数控技术教学课件-数控.ppt

数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论扬州大学扬州大学机械工程学院数控技术数控技术数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 数控技术是一种采用计算机对机数控技术是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字械加工过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过高性能的驱动化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制单元对机械执行构件进行自动化控制的高技术。当前已有大量机械加工装的高技术。当前已有大量机械加工装备采用了数控技术，其中最典型而且备采用了数控技术，其中最典型而且应用面最广的是数控机床。应用面最广的是数控机床。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论一、数控技术的基本概念一、数控技术的基本概念 数控技术（数控技术（数控技术（数控技术（NCNC）:指用数字、字母和符号对某指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程的自动控制技术；一工作过程进行可编程的自动控制技术；数控系统：数控系统：数控系统：数控系统：指实现数控技术相关功能的软硬件指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成的系统，是数控技术的载体；模块有机集成的系统，是数控技术的载体；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（CNCCNC）：）：）：）：指以计算机为核心指以计算机为核心的数控系统；的数控系统；数控机床：数控机床：数控机床：数控机床：是指应用数控技术对机床加工过程是指应用数控技术对机床加工过程进行控制的机床。进行控制的机床。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论二、数控技术的起源二、数控技术的起源MITParsonsAir Force 国防部国防部数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论世界上第一台真正的第一台数控机床世界上第一台真正的第一台数控机床世界上第一台真正的第一台数控机床世界上第一台真正的第一台数控机床数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论我国第一台数控机床我国第一台数控机床我国第一台数控机床我国第一台数控机床数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论三、数控机床的工作流程三、数控机床的工作流程数控系统的工作原理数控系统的工作原理数控系统的工作原理数控系统的工作原理数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数控系统的工作流程数控系统的工作流程数控系统的工作流程数控系统的工作流程数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论四、数控机床的组成和分类四、数控机床的组成和分类 数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程 数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较 数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数控机床的组成数控机床的组成机机机机床床床床主主主主轴轴轴轴电电电电机机机机进进进进给给给给电电电电机机机机位置检测位置检测位置检测位置检测速度控速度控速度控速度控制单元制单元制单元制单元主轴控主轴控主轴控主轴控制单元制单元制单元制单元PLCPLC计算机计算机计算机计算机数控装数控装数控装数控装置置置置CNCCNCCNCCNC输入设备输入设备输入设备输入设备输出设备输出设备输出设备输出设备数数数数控控控控程程程程序序序序数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论操作面板操作面板控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论计算机数控（计算机数控（计算机数控（计算机数控（CNCCNCCNCCNC）装置（或）装置（或）装置（或）装置（或CNCCNCCNCCNC单元）单元）单元）单元）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 PLCPLCPLCPLC、机床、机床、机床、机床I/OI/OI/OI/O电路和电路和电路和电路和PLCPLCPLCPLC装置装置装置装置 机机机机 床床床床 数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论驱动驱动模块模块数控数控系统系统模块模块显示、输入单元显示、输入单元I/OI/O接接口口数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数控机床的分类数控机床的分类一、按工艺用途分类（机床类型）一、按工艺用途分类（机床类型）一、按工艺用途分类（机床类型）一、按工艺用途分类（机床类型）切削加工类：切削加工类：切削加工类：切削加工类：如如数控铣床数控铣床、数控车床数控车床、数控磨数控磨床床、加工中心、数控齿轮加工机床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMCFMC等等。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。特种加工类：特种加工类：特种加工类：特种加工类：数控线切割机数控线切割机、电火花加工机电火花加工机、激光加工机激光加工机等。等。其其其其 它它它它 类类类类 型：型：型：型：数控装配机、数控装配机、数控测量机数控测量机、机器、机器人等。人等。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 二、按加工路线分类（二、按加工路线分类（控制功能控制功能）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件从一点到另一仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；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：适用范围：适用范围：适用范围：数控钻床数控钻床、数控镗床、数控冲、数控镗床、数控冲床和数控测量机。床和数控测量机。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 直线控制数控系统直线控制数控系统能实现点位控制数控系统的功能能实现点位控制数控系统的功能能实现点位控制数控系统的功能能实现点位控制数控系统的功能能实现沿平行某个坐标轴（如能实现沿平行某个坐标轴（如能实现沿平行某个坐标轴（如能实现沿平行某个坐标轴（如X X、Y Y、Z Z）或两轴等速的方向进行加工；或两轴等速的方向进行加工；或两轴等速的方向进行加工；或两轴等速的方向进行加工；适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统轮廓控制（连续控制）系统：轮廓控制（连续控制）系统：轮廓控制（连续控制）系统：轮廓控制（连续控制）系统：具有控制几个具有控制几个进给轴同时谐调运动（坐标联动），使工件进给轴同时谐调运动（坐标联动），使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行在运动过程中进行连续切削加工连续切削加工的数控系统。的数控系统。适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控等用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。机床基本上都是装备的这种数控系统。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论三、按伺服系统的控制方式分类三、按伺服系统的控制方式分类 按数控机床的进给伺服系统有无位置测量装按数控机床的进给伺服系统有无位置测量装置可分为置可分为开环数控系统开环数控系统开环数控系统开环数控系统和和闭环数控系统闭环数控系统闭环数控系统闭环数控系统和和半闭环数半闭环数半闭环数半闭环数控系统控系统控系统控系统三种三种。开环控制数控系统开环控制数控系统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数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。广泛应用。一般用于经济型数控机床。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论闭环控制数控系统闭环控制数控系统位置控制调节位置控制调节器器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈 闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。直接对运动部件的实际位置进行检测。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论+-实际实际速度速度反馈反馈速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元速度控制单元速度控制单元电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际实际位置位置反馈反馈位置控制单元位置控制单元位置控制调节位置控制调节器器半闭环控制数控系统半闭环控制数控系统 半闭环数控系统的位置采样点，是从驱动装置半闭环数控系统的位置采样点，是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，采样旋转角度进行（常用伺服电机）或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。检测，不是直接检测运动部件的实际位置。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代较高，因而在现代CNCCNC机床中得到了广泛应用。机床中得到了广泛应用。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 按联动轴数分按联动轴数分2 2轴联动（平面曲线）轴联动（平面曲线）轴联动（平面曲线）轴联动（平面曲线）3 3轴联动（空间曲面，球头刀）轴联动（空间曲面，球头刀）轴联动（空间曲面，球头刀）轴联动（空间曲面，球头刀）4 4轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）5 5轴联动及轴联动及轴联动及轴联动及6 6轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数控加工的特点数控加工的特点数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论1.1.能适应不同零件的自动加工能适应不同零件的自动加工 2.2.生产效率高生产效率高 3.3.加工精度高、加工质量稳定加工精度高、加工质量稳定 4.4.加工能力强加工能力强 5.5.功能复合程度高，一机多用功能复合程度高，一机多用 数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数控加工的应用范围数控加工的应用范围 零件复杂程度零件复杂程度零件复杂程度零件复杂程度零件批量零件批量零件批量零件批量数控机床数控机床数控机床数控机床专用机床专用机床专用机床专用机床通用机床通用机床通用机床通用机床零件复杂程度零件复杂程度零件复杂程度零件复杂程度数控机床数控机床数控机床数控机床专用机床专用机床专用机床专用机床通用机床通用机床通用机床通用机床零件批量零件批量零件批量零件批量生产成本生产成本生产成本生产成本数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论1.1.最适应类最适应类 形状复杂，加工精度要求高的零件；用形状复杂，加工精度要求高的零件；用形状复杂，加工精度要求高的零件；用形状复杂，加工精度要求高的零件；用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。序的零件。序的零件。序的零件。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论2.2.较适应类较适应类 在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件；在通用机床上加工时必须制造复杂专失的零件；在通用机床上加工时必须制造复杂专失的零件；在通用机床上加工时必须制造复杂专失的零件；在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件；需要多次更改设计后才能定型的用工装的零件；需要多次更改设计后才能定型的用工装的零件；需要多次更改设计后才能定型的用工装的零件；需要多次更改设计后才能定型的零件；在通用机床上加工时，安装需要作长时间零件；在通用机床上加工时，安装需要作长时间零件；在通用机床上加工时，安装需要作长时间零件；在通用机床上加工时，安装需要作长时间调整的零件；用通用机床加工时，体力劳动强度调整的零件；用通用机床加工时，体力劳动强度调整的零件；用通用机床加工时，体力劳动强度调整的零件；用通用机床加工时，体力劳动强度很大的零件。很大的零件。很大的零件。很大的零件。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 3.3.不适应类不适应类 生产批量大的零件（当然不排除其中个生产批量大的零件（当然不排除其中个生产批量大的零件（当然不排除其中个生产批量大的零件（当然不排除其中个别工序用数控机床加工）；装夹困难或完全别工序用数控机床加工）；装夹困难或完全别工序用数控机床加工）；装夹困难或完全别工序用数控机床加工）；装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；加工余靠找正定位来保证加工精度的零件；加工余靠找正定位来保证加工精度的零件；加工余靠找正定位来保证加工精度的零件；加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的；必须用特定的可自动调整零件坐标位置的；必须用特定的可自动调整零件坐标位置的；必须用特定的可自动调整零件坐标位置的；必须用特定的工艺装备协调加工的零件。工艺装备协调加工的零件。工艺装备协调加工的零件。工艺装备协调加工的零件。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论数数控控高高速速铣铣削削加加工工高高效效 、高高精精度度 、高高的的表表面面质质量量 、可可加加工工高高硬硬材材料料数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论五轴车铣中心五轴车铣中心多轴联动、复合加工多轴联动、复合加工多轴联动、复合加工多轴联动、复合加工五轴加工中心五轴加工中心数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 慢走丝线切割加工机床慢走丝线切割加工机床加工精度可达到加工精度可达到1.5m1.5m，加工表面粗糙度加工表面粗糙度Ra0.1Ra0.10.2m0.2m。数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论多轴数控电火花成型机床多轴数控电火花成型机床多轴数控电火花成型机床多轴数控电火花成型机床数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论精密坐标磨床精密坐标磨床 成型磨床成型磨床数控光学曲线磨床数控光学曲线磨床 精密磨削、微细加工技术精密磨削、微细加工技术精密磨削、微细加工技术精密磨削、微细加工技术数数数数 控控控控 技技技技 术术术术Yangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou UniversityYangzhou University第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论三三坐坐标标数数控控测测量量