00數(shù)控機床控制技術(shù).ppt

1、數(shù)控機床控制技術(shù),第1章 緒論,第2章 電氣控制技術(shù),第章 位置檢測裝置,第章 數(shù)控伺服系統(tǒng),第5章 可編程序控制器,第6章 GE系列PLC程序編制,第7章 S7-200系列PLC程序編制,第8章 數(shù)控機床控制技術(shù)綜合實訓(xùn),課程介紹,數(shù)控技術(shù)應(yīng)用人才的培養(yǎng)方向,機床制造廠的設(shè)計、安裝、調(diào)試人員，包括售前和售后服務(wù)的銷售人員 各種行業(yè)和應(yīng)用的最終用戶，涉及數(shù)控機床的操作、編程和數(shù)控機床的維護,本課程在專業(yè)課程體系中的地位,本課程是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的主干課程， 是數(shù)控設(shè)備與維護專業(yè)的核心課程， 是“數(shù)控機床維修技術(shù)”課程的先修課程。 解決數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中“為什么（Why）”的問題,課程內(nèi)容簡介,本課

2、程介紹：數(shù)控機床控制原理和數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用。機床數(shù)控系統(tǒng)是一個普通的自動控制系統(tǒng)，人是一個天然的自動控制系統(tǒng)，他們之間的原理是相通的。,課程主要任務(wù),通過課程學(xué)習(xí)，了解數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測裝置、可編程控制器在數(shù)控機床上的功能和應(yīng)用，并掌握這些部件與機床本體配接的知識。 三大項目 1、坐標軸位置的控制（CNC） 2、主軸轉(zhuǎn)速的控制（SP） 3、輔助裝置的控制（PLC）,能力培養(yǎng),學(xué)完本課程，應(yīng)具備實際數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用能力，能根據(jù)數(shù)控原理分析數(shù)控機床故障并且排除故障；同時了解數(shù)控技術(shù)前沿領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，了解加工新工藝的發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的新要求，初步具備分析問題和解決問題的能力。,數(shù)控人才需求,“藍領(lǐng)層

3、”數(shù)控技術(shù)人才： 承擔(dān)數(shù)控機床的具體操作及日常簡單維護工作的技術(shù)工人。 “灰領(lǐng)層”數(shù)控技術(shù)人才： 承擔(dān)數(shù)控編程的工藝員和數(shù)控機床維護、維修人員。 “金領(lǐng)層”數(shù)控技術(shù)人才： 具備并精通數(shù)控操作、數(shù)控工藝編程和數(shù)控機床維護、維修所需要的綜合知識，積累了大量實際經(jīng)驗，知識面廣。,數(shù)控人才知識結(jié)構(gòu),“藍領(lǐng)型”：以傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)，掌握“數(shù)控機床原理及應(yīng)用基礎(chǔ)”和“數(shù)控加工編程技術(shù)”，掌握“CAD/CAM”軟件。 “灰領(lǐng)型”： 編程工藝員，應(yīng)具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，熟悉產(chǎn)品的三維設(shè)計，產(chǎn)品的加工工藝； 維修人員，以機、電、光和液（氣）控制技術(shù)為基礎(chǔ)，掌握數(shù)控機床維護與維修的技術(shù)和技能。 “金領(lǐng)

4、型”：有較扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，較全面地掌握數(shù)控設(shè)備的相關(guān)原理與技術(shù)，具備數(shù)控設(shè)備研制與開發(fā)能力，掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有較高的外語水平。,未來數(shù)控人才需求,課程概述,單元一 數(shù)控機床的組成及工作原理 單元二 數(shù)控機床的特點與分類 單元三 數(shù)控機床控制技術(shù)概述,單元一 數(shù)控機床的組成及工作原理,數(shù)控系統(tǒng)的基本概念,1.數(shù)控數(shù)字（程序）控制的簡稱:用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程中進行控制的一種方法。 2.數(shù)控系統(tǒng)用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng):實現(xiàn)數(shù)字化控制的軟件和硬件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服裝置、反饋裝置、輔助驅(qū)動裝置組成。 3.數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)與機床本體的結(jié)合體:采

5、用數(shù)控技術(shù)對加工過程進行控制的機床。,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史（一）,數(shù)控機床的產(chǎn)生 原因社會生產(chǎn)發(fā)展（軍備競賽的產(chǎn)物） 目的解決單件、中小批量精密復(fù)雜零件的加工問題,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史（一）,從1952年世界上第一臺數(shù)控銑床問世。 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬線數(shù)控到計算機數(shù)控兩個階段和從電子管數(shù)控到基于個人計算機平臺的數(shù)控共五代的發(fā)展。 (1) 1952年美國研制出第一代數(shù)控機床，采用電子管、繼電器、模擬電路組成，體積龐大，價格昂貴。 (2) 1959年數(shù)控系統(tǒng)中開始廣泛采用晶體管和印刷電路板，系統(tǒng)體積縮小，成本有所下降。 (3) 1965年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。體積小、功率消耗少，且可

6、靠性提高，價格進一步下降。 以上這三代數(shù)控系統(tǒng)主要由電路的硬件和連線組成，稱為硬線數(shù)控系統(tǒng)，裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為普通數(shù)控機床(NC)。,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史（二）,(4) 1970年，以小型計算機化為特征的數(shù)控系統(tǒng)為第四代，數(shù)控的許多功能由軟件程序來實現(xiàn)。 (5) 1974年，以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)問世，標志著數(shù)控系統(tǒng)進入第五代。 第四、五代數(shù)控系統(tǒng)主要由計算機硬件和軟件組成，通常稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC) ；也稱為軟件數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)容易擴大功能，柔性好，可靠性高。,數(shù)控立式銑床,臥式數(shù)控銑床,車床,磨床,工作原理,數(shù)控機床工作步驟圖,數(shù)控機床與普通機床相比較，其工作原理的不同之處

7、就在于數(shù)控機床是按數(shù)字形式給出的指令進行加工的。數(shù)控機床加工零件，首先要將被加工零件的圖樣及工藝信息數(shù)字化，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，然后將所編寫的指令輸入到機床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置再將程序進行翻譯、運算后，向機床的各個坐標的伺服機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號，驅(qū)動機床的各個運動部件完成所需的輔助運動，最后加工出合格零件。,數(shù)控機床的加工過程就是：數(shù)控系統(tǒng)處于不斷地計算、輸出、反饋等控制過程中，從而控制刀具和工件之間相對位置按加工零件的要求，準確的運動。,數(shù)控系統(tǒng)的組成,PLC,輔助動作信號,1、程序及載體（穿孔紙帶、磁帶、磁盤） 2、輸入/輸出設(shè)備（紙帶閱讀機、軟盤驅(qū)動器及鍵盤（MD

8、I方式）等，還有RS232串行通訊接口，輸出設(shè)備主要有CRT顯示器或點陣式液晶顯示器） 3、計算機數(shù)控裝置（核心部件，包括微處理器CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)的其他組成部分聯(lián)系的接口等） 4、伺服單元（計算機數(shù)控裝置和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它的主要功能是把來自CNC裝置的微弱的脈沖指令信息，經(jīng)過功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅(qū)動機床的運動部件，完成指令規(guī)定的動作，加工出合格的零件。通常伺服單元由進給驅(qū)動、主軸驅(qū)動和位置驅(qū)動三部分組成。）,5、驅(qū)動裝置（是數(shù)控系統(tǒng)主要的執(zhí)行元件之一，主要功能是把經(jīng)過放大的指令信號變?yōu)闄C械運動。驅(qū)動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服

9、電機等） 6、測量反饋裝置（反饋元件，通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，主要功能是將數(shù)控機床各坐標軸的位移指令檢測值反饋到機床的數(shù)控裝置中，供計算機數(shù)控裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動） 7、機床主體（主運動部件主軸、進給機構(gòu)等完成切削加工；進給運動部件工作臺、刀架；支撐部件床身、立柱；輔助裝置冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位、夾緊、換刀機械手等）,單元二 數(shù)控系統(tǒng)的分類,按被控機床的運動軌跡分類 1.點位控制數(shù)控系統(tǒng)：刀具相對于工件的點定位 2.直線控制數(shù)控系統(tǒng)：刀具或工作臺以給定的速度按直線運動 3.輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)：刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、

10、圓弧、拋物線或其他函數(shù)關(guān)系的曲線,a、點位控制,特點是機床移動部件只能實現(xiàn)一個位置到另一個位置的精確移動，在移動和定位過程中不進行任何加工，機床移動部件的運動路線并不影響加工的孔距精度。,最典型的點位控制數(shù)控機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控點焊機和數(shù)控彎管機。,b、點位直線控制系統(tǒng),特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標軸同時進行控制，它不僅能控制機床移動部件的起點和終點坐標，而且要控制整個加工過程每一點的速度與位移量。,由于智能作簡單的直線運動，因此不能實現(xiàn)任意的輪廓軌跡加工。,c、輪廓控制，又稱連續(xù)控制,特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標同時進行控制， 它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，

11、而且要控制整個加工過程每一點的速度和位移量，即要控制移動軌跡，將工件加工成一定的輪廓形狀。,輪廓控制需要在加工過程中不斷進行多坐標軸之間的插補運算，實現(xiàn)相應(yīng)的速度和位移控制。輪廓控制包含了點位和點位直線控制。,按伺服系統(tǒng)分類,開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng),進給脈沖,步進電機 驅(qū)動裝置,步進 電動機,工作臺,半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng),指令值,位置比較電路,速度控制電路,伺服電機,工作臺,全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng),指令值,位置比較電路,速度控制電路,伺服 電機,工作臺,速度反饋,位置反饋,單元三 數(shù)控機床控制技術(shù)的發(fā)展趨勢,1) 高速化 速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。切削速度已達到5

12、0008000 m/min以上，主軸轉(zhuǎn)速在30 000 r/min以上(有的高達100 000 r/min)，數(shù)控機床能在極短時間內(nèi)實現(xiàn)升速和降速，以保持很高的定位精度；工作臺的移動速度，在分辨率為1 m時，可達100 m/min以上，在分辨率為0.1 m時，可達240m/min以上；自動換刀時間在1秒以內(nèi)，工作臺交換時間在2.5秒以內(nèi)，并且高速化的趨勢有增無減。,2) 高精度化 數(shù)控系統(tǒng)帶有高精度的位置檢測裝置，并通過在線自動補償(實時補償)技術(shù)來消除或減少熱變形、力變形和刀具磨損的影響，使加工一致性的精度得到保證，進一步提高了定位精度。普通數(shù)控加工的尺寸精度通常可達5 m，精密級加工中心的

13、加工精度通常可達1 m，最高的尺寸精度可達0.01 m。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出新的要求。新材料、新零件的出現(xiàn)以及更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，是適應(yīng)現(xiàn)代科技必由之路。,3) 多功能化 數(shù)控機床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，加工中心的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程。配有自動換刀機構(gòu)(刀庫容量可達100把以上)的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工。現(xiàn)代數(shù)控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加

14、工，減少了在不同數(shù)控機床間進行工序的轉(zhuǎn)換而引起的待工以及多次上下料等時間。近年來，又相繼出現(xiàn)了許多跨度更大的功能集中的超復(fù)合化數(shù)控機床。,4) 智能化 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域中的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，使新一代數(shù)控系統(tǒng)具有自動編程、模糊控制、前饋控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ埽胰藱C界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更加完善。,5) 高柔性化 數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時，正朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。柔性制造系統(tǒng)(FMS)是一種在批量生產(chǎn)下，高柔性和高自動化程度的制造系統(tǒng)，它綜合了高效、高質(zhì)量及高柔性的特點，解決了長期以來中小批量以及中大批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)自動化的技術(shù)難題。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計算機集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信