學(xué)習(xí)情境一數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)情境一數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第一頁，共三十六頁。學(xué)習(xí)子情境一數(shù)控設(shè)備的簡介學(xué)習(xí)子情境二數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)子情境三數(shù)控程序編制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)情境一數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第二頁，共三十六頁。學(xué)習(xí)子情境一

數(shù)控設(shè)備簡介第三頁，共三十六頁。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解數(shù)控設(shè)備的產(chǎn)生與發(fā)展；了解數(shù)控設(shè)備的加工原理、組成與特點；掌握常見數(shù)控機床的分類；初步掌握常見數(shù)控機床的坐標(biāo)系統(tǒng)。第四頁，共三十六頁。學(xué)習(xí)任務(wù)了解工廠里常用的數(shù)控設(shè)備，熟悉各類機床加工產(chǎn)品的特點；熟悉數(shù)控設(shè)備的加工原理、分類；掌握數(shù)控設(shè)備坐標(biāo)系統(tǒng)；了解當(dāng)前數(shù)控設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和功能范圍；做一份有關(guān)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢的調(diào)查報告。第五頁，共三十六頁。基本理論

（一）數(shù)控設(shè)備的產(chǎn)生與發(fā)展1.數(shù)控機床的產(chǎn)生2.數(shù)控機床的發(fā)展動向3.我國的發(fā)展情況第六頁，共三十六頁。（二）數(shù)控設(shè)備的工作原理、組成與特點1.何謂數(shù)控機床數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）是指采用數(shù)字形式信息控制的機床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入計算機或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算及處理，控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需要的工件的一類機床即為數(shù)控機床。

第七頁，共三十六頁。圖1-1-1數(shù)控設(shè)備的一般形式2．?dāng)?shù)控設(shè)備的工作原理工作要求數(shù)控程序數(shù)控設(shè)備工作結(jié)果圖1-1-2數(shù)控設(shè)備的工作原理第八頁，共三十六頁。3．?dāng)?shù)控設(shè)備的組成與功能圖1-1-3數(shù)控機床的組成程序載體輸入裝置機

床伺服裝置CNC裝置輔助動作信號位置反饋信號第九頁，共三十六頁。數(shù)控機床各組成部分的作用程序載體數(shù)控機床操作時不需人參與直接操作，但人的意圖又必須參與。人與數(shù)控機床之間必須建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的媒介物又稱為控制介質(zhì)。程序載體存儲加工零件所需全部操作信息和刀具相對工件的移動信息。程序載體按數(shù)控裝置的類型而異，可以是穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤。第十頁，共三十六頁。輸入裝置

輸入裝置的作用是將加工程序的信息讀入CNC裝置內(nèi)?，F(xiàn)代數(shù)控機床可通過手動方式（MDI方式）將工件加工程序直接通過操作面板上的按鍵，或者用與微機相連的鍵盤直接鍵入CNC裝置。也可用與上位機通信方式或者網(wǎng)絡(luò)通信方式直接將錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)上。對于軟磁盤，則配用軟盤驅(qū)動器。第十一頁，共三十六頁。CNC裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的控制核心，通常由一臺通用或?qū)Ｓ梦⑿陀嬎銠C構(gòu)成，有輸入接口、存儲器、運算器、輸出接口和控制電路等。輸入接口接受控制介質(zhì)或操作面板上的信息，并將其信息代碼加以識別，經(jīng)譯碼后送入相應(yīng)的存儲器。存儲器中的代碼或數(shù)據(jù)是控制和運算的原始依據(jù)。控制器根據(jù)輸入的指令控制運算器和輸出接口，實現(xiàn)對機床各種操作的執(zhí)行。如控制主軸變速和起動、控制刀架或工作臺移動等，同時控制機床的整個工作循環(huán)。運算器主要是對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運算，按運算結(jié)果不斷的由輸出接口輸出脈沖信號，驅(qū)動伺服機構(gòu)按規(guī)定要求運動。第十二頁，共三十六頁。操作面板讀帶機運算器（CPU）伺服結(jié)構(gòu)行程開關(guān)控制接點內(nèi)部存儲器ROMRAM輸入接口輸出接口數(shù)控裝置的組成控制面板第十三頁，共三十六頁。數(shù)控裝置中的譯碼、處理、計算公式和控制的步驟都是預(yù)先安排好的，這種“安排”可用:專用計算機的硬件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，稱為硬件數(shù)控，也可用小型通用計算機或微機的系統(tǒng)控制程序來實現(xiàn)，稱為軟件數(shù)控。目前均采用專用的微型計算機來實現(xiàn)控制，簡稱CNC。用微機構(gòu)成數(shù)控裝置，其CPU實現(xiàn)控制和運算，內(nèi)部存儲器中只讀存儲器(ROM)存放系統(tǒng)控制程序，讀寫存儲器(RAM)存放零件的加工程序和系統(tǒng)運行時的工作參數(shù)。I／O接口實現(xiàn)輸入輸出的功能。

數(shù)控機床的功能強弱主要由數(shù)控裝置功能決定，它是數(shù)控機床的核心部分。第十四頁，共三十六頁。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動部分和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。伺服系統(tǒng)把數(shù)控裝置輸出的脈沖信號通過放大和驅(qū)動元件使機床移動部件運動或使執(zhí)行機構(gòu)動作，加工出符合要求的零件。每一脈沖使機床移動部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量，常用脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖等。伺服系統(tǒng)的精度、快速性及動態(tài)響應(yīng)是影響加工精度、表面質(zhì)量與生產(chǎn)率的主要因素。目前在數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機構(gòu)有功率步進(jìn)電機，直流伺服電機和交流伺服電機，后二種都帶有感應(yīng)同步器、光電編碼器等位置測量元件，所以，伺服機構(gòu)的性能決定了數(shù)控機床的精度與快速性。伺服系統(tǒng)第十五頁，共三十六頁。位置反饋系統(tǒng)的作用是將機床運動部件的實際位置信息反饋給CNC裝置。分為伺服電動機的轉(zhuǎn)動角位移反饋和數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)（工作臺）的直線位移反饋兩種。測量位置和速度，以實現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。運動部分通過傳感器蔣上述角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信息形式轉(zhuǎn)換后輸送給CNC裝置，并與指令位置比較，根據(jù)比較結(jié)果由CNC裝置發(fā)出指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。位置反饋系統(tǒng)第十六頁，共三十六頁。由于數(shù)控機床需承受大切削用量及運動部件的快速性、靈敏性，所以與普通機床相比其機床的外型結(jié)構(gòu)、整體布局及刀架結(jié)構(gòu)等部件均有很大變化。其設(shè)計要求應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點，使機床：結(jié)構(gòu)剛性好熱變形小精度高傳動靈敏機床的機械結(jié)構(gòu)第十七頁，共三十六頁。機床數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，從不同角度對其進(jìn)行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法：第十八頁，共三十六頁。點位控制數(shù)控機床(位置控制)輪廓控制數(shù)控機床(連續(xù)控制)(一)按控制刀具與工件相對運動的軌跡分類第十九頁，共三十六頁。特點:僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進(jìn)行任何加工適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。點位控制第二十頁，共三十六頁。輪廓控制輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進(jìn)給軸同時協(xié)調(diào)運動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床?，F(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。第二十一頁，共三十六頁。

開環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)全閉環(huán)控制系統(tǒng)(二)按照伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類第二十二頁，共三十六頁。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大第二十三頁，共三十六頁。開環(huán)控制框圖工作臺步進(jìn)電機數(shù)控裝置第二十四頁，共三十六頁。沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進(jìn)電機作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。第二十五頁，共三十六頁。

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋第二十六頁，共三十六頁。工作臺伺服電動機數(shù)控裝置伺服放大器位置檢測（編碼器）半閉環(huán)控制框圖第二十七頁，共三十六頁。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用。第二十八頁，共三十六頁。

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋第二十九頁，共三十六頁。

閉環(huán)控制框圖工作臺伺服電動機數(shù)控裝置伺服放大器

檢測裝置（光柵）第三十頁，共三十六頁。閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，直接檢測運動部件的實際位置，精度高。閉環(huán)環(huán)路內(nèi)包括機械傳動環(huán)節(jié)多，易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜、調(diào)試較難、成本高。第三十一頁，共三十六頁。(三)按照工藝用途分類切削加工類：數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機床、FMC等。成型加工類：數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機等。特種加工類：數(shù)控線切割機、電火花加工機、激光加工機等。其它類型：數(shù)控裝配機、數(shù)控測量機、機器人等第三十二頁，共三十六頁。性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨率(um)進(jìn)給速度(m/min)顯示高級型325<0.1>24三維動態(tài)普及型1630.1~1015~24字符/圖形經(jīng)濟型8<3<10<15字符（四）按照CNC裝置的功能水平分類第三十三頁，共三十六頁。二軸聯(lián)動（平面曲線）三軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）四軸聯(lián)動（空間曲面）五軸聯(lián)動及六軸聯(lián)動（空間曲面）聯(lián)動軸數(shù)越多，數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。（五）按照CNC裝置的聯(lián)動軸數(shù)分類第三十四頁，共三十六頁。二軸聯(lián)動主要用于數(shù)控車床加工曲線旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銑床等加工曲線柱面。第三十五頁，共三十六頁。內(nèi)容總結(jié)學(xué)習(xí)情境一。學(xué)習(xí)子情境一

數(shù)控設(shè)備簡介。數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）是指采用數(shù)字形式信息控制的機床。圖1-1-1數(shù)