1、主要内容CNC教材名称：机床数控技术及应用课程名称：机床数控技术机床数控技术（48学时，3学分） 机床数控技术课程设计（1周） 陈蔚芳（机械电子工程系） 电话（84892509，13905174079， 15A-420室）课程网站：教务处教育在线精品课程建设 机床数控技术 http:/ 2）数控加工编程基础数控加工编程基础（6 6）数控加工编程方法数控加工编程方法（6+46+4实验）实验）数控装置数控装置（4 4）数控机床的控制原理数控机床的控制原理（8 8）数控机床检测装置数控机床检测装置（6 6）数控机床伺服驱动系统数控机床伺服驱动系统（8+28+2实验）实验）数控机床机械结构与装置数控机
2、床机械结构与装置（4 4）分布式数字控制技术分布式数字控制技术（2 2）柔性制造系统柔性制造系统（2 2）CNC主要内容主要内容主要内容CNC考核方式考核方式期末考试期末考试 70%作业、测验、考勤作业、测验、考勤 20%实实 验验 10%概述概述机床数控技术组成机床数控技术组成数控加工零件的过程数控加工零件的过程数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势主要内容主要内容第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC主要内容第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC自从上自从上20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来
3、了革命性的变化；造业带来了革命性的变化；数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成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，化生产的基础技术，CAD/CAM，FMS和和CIMS、敏敏捷制造和智能制造等，都建立在数控技术之上；捷制造和智能制造等，都建立在数控技术之上；1.1 1.1 数控技术的基本概念数控技术的基本概念 数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不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；可少的物质手段； 是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；家综合国力水平的重要基础
4、性产业； 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。术的竞争。第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC主要内容机床数控技术机床数控技术用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。技术。数控机床（数控机床（ Numerical Control Machine Tools）是装有是装有数数字字控控制制系统系统的机床，该系统能够处理加工程序的机床，该系统能够处理加工程序, ,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。第一章第一章 数控技术概论数控技术
5、概论CNC主要内容机床数控技术机床数控技术机床本体机床本体数控系统数控系统外围技术外围技术数数控控装装置置伺伺服服驱驱动动装装置置测测量量反反馈馈装装置置工工具具系系统统编编程程技技术术管管理理技技术术Machine Machine tooltoolMachine Machine Control Control unitunitServo-Servo-drive drive unitunitFeedback Feedback TransducerTransducer第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成机床本体机床本体机机床床本本体体组组成成-主运
6、动部件、进给运动部件主运动部件、进给运动部件-支承件（立柱、床身等）支承件（立柱、床身等）-特殊装置（刀具自动交换、工件自动交换系统）特殊装置（刀具自动交换、工件自动交换系统）-辅助装置（如排屑装置等）辅助装置（如排屑装置等）第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成机机床床本本体体组组成成第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容数控系统数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。数控加工程序，控制
7、数控机床运动并加工出零件。计算机数控系统计算机数控系统（Computer Numerical Control，CNC ）是以计算机为核心的数控系统。是以计算机为核心的数控系统。第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成西门子系统的显示操作部件、驱动器、可编程控制器西门子系统的显示操作部件、驱动器、可编程控制器视视 频频主要内容数数控控系系统统组组成成 机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置检测装置检测装置主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置进给驱动装置主轴伺服
8、单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元计算机计算机数数 控控 装装 置置 操作面板操作面板PLC计算机数控系统计算机数控系统机机床床辅助控制机辅助控制机构构进给传动机构进给传动机构主运动机构主运动机构输入输出输入输出装置装置第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容操操作作面面板板 人人机机交交互互第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC主要内容数数控控系系统统组组成成 机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置检测装置检测装置主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元计算机计算机数数
9、控控 装装 置置 操作面板操作面板PLC计算机数控系统计算机数控系统机机床床辅助控制机辅助控制机构构进给传动机构进给传动机构主运动机构主运动机构输入输出输入输出装置装置第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容输入输出装置输入输出装置可以通过多种方式获得数控加工程序可以通过多种方式获得数控加工程序: : 穿孔纸带穿孔纸带 MDIMDI（Manual Data InputManual Data Input）方式）方式 软驱软驱 USBUSB接口接口 RS232CRS232C接口接口 DNCDNC接口接口 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CN
10、C1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容数数控控系系统统组组成成 机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置检测装置检测装置主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元计算机计算机数数 控控装装 置置 操作面板操作面板PLC计算机数控系统计算机数控系统机机床床辅助控制机辅助控制机构构进给传动机构进给传动机构主运动机构主运动机构输入输出输入输出装置装置第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容组成：组成：计算机系统、位置控制板、计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板，接口板，通讯接口
11、板、特殊功能模块以及相应的控制通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。软件。作用：作用：根据输入的零件加工程序进行相应的根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLCPLC。CNCCNC装置是装置是CNCCNC系统的核心。系统的核心。第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容数数控控系系统统组组成成 机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置检测装置检测装置主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元计算机计算机数数 控控
12、装装 置置 操作面板操作面板PLC计算机数控系统计算机数控系统机机 床床辅助控制机辅助控制机构构进给传动机构进给传动机构主运动机构主运动机构输入输出输入输出设备设备第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置 主轴伺服单元和主轴电机主轴伺服单元和主轴电机 进给伺服单元和进给电机进给伺服单元和进给电机检测装置检测装置 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。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
13、现零件加工的成形运动（速度进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）控制）第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容数数控控系系统统组组成成 机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置检测装置检测装置主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元计算机计算机数数 控控 装装 置置 操作面板操作面板PLC计算机数控系统计算机数控系统机机 床床辅助控制机辅助控制机构构进给传动机构进给传
14、动机构主运动机构主运动机构输入输出输入输出设备设备第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控技术组成主要内容PLCPLC、机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置- -PLCPLC (Programmable Logic Controller):(Programmable Logic Controller):用于完成与逻用于完成与逻辑运算有关顺序动作的辑运算有关顺序动作的I/OI/O控制控制, ,它由硬件和软件组成；它由硬件和软件组成；- -机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置: :实现实现I/OI/O控制的执行部件控制的执行部件( (由继电器、由继电器、
15、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路）; ;- -功能功能: : 接受接受CNCCNC的的M M、S S、T T指令指令, ,译码并转换成对应的控制信号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动作；接受操作面板控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的和机床侧的I/OI/O信号信号, ,送给送给CNCCNC装置装置, ,经其处理后经其处理后, ,输出指令输出指令控制控制CNCCNC系统的工作状态和机床的动作。系统的工作状态和机床的动作。第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.2 1.2 数控技术组成数控
16、技术组成工艺处理工艺处理加工图纸加工图纸数学处理数学处理编程手册编程手册数控编程数控编程程序仿真程序仿真输输入入装装置置加工加工程序程序毛坯或半成品毛坯或半成品数数控控系系统统数控机床数控机床程序编制程序编制成品成品译码译码 、数据处理、插补、伺服驱动、数据处理、插补、伺服驱动N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.3 1.3 数控加工零件的过程数控加工零件的过程主要内容适应性、灵活性好适应性、灵活性好 精度高、质量稳定精度高、质量稳定 生产效率高生产效率高 劳动强度低、劳动条件好劳动强度低、劳动条件好有利于现
17、代化生产与管理有利于现代化生产与管理 使用、维护技术要求高使用、维护技术要求高 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类数控机床的特点数控机床的特点:主要内容数控机床的分类数控机床的分类 (Types)(Types)分分 类类 方方 法法数控机床类型数控机床类型按运动控制按运动控制方式方式点位点位控制控制数控机床数控机床直线直线控制控制数控机床数控机床轮廓轮廓控制控制数控机床数控机床按伺服系统按伺服系统开环开环数控数控数控机床数控机床半闭环半闭环控制控制数控机床数控机床闭环闭环控制控制数控机床数控机床按功能水平按功能水平经济型经济型数
18、控机床数控机床中档型中档型数控机床数控机床高档型高档型数控机床数控机床按工艺方法按工艺方法金属切削金属切削数控机床数控机床金属成形金属成形数控机床数控机床特种加工特种加工数控机床数控机床第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容点位控制点位控制 (Point to Point Control Systems)(Point to Point Control Systems) AA刀具工件仅实现刀具相对于工件从一点到另仅实现刀具相对于工件从一点到另 一点的精确定位运动；一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；运动
19、过程中不进行任何加工。运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、适用范围：数控钻床、数控镗床、 数控冲床和数控测量机。数控冲床和数控测量机。第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容直线控制：直线控制： 不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成坐标轴的方向或与坐标轴成4545角的方向进行直线移角的方向进行直线移动和切削加工。动和切削加工。第一章第一章 数控技
20、术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容 轮廓控制轮廓控制 (Contouring Control Systems)(Contouring Control Systems)第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类TL1L2L L3L4L5L6LX XY YXY轮廓控制轮廓控制 不仅对坐标的不仅对坐标的移动量移动量进行控制，而且对各坐标的进行控制，而且对各坐标的速度速度及它及它们之间们之间比率比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。主要内容 轮廓控制
21、轮廓控制 (Contouring Control Systems)(Contouring Control Systems)对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动( (坐坐标联动标联动) )，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和，使刀具相对工件按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。速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。适用范围：适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。于加工曲线和曲面的机床。第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点
22、与分类主要内容两坐标加工两坐标加工 二轴半或三坐标加工二轴半或三坐标加工 YXO2O1BZO四坐标加工四坐标加工 ZP(x,y,z)nO刀位点BCXYZ五坐标加工五坐标加工 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类几轴?主要内容开环控制开环控制 (Open-Loop Servo-Drive)(Open-Loop Servo-Drive)步
23、步进进驱驱动动器器指令脉冲指令脉冲步进电机步进电机工作台工作台第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容开环控制开环控制 (Open-Loop Servo-Drive)(Open-Loop Servo-Drive)特点特点: :没有位置检测装置，指令信号是单向的。结构简单，制造成没有位置检测装置，指令信号是单向的。结构简单，制造成本较低，价格便宜本较低，价格便宜, , 精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床。切割机床。 电机电机机械执行部件机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、n
24、CNCCNC插补插补指令指令脉冲频率脉冲频率f f脉冲个数脉冲个数n n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类半闭环控制半闭环控制(Half-Closed-Loop Servo-Drive) (Half-Closed-Loop Servo-Drive) 速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈检测元件检测元件第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床
25、的特点与分类主要内容特点特点: :带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部，通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出的端部，通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置值，然后与指令位置机床工作台等执行部件的实际位置值，然后与指令位置值进行比较，进行差值控制。值进行比较，进行差值控制。闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，因此可以获得稳定的控制特性，而且调试大惯量环节，因此可以获得稳定的控制特性，而且调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。比较方便，价
26、格也较全闭环系统便宜。 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容闭环控制闭环控制( (Closed-Loop Servo-Drive ) )特点特点: :带有位置检测装置带有位置检测装置, ,安装在机床刀架或工作台等执行安装在机床刀架或工作台等执行部件上部件上, ,随时检测执行部件的实际位置。差值控制，误差随时检测执行部件的实际位置。差值控制，误差修正，直到消除。加工精度很高修正，直到消除。加工精度很高, ,但由于它将丝杠螺母副但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内
27、, ,系统稳定系统稳定性受到影响性受到影响, ,调试困难调试困难, ,且结构复杂、价格昂贵。且结构复杂、价格昂贵。 位置反馈位置反馈速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈检测元件检测元件第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容经济型数控机床经济型数控机床 步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在螺
28、纹加工。一般控制轴数在3 3轴以下，脉冲当量（分辨轴以下，脉冲当量（分辨率）多为率）多为0.01mm0.01mm，快速进给速度在，快速进给速度在10m10mminmin以下。以下。 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容中档型数控机床中档型数控机床 采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现现4 4轴或轴或4 4轴以下联动控制，脉冲当量为轴以下联动控制，脉冲当量为1 1 m m，进给速度，进给速度为为15-24m15-24mminmin，一般采用，一般采用1616位或位或3232位
29、处理器，具有位处理器，具有RS232CRS232C通信接口、通信接口、DNCDNC接口和内装接口和内装PLCPLC，具有图形显示，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。功能及面向用户的宏程序功能。 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容高档型数控机床高档型数控机床采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用直线伺服电直线伺服电机机，能实现，能实现5 5轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为0.1-0.1-1 1 m m，进给速度可达，进给速度可达100m100mmi
30、nmin以上。一般采用以上。一般采用3232位以上位以上微处理器，形成多微处理器，形成多CPUCPU结构。编程功能强，具有智能诊断、结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。联网和通信功能。 第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容金属切削数控机床金属切削数控机床金属成形数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床特种加工数控机床按工艺方法分按工艺方法分:第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类普通数控机床普通数控机床加工中心加工中心OROR主要内容按按工工艺艺方方
31、法法分分数数控控车车床床第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容按按工工艺艺方方法法分分数数控控车车床床第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容按按工工艺艺方方法法分分数数控控车车床床第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容按按工工艺艺方方法法分分数数控控车车床床双主轴双主轴第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容按按工工艺艺方方法法分分数控车床数控车床双主轴、双刀塔双主轴、双刀塔CNC车床结构示意车床结构示意 主轴主轴副主轴副主轴副主轴刀塔副主轴刀塔主轴刀塔主轴刀塔第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容按按工工艺艺方方法法分分双主轴、双主轴、3刀塔的刀塔的复合加工复合加工CNC车床车床第一章第一章 数控技术概论数控技术概论CNC1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类
