计算机数控装置ppt培训课件

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1、数控技术,1,数控技术,新乡学院 机电工程学院,数控技术,2,课程章节安排,绪论 第1章 计算机数控（CNC）装置 第2章 数控检测装置 第3章 数控伺服系统 第4章 数控机床的机械结构 第5章 数控加工编程 第6章 数控技术的发展趋势,数控技术,3,第1章 计算机数控装置 CNC Devices,1.1 概述 1.2 CNC装置的硬件结构 1.3 CNC装置的软件结构 1.4 CNC装置的插补原理 1.5 CNC装置的刀具补偿与加减速控制 1.6 CNC系统中的PLC 1.7 开放式数控系统,数控技术,4,1. CNC (computer numerical control)：美国电子工业协

2、会EIA （Electronic Industries Association） 数控化标准委员会定义：借助于计算机通过执行其存储器内的程序， 完成数控要求的部分或全部功能， 并配有接口电路和伺服驱动装置的 一种专用计算机系统。,前言,1.1 概述 ( Introduction ),数控技术,5,2. CNC装置的作用,结合制造工艺和流程， 围绕机床的数字化控制、制造自动化， 进行集中的信息处理， 完成运动、逻辑、轨迹等的控制。,CNC装置是数控机床的核心部件！,数控技术,6,3. 机床数控,数控技术,7,1.1.1 CNC系统的组成现代数控系统，即CNC系统，是由程序、输入/输出设备、计算机

3、数控（CNC）装置、可编程控制器单元、主轴控制单元和速度控制单元等部分组成。CNC系统的核心是CNC装置。如图1.1所示,数控技术,8,1.1.1 CNC系统的组成,数控技术,9,CNC装置实质上是一台专用计算机，除具有计算机的结构外，还有和数控机床功能有关的功能模块和接口单元。CNC装置有硬件和软件组成，硬件是基础，软件是灵魂，CNC装置的软件在硬件的支持下，合理的组织管理整个系统的正常运行。,10,1.1.2 CNC装置的工作过程CNC装置的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。CNC装置的工作原理是通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据信息，经过译码、计算机的处理、运算，将每个坐

4、标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服电机，带动坐标轴运动，同时进行实时位置反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位置。,数控技术,11,二、CNC装置,CNC装置工作过程 1、输入 2、译码 3、刀补 4、进给速度处理 5、插补 6、位置控制 7、I/O处理 8、显示 9、诊断,数控技术,12,反馈,数控技术,13,二、CNC装置,CNC装置工作过程 1、输入 输入CNC控制器通常有零件程序、机床参数和补偿数据。但机床参数和除刀具尺寸外的补偿数据一般在机床出厂或在用户安装调试时已设定好，所以主要输入是零件程序和刀具尺寸补偿数据。 输入型式有光电阅读机纸带输入、

5、键盘输入、磁盘输入和连接上级计算机的DNC接口输入，一般可按零件程序所用的介质选择其中之一。,数控技术,14,二、CNC装置,CNC装置工作过程 2、译码 译码处理是将零件程序的一个程序段作为单位进行处理，也就是把其中的零件轮廓信息(如起点、终点，直线或圆弧等）、进给速度信息(F代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区域。 在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。,数控技术,15,二、CNC装置,CNC装置工作过程 3、刀补 刀具补偿是指刀具长度和刀具半径的补偿。为了使编制的零

6、件程序与刀具尺寸无关，即使编制的程序不因刀具尺寸变化而改变，通常零件程序都是以零件轮廓轨迹来编程。 刀具补偿作用就是把零件轮廓轨迹按已定的刀具尺寸数据自动转换(或称换算)成刀具中心孰迹，目前，在较高档的NC中，刀具补偿还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓C刀具补偿功能。,数控技术,16,二、CNC装置,CNC装置工作过程 4、进给速度处理 数控加工程序给定的刀具相对工件的移动速度是在各坐标合成运动方向上的速度，即F代码指令值。速度处理首先要进行的工作是按合成速度来计算各进绐运动坐标方向的分速度，为插补时计算各进绐坐标的行程量作准备。 另外，对于机床允许的最低和最高速度的限制也在这

7、里处理。也有的CNC把软件的自动加减速也放在这里处理。,数控技术,17,二、CNC装置,CNC装置工作过程 5、插补 由于指令行程信息的有限性，如对于一条直线仅给定的是起、终点坐标；对于一段圆弧除给定其起、终点坐标外，再给定其圆心坐标或圆弧半径，这样，要进行轨迹加工， CNC必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行“数据点密化”工作，这就是所谓插补。 插补是在规定的周期(称插补周期)内执行一次，即在每个周期内，按指令进绐速度计算出一个微小的直线数据段。通常经过若干个插补周期后，插补完一个程序段的加工，也即完成了从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。目前，在一般的CNC中，都有直线、圆弧及螺旋

8、线插补。根据需要CNC中还可配置椭圆、抛物线、正弦线和一些专用曲线的插补。,数控技术,18,二、CNC装置,CNC装置工作过程 6、位置控制 位置控制是处在伺服回路的位置环上。它的王要工作是在每个采样周期内，将插补计算出的理想位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。 这部分工作可以由软件来完成，也可由硬件完成。 在位置控制中，通常还要完成位置回路的增益调整，各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。,数控技术,19,二、CNC装置,CNC装置工作过程 7、I/O处理 IO处理主要是指CNC与机床之间电气信号的输入，输出处理和控制(如换刀、主轴变速换挡、冷却等)。

9、 8、显示 CNC的显示主要是为操作者提供方便，通常应有： 零件程序的显示 参数显示（F、S、T、M、X、Y、Z） 刀具轨迹显示 机床状态显示 报警信息显示等。 有些CNC还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。,数控技术,20,二、CNC装置,CNC装置工作过程 9、诊断 自动故障诊断是现代CNC所必须具有的功能，通常有联机诊断和脱机诊断两种功能。 联机诊断是指CNC中的自诊断程序，这种自诊断程序融合在各部分，随时检查不正常的事件。 脱机诊断则是在CNC不工作情况下的诊断，这种诊断通过配备的各种脱机诊断程序对存储器，外围设备(CRT、阅读机、穿孔机等)接口和IO接口等进行检查。 脱机诊断也可采

10、用远程通信方式进行，即所谓的远程诊断。这是把用户的NC通过网络与远程通信诊断中心的计算机相连，由诊断中心计算机对CNC进行诊断，故障定位和修复。,数控技术,21,1.1.3 CNC装置的功能CNC装置的功能是指它满足不同控制对象各种要求的能力，通常包括基本功能和选择功能。 1. 基本功能是数控系统必备的功能，如控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能等。 2. 选择功能是供用户根据不同机床的特点和用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、通信功能和人机对话编程功能等。,数控技术,22,二、CNC装置,装置的功能 、控制功能 、准备功能

11、、插补功能 、固定循环功能 、进给功能 、主轴功能 、辅助功能 、刀具功能和第二辅助功能 、补偿功能 、字符、图形显示功能 、通讯功能 、自诊断功能,数控技术,23,二、CNC装置,装置的功能 、轴控制功能 此功能是指CNC可控制的和同时控制的轴数。 对于数控机床运动的轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。一般数控车床只需2根同时控制轴。数控铣床、数控镗床和加工中心需要有3根或3根以上的控制轴，而同时控制的轴数按用途不同可以是2轴或3轴等。 在加工空间曲面的数控机床则需要3根以上的同时控制铀。控制轴数越多，尤其是同时控制轴数越多，CNC控制器就越复杂，多轴联动的零件程序编制也越困难。,数控技术

12、,24,二、CNC装置,装置的功能 、准备功能 准备功能也称G功能，它用来指令机床运动方式的功能,包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、米英制转换、子程序等指令。用G和它后面的两位数字表示。,数控技术,25,二、CNC装置,装置的功能 、插补功能CNC是通过软件插补来实现刀具运动的轨迹。由于轮廓(连续)控制时的实时性很强，软件插补的计算速度较难瞒足数控机床对进给速度和分辨率的要求，以及要求CNC不断扩展其他方面的功能而减少插补计算所占用的CPU时间。因此, CNC的插补功能实际上被分为粗插补和精插补，软件每次插补一个小线段数据称为粗插补；伺服接口根据粗插补的结果，将小

13、线段分成单个脉冲输出,称为精插补。 进行轮廓加工的零件形状，大多是由直线和圆弧构成；有的由更复杂的曲线构成。因此有直线、圆弧、抛物线、正弦、样条等插补。 实现插补运算的方法有逐点比较法、数字积分法(DDA)和直接函数运算法等。,数控技术,26,二、CNC装置,装置的功能 、固定循环功能 是用固定循环加工指令将具有典型的动作循环的加工工序事先编好程序并存储在内存中，用G代码进行指定，达到简化编程的目的。 、进给功能 根据机械加工工艺要求，CNC的进给功能用F直接指令数控机床各轴的进绐速度有：切削进给速度，以每分钟进给的毫米数指定刀具的切削进给速度。对于回转轴如F12,表示每分钟进给速度为12mm

14、/分钟。,数控技术,27,二、CNC装置,装置的功能 同步进给速度，以主铀每转进给的毫米数规定的进给速度，如001mmr。只有主轴上装有位置编码器的数控机床才能指定同步进给速度，目的是便于切削螺纹编程。快速进给速度，它通过参数设，用G00指令快速。并可通过操作面板上快速倍率开关进行调整。进绐倍率,它通过设置在操作面板上的进绐倍率开关来给定。倍率通常可从0-200之间变化,每档间隔10。利用倍率开关可不用修改程序中的F值，就可改变机床的进给速度,对每分钟进给量和每转进给量都有效,但注意在切削螺纹时倍率开关应不起作用。,数控技术,28,二、CNC装置,装置的功能 、主轴功能 ）主轴功能就是指定主轴

15、转速的功能：它用S代码和其后面的数值表示，多数为S4位，单位是r/min。在机床操作面上装有主轴倍率开关，可以不修改程序而可改变主轴转速。 ）设置恒定线速度 ）主轴准停。,数控技术,29,二、CNC装置,装置的功能 、辅助功能 辅助功能用来指令主轴的启、停和转向；切削液的开和关；刀库的启和停等。 用M代码的2位数表示。,数控技术,30,二、CNC装置,装置的功能 、刀具功能和第二辅助功能 刀具功能用来选择所需刀具，用T的2位数或4位数表示。 第二辅助功能用来指定工作台的分度， 、补偿功能 补偿功能一种是指刀具尺寸补偿（半径、长度和磨损）和程序段自动转接，以简化编程； 另一种是指丝杆的螺距误差和

16、反向间隙或者如热变形补偿等，这是提高机床加工精度的补偿。 这两种补偿都是通过其补偿量输人CNC的存储器，且按此补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。,数控技术,31,二、CNC装置,装置的功能 、字符、图形显示功能 CNC控制器可配置9in(23cm)单色或14in(36cm)彩色CRT(也可配置液晶显示器LCD)，通过软件和接口实现字符和图形显示。 通常可显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形及表示实际切削过程的动态刀具轨迹等。 、通讯功能 为了适应柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造(CIMS)等需求，CNC控制器通常都具有RS232C通信接口，有的还备有DNC接口，它设有缓冲存储器，可以数控格式输入，也可以二进制格式输入，进行高速传输。 也有的CNC还可与MAP(制造自动化协议)相连，接入工厂的通信网络。,