數(shù)控原理與系統(tǒng)-1課件

1、 第一章 數(shù)控系統(tǒng)概述第二章 數(shù)控系統(tǒng)程序輸入與通信 第三章 插補(bǔ)原理與刀具補(bǔ)償原理第四章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第五章 伺服系統(tǒng)第六章 位置檢測(cè)裝置第七章 數(shù)控系統(tǒng)的連接 數(shù)控原理與系統(tǒng) 第一章 數(shù)控系統(tǒng)概述第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)基本概念第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)一、一、 數(shù)控與數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控與數(shù)控系統(tǒng)( (機(jī)床) ) 數(shù)字控制（數(shù)字控制（NCNC） 數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（NC SystemNC System） 數(shù)控裝置（數(shù)控裝置（NCUNCU） 計(jì)算機(jī)數(shù)控（計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCCNC） 第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念二、數(shù)控系統(tǒng)二、數(shù)

2、控系統(tǒng)( (機(jī)床) )的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1 1 適應(yīng)性適應(yīng)性( (柔性柔性) )強(qiáng)強(qiáng) 2 2 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定 3 3 生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好 4 4 減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、操作便捷減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、操作便捷 5 5 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 6. 6. 有故障診斷和監(jiān)控能力有故障診斷和監(jiān)控能力一、一、 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)的組成圖1-1是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、主軸和進(jìn)給伺服單元、PLC及其接口電路和機(jī)床本體等幾部分組成。除了機(jī)床本體以外的部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。1 1

3、 輸入輸入/ /輸出裝置輸出裝置( (設(shè)備設(shè)備) )2 2 數(shù)控裝置數(shù)控裝置3 3 伺服單元伺服單元4 4 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器( (PLC)PLC)5 5 機(jī)械部件機(jī)械部件( (機(jī)床本體機(jī)床本體) )6 6 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程主軸伺服數(shù) 控裝置輸出設(shè)備PLC進(jìn)給伺服單元主 軸電機(jī)進(jìn) 給電機(jī)位 置檢測(cè)機(jī)床本體接口電路操作面板輸入設(shè)備圖1-1 數(shù)控機(jī)床的邏輯組成 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程 圖1-2 FANUC 系列 150i B型數(shù)控裝置二、二、 數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程數(shù)控系統(tǒng)的工作

4、過(guò)程第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序零件圖 數(shù)控系統(tǒng) 機(jī)床 圖1-3 數(shù)控系統(tǒng)工作過(guò)程 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程 用數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，首先由編程人員按照零用數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過(guò)程編成加工程件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過(guò)程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床

5、的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。完成了手工加工中操作者的部分工作。 目前，數(shù)控機(jī)床的品種齊全，規(guī)格繁多。為了研究的方便起見，可以從不同的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分類，常見的有以下幾種分類方法： 一、按控制軌跡的特點(diǎn)分類 1. 1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 ( (圖1-4 點(diǎn)位控制) ) 2. 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床 ( (圖1-5 直線控制) ) 3. 3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床 ( (圖1-6 輪廓控制) ) 第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類圖1-4 點(diǎn)位控

6、制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類圖1-5 直線控制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類圖1-6 輪廓控制第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類二、按伺服系統(tǒng)的類型分類1 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床圖1-7 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類2 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床圖1-8 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類3 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床圖1-9 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類三、按功能水平分類 1. 高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng) 2. 普及型數(shù)控系統(tǒng) 3. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的分類表表1.1 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類數(shù)控系統(tǒng)的功能分類 性能性能類別類別CPUCPU位位數(shù)數(shù)聯(lián)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)分辨率分辨率( (um)um)進(jìn)給速度

7、進(jìn)給速度( (m/min)m/min)顯示顯示高級(jí)型高級(jí)型32325 50.12424三維三維動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)普及型普及型26263 30.1100.11010241024字符字符/ /圖形圖形經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型8 83310101018% 到2005年: 產(chǎn)量: 2500030000臺(tái) 品種: 2000種 數(shù)控化率: 20%第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)三三、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1 高速高精度 2 智能化 數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) （2） 自動(dòng)編程技術(shù) （3） 具有故障自動(dòng)診斷功能 （4） 應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù) 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 3 開放式數(shù)

8、控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng) 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，暴露出許多自身固有的缺陷。最大的問(wèn)題是，這些數(shù)控系統(tǒng)都是專門設(shè)計(jì)的，它們具有不同的編程語(yǔ)言、非標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口、多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等，這些缺陷造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護(hù)的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。為了解決這些問(wèn)題，人們提出了“開放式數(shù)控系統(tǒng)”的概念。這個(gè)概念最早見于1987年美國(guó)的 NGC (Next Generation Controller)計(jì)劃， NGC控制技術(shù)通過(guò)實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級(jí)式的軟件模塊的 “開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（SOSAS）”找到解決問(wèn)題的辦法。一個(gè)開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)商

9、為實(shí)現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。由于這樣一個(gè)富有哲理的概念作為NGC計(jì)劃的奠基石，NGC代表了下一代控制技術(shù)。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1996年，美國(guó)HP公司在東京日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展出了開放式數(shù)控系統(tǒng)OAC500；HP公司對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)提出了12個(gè)方面的判別準(zhǔn)則：（1） 是否基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺(tái)和總線結(jié)構(gòu)；（2） 運(yùn)動(dòng)控制軟件是否采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放操作系統(tǒng)；（3） 能否采用流行的硬件和軟件與工廠的網(wǎng)絡(luò)相連接；（4） 能否運(yùn)行流行的軟件而不降低機(jī)床的性能；（5） 能否安裝從不同商家得到的流行硬件； 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （6）設(shè)計(jì)或第三方開發(fā)者能否應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工具和 文件格式、

10、編程接口建立用戶實(shí)時(shí)的應(yīng)用；（7）能否修改所有級(jí)別的控制軟件；（8）控制商家能否提供文件格式的開發(fā)工具，允許訪問(wèn) 系統(tǒng)的所有級(jí)別？（9）對(duì)于I/O接口，控制器是否使用了標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線？（10） 是否可以把控制器與不同廠家的伺服裝置相連接？（11）控制器是否可以與多用戶控制的網(wǎng)絡(luò)相連接？（12）所有的編程（運(yùn)動(dòng)、PLC）是否采用了標(biāo)準(zhǔn)的流行 的編程工具？ 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 4 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)主要是進(jìn)行通訊，共享信息。數(shù)控機(jī)床作為車間的基本設(shè)備，它的通訊范圍是：（1）數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的CNC裝置與數(shù)字伺服間的通信，主要通過(guò)SERCOS鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)字伺服控制

11、信息；（2）數(shù)控系統(tǒng)與上級(jí)主計(jì)算機(jī)間的通信；（3）與車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及I/O裝置的通信，主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，如PROFIBUS等進(jìn)行通訊；（4）通過(guò)因特網(wǎng)與服務(wù)中心的通信，傳遞維修數(shù)據(jù)；（5）通過(guò)因特網(wǎng)與另一個(gè)工廠交換制造數(shù)據(jù)。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 5 高可靠性 可靠性是數(shù)控機(jī)床用戶最為關(guān)注的問(wèn)題，提高可靠性通?？刹扇∠铝幸恍┐胧海?） 提高線路的集成度。采用大規(guī)模集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件數(shù)量，精簡(jiǎn)外部連線和降低功耗。（2） 建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系。例如采取防電源干擾，輸入輸出隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便組織批量生產(chǎn)和維修；在安裝制

12、造時(shí)注意嚴(yán)格篩選元器件；對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面檢查考核等。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （3）增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能。由于元器件失效、編程及人為操作失誤等原因，數(shù)控系統(tǒng)完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報(bào)和自恢復(fù)功能。此外，應(yīng)注意增強(qiáng)監(jiān)控和保護(hù)功能，例如有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測(cè)、行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能，以避免損壞機(jī)床或報(bào)廢工件。由于采用了各種有效的增強(qiáng)可靠性的措施，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)到MTBF=10000-36000小時(shí)。 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 6 數(shù)字制造數(shù)字制造( (CIMS-CIMS-計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)) ) 1995年12月，美國(guó)SME主席G.Olling提出，“數(shù)字制造”（“digital manufacturing”）將會(huì)是我們的主要工作。什么是“數(shù)字制造”呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是用數(shù)字的方式來(lái)存儲(chǔ)、管理和傳遞制造過(guò)程中的所有信息。