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哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统第第2章章 计算机数控（计算机数控（CNC）系统）系统12.1 2.1 数控技术的功能分析数控技术的功能分析2.2 2.2 自动编程技术自动编程技术2.3 2.3 运动轨迹控制运动轨迹控制2.4 2.4 现代数控的插补技术现代数控的插补技术2.5 2.5 现代数控技术的体系结构现代数控技术的体系结构哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.1 2.1 数控技术的功能分析数控技术的功能分析22.1.1 2.1.1 数控的基本思想数控的基本思想2.1.2 2.1.2 数控系统的组成分类数控系统的组成分类2.1.3 2.1.3 数控系统的工作原理数控系统的工作原理哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.1.1 2.1.1 数控的基本思想数控的基本思想3数控装置控制信息伺服系统辅助系统机床 用用控控制制信信息息通通过过一一系系列列环环节节控控制制机机器器的的运运动动，使使机机器器精精确确地地实实现现预预定定的的位位置置和和轨轨迹迹。以以增强灵活性和适用性。增强灵活性和适用性。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统4哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统5哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.1.2 2.1.2 计算机数控系统组成分类计算机数控系统组成分类62.1.2.1 2.1.2.1 计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统1.1.操作面板操作面板7是是操操作作人人员员与与数数控控装装置置进进行信息交流的工具。行信息交流的工具。组组成成：按按钮钮站站、状状态态灯灯、按按键键阵阵列列（功功能能与与计计算算机机键盘一样）和显示器；。键盘一样）和显示器；。它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.2.输入输出装置输入输出装置8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:软驱软驱 现已较少使用现已较少使用 MDI（Manual Data Input）方式）方式 USB接口接口 RS232C接口接口 DNC接口接口 存储卡存储卡 未来会广泛使用未来会广泛使用 以太网以太网 哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统3.3.计算机数控装置计算机数控装置9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，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：作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，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然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLCPLC。CNCCNC装置装置是是CNCCNC系统的核心。系统的核心。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统4.4.伺服驱动与检测装置伺服驱动与检测装置10 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位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。控制。作用：作用：保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNC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（速度和进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）；位置控制）；主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）。制）。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统5.PLC、机床、机床I/O装置装置11PLC、机床、机床I/O电路和装置电路和装置-PLC(Programmable Logic Controller)用于完成与逻辑运算有关顺序动作的用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制；控制；-机床机床I/O电路和装置电路和装置 实实现现I/O控控制制的的执执行行部部件件(由由继继电电器器、电电磁磁阀阀、行行程开关、接触器等组成的逻辑电路）程开关、接触器等组成的逻辑电路）;-功能功能 接接受受CNC的的M、S、T指指令令，对对其其进进行行译译码码并并转转换换成成对对应应的的控控制制信信号号，控控制制辅辅助助装装置置完完成成机机床床相相应应的的开开关关动动作作；接接受受操操作作面面板板和和机机床床侧侧的的I/O信信号号，送送给给CNC装装置置，经经其其处处理理后后，输输出出指指令令控控制制CNC系系统统的的工作状态和机床的动作。工作状态和机床的动作。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.1.2.2 2.1.2.2 数控系统的分类数控系统的分类12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按联动轴数按联动轴数2 2轴联动轴联动数控机床数控机床3 3轴联动轴联动数控机床数控机床4 4、5 5轴联动轴联动数控机床数控机床哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统1.按运动控制方式分类按运动控制方式分类131)点位控制点位控制(Point to Point Control Systems)仅实现刀具相对于工件从一点到仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；另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。1哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统直线控制直线控制142)直线控制：直线控制：(Line Control Systems)不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工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，沿平行于坐作台或刀具（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标轴的方向或与坐标轴成45角的方向进行直线移动角的方向进行直线移动和切削加工。和切削加工。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统轮廓控制轮廓控制15 3)轮廓控制轮廓控制(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速度，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。运动，在运动过程中进行连续切削加工。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.2.按联动轴数分类按联动轴数分类16161)1)两坐标加工两坐标加工 2)2)二轴半或三坐标加工二轴半或三坐标加工 3)3)四坐标加工四坐标加工 4)4)五坐标加工五坐标加工 哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统17171)开环控制开环控制(Open-Loop Servo-Drive)特点特点:没有位置检测装置，信号单向。结构简单，没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜制造成本较低，价格便宜,精度不高。精度不高。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、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数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3.3.按伺服系统方式分类按伺服系统方式分类哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统18步进电机步进电机步进电机步进电机开环控制开环控制-步进电机步进电机哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统192)半闭环控制半闭环控制(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特点：特点：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部；不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环端部；不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。半闭环控制半闭环控制哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统20交流伺服交流伺服电机电机半闭环控制半闭环控制-码盘码盘哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统213)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安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响影响,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。闭环控制闭环控制哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统22光栅尺光栅尺光栅尺光栅尺闭环控制闭环控制-光栅尺光栅尺哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统23 步步进进电电机机、开开环环驱驱动动，功功能能简简单单、价价格格低低廉廉、精精度度中中等等，能能满满足足加加工工形形状状比比较较简简单单的的直直线线、圆圆弧弧及及螺螺纹纹加加工工。一一般般控控制制轴轴数数在在3轴轴及及以以下下，脉脉冲冲当当量量（分分辨辨率率）多多为为0.01mm，快快速速进进给给速速度度在在10m/min以下。以下。1)经济型经济型2)普及型普及型 伺伺服服电电机机、半半闭闭环环驱驱动动，4轴轴或或4轴轴以以下下联联动动控控制制，脉脉冲冲当当量量为为1 m，进进 给给 速速 度度 为为1524m/min，一一般般采采用用16位位或或32位位处处 理理 器器，具具 有有RS232C通通信信接接口口、DNC接接口口和和内内装装PLC，具具有有图图形形显显示示功功能能及及面面向向用用户户的宏程序功能。的宏程序功能。3)高档型高档型 伺伺服服电电机机、闭闭环环驱驱动动，并并开开始始采采用用直直线线电电机机，实实现现5轴轴以以上上联联动动，脉脉冲冲当当量量为为0.11 m，进进 给给 速速 度度 达达40m/min以以上上。一一般般采采用用32位位以以上上微微处处理理器器，形形成成多多CPU结结构构。编编程程功功能能强强，具具有有智智能能诊诊断断、联联网网和和通通信信功功能。能。大机床大机床4.4.按功能水平分类按功能水平分类哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统24分为：分为：普通数控机床普通数控机床加工中心加工中心 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或分为：或分为：5.5.按工艺方法分按工艺方法分类类哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统25普通车床普通车床普通铣床普通铣床普通数控车床铣床哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统26主要内容车削加工中心车削加工中心铣削加工中心铣削加工中心车铣削加工中心哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统27主要内容滚滚滚滚 齿齿齿齿磨磨磨磨 削削削削滚齿磨齿哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统28主要内容（慢走丝）线切割（慢走丝）线切割慢走丝线切割哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统29主要内容激光切割加工激光切割加工激光切割哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统30主要内容水刀切割水刀切割水刀切割哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统2.1.3 数控系统的工作原理数控系统的工作原理31 2.1.3.1数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较工艺分析工艺分析工序卡工序卡数控加数控加工程序工程序传统加工传统加工数控加工数控加工哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统32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;2.1.3.2数控加工零件的过程数控加工零件的过程哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统33译译 码码刀刀补补处处理理插插补补处处理理PLCPLC控制控制进给伺服进给伺服切削运动、切削运动、IOIO装置装置成形运动成形运动加加工工程程序序2.1.3.3数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统341.译码译码(Decode)译译码码程程序序的的主主要要功功能能是是将将用用文文本本格格式式（通通常常用用ASCII码码）表表达达的的零零件件加加工工程程序序，以以程程序序段段为为单单位位转转换换成成刀刀补补处处理理程程序序所要求的数据结构（格式）。所要求的数据结构（格式）。该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;010 01011 00010111 110101110 10101100 00011101;译码译码哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统352.刀补处理刀补处理(计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹)用用户户零零件件加加工工程程序序通通常常是是按按零零件件轮轮廓廓编编制制的的，而而数数控控机机床床在在加加工工过过程程中中控控制制的的是是刀刀具具中中心心轨轨迹迹，因因此此在在加加工工前前必必须须将将零零件件轮轮廓廓变变换换成成刀刀具具中中心心的的轨轨迹迹。刀刀补补处处理理就就是是完完成这种转换的程序。成这种转换的程序。刀补刀补哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统363.插补计算插补计算 本本模模块块以以系系统统规规定定的的插插补补周周期期t定定时时运运行行，它它将将由由各各种种线线形形（直直线线，园园弧弧等等）组组成成的的零零件件轮轮廓廓，按按程程序序给给定定的的进进给给速速度度F，实实时时计计算算出出各各个个进进给给轴轴在在t内内位位移移指指令令（X1、Y1、），并并送送给给进进给给伺伺服服系系统统，实实现现成形运动。成形运动。插补插补哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统374.PLC控制控制PLC控控制制是是对对机机床床动动作作的的“顺顺序序控控制制”。即即以以CNC内内部部和和机机床床各各行行程程开开关关、传传感感器器、按按钮钮、继继电电器器等等开开关关量量信信号号状状态态为为条条件件，并并按按预预先先规规定定的的逻逻辑辑顺顺序序对对诸诸如如主主轴轴的的起起停停、换换向向，刀刀具具的的更更换换，工工件件的的夹夹紧紧、松松开开，冷冷却却、润润滑系统等的运行等进行的控制。滑系统等的运行等进行的控制。PLC控制哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第2章章 计算机数控计算机数控(CNC)系统系统385.指令输出指令输出将将计计算算出出ti 时时间间内内的的移移动动量量 Xi和和 Yi，并并作作为为指指令令输出给输出给X 轴和轴和Y轴，以控制它们联动。即：轴，以控制它们联动。即：Xi X 轴；轴；Yi Y 轴轴只只要要能能连连续续自自动动地地控控制制X，Y 两两个个进进给给轴轴在在ti时时间间内内的移动量，就可以实现曲线轮廓零件的加工。的移动量，就可以实现曲线轮廓零件的加工。指令输出指令输出