數(shù)控技術(shù)第章

機床數(shù)控技術(shù)及編程12/17/2022課程內(nèi)容第1章概述第2章數(shù)控裝置的輪廓控制原理第3章數(shù)控機床的程序編制第4章計算機數(shù)字控制裝置第5章位置檢測裝置第6章伺服驅(qū)動系統(tǒng)12/17/2022第一章概論1.1基本概念1.2數(shù)控機床的組成及分類1.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展12/17/2022目標掌握數(shù)控機床掌握數(shù)控機床的組成及各部分的作用與功能了解數(shù)控機床的分類了解數(shù)控機床的特點了解數(shù)控機床及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展12/17/20221.1基本概念1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生第1章概論以前的加工方式是怎樣的？什么促使了數(shù)控機床的產(chǎn)生？12/17/2022第1章概論※精度高※形狀復雜※批量小※改型頻繁☆計算機的出現(xiàn)為人們改進加工設(shè)備提供了新的思路和技術(shù)保障☆12/17/2022第1章概論內(nèi)在動力：迫切需要一種精度高、柔性好的加工設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)：電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)12/17/2022第1章概論數(shù)控機床的產(chǎn)生1948年，美國帕森斯（ParsonsCo.）公司在研制加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板的機床時，提出了數(shù)控機床的初始設(shè)想。12/17/2022第1章概論數(shù)控機床的產(chǎn)生1952年在美國成功研制出第一臺三坐標直線插補連續(xù)控制數(shù)控銑床。1955年進入實用階段。12/17/2022第1章概論數(shù)控機床有哪些與傳統(tǒng)機床不同的特點？什么是數(shù)控？12/17/2022第1章概概論數(shù)控（NumericalControl,簡稱NC）：：利用數(shù)數(shù)字化信信息來實實現(xiàn)自動動控制的的方法。。數(shù)控機機床（NumericalControlMachineTools））:綜合應應用了了自動動控制制、計計算機機技術(shù)術(shù)、精精密測測量和和機床床結(jié)構(gòu)構(gòu)等方方面的的最新新成就就的一一種計計算機機或?qū)Ｓ糜嬘嬎阊b裝置控控制的的高效效自動動化機機床。。1.1.2數(shù)數(shù)控的的基本本概念念12/12/2022提高加加工精精度提高生生產(chǎn)效效率提高加加工零零件的的適應應性、、靈活活性減輕工工人勞勞動強強度提高生生產(chǎn)管管理水水平第1章章概概論1.1.3數(shù)數(shù)控機機床的的特點點12/12/20221.2數(shù)數(shù)控機機床的的組成成及分分類1.2.1數(shù)數(shù)控機機床的的組成成第1章章概概論控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機床測量裝置12/12/2022第1章章概概論控制介介質(zhì)：在人和和數(shù)控控機床床之間間建立立某種種聯(lián)系系的媒媒介物物。把加工工零件件所需需的動動作及及刀具具相對對于工工件的的位置置等信信息，，用數(shù)數(shù)控裝裝置所所能接接受的的數(shù)字字和文文字代代碼來來表示示，并并把這這些代代碼儲儲存在在控制制介質(zhì)質(zhì)上。。穿孔卡卡穿孔帶帶磁帶磁盤12/12/2022數(shù)控裝裝置：是數(shù)數(shù)控機機床的的中樞樞，接接收輸輸入介介質(zhì)的的信息息，通通過對對代碼碼的識別、存儲和運算等操作作，最最終輸輸出指指令脈脈沖驅(qū)驅(qū)動伺伺服系系統(tǒng)進進而控控制機機床動動作。。第1章章概概論數(shù)控裝裝置所所具備備的主主要功功能：：多坐標標控制制多種函函數(shù)的的插補補多種程程序輸輸入功功能信息轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換功功能補償功功能多種加加工方方式選選擇故障診診斷功功能顯示功功能通訊和和聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)功能能12/12/2022伺服系系統(tǒng)：把來來自數(shù)數(shù)控裝裝置的的脈沖沖信號號轉(zhuǎn)換換為機機床移移動部部件的的運動動，使使工作作臺（（或溜溜板））精確確定位位或按按規(guī)定定的軌軌跡作作嚴格格的相相對運運動。。第1章章概概論脈沖當當量：：相對于于每個個脈沖沖信號號，機機床移移動部部件的的位移移量。。常用脈脈沖當當量：：0.01mm/脈沖沖，0.005mm/脈脈沖，，0.001mm/脈沖沖常用的的伺服服驅(qū)動動元件件：功率步步進電電機，，電液液伺服服馬達達，直直流伺伺服電電機，，交流流伺服服電機機伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素之一12/12/2022第1章章概概論機床：執(zhí)行機機構(gòu)傳動鏈鏈較短短動態(tài)特特性好好傳動效效率高高采用了了高性性能的的主軸軸及進進給伺伺服系系統(tǒng)機床的的動態(tài)態(tài)剛度度，阻阻尼精精度，，耐磨磨性以以及抗抗熱變變形性性能都都較高高采用一一些高高效傳傳動件件。如如：滾滾珠絲絲桿螺螺母副副、直直線滾滾動導導軌等等12/12/2022第1章章概概論1.2.2數(shù)數(shù)控機機床的的分類類按工藝藝用途途分類類按控制制系統(tǒng)統(tǒng)對運運動軌軌跡的的控制制方式式分類類按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)的控控制方方式分分類按數(shù)控控裝置置分類類按功能能水平平分類類普通數(shù)數(shù)控機機床數(shù)控加加工中中心多坐標標數(shù)控控機床床成型機機特種加加工點位控控制數(shù)數(shù)控機機床點位直直線數(shù)數(shù)控機機床輪廓控控制數(shù)數(shù)控機機床開環(huán)控控制閉環(huán)控控制半閉環(huán)環(huán)控制制開環(huán)補補償型型控制制硬線數(shù)數(shù)控軟線數(shù)數(shù)控經(jīng)濟型型中檔型型高檔型型3軸數(shù)控銑床曲面加工12/12/2022數(shù)控系系統(tǒng)主主要技技術(shù)指指標控制軸軸數(shù)CNC最多多可以以控制制多少少坐標標軸（包括直直線軸軸和回回轉(zhuǎn)軸軸）聯(lián)動軸軸數(shù)CNC可同同時控控制且且按一一定規(guī)規(guī)律完完成一一定軌軌跡插補的的協(xié)調(diào)調(diào)運動動的坐坐標軸軸數(shù)插補功功能插補直直線、、圓弧弧、拋拋物物線、、橢圓圓、正正弦曲曲線、螺旋曲曲線、、樣條條函數(shù)數(shù)等，，甚至至可對對曲面面直接接插補補。插補坐坐標系系也從從直角角坐標標系擴擴展到到極坐坐標系系、圓筒坐坐標系系。第1章章概概論12/12/2022數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要技技術(shù)術(shù)指指標標機床床坐坐標標軸軸可可達達到到的的控控制制精精度度，，即即CNC每每發(fā)發(fā)出出一一個個脈脈沖沖，，坐坐標標軸軸移移動動的的距距離離定位位精精度度實際際位位置置與與指指令令位位置置的的一一致致程程度度，，不不一一致致量量為為誤誤差差；；重復復精精度度在相相同同條條件件下下，，操操作作方方法法不不變變，，進進行行規(guī)規(guī)定定次次數(shù)數(shù)操操作作所所得到到的的連連續(xù)續(xù)結(jié)結(jié)果果的的一一致致程程度度。。脈沖沖當當量量（（分分辨辨率率））定位位精精度度與與重重復復精精度度第1章章概概論論12/12/2022數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要技技術(shù)術(shù)指指標標行程程和和插插補補范范圍圍—CNC的的控控制制范范圍圍和和加加工工范范圍圍進給給速速度度和和調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)范范圍圍進給給速速度度—刀具具每每分分鐘鐘切切削削進進給給距距離離；；最大大進進給給速速度度—CNC在在一一定定精精度度條條件件下下所所能能達達到到的的最大大加加工工速速度度；；最大大快快進進速速度度—不加加工工的的最最大大移移動動速速度度；；速度度調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)—通過過操操作作面面板板上上的的進進給給倍倍率率開開關(guān)關(guān)調(diào)調(diào)整整，，調(diào)節(jié)節(jié)范范圍圍一一般般是是10%-120%，，每每檔檔間間隔隔10%第1章章概概論論12/12/2022數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要技技術(shù)術(shù)指指標標主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速和和調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)范范圍圍主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速—主軸軸每每分分鐘鐘的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速；；轉(zhuǎn)速速調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)—通過過操操作作面面板板上上的的主主軸軸倍倍率率開開關(guān)關(guān)調(diào)調(diào)整整，，調(diào)節(jié)節(jié)范范圍圍一一般般是是50%?120%，，每每檔檔間間隔隔5%；；主軸軸恒恒線線速速—保證證諸諸如如車車床床端端面面切切削削的的恒恒定定切切削削速速度度。。單位位mm/min，，第1章章概概論論12/12/2022數(shù)控系統(tǒng)主主要技術(shù)指指標刀具管理和和刀具補償償T指令—CNC從刀刀庫中選擇擇刀具刀具半徑補補償、長度度補償、刀刀具壽命管管理、自動動刀具測量量等準備功能（（G功能））用來指令機機床動作的的方式功能能輔助功能（（M功能））規(guī)定主軸的的起停、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，冷卻卻液的通斷斷，刀庫的的起停等第1章概概論12/12/2022數(shù)控系統(tǒng)主主要技術(shù)指指標操作功能程序段跳步步、機械閉閉鎖、輔助助功能閉鎖鎖、單段、、試運行、、錄返、示示教等。開關(guān)量接口口M、S、T功能以BCD碼形形式輸出；；機床其它它開關(guān)量信信號，如急停、循循環(huán)起動、、進給保持持等。字符圖形顯顯示自診斷功能能通信與通信信協(xié)議第1章概概論12/12/2022第1章概概論1.3數(shù)數(shù)控技術(shù)的的發(fā)展從1952年至今，，數(shù)控機床床按照控制制機的發(fā)展展，已經(jīng)歷歷了六代。。1952年年試制成功的的世界上第第一臺數(shù)控控機床是一一臺三坐標標數(shù)控立式式銑床，采采用的是脈脈沖乘法器器原理，其其數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)全部采用用電子管元元件，我們們稱之為第第一代數(shù)控控系統(tǒng)。1959年年，由于在計計算機行業(yè)業(yè)中研制出出晶體管元元件，因而而在數(shù)控系系統(tǒng)中廣泛泛采用晶體體管和印刷刷電路板，，從而跨入入了第二代代。1959年3月月，美國發(fā)發(fā)明了帶有有自動換刀刀裝置的數(shù)數(shù)控機床，，稱為“加加工中心””。1965年年，出現(xiàn)了小小規(guī)模集成成電路，由由于它體積積小，功耗耗低，使數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的可靠性得得以進一步步提高。數(shù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)發(fā)展到第三三代。以上三代，，都是采用用專用控制制的硬件邏邏輯數(shù)控系系統(tǒng)（NC）。1967年年，出現(xiàn)了柔柔性制造系系統(tǒng)（FMS）。由由計算機作作控制單元元的數(shù)控系系統(tǒng)（CNC）———數(shù)控控機床的第第四代。1974年年，美、日等等國的數(shù)控控系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)廠首先研研制出以微微處理器為為核心的數(shù)數(shù)控系統(tǒng)（（MNC））?！獢?shù)控機機床的第五五代。1990年年開始，出現(xiàn)現(xiàn)了采用工工控PC機機的開放式式CNC系系統(tǒng)。———數(shù)控機機床的第六六代。12/12/2022我國第一臺臺數(shù)控機床床12/12/2022立式數(shù)控車車床立式數(shù)控銑銑床12/12/2022臥式數(shù)控銑銑床龍門數(shù)控銑銑床滑枕立式加加工中心12/12/2022固定立柱立式式加工中心固定立柱立式式加工中心12/12/2022第1章概論論隨著計算機技技術(shù)的發(fā)展，，數(shù)控技術(shù)不不斷采用計算算機、控制理理論等領(lǐng)域的的最新技術(shù)成成就，使其朝朝著下述方向向發(fā)展。運行高速化加工高精化控制智能化功能復合化交互網(wǎng)絡(luò)化12/12/2022第1章概論論趨勢——運行行高速化進給、主軸、、刀具交換、、托盤交換等等實現(xiàn)高速化化，并具有高高加（減）速速度。進給率高速化化：在分辨率為0.1m時，F(xiàn)max=24m/min，可獲獲得復雜型面面的精確加工工；在程序段長度度為1mm時時，F(xiàn)max=30m/min，并且且具有1.5g的加減速速率；12/12/2022第1章概論論在高效加工中中心上達到90m/min的快移移速度和1g的加速度。。直線電機作為為高效驅(qū)動元元件正被廣為為應用，尤其其在激光切割割和高速加工工中。12/12/2022第1章概論論換刀速度0.9秒（刀刀到刀）2.8秒（切切削到切削））工作臺（托盤盤）交換速度度6.3秒。主軸高速化：采用電主軸（（內(nèi)裝式主軸軸電機），主主軸電機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸就是主主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速速達40000～50000r/min。。主軸轉(zhuǎn)速的最最高加（減））速為1.0g，即僅僅需1.8秒秒即可從0提提速到15000r/min。12/12/2022第1章概論論趨勢——加工工高精化提高機械的制制造和裝配精精度；提高數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的控控制精度；采采用誤差補償償技術(shù)。IC制造裝備、、納米控制。。提高CNC系系統(tǒng)控制精度度：采用高速插補補技術(shù)，以微微小程序段實實現(xiàn)連續(xù)進給給，使CNC控制單位精精細化；采用高分辨率率位置檢測裝裝置，提高位位置檢測精度度（日本交流流伺服電機已已有裝上106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位位置檢測器，，其位置檢測測精度能達到到0.01m/脈沖）位置伺服系統(tǒng)統(tǒng)采用前饋控控制與非線性性控制等方法法。采用誤差補償償技術(shù)：采用反向間隙隙補償、絲桿桿螺距誤差補補償和刀具誤誤差補償?shù)燃技夹g(shù);設(shè)備的熱變形形誤差補償和和空間誤差的的綜合補償技技術(shù)。研究表表明，綜合誤誤差補償技術(shù)術(shù)的應用可將將加工誤差減減少60％～～80％。三三井精機的JidicH5D型超精精密臥式加工工中心的定位位精度為±0.1m。12/12/2022第1章概論論趨勢——控制制智能化隨著人工智能能技術(shù)的不斷斷發(fā)展，為滿滿足制造業(yè)生生產(chǎn)柔性化、、制造自動化化發(fā)展需求，，數(shù)控技術(shù)智智能化程度不不斷提高，體體現(xiàn)在：加工過程自適適應控制技術(shù)術(shù)：通過監(jiān)測主軸和進給電電機的功率、、電流、電壓壓等信息，辯識出刀具的受力力、磨損以及及破損狀態(tài)，，機床加工的的穩(wěn)定性狀態(tài)態(tài)；并實時修調(diào)加工參數(shù)（主主軸轉(zhuǎn)速，進進給速度）和和加工指令，，使設(shè)備處于于最佳運行狀狀態(tài)，以提高加工精度、降降低工件表面面粗糙度以及及設(shè)備運行的的安全性。加工參數(shù)的智智能優(yōu)化:將零件加工的的一般規(guī)律、、特殊工藝經(jīng)經(jīng)驗，用現(xiàn)代代智能方法，，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)統(tǒng)或基于模型型的“加工參參數(shù)的智能優(yōu)優(yōu)化與選擇器器”，獲得優(yōu)化的加工參參數(shù)，提高編程效率和加加工工藝水平平，縮短生產(chǎn)準備時間間。使加工系系統(tǒng)始終處于于較合理和較較經(jīng)濟的工作作狀態(tài)。智能化交流伺伺服驅(qū)動裝置置：自動識別負載載、自動調(diào)整整控制參數(shù)，，包括智能主主軸和智能化化進給伺服裝裝置，使驅(qū)動動系統(tǒng)獲得最最佳運行。目前已開發(fā)出出自學習功能能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)電火花加工工系統(tǒng)。日本本大隈公司的的7000系系列數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)具有人工智智能自動編程程功能。12/12/2022趨勢——控制制智能化第1章概論論智能故障診斷斷與自修復技技術(shù)智能故障診斷斷技術(shù)：根據(jù)據(jù)已有的故障障信息，應用用現(xiàn)代智能方方法，實現(xiàn)故故障快速準確定位位。智能故障自修修復技術(shù)：根根據(jù)診斷故障障原因和部位位，以自動排除除故障或或指導故故障的排排除技術(shù)。集集故障自自診斷、、自排除除、自恢恢復、自自調(diào)節(jié)于于一體，，貫穿于于全生命命周期。。智能故障障診斷技技術(shù)在有有些數(shù)控控系統(tǒng)中中已有應應用，智智能化自自修復技技術(shù)還在在研究之之中。12/12/2022第1章概概論INC(IntelligentNC)研究機構(gòu)日本京都大學、大阪機工、三菱電機、MAZAK等

具體目標實現(xiàn)安全、高效、高速加工的智能化數(shù)控機床系統(tǒng)特征數(shù)控系統(tǒng)各種控制參數(shù)自適應數(shù)控機床加工條件自適應加工過程數(shù)據(jù)采集及自律學習12/12/2022第1章概概論趨勢———功能復復合化復合化：：在一臺臺設(shè)備上上實現(xiàn)多多種工藝藝步驟的的加工，，縮短加加工鏈車銑復合合—車削削中心；；鏜銑鉆復復合—加加工中心心、五面面加工中中心；銑鏜鉆車車復合——復合加加工中心心；可更換主主軸箱的的數(shù)控機機床—組組合加工工中心；；集車削和和激光加加工于一一體的機機床；測量/制制造復合合，在加加工后對對工件進進行在線線測量多功能復復合化機機床消除除了車床床、銑床床、磨床床、激光光設(shè)備等等之間的的傳統(tǒng)差差異。12/12/2022趨勢———交互網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化第1章概概論支持網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通訊協(xié)協(xié)議，既既滿足單單機DNC需要要，又能能滿足FMC、、FMS、CIMS、、靈捷制制造TEAM（（technology