《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》第一章緒論通過本章學(xué)習(xí)，學(xué)生可建立數(shù)控的基本概念，了解數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程及其發(fā)展趨勢，掌握微機數(shù)控系統(tǒng)的組成，具備識別數(shù)控機床和普通機床的能力，了解數(shù)控系統(tǒng)與現(xiàn)代制造系統(tǒng)。通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握以下內(nèi)容： 機床數(shù)字控制的原理 數(shù)控系統(tǒng)的組成 理解不同控制方式的特點本章學(xué)習(xí)目標(biāo)《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》基本概念微機數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)與現(xiàn)代制造系統(tǒng)《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》數(shù)控簡介數(shù)控的起源數(shù)控機床控制系統(tǒng)的組成《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》數(shù)控機床

控制系統(tǒng)的組成ElementsofCNCmachinecontrolsystem《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》教學(xué)目標(biāo)（Objectives）掌握數(shù)控機床基本組成，使學(xué)生具備識別數(shù)控機床與普通機床的能力理解數(shù)控機床基本工作原理看懂?dāng)?shù)控機床伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制方塊圖，使學(xué)生能夠理解自動化設(shè)備的一般工作原理

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》本課主要內(nèi)容數(shù)控機床的三大控制任務(wù)數(shù)控機床控制系統(tǒng)的基本組成《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》

1.1基本概念1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生背景第1章緒論1.1.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展

1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀(jì)以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六代。

數(shù)控（NC）階段（1952——1970）

1952年的第一代——電子管數(shù)控機床

1959年的第二代——晶體管數(shù)控機床

1965年的第三代——集成電路數(shù)控機床計算機控制（CNC）階段（1970——現(xiàn)在）

1970年的第四代——小型計算機數(shù)控機床

1974年的第五代——微型計算機數(shù)控系統(tǒng)

1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機床第一章緒論《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》

1.1基本概念1.1.3數(shù)控系統(tǒng)的組成圖1-1數(shù)控系統(tǒng)組成框圖《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》

1.1基本概念1.1.4數(shù)控系統(tǒng)的分類1．按運動方式分類點位控制系統(tǒng)

刀具AB圖1-2數(shù)控鉆床點位加工示意圖點位直線控制系統(tǒng)

圖1-3數(shù)控車床直線加工示意圖《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》按刀架數(shù)量分類單刀架數(shù)控車床

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》雙刀架數(shù)控車床《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》機床的數(shù)字控制機床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、可編程控制器和檢測裝置。一、數(shù)控裝置是用于機床數(shù)字控制的特殊用途的計算機，它能接收零件圖紙加工要求的信息，進行插補運算，實時地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令及切削用量。二、伺服驅(qū)動裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令帶動機床各坐標(biāo)軸運動，同時能提供足夠的功率和扭矩。伺服驅(qū)動裝置按其工作原理可分為兩種控制方式：關(guān)斷控制和調(diào)節(jié)控制。1、關(guān)斷控制是將指令值與實測值在關(guān)斷電路的比較器中進行比較，相等后發(fā)出信號，控制結(jié)束。這種方式用于點位控制。2、調(diào)節(jié)控制是數(shù)控裝置發(fā)出運動的指令信號，伺服驅(qū)動裝置快速響應(yīng)跟蹤指令信號。三、檢測裝置將位移的實際值檢測出來，反饋給數(shù)控裝置中調(diào)節(jié)電路比較器，有差值就發(fā)出信號，不斷比較指令值與反饋的實測值，不斷地發(fā)出信號，直到差值為零，運動結(jié)束。這種方式用于連續(xù)軌跡控制。四、可編程控制器用于開關(guān)量控制，如主軸的啟停、刀具更換和冷卻液開關(guān)等。檢測裝置用在調(diào)節(jié)控制中，檢測運動的實際值并反饋給數(shù)控裝置，從而實現(xiàn)差值控制。從理論上講，它的檢測精度決定了數(shù)控機床的加工精度。

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》

第二節(jié)數(shù)控機床的組成及分類

數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機床主機組成，如圖所示?，F(xiàn)將各組成部分簡單地介紹?！稊?shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》數(shù)控機床控制系統(tǒng)（電柜）《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》一、數(shù)控機床的三大控制對象（任務(wù)）(Controltasks)進給運動：刀具或工作臺的位置及速度主運動：主軸無級調(diào)速輔助動作：開關(guān)動作工件刀具輪廓控制加工三大控制任務(wù)《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》二、數(shù)控機床控制系統(tǒng)的基本組成(Elements)加工程序輸入/輸出裝置數(shù)控（CNC）裝置伺服驅(qū)動裝置主軸驅(qū)動裝置輔助控制裝置反饋裝置機床本體《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》方塊圖（Blockdiagram）程序載體輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測裝置

機床（進給運動、主運動、輔助操作）主軸驅(qū)動裝置《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》工作過程圖示（Illustration）《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》工作過程描述(Description)數(shù)控機床進行加工，首先必須將工件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)按規(guī)定的代碼和格式編制成數(shù)控加工程序(編程)；并用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒓庸こ绦蜉斎霐?shù)控系統(tǒng)（輸入）；數(shù)控系統(tǒng)對輸入的加工程序進行數(shù)據(jù)處理，輸出各種信息和指令，控制機床各部分按規(guī)定有序地動作（數(shù)據(jù)處理）。這些信息和指令最基本的包括：各坐標(biāo)軸的進給速度、進給方向和進給位移量，各狀態(tài)控制的I/O信號等。伺服系統(tǒng)的作用就是將進給位移量等信息轉(zhuǎn)換成機床的進給運動，數(shù)控系統(tǒng)要求伺服系統(tǒng)正確、快速地跟隨控制信息，執(zhí)行機械運動（伺服輸出）；同時，位置反饋系統(tǒng)將機械運動的實際位移信息反饋至數(shù)控系統(tǒng)，以保證位置控制精度（反饋輸入）?？傊?，數(shù)控機床的運行在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，處于不斷地計算、輸出、反饋等控制過程中，從而保證刀具和工件之間相對位置的準(zhǔn)確性?！稊?shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》數(shù)控機床控制系統(tǒng)《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》1、加工程序(NCprogram)program 程序：用數(shù)控語言、按規(guī)定格式表示的一套指令，其內(nèi)容是零件的幾何形狀和工藝描述。由若干程序段（block）構(gòu)成。

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》2、輸入/輸出裝置(Input/Outputunit)早期：紙帶閱讀機/紙帶穿孔機現(xiàn)代：①直接由操作人員通過手動數(shù)據(jù)輸入（MDI）鍵盤輸入零件程序，并且通過CRT給操作者提供信息；②軟驅(qū)、FLASH卡、USB接口③采用通信方式進行零件程序的輸入/輸出。

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》3、數(shù)控裝置(CNCunit)

根據(jù)輸入的零件程序和操作指令進行相應(yīng)的處理（如運動軌跡處理、機床輸入/輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等），從而加工出需要的零件。目前，數(shù)控裝置采用的是數(shù)字計算機，包括硬件和軟件。

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》4、伺服驅(qū)動系統(tǒng)(Servodrive)伺服放大器伺服電動機主軸電動機將位置指令轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的移動《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》5、主軸驅(qū)動裝置主軸驅(qū)動是速度控制系統(tǒng)，通常的調(diào)速范圍為100：1。主軸驅(qū)動系統(tǒng)接收的指令，是數(shù)控裝置輸出的代表某一速度的模擬電壓值。

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》6、輔助控制裝置(Miscellaneousunit)主要功能是接受數(shù)控裝置所控制的內(nèi)置式可編程控制器（PLC）輸出的主軸變速、換向、啟動或停止，刀具的選擇和更換，分度工作臺的轉(zhuǎn)位和鎖緊，工件的夾緊或松開，切削液的開或關(guān)等輔助操作的信號，經(jīng)功率放大直接驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，諸如接觸器、電磁閥等，從而實現(xiàn)數(shù)控機床在加工過程中的全部自動操作。輔助裝置的功能通常用M代碼實現(xiàn)?！稊?shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》7、反饋裝置(Feedbackunit)今天絕大多數(shù)數(shù)控機床采用價位較低的光電數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器直線光柵尺是高精度的測量軸運動的光電式測量裝置。

《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》8、機床本體(Mechanicalpart)床身立柱導(dǎo)軌工作臺主軸箱《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》工作原理（Operatingprinciple）《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》實例：FANUC0i系統(tǒng)《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》實例：SIEMENS840DUmrichter

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Hauptspindelmotor《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》二、數(shù)控機床伺服控制《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》閉環(huán)負(fù)反饋控制《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》自動控制系統(tǒng)基本概念被控對象：指被控制的機器設(shè)備或生產(chǎn)過程。被控量：指表征被控對象工況的、需要加以控制的物理量，通常作為系統(tǒng)的輸出量。給定值：指被控量的期望值，作為系統(tǒng)的輸入量。實際值:指被控量的實際值,作為系統(tǒng)的反饋輸入量?？刂蒲b置：指能夠通過對被控對象實施操縱、從而完成控制任務(wù)的外部裝置。執(zhí)行機構(gòu)：電動機控制系統(tǒng)：指有機結(jié)合在一起的被控對象和控制裝置構(gòu)成的總體。《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》閉環(huán)控制系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)（1）給定環(huán)節(jié)：產(chǎn)生給定信號的環(huán)節(jié)或元件。（2）反饋環(huán)節(jié)：對系統(tǒng)被控量進行測量并轉(zhuǎn)換為與相應(yīng)輸入信號一致的反饋信號的環(huán)節(jié)或元件。（3）比較環(huán)節(jié)：對系統(tǒng)輸入量和反饋量進行加、減運算求取誤差的環(huán)節(jié)或元件。（4）放大環(huán)節(jié)：對偏差信號進行電壓放大和功率放大的環(huán)節(jié)或元件。（5）執(zhí)行機構(gòu)：直接對被控對象進行操作從而對系統(tǒng)產(chǎn)生實際控制作用的環(huán)節(jié)或元件。（6）校正環(huán)節(jié)：用于改善系統(tǒng)性能的環(huán)節(jié)，一般是電子電路形式。（7）被控對象：控制系統(tǒng)所要操縱的機器設(shè)備或生產(chǎn)過程，它的輸出量即為系統(tǒng)的被控量?！稊?shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》1、數(shù)控機床伺服控制方塊圖(Automaticcontrolblockdiagram)位置控制器速度調(diào)節(jié)器功率放大器伺服電動機指令位置實際位置編碼器工作臺《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》2、進給驅(qū)動的三種控制方式

(Threetypesoffeeddrive)開環(huán)（全）閉環(huán)半閉環(huán)《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》開環(huán)(Open-loopcontrol