1.4.3 数控机床的发展趋势1.加工高速化、高精度化2.控制智能化加工过程自适应控制技术加工参数的智能优化智能化交流伺服驱动装置智能故障诊断技术智能故障自修复技术3.加工网络化4.数控系统的开放化5.并联机床6.STEP-NC 并联机床是机器人技术、机床结构技术、现代伺服驱动技术和数控技术相结合的产物，被称为“21世纪的机床”。STEP（Standard for the exchange of product model data)即产品模型数据转换标准。STEP-NC是STEP向数控领域的扩展，

8、它在 STEP的基础上以面向对象的形式将产品的设计信息与制造信息联系起来,抛弃了传统数控程序中直接对坐标轴和刀具动作进行编码的做法，采用了新的数据格式和面向特征的编程原则。1.4.4 数控技术在我国的发展情况 从1958年开始研究数控机械加工技术，同年研制出第一代数控系统产品。20世纪60年代针对壁锥、非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床、数控非圆齿轮插齿机等设备，于1966年研制出第二代数控系统产品。20世纪70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，于1972年研制出第三代数控系统产品。1975年已试制生产了40多个品种300多台数控机床，为第四代数控系统产品。1975年之后进一

9、步研制成功第五代数控系统产品。2009年研制出全数字总线式高档数控系统产品样机。u我国数控技术发展现状:1.基本形成了数控产业基地；2.基本掌握了现代数控技术；3.基本建立了数控研究、开发管理人才队伍。u与国外数控相比，我国的“四个差距”:1.市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；2.成套性差，伺服、主轴不配套；3.外观质量、可靠性相对差，商品化程度不足；4.名牌效应差，用户信心不足。1.5 典型数控系统1.5.1 FANUC数控系统介绍 FANUC 数控系统以其高质量、低成本、高性能、较全的功能，适用于各种机床和生产 机械等特点，在市场的占有率较高。主要产品有 0 系列、0i 系列

10、和 16i/18i/21i 系列、30i/31i/32i/35i 系列等。1.FANUC 0 系列（1）采用高速的微处理器芯片。（2）采用高可靠性的硬件设计及全自动化生产制造。（3）丰富的系统控制功能。（4）高速高精度的控制。（5）全数字伺服控制结构。（6）全数字的主轴控制。2.FANUC 0i 系列（1）FANUC 0i 系统的结构为模块化结构。（2）采用全字符键盘，可用 B 类宏程序编程，使用方便。（3）用户程序区容量比0-MD 大一倍，有利于较大程序的加工。（4）使用编辑卡编写或修改梯形图，携带与操作都很方便。（5）使用存储卡存储或输人机床参数、PMC 程序以及加工程序，操作简单方便。（

11、6）系统具有HRV（High Respons Vector 高速矢量响应）功能，伺服增益设定比 0-MD系统高一倍。（9）与 0-MD 系统相比，0i 系统的PMC 程序基本指令执行周期短，容量大，功能指令 更丰富，使用更方便。（10）0i 系统的界面、操作、参数等与16i、18i、21i 基本相同。（11）在软件方面 0i 系统比 0 系统也有很大提高.（7）机床运动轴的反向间隙，在快速移动或进给移动过程中由不同的间隙补偿参数自动补偿。（8）0i 系统可预读 12 个程序段，比0-MD 系统多。3.FANUC 16i/18i/21i 系列（1）FANUCl6i18i21i 系列产品比 0i

12、系统体积进一步缩小，将液晶显示器与 CNC 控制部分合为一体，实现了超小型化和超薄型化。（2）通过纳米插补和伺服 HRV 控制的高增 益伺服系统，以及高分辨率的脉冲编码器可实现高速、高精度加工。（3）利用光导纤维将 CNC控制单元和多个伺服放大器之间连接起来的高速串行总线，可以实现高速度的数据通信并减少连接电缆（4）可通过Internet 对数控系统进行远程诊断（5）CNC 与Windows 2000 对应，可以使用多种应用软件，不仅支持机床个性化和智能化，而且可以与终端用户自身的个性化相对应。4.FANUC 30i/31i/32i/35i 系列 FANUC 30i 系列，是适合于先进、复合、

13、多轴、多通道、纳米要求的数控系统，该系列包括30i/31i/32i/35i-MODEL A/MODEL B 等。（1）采用超高速微处理器，数控系统内部的总线也实现了高速化的处理，因而大幅度提高了构成系统的数控系统处理器、PMC 处理器、数字伺服处理器之间的数据传输速度。（2）把数控系统的数控功能板安装在显示器背面，使系统变成其厚度只有60mm 超小型、超薄型的控制装置，大幅节省了机床的数控系统安装空间。（3）为用户开发了显示器和控制装置相互分离的显示器分离型数控系统。1.5.2 SIEMENS 数控系统介绍 SIEMENS公司是生产数控系统的著名厂家，其数控系统以较好的稳定性和较优的性价比,在

14、我国数控机床行业被广泛应用,主要包括SINUMERIK 802、808、810、820、828、840等系列。1.SINUMERIK 802系列 20 世纪 90年代中后期，SIEMENS 公司推出SINUMERIK 802 系列数控系统，可控制 3个进给轴和1个主轴。2.SINUMERIK 81O820系列 20 世纪80年代中期，SIEMENS公司推出了810、820系列数控系统。810和820在体系结构和功能上相似。一般适用于中小型机床。3.SINUMERIK 828D系列 SINUMERIK 828D数控系统，是面向中高档数控机床配套的产品，属于810D的替代产品。基于面板的SINUM

15、ERIK 828D 是一款紧凑型数控系统，支持车、铣工艺应用，铣床版可控制6 轴，车床版可控制 8 轴。4SINUMERIK 808系列 基于面板的设计理念，和 IP65的防护等级，SINUMERIK 808系列是恶劣应用环境下的理想选择。该数控系统尺寸小，可完美应用于结构紧凑的机床。5SINUMERIK 840系列 20世纪90年代初西门子公司开发的SINUMERIK 840系列数控系统，适用于全功能车削中心、铣床和加工中心及 FMS，CIMS 的轨迹控制的模块微处理器 CNC系统。1.5.3 开放式数控系统 能够在不同厂商的多种平台上运行，可以和其他系统的应用程序互操作，并目能够给用户提供

16、一致性的人机交互方式。1.开放式数控系统的定义2.开放式数控系统的基本特征（1）模块化；（2）标准化；（3）移植性；（4）可再次开发；（5）网络化；（6）最大可能地利用个人计算机软件、硬件技术。3.开放式数控系统的优点（1）向未来技术开放，由于软、硬件遵循公认的标准协议，只需少量重新设计，新一代的通用软硬件就能被现有系统所吸收和兼容，这可延长系统生命周期，降低开发费用；（2）标准化的人机界面和编程语言，方便用户使用，可降低与操作效率有关的劳动消耗；（3）对特殊要求用户开放，提供可供选择的软硬件产品，融入用户自身的技术诀窍，满足特殊要求，形成特色产品；（4）减少品种利于批量生产、提高可靠性和降低

17、成本，增强市场供应和竞争能力。4.开放式数控系统的模式（1）PC 嵌入NC中；（2）NC 嵌入PC中（运动控制卡结合PC机）；（3）全软件化NC。5.开放式数控系统的核心开放式控制器 PMAC（programmable multiple-axiscontroller）就是美国 Delta Tau 公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开放式可编程多轴器。PMAC最大的优点就是站在用户的立场，方便、快捷、稳定、可靠、全面开放，用户可以使用PMAC组建自己的系统。6.开放式数控数控系统面临的问题及发展趋势（1）开放式数控系统面临的问题 开放式数控系统发展的主要目的是解决变换复杂的要求与控制系统专一固定的框架之间的矛盾，实现控制系统的易变、紧凑和廉价。从技术上看，大致有控制、感测、接口、执行器、软件5方面还需进行大量技术难题攻关。（2）开放式数控系统的发展趋势 进一步适应高精度、高效率（高速）、高自动化加工的需求。特别是对有复杂任意曲线、任意曲面零件的加工，需要利用新的加工表述语言，简化设计、生产准备和加工过程，并减少数据储存量，采用64位 CPU实现 CADCAM，进行三维曲面的加工。