數(shù)控編程課件第章2

第1章數(shù)控機床基本知識1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)及工作原理1.3數(shù)控機床的分類

1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機床就應(yīng)運而生了。1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機。1959年，美國克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功開發(fā)了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2數(shù)控機床的發(fā)展簡況第1代數(shù)控機床：1952年～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第4代數(shù)控機床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機床：從1974年開始采用微型計算機控制的系統(tǒng)（MNC）。1．計算機直接數(shù)控系統(tǒng)所謂計算機直接數(shù)控（DirectNumericalControl，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺計算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，編程結(jié)果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺數(shù)控機床的控制箱。2．柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）也叫做計算機群控自動線，它是將一群數(shù)控機床用自動傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺計算機的統(tǒng)一控制之下，形成一個用于制造的整體。3．計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先進的計算機技術(shù)，控制從定貨、設(shè)計、工藝、制造到銷售的全過程，以實現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。1.1.3我我國國數(shù)數(shù)控控機機床床發(fā)發(fā)展展概概況況1958年年開開始始并并試試制制成成功功第第一一臺臺電電子子管管數(shù)數(shù)控控機機床床。。1965年年開開始始研研制制晶晶體體管管數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)，，直直到到20世世紀(jì)紀(jì)60年年代代末末至至70年年代代初初成成功功。。從從20世世紀(jì)紀(jì)80年年代代開開始始，，先先后后從從日日本本、、美美國國、、德德國國等等國國家家引引進進先先進進的的數(shù)數(shù)控控技技術(shù)術(shù)。。如如北北京京機機床床研研究究所所從從日日本本FANUC公公司司引引進進FANUC3、、FANUC5、、FANUC6、、FANUC7系系列列產(chǎn)產(chǎn)品品的的制制造造技技術(shù)術(shù)；；上上海海機機床床研研究究所所引引進進美美國國GE公公司司的的MTC-1數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)等等。。1.1.4數(shù)數(shù)控控機機床床的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢從數(shù)數(shù)控控機機床床技技術(shù)術(shù)水水平平看看，，高高精精度度、、高高速速度度、、高高柔柔性性、、多多功功能能和和高高自自動動化化是是數(shù)數(shù)控控機機床床的的重重要要發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢。。數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)都都采采用用了了16位位和和32位位微微處處理理器器，，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)總總線線及及軟軟件件模模塊塊和和硬硬件件模模塊塊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，內(nèi)內(nèi)存存容容量量擴擴大大到到1MB以以上上，，機機床床分分辨辨率率可可達達0.1m，，高高速速進進給給可可達達100m/min，，控控制制軸軸數(shù)數(shù)可可達達16個個。。1.2數(shù)數(shù)控控機機床床的的組組成成結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及工工作作原原理理1.2.1數(shù)數(shù)控控機機床床的的組組成成1．．控控制制介介質(zhì)質(zhì)數(shù)控控機機床床工工作作時時，，不不需需要要操操作作工工人人直直接接操操縱縱機機床床，，但但機機床床又又必必須須執(zhí)執(zhí)行行人人的的意意圖圖，，這這就就需需要要在在人人與與機機床床之之間間建建立立某某種種聯(lián)聯(lián)系系，，這這種種聯(lián)聯(lián)系系的的中中間間媒媒介介物物即即稱稱為為控控制制介介質(zhì)質(zhì)。。2．．?dāng)?shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)控控裝裝置置是是一一種種控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)，，是是數(shù)數(shù)控控機機床床的的中中心心環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)。。它它能能自自動動閱閱讀讀輸輸入入載載體體上上事事先先給給定定的的數(shù)數(shù)字字，，并并將將其其譯譯碼碼，，從從而而使使機機床床進進給給并并加加工工零零件件，，數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)通通常常由由輸輸入入裝裝置置、、控控制制器器、、運運算算器器和和輸輸出出裝裝置置4大大部部分分組組成成。。3．．伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)由由伺伺服服驅(qū)驅(qū)動動電電動動機機和和伺伺服服驅(qū)驅(qū)動動裝裝置置組組成成，，它它是是數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的執(zhí)執(zhí)行行部部分分。。伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)接接受受數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的指指令令信信息息，，并并按按照照指指令令信信息息的的要要求求帶帶動動機機床床的的移移動動部部件件運運動動或或使使執(zhí)執(zhí)行行部部分分動動作作，，以以加加工工出出符符合合要要求求的的工工件件。。每每一一個個脈脈沖沖使使機機床床移移動動部部件件產(chǎn)產(chǎn)生生的的位位移移量量叫叫做做脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量。。目目前前所所使使用用的的數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量通通常常為為0.001mm/脈脈沖沖。。4．．輔輔助助控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)輔助助控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)是是介介于于數(shù)數(shù)控控裝裝置置和和機機床床機機械械、、液液壓壓部部件件之之間間的的強強電電控控制制裝裝置置。。5．．機機床床本本體體機床床本本體體是是數(shù)數(shù)控控機機床床的的主主體體，，由由機機床床的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)大大件件（（如如床床身身、、底底座座））和和各各運運動動部部件件（（如如工工作作臺臺、、床床鞍鞍、、主主軸軸等等））所所組組成成。。1.2.2數(shù)數(shù)控控機機床床的的關(guān)關(guān)鍵鍵結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)部部件件1．．伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)驅(qū)驅(qū)動動電電機機（1））步步進進電電動動機機步進進電電動動機機通通常常用用于于開開環(huán)環(huán)伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)機機床床。。（2））直直流流伺伺服服電電動動機機①小小慣慣量量直直流流電電動動機機②寬寬調(diào)調(diào)速速直直流流電電動動機機③無無刷刷直直流流電電動動機機（3））交交流流伺伺服服電電動動機機近年年來來新新型型功功率率開開關(guān)關(guān)器器件件、、專專用用集集成成電電路路和和新新的的控控制制算算法法等等的的發(fā)發(fā)展展帶帶動動了了交交流流驅(qū)驅(qū)動動電電源源的的發(fā)發(fā)展展，，使使其其調(diào)調(diào)速速性性能能更更能能適適應(yīng)應(yīng)數(shù)數(shù)控控機機床床伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)的的要要求求。。交交流流速速度度控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)正正逐逐步步取取代代直直流流速速度度控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。。2．．位位置置檢檢測測裝裝置置檢測測裝裝置置是是把把位位移移和和速速度度測測量量信信號號作作為為反反饋饋信信號號，，并并將將反反饋饋信信號號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成數(shù)數(shù)字字送送回回計計算算機機，，和和脈脈沖沖指指令令信信號號相相比比較較，，以以控控制制驅(qū)驅(qū)動動元元件件正正確確運運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。。（1））感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器感應(yīng)應(yīng)同同步步器器是是一一種種電電磁磁式式的的高高精精度度位位移移檢檢測測元元件件，，按按其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)方方式式的的不不同同可可分分為為直直線線式式和和旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式兩兩種種，，前前者者用用于于長長度度測測量量，，后后者者用用于于角角度度測測量量。。感應(yīng)應(yīng)同同步步器器的的特特點點是是：：精精度度高高，，工工作作可可靠靠，，抗抗干干擾擾性性強強，，維維護護簡簡單單，，壽壽命命長長，，可可測測量量長長距距離離位位置置，，成成本本低低，，易易于于批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。（2））光光柵柵光柵柵就就是是在在一一塊塊長長條條形形的的光光學(xué)學(xué)玻玻璃璃上上均均勻勻地地刻刻劃劃很很多多條條與與運運動動方方向向垂垂直直的的條條紋紋，，條條紋紋之之間間的的距距離離成成為為柵柵距距。。光柵柵測測量量裝裝置置是是一一種種非非接接觸觸式式測測量量，，利利用用光光路路減減少少了了機機械械誤誤差差，，具具有有精精度度高高，，響響應(yīng)應(yīng)速速度度快快等等特特點點，，因因此此是是數(shù)數(shù)控控機機床床和和數(shù)數(shù)顯顯系系統(tǒng)統(tǒng)常常用用的的檢檢測測元元件件。。（3））磁磁柵柵磁柵柵是是用用電電磁磁的的方方法法計計算算磁磁波波數(shù)數(shù)目目的的一一種種位位置置檢檢測測元元件件，，磁磁柵柵測測量量裝裝置置由由磁磁性性標(biāo)標(biāo)尺尺、、讀讀取取磁磁頭頭和和檢檢測測電電路路組組成成。。磁柵柵位位置置檢檢測測電電路路的的特特點點是是：：容容易易制制造造，，檢檢測測精精度度高高（（能能達達到到每每米米±±3m），安裝使使用方便，對對環(huán)境條件要要求較低，若若磁性標(biāo)尺膨膨脹系數(shù)與機機床一致，可可在一般車間間使用。由于于磁頭與磁柵柵為有接觸的的相對運動，，因而有磨損損，使用壽命命受到一定的的限制。一般般使用壽命可可達到5年，，涂上保護膜膜后壽命則可可進一步延長長。（4）旋轉(zhuǎn)變變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是是一種角位移移檢測元件，，由定子和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組成，分分為有刷和無無刷兩種形式式。有刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器定子子和轉(zhuǎn)子均為為兩相交流分分布繞組。數(shù)控機床檢測測裝置主要使使用無刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器，因因為無刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器具有有可靠性高、、壽命長、體體積小、不用用維修以及輸輸出信號大、、抗干擾能力力強等優(yōu)點。。（5）脈沖編編碼器脈沖編碼器是是把機械轉(zhuǎn)角角轉(zhuǎn)化為電脈脈沖的一種常常用角位移傳傳感器。（6）測速發(fā)發(fā)電機測速發(fā)電機是是速度反饋元元件，相當(dāng)于于一臺永磁式式直流電動機機。3．進給運動動傳動部件滾珠絲杠螺母母副是回轉(zhuǎn)運運動與直線運運動相互轉(zhuǎn)換換的新型理想想傳動裝置。。具有如下優(yōu)點點。（1）傳動效效率高。（2）摩擦力力小。（3）使用壽壽命長。（4）經(jīng)預(yù)緊緊后可以消除除軸向間隙，，提高系統(tǒng)的的剛度。（5）反向運運動時無空行行程，可以提提高軸向運動動精度。4．CRT顯顯示及其接口口5．?dāng)?shù)控機床床通信RS-232接口口1.2.3數(shù)數(shù)控機床床的工作原理理數(shù)控系統(tǒng)的主主要任務(wù)之一一就是控制執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)按預(yù)預(yù)定的軌跡運運動。一般情情況是已知運運動軌跡的起起點坐標(biāo)、終終點坐標(biāo)和曲曲線方程，由由數(shù)控系統(tǒng)實實時地算出各各個中間點的的坐標(biāo)。即需需要“插入、、補上”運動動軌跡各個中中間點的坐標(biāo)標(biāo)，通常這個個過程就稱為為“插補”。。1．逐點比較較法直線插補補（1）直線插插補計算原理理①偏差計算算公式定義直線插補補的偏差判別別式如下：Fm=ymxexmye②終點判斷斷的方法一種方法是設(shè)設(shè)置Σx、Σy兩個減法計數(shù)數(shù)器。另一種方法是是設(shè)置一個終終點計數(shù)器。。第三種方法是是選終點坐標(biāo)標(biāo)值較大的坐坐標(biāo)作為計數(shù)數(shù)坐標(biāo)。③插補計算算過程偏差判斷坐標(biāo)進給偏差計算終點判別2．逐點比較較法圓弧插補補（1）圓弧插插補計算原理理①偏差計算算公式定義圓弧偏差差判別式如下下：Fm=Rm2R2=xm2+ym2R2新加工點m+1點的偏差差為Fm2xm+1新加工點的偏偏差值為Fm+2ym+1②終點判別別方法③插補計算算過程1.3數(shù)數(shù)控機床的分分類1.3.1按按控制系系統(tǒng)的特點分分類1．點位控制制數(shù)控機床這類機床主要要有數(shù)控坐標(biāo)標(biāo)鏜床、數(shù)控控鉆床、數(shù)控控點焊機和數(shù)數(shù)控折彎機等等，其相應(yīng)的的數(shù)控裝置稱稱為點位控制制數(shù)控裝置。。2．直線控制制數(shù)控機床這類機床主要要有數(shù)控車床床、數(shù)控磨床床和數(shù)控鏜銑銑床等，相應(yīng)應(yīng)的數(shù)控裝置置稱為直線控控制裝置。3．輪廓控制制數(shù)控機床屬于這類機床床的有數(shù)控車車床、數(shù)控銑銑床、加工中中心等。其相相應(yīng)的數(shù)控裝裝置稱為輪廓廓控制裝置。。輪廓數(shù)控裝裝置比點位、、直線控制裝裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜得多，功能能齊全得多。。1.3.2按按進給伺伺服系統(tǒng)的類類型分類1．開環(huán)進給給伺服系統(tǒng)數(shù)數(shù)控機床開環(huán)進給伺服服系統(tǒng)通常不不帶有位置檢檢測元件