数控技术概述.ppt

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1、版权所有。版权所有。http:/工厂电气控制技术工厂电气控制技术 数控技术数控技术主讲：陈桂友E-mail: 网址：http:/1版权所有。版权所有。http:/第一章第一章 概概 述述 提提要要数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介数控系统数控系统的基本概念和数控机床的组成的基本概念和数控机床的组成数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控机床的发展历程和趋势数控机床的发展历程和趋势教教 材：林宋，田建君材：林宋，田建君 编著，编著，现代数控机床现代数控机床，化学工业出版社，化学工业出版社，2003参考书：参考书：1、张建钢主编，、张建钢主编，数控技术数控技术，华中科

2、技大学出版社，华中科技大学出版社，2000 2、数控技术数控技术，王永章等主编，高等教育出版社，王永章等主编，高等教育出版社，2001 3、工厂电气控制技术工厂电气控制技术，方承远等编著，机械工业出版社，方承远等编著，机械工业出版社，20102版权所有。版权所有。http:/1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介1、数控机床简介、数控机床简介自从上世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业自从上世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。带来了革命性的变化。现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的

3、基础技术，现代的成化生产的基础技术，现代的CAD/CAMCAD/CAM、FMSFMS和和CIMSCIMS、AMAM和和IMIM等，都是建立在数控技术之上。等，都是建立在数控技术之上。数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少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；的物质手段；是国家战略技术和体现国家综合国力水平重要标志；是国家战略技术和体现国家综合国力水平重要标志；专家们预言专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争，其实质二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。是数控技术的竞争。3版权所有。版权所有。http:/2、数控机床产生的原因、数控机床产生的原因大批生产

4、企业为提高产品质量和生产率，多采用自动大批生产企业为提高产品质量和生产率，多采用自动机床、组合机床和专用自动线等自动化设备，尽管这机床、组合机床和专用自动线等自动化设备，尽管这类设备初次投资大，生产准备时间长，但分摊在每个类设备初次投资大，生产准备时间长，但分摊在每个工件上的费用很少，经济效益仍很显著。工件上的费用很少，经济效益仍很显著。但由于市场竞争，企业不仅要提高产品质量，而且要但由于市场竞争，企业不仅要提高产品质量，而且要不断地改型，增加产品变化的需要。即使是大批量生不断地改型，增加产品变化的需要。即使是大批量生产的产品，也不是长期不变产的产品，也不是长期不变刚性的自动化设备，刚性的自动

5、化设备，在大批量生产中也日益暴露其缺点。在大批量生产中也日益暴露其缺点。为了解决上述问题，满足多品种，小批量自动化生产，为了解决上述问题，满足多品种，小批量自动化生产，迫切需要一种灵活通用的，能适应产品频繁变化的柔性高迫切需要一种灵活通用的，能适应产品频繁变化的柔性高度自动化机床。这种背景导致了数控机床的诞生和发展。度自动化机床。这种背景导致了数控机床的诞生和发展。为单件、小批量生产精密复杂零件的加工自动化提供了广为单件、小批量生产精密复杂零件的加工自动化提供了广阔前景。阔前景。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介4版权所有。版权所有。http:/3、数控机床的加工过程

6、、数控机床的加工过程数控装置伺服系统加工程序零件图零件图数控系统数控系统机床机床图图1-1 1-1 数控机床的加工过程数控机床的加工过程1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介5版权所有。版权所有。http:/4、数控机床与其它机床的区别、数控机床与其它机床的区别数控机床采用数控装置或计算机来全部或部分取代通数控机床采用数控装置或计算机来全部或部分取代通用机床在加工零件时对机床的各种动作：启动、加工用机床在加工零件时对机床的各种动作：启动、加工顺序、改变切削用量、主轴变速、选择刀具、冷却液顺序、改变切削用量、主轴变速、选择刀具、冷却液开停以及停车等人工控制。开停以及停车等人

7、工控制。加工对象改变时，除重新调整工件的装夹和更换刀具加工对象改变时，除重新调整工件的装夹和更换刀具外，只需更换加工程序，就能实现另一种零件的加工，外，只需更换加工程序，就能实现另一种零件的加工，不需对机床作任何调整或制造专用夹具。不需对机床作任何调整或制造专用夹具。数控机床与其它机床的比较如表数控机床与其它机床的比较如表1-1所示。所示。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介6版权所有。版权所有。http:/1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介表表1-1 数控机床与其它机床的比较数控机床与其它机床的比较指标指标通用机通用机床床专用机专用机床床数控

8、机数控机床床劳动强劳动强度度高高较低较低低低工时工时多多较多较多少少生产周生产周期期长长较长较长短短加工精加工精度度低低较高较高高高7版权所有。版权所有。http:/5、数控机床的特点、数控机床的特点（1）适应性强）适应性强用数控机床加工零件，当产品改型时只需重新制作信息用数控机床加工零件，当产品改型时只需重新制作信息载体或重新编制手动输入程序，就能实现对新零件的加工。载体或重新编制手动输入程序，就能实现对新零件的加工。它不同于传统机床，不需要制作、更换工夹具和模具，更不它不同于传统机床，不需要制作、更换工夹具和模具，更不需要重新调整机床。为单件、小批量生产以及试制新产品提需要重新调整机床。为

9、单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。因而生产准备时间短，灵活性强。供了极大的方便。因而生产准备时间短，灵活性强。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介8版权所有。版权所有。http:/5、数控机床的特点、数控机床的特点（2）加工精度高，质量好）加工精度高，质量好1）中、小型数控机床定位精度可达）中、小型数控机床定位精度可达0.005mm，重复定位，重复定位精度为精度为0.002mm。加工精度不受零件复杂程度和操作者技术。加工精度不受零件复杂程度和操作者技术水平影响，同批零件加工一致性较好。水平影响，同批零件加工一致性较好。2）数控机床所需加工条件（进给速度、主

10、轴转速、容差）数控机床所需加工条件（进给速度、主轴转速、容差指定、刀具选择等）都由控制介质的指令代码事先规定好，指定、刀具选择等）都由控制介质的指令代码事先规定好，加工自动完成，人为造成的加工误差很小。加工自动完成，人为造成的加工误差很小。3）进给传动链的换向间隙与丝杠传动误差等均可由数控）进给传动链的换向间隙与丝杠传动误差等均可由数控装置进行补偿。装置进行补偿。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介9版权所有。版权所有。http:/5、数控机床的特点、数控机床的特点（3）加工生产率高，经济效益好）加工生产率高，经济效益好1）对工夹具要求低，又无需划线，大大缩短加工准备时

11、）对工夹具要求低，又无需划线，大大缩短加工准备时间；间；2）加工过程中重复精度高，节省了对零件的检验时间；）加工过程中重复精度高，节省了对零件的检验时间；3）零件改型时只需要更换程序，节省了准备和调整时间。）零件改型时只需要更换程序，节省了准备和调整时间。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介10版权所有。版权所有。http:/5、数控机床的特点、数控机床的特点（4）操作简单，减轻工人劳动强度）操作简单，减轻工人劳动强度1）数控机床的动作由程序上的信息直接控制，输入后就）数控机床的动作由程序上的信息直接控制，输入后就自动连续加工，直至加工完毕后自动停车。简化了工人的操自动

12、连续加工，直至加工完毕后自动停车。简化了工人的操作，对工人的技术水平要求降低了；作，对工人的技术水平要求降低了；2）工人只需装卸零件和更换刀具并监督机床的运行，减）工人只需装卸零件和更换刀具并监督机床的运行，减轻了操作者劳动强度。轻了操作者劳动强度。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介11版权所有。版权所有。http:/5、数控机床的特点、数控机床的特点（5）有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化1）用数控机床加工零件，能准确计算出零件的用数控机床加工零件，能准确计算出零件的加工工时，并有效地简化了检验、工装和半成品的加工工时，并有效地简化了检验、工装和半成品的管

13、理工作，减少因误操作造成废品和损坏刀具的可管理工作，减少因误操作造成废品和损坏刀具的可能性能性；2）有利于使生产管理水平的提高，实现生产管有利于使生产管理水平的提高，实现生产管理的现代化；理的现代化；3）增加相应的管理工作增加相应的管理工作。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介12版权所有。版权所有。http:/5、数控机床的特点、数控机床的特点（6）数控机床价格高，维修较难数控机床价格高，维修较难1）数控机床配有数控装置或计算机，机床加工数控机床配有数控装置或计算机，机床加工精度受切削用量大、连续加工发热多的影响，使其精度受切削用量大、连续加工发热多的影响，使其设计要

14、求比通用机床更严格，制造要求更精密，因设计要求比通用机床更严格，制造要求更精密，因此制造成本较高此制造成本较高；2）数控机床的数控系统较复杂，一些元件、部数控机床的数控系统较复杂，一些元件、部件的精度较高，一些进口机床的技术开发受到条件件的精度较高，一些进口机床的技术开发受到条件的限制，因此，数控机床的调试和维修都较困难的限制，因此，数控机床的调试和维修都较困难。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介13版权所有。版权所有。http:/6、数控机床的应用范围、数控机床的应用范围数控机床是一种高效自动化机床，具有一般机床数控机床是一种高效自动化机床，具有一般机床不具备的特点

15、，所以数控技术的应用范围不断扩大，不具备的特点，所以数控技术的应用范围不断扩大，但其技术复杂，成本较高，从最经济有效的角度出但其技术复杂，成本较高，从最经济有效的角度出发，数控机床最适用下列特点的零件加工。发，数控机床最适用下列特点的零件加工。1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介14版权所有。版权所有。http:/6、数控机床的应用范围、数控机床的应用范围1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介图图1-2 1-2 数控机床的应用范围数控机床的应用范围15版权所有。版权所有。http:/1.1 1.1 数控机床和数控技术简介数控机床和数控技术简介下节课

16、将要讲授的内容：下节课将要讲授的内容：n数控系统的基本概念数控系统的基本概念n数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成16版权所有。版权所有。http:/（1）数控系统）数控系统采用数控技术的控制系统称为数控系统（采用数控技术的控制系统称为数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。）实现数字控制的装置。(2)数控机床数控机床 将数字代码输入机床的数字控制装置（即控制机床的专用将数字代码输入机床的数字控制装置（即控制机床的专用计算机）中去，经过计算机的计算处理、伺服控制、驱动机床计算机）中去，经过计算机的计算处理、伺服控制、驱动机床各部件运动

17、，完成空间直线段的加工。各部件运动，完成空间直线段的加工。用这种控制技术控制的用这种控制技术控制的机床就称为机床就称为“数控机床数控机床”或或“NC机床机床”。（。（Numerically Controlled Machine Tool）数控机床以数字指令方式控制机数控机床以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。例：床各部件的相对运动和动作。例：1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成1 1、数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念17版权所有。

18、版权所有。http:/（3）计算机数控系统）计算机数控系统以计算机为核心的数控系统称为计算机数控系统以计算机为核心的数控系统称为计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC）。）。N003 G90 G01 X+35 Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07；含义：含义：N003第三个程序段；第三个程序段；G90绝对值方式编程绝对值方式编程；G01直线插补直线插补；T02用用2号刀具加工一条空间直线段。起点为坐标原点或上号刀具加工一条空间直线段。起点为坐标原点或上一个程序段指令点；一个程序段指令点；（+35，+279.3，-429.7）

19、直线段的终点；直线段的终点；S1000机床主轴转速为机床主轴转速为1000r/min；F500进给部件的运动速度为进给部件的运动速度为500mm/min；M072号冷却液开。号冷却液开。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成18版权所有。版权所有。http:/2、数控机床的组成、数控机床的组成数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体所组成，图和机床本体所组成，图1-3中实线部分为开环系统，中实线部分为开环系统，虚线部分包含位置反

20、馈构成了闭环系统。虚线部分包含位置反馈构成了闭环系统。图1-3 数控机床组成1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成19版权所有。版权所有。http:/（1）控制介质）控制介质l数数控控机机床床操操作作时时不不需需人人参参与与直直接接操操作作，但但人人的的意意图图又又必必须须参参与与。人人与与数数控控机机床床之之间间必必须须建建立立某某种种联系，这种联系的媒介物称为控制介质。联系，这种联系的媒介物称为控制介质。l控控制制介介质质存存储储加加工工零零件件所所需需全全部部操操作作信信息息

21、和和刀刀具具相对工件的移动信息，相对工件的移动信息，l控控制制介介质质按按数数控控装装置置的的类类型型而而异异，可可以以是是穿穿孔孔纸纸带、穿孔卡、磁带和磁盘。带、穿孔卡、磁带和磁盘。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成20版权所有。版权所有。http:/（2）数控装置）数控装置数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或专用微型计算机构成，有输入接口、存储器、运算器、输专用微型计算机构成，有输入接口、存储器、运算器、输出接口和控制

22、电路等。其组成如图出接口和控制电路等。其组成如图1-4所示。所示。图图1-4 1-4 数控装置的组成数控装置的组成1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成21版权所有。版权所有。http:/1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成各部分作用：各部分作用：l输入接口接受控制介质或操作面板上的信息，并将其信息输入接口接受控制介质或操作面板上的信息，并将其信息代码加以识别，经译码

23、后送入相应的存储器。代码加以识别，经译码后送入相应的存储器。l存储器中的代码或数据是控制和运算的原始依据。存储器中的代码或数据是控制和运算的原始依据。l控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，实现对机控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，实现对机床各种操作的执行。如控制主轴变速和起动、控制刀架或床各种操作的执行。如控制主轴变速和起动、控制刀架或工作台移动等，同时控制机床的整个工作循环。工作台移动等，同时控制机床的整个工作循环。l运算器主要是对输入的数据进行某种运算，按运算结果不运算器主要是对输入的数据进行某种运算，按运算结果不断的由输出接口输出脉冲信号，驱动伺服机构按规定要求断的由输出接

24、口输出脉冲信号，驱动伺服机构按规定要求运动。运动。22版权所有。版权所有。http:/关于硬件数控和软件数控关于硬件数控和软件数控 数控装置中的译码、处理、计算公式和控制的步骤都数控装置中的译码、处理、计算公式和控制的步骤都是预先安排好的，这种是预先安排好的，这种“安排安排”可用两种方式实现可用两种方式实现:l专用计算机的硬件结构来实现，称为专用计算机的硬件结构来实现，称为硬件数控硬件数控；l小型通用计算机或微机的系统控制程序来实现，称为小型通用计算机或微机的系统控制程序来实现，称为软件软件数控数控。用微机构成数控装置，其用微机构成数控装置，其CPU实现控制和运算，内部实现控制和运算，内部存储

25、器中只读存储器存储器中只读存储器(ROM)存放系统控制程序，读写存储存放系统控制程序，读写存储器器(RAM)存放零件的加工程序和系统运行时的工作参数。存放零件的加工程序和系统运行时的工作参数。IO接口实现输入输出的功能。数控机床的功能强弱主要接口实现输入输出的功能。数控机床的功能强弱主要由数控装置功能决定，它是数控机床的核心部分。由数控装置功能决定，它是数控机床的核心部分。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成23版权所有。版权所有。http:/（3）伺服系统）伺服系统l伺服系统包

26、括驱动部分和执行机构两大部分。伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。l伺伺服服系系统统把把数数控控装装置置输输出出的的脉脉冲冲信信号号通通过过放放大大和和驱驱动动元元件件使使机机床床移移动部件运动或使执行机构动作，加工出符合要求的零件。动部件运动或使执行机构动作，加工出符合要求的零件。l每每一一脉脉冲冲使使机机床床移移动动部部件件产产生生的的位位移移量量叫叫做做脉脉冲冲当当量量，常常用用脉脉冲冲当当量量为为0.01mm/脉脉冲冲、0.005mm/脉脉冲冲、0.001mm/脉脉冲冲等等。伺伺服服系系统统的的精精度度、快快速速性性及及动动态态响响应应是是影影响响加加工工精精度度、表表面面质质量量

27、与与生生产产率率的的主主要因素。要因素。目目前前在在数数控控机机床床的的伺伺服服系系统统中中，常常用用的的位位移移执执行行机机构构有有功功率率步步进进电电机机、直直流流伺伺服服电电机机和和交交流流伺伺服服电电机机，后后二二种种都都带带有有感感应应同同步步器器、光光电电编编码码器器等等位位置置测测量量元元件件，所所以以，伺伺服服机机构构的的性性能能决决定定了了数数控控机机床的精度与快速性。床的精度与快速性。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成24版权所有。版权所有。http:/（4

28、）机床）机床由由于于数数控控机机床床需需承承受受大大切切削削用用量量及及运运动动部部件件的的快快速速性性、灵灵敏敏性性，所所以以与与普普通通机机床床相相比比其其机机床床的的外外型型结结构构、整整体体布布局局及及刀刀架架结结构构等等部部件件均均有有很很大大变变化化。其其设设计计要要求求应应充充分分发发挥挥数数控机床的特点，使机床：控机床的特点，使机床：结构刚性好结构刚性好热变形小热变形小精度高精度高传动灵敏传动灵敏1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成25版权所有。版权所有。http

29、:/3、计算机数控系统、计算机数控系统 机床 I/O 电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数 控装 置操作面板PLC机机 床床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备图图1-5 1-5 计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成如图计算机数控系统的组成如图1-5所示。所示。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成26版权所有。版权所有。http:/BACKBACKSPACESPACECTRCTRL LINSINSCRCR

30、TABTABALTALT0 0SHISHIFTFT畗畗 Z ZENDEND 瑌瑌W WHOHOMEME瘆瘆 T TP Pg gD Dn n瓆瓆 O OP Pg gU Up p J JRSTRST E E6 65 5“4 43 32 2？1 19 98 8:7 7 Y YX X V VU U S SR RP PQ Q N NM MK KL L I IH HF FG G D DC CA AB BESCESC1414彩彩 色色显显 示示 器器空运行空运行Z Z 轴锁定轴锁定MSTMST锁定锁定任选程序段任选程序段机床锁定机床锁定快进快进+JOG+JOG-JOG-JOG主轴正转主轴正转主轴停主轴停主轴

31、反转主轴反转急停急停超程解除超程解除循环驱动循环驱动进给保持进给保持冷却液开冷却液开/关关 刀松刀松/刀紧刀紧主轴修调主轴修调1601601010进给修调进给修调160160505040403030202010100 0电电 源源关关开开1 1自动自动方式选择方式选择回零回零手摇手摇点动点动步进步进单段单段驱驱 动动 器器NCNC机床机床电源电源X XY YZ ZA A主轴主轴超程超程报警报警-+手摇脉冲发生器手摇脉冲发生器20201010 0 09090增量倍率增量倍率1000100010101001001 1坐标轴选择坐标轴选择Z Z Y YX X（1 1）操作面板操作面板l是操作人员与数

32、控装置是操作人员与数控装置进行信息交流的工具；进行信息交流的工具；l组成：按钮站、状态灯、组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；机键盘一样）和显示器；l是数控机床特有部件。是数控机床特有部件。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成27版权所有。版权所有。http:/操作面板操作面板28版权所有。版权所有。http:/（2）控制介质与输入输出设备）控制介质与输入输出设备l控制介质是记录零件加工程序的媒介。控制介质是记录零件加工程序的媒介。

33、l输入输出设备是输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。质上。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成29版权所有。版权所有。http:/（3）通讯）通讯

34、现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现是实现CAD/CAM的集成、的集成、FMS和和CIMS的基本技术。采的基本技术。采用的方式有：用的方式有：l串行通讯（串行通讯（RS-232等串口）。等串口）。l自动控制专用接口和规范（自动控制专用接口和规范（DNC方式，方式，MAP协议等）。协议等）。l网络技术（网络技术（internet，LAN等）。等）。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数

35、控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成30版权所有。版权所有。http:/（4）CNC装置装置(CNC单元单元)l组成：计算机系统、位置控制板、组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。l作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运作用：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），然后输出控制命动轨迹处理、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令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和伺服单元、驱动装置和PLC等等)，所有这些工作是

36、由所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合装置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。理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是装置是CNC系统的核心！系统的核心！1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成31版权所有。版权所有。http:/（5）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l伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机

37、l测量装置测量装置 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。l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（速度和位置控制）。进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成32版权所有。版权所有。http:/（6）

38、PLC、机床、机床I/O电路和装置电路和装置lPLC(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/O控制，它由硬件和软件组成；控制，它由硬件和软件组成；l机床机床I/O电路和装置：实现电路和装置：实现I/O控制的执行部件控制的执行部件(由继电器、由继电器、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；l功能：功能：接受接受CNC的的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制指令，对其进行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信号，控制辅助装置

39、完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给信号，送给CNC装置，经其处理装置，经其处理后，输出指令控制后，输出指令控制CNC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。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成33版权所有。版权所有。http:/（7）机床机床l机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。l组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以组成：由主运动部件、进给运动部

40、件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。装置（如排屑装置等）。1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成34版权所有。版权所有。http:/ 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数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡传统加工传统加工数控加工数控加工图图1-6 1-6 传

41、统加工与数控加工的比较图传统加工与数控加工的比较图1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成35版权所有。版权所有。http:/下节课将要讲授的内容：下节课将要讲授的内容：n数控加工原理数控加工原理n数控机床的数控机床的数控机床的数控机床的分类分类分类分类1.2 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念数控系统的基本概念和和和和数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成36版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数

42、控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理图图1-7 1-7 数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程译译 码码刀刀补补处处理理插插补补处处理理PLC控制控制进给伺服系统进给伺服系统切削运动、机床切削运动、机床I/O装置装置成形运动成形运动加加工工程程序序（1）数控加工中数据转换过程）数控加工中数据转换过程37版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、

43、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理1）译码）译码(解释解释)译码程序的主要功能是将用文本格式表达的零译码程序的主要功能是将用文本格式表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构。该数据结构用来描述一个程序所要求的数据结构。该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。主要包括：段解释后的数据信息。主要包括：X X、Y Y、Z Z等坐标等坐标值；进给速度；主轴转速；值；进给速度；主轴转速；G G代码；代码；M M代码；刀具号；代码；刀具号；子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存

44、放顺序和格式。序和格式。38版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理2）刀补处理）刀补处理(计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹)用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心轨迹。因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心轨迹。刀补处理就是完成这种转换的程序。

45、刀补处理就是完成这种转换的程序。39版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理3）插补计算插补计算本模块以系统规定的插补周期本模块以系统规定的插补周期t t定时运行，定时运行，它将由各种线形（直线，园弧等）组成的零件轮廓，它将由各种线形（直线，园弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度按程序给定的进给速度F F，实时计算出各个进给轴，实时计算出各个进给轴在在t t内位移指令（内位移指令（X X1 1、Y Y1 1、

46、），并送给进），并送给进给伺服系统，实现成形运动。给伺服系统，实现成形运动。40版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理4）PLC控制控制PLCPLC控制是对机床动作的控制是对机床动作的“顺序控制顺序控制”。即以。即以CNCCNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停

47、、换向，刀具的更换，工件顺序对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行进行的控的夹紧、松开，冷却、润滑系统等的运行进行的控制。制。41版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理1）逼近处理）逼近处理图图1-81-8为欲加工的圆弧轨迹为欲加工的圆弧轨迹L L，起点为，起点为P0P0，终点为，终点为PePe。CNCCNC装装置首先对圆弧进行逼近处理。系置首先对圆弧进行逼近处理。系统按插补

48、时间统按插补时间t t和进给速度和进给速度F F的的要求，将要求，将 L L分割成若干短直线分割成若干短直线（2）数控加工轨迹控制原理）数控加工轨迹控制原理XLYLiXiYiT0P0Pe图1-8 数控加工原理图 L1L1，L2L2，LiLi，这里：这里：这里：这里：Li=FLi=F t t （i=1i=1，2 2，）F F：用户给定的进给速度用户给定的进给速度用户给定的进给速度用户给定的进给速度t t：数控系统插补周期数控系统插补周期数控系统插补周期数控系统插补周期42版权所有。版权所有。http:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床

49、的分类数控加工原理和数控机床的分类1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理2）逼近误差）逼近误差用直线用直线Li逼近圆弧存在着逼逼近圆弧存在着逼近误差近误差，但只要，但只要足够小（足够小（Li足够短），总能满足零件的加工足够短），总能满足零件的加工要求。要求。当当F为常数时，而为常数时，而t对数控系对数控系统而言恒为常数，则统而言恒为常数，则Li的长度的长度也为常数也为常数L，只是其斜率与其，只是其斜率与其在在L上的位置有关。上的位置有关。（2）数控加工轨迹控制原理）数控加工轨迹控制原理XLYLiXiYiT0P0Pe图1-8 数控加工原理图43版权所有。版权所有。http

50、:/1.3 1.3 数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类数控加工原理和数控机床的分类3）插补运算）插补运算将将Li分解为分解为X 轴及轴及Y轴移轴移动分量动分量Xi和和Yi（在（在ti时间时间内），要求满足：内），要求满足：且有：且有：Fx=Xi/ti Fy=Yi/tiLi的斜率和的斜率和F的分量的分量Fx、Fy以及比值以及比值Fx/Fy都在不断变都在不断变化。化。1 1、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理、数控加工原理（2）数控加工轨迹控制原理）数控加工轨迹控制原理XLYLiXiYiT0P0Pe图1-8 数控加工原理图44版权所有。版权所