1、數(shù) 控 技 術(shù),華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,1,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念 1.2 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與分類 1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理 1.4 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,第1章 概論,2,主要應(yīng)用于：機(jī)床、自動(dòng)線、機(jī)器人、火炮、雷達(dá)跟蹤等自動(dòng)化設(shè)備。,數(shù)控單元,伺服驅(qū)動(dòng),電器控制,數(shù)控系統(tǒng),1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,3,數(shù)控技術(shù)在制造裝備中的的應(yīng)用,簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu),縮短制造周期,提高制造精度,提升裝備性能,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,4,數(shù)控機(jī)床是制造裝備的主流裝備,數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,5,數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平是制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的保證,數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)

2、床的核心; 數(shù)控機(jī)床整體水平和擁有量，將體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的水平; 高檔數(shù)控機(jī)床是國(guó)家的戰(zhàn)略物資，是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力與實(shí)力的重要體現(xiàn)。,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,6,主要內(nèi)容,機(jī)床數(shù)控技術(shù) 用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種技術(shù)。 數(shù)控機(jī)床（ Numerical Control Machine Tools） 數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有數(shù)字控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠處理加工程序,控制機(jī)床自動(dòng)完成各種加工運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,7,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念 1.2 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與分類 1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理 1.4 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,第1章 概論,

3、8,主要內(nèi)容,數(shù)控機(jī)床,機(jī)床本體,數(shù)控系統(tǒng),外圍技術(shù),數(shù) 控 裝 置,伺 服 驅(qū) 動(dòng) 裝 置,測(cè)量反饋裝置,工 具 系 統(tǒng),編 程 技 術(shù),管 理 技 術(shù),1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,9,1. 機(jī)床本體,機(jī)床本體組成,-主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件 -支承件（立柱、床身等） -特殊裝置 -輔助裝置,2.數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System） 是一種程序控制系統(tǒng)，它能處理輸入到系統(tǒng)中的數(shù)控加工程序，控制數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)并加工出零件。,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,10,3. 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control，CNC ）是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。,

4、1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,11,主要內(nèi)容,操作面板 人機(jī)交互,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,12,主要內(nèi)容,世紀(jì)星HNC-21,Fanuc 0i,西門(mén)子810、802,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,13,主要內(nèi)容,輸入輸出裝置可以通過(guò)多種方式獲得數(shù)控加工程序: 軟驅(qū) MDI（Manual Data Input）方式 USB接口 RS232C接口 DNC接口 存儲(chǔ)卡 以太網(wǎng),1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,14,主要內(nèi)容,組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。 作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到伺服驅(qū)動(dòng)裝置和PLC。CNC裝

5、置是CNC系統(tǒng)的核心。,計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,15,主要內(nèi)容,伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置 主軸伺服單元和主軸電機(jī) 進(jìn)給伺服單元和進(jìn)給電機(jī) 檢測(cè)裝置 位置和速度測(cè)量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。 作用 保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令： 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)（速度和位置控制）； 主軸運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)（速度控制）。,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,16,主要內(nèi)容,PLC、機(jī)床I/O電路和裝置 -PLC (Programmable Logic Controller) 用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動(dòng)作的I/O控制； -機(jī)床I/O電路和裝置 實(shí)現(xiàn)I/O控制

6、的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路）; -功能 接受CNC的M、S、T指令,對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào),控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作；接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號(hào),送給CNC裝置,經(jīng)其處理后,輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,17,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,18,主要內(nèi)容,點(diǎn)位控制 (Point to Point Control Systems),按運(yùn)動(dòng)控制方式分類,僅實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)； 對(duì)軌跡不作控制要求； 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。 適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床

7、和數(shù)控測(cè)量機(jī)。,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,19,主要內(nèi)容,直線控制：(Line Control Systems) 不僅要求控制點(diǎn)到點(diǎn)的精確定位，而且要求機(jī)床工作臺(tái)或刀具（刀架）以給定的進(jìn)給速度，沿平行于坐標(biāo)軸的方向或與坐標(biāo)軸成45角的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工。,按運(yùn)動(dòng)控制方式分類:,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,20,主要內(nèi)容,輪廓控制 (Contouring Control Systems) 對(duì)多個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制，使之協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)(坐標(biāo)聯(lián)動(dòng))，使刀具相對(duì)工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工。,按運(yùn)動(dòng)控制方式分類:,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,21,兩坐標(biāo)加工,二軸半

8、或三坐標(biāo)加工,四坐標(biāo)加工,五坐標(biāo)加工,按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,22,主要內(nèi)容,開(kāi)環(huán)控制 (Open-Loop Servo-Drive),特點(diǎn): 沒(méi)有位置檢測(cè)裝置，信號(hào)單向。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，價(jià)格便宜, 精度不高。,電機(jī),機(jī)械執(zhí)行部件,A相、B相 C相、,f、n,CNC 插補(bǔ)指令,脈沖頻率f 脈沖個(gè)數(shù)n 換算,脈沖環(huán)形分配變換,功率放大,按伺服系統(tǒng)方式分類,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,23,步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī),1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,24,半閉環(huán)控制(Half-Closed-Loop Servo-Drive),速度控制,電路,工作臺(tái),伺服電機(jī),位置比較,電路,指令脈

9、沖,速度反饋,位置反饋,檢測(cè)元件,按伺服系統(tǒng)方式分類:,特點(diǎn): 帶有位置檢測(cè)裝置，常安裝在伺服電機(jī)上或絲杠的端部;不包括絲杠螺母副及機(jī)床工作臺(tái)導(dǎo)軌副等大慣量環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性，而且調(diào)試比較方便。,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,25,交流伺服電機(jī),1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,26,主要內(nèi)容,閉環(huán)控制(Closed-Loop Servo-Drive ),特點(diǎn):帶有位置檢測(cè)裝置,安裝在機(jī)床刀架或工作臺(tái)等執(zhí)行部件上，控制精度高；但系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響,調(diào)試?yán)щy,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。,按伺服系統(tǒng)方式分類,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,27,光柵尺,光柵尺,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,28,主要內(nèi)容,

10、步進(jìn)電機(jī)、開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)，功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡(jiǎn)單的直線、圓弧及螺紋加工。一般控制軸數(shù)在3軸以下，脈沖當(dāng)量（分辨率）多為0.01mm，快速進(jìn)給速度在10mmin以下。,按功能水平分類:,經(jīng)濟(jì)型,普及型,伺服電機(jī)、半閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，4軸或4軸以下聯(lián)動(dòng)控制，脈沖當(dāng)量為1m，進(jìn)給速度為15-24mmin，一般采用16位或32位處理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和內(nèi)裝PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。,高檔型,伺服電機(jī)、閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，并開(kāi)始采用直線電機(jī)，實(shí)現(xiàn)5軸以上聯(lián)動(dòng)，脈沖當(dāng)量為0.1-1m，進(jìn)給速度達(dá)40mmin以上。一般采用32位以上微處理器，形成多CPU結(jié)構(gòu)

11、。編程功能強(qiáng)，具有智能診斷、聯(lián)網(wǎng)和通信功能。,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,29,主要內(nèi)容,分為：,按工藝方法分:,普通數(shù)控機(jī)床 加工中心,金屬切削數(shù)控機(jī)床 金屬成形數(shù)控機(jī)床 特種加工數(shù)控機(jī)床,或分為：,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,30,主要內(nèi)容,按工藝方法分,普通車床,普通銑床,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,31,主要內(nèi)容,按工藝方法分,車削加工中心,銑削加工中心,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,32,主要內(nèi)容,按工藝方法分,磨 削,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,33,主要內(nèi)容,（慢走絲）線切割,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,34,主要內(nèi)容,激光切割加工,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,35,主要內(nèi)容,水刀

12、切割,1.2 數(shù)控機(jī)床組成與分類,36,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念 1.2 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與分類 1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理 1.4 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,第1章 概論,37,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較,傳統(tǒng)加工,數(shù)控加工,38,工藝處理,加工圖紙,數(shù)學(xué)處理,編程手冊(cè),數(shù)控編程,程序仿真,輸 入 裝 置,加工程序,毛坯或半成品,數(shù) 控 系 統(tǒng),數(shù)控機(jī)床,程序編制,成品,譯碼 、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)、伺服驅(qū)動(dòng),N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;,數(shù)控加工零件的過(guò)程,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,39,數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程,1.3 數(shù)控

13、機(jī)床加工原理,40,譯碼(Decode) 譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCII碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。 該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,N5 G01 G41 X100.0 Y100.0 D01 F100 M08;,010 01011 00010111 110101110 10101100 00011101;,41,刀補(bǔ)處理(計(jì)算刀具中心軌跡) 用戶零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是刀具中心軌跡，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理

14、就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,42,插補(bǔ)計(jì)算 本模塊以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期t定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線形（直線，園弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在t內(nèi)位移指令（X1、Y1、），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,43,PLC控制 PLC控制是對(duì)機(jī)床動(dòng)作的“順序控制”。即以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開(kāi)，冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)等的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,44,指令輸出 將計(jì)算出ti 在時(shí)間內(nèi)的和作為指令輸出給Y軸，以控制它們聯(lián)動(dòng)。即： Xi X 軸； Yi Y 軸 只要能連續(xù)自動(dòng)地控制X，Y 兩個(gè)進(jìn)給軸在ti時(shí)間內(nèi)移動(dòng)量，就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。,1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理,45,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念 1.2 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與分類 1.3 數(shù)控機(jī)床加工原理 1.4 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,第1章 概論,46,主要內(nèi)容,適應(yīng)性、靈活性好 精度高、質(zhì)量穩(wěn)定 生產(chǎn)效率高 勞動(dòng)強(qiáng)度低、勞動(dòng)條件好 有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理 使用、維護(hù)技術(shù)要求高,1.4 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn):,47