《数控原理及数控系统 第2版 教学课件 ppt 作者 王爱玲 42411第1章 数控系统概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控原理及数控系统 第2版 教学课件 ppt 作者 王爱玲 42411第1章 数控系统概述（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,数控原理及数控系统 电子教案,主 编：王爱玲 副主编：刘永姜 徐旭宁,联系方式： 地址：中北大学机械工程与自动化学院 邮编：030051,前 言,内容： 数控原理及数控系统主要内容包括数控系统概述、数控机床的程序编制、机床数控装置的插补原理、计算机数字控制装置、数控机床的伺服系统以及位置检测装置等内容。,背景： 制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统制造业的技术支撑和发展趋势,是直接创造社会财富的主要手段，谁先掌握先进制造技术,谁就能够占领市场。而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。现代数控技术集传统的机械制造技术
2、、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生了巨大变化。,特色： 1 各个出版社都出了不少各种层次的数控相关的书籍，但作为专门针对职业教育的系列教材还是不多见的。本系列教程是针对数控职业教育（大家叫“灰领”、“金蓝领”、“钻石蓝领”等）的较为全面的系列教材。 2 系列的各本教材编突出了“应用”的特色，精选了大量的应用实例。 3 教材中涉及到的内容，既有标志学科前沿的最新知识，又深入浅出地交代了数控基本理论知识。 4 在有限的课时内，安排较大量的实
3、验、习题，以锻炼学生实际动手能力及学习解决实际问题的能力。,第一章 数控系统概述,教学目的 教学难点、重点 教学手段 机床数字控制的基本原理 机床数控系统的分类 机床数控技术的发展 思考题,教学目的,1让同学们了解数字控制的基本概念、数控机床的组成、数控机床的工作过程、数控系统中轨迹控制的基本原理、数控系统中辅助功能及其实现以及数控机床加工零件的操作过程 2让同学们了解机床数控系统的不同分类方法 3让同学们了解数控机床的发展历程和发展趋势,教学难点、重点,1数字控制概念、数控机床和普通机床差异比较是难点，理解数字控制、数控系统以及计算机数控系统的概念 2重点是机床数控系统的分类，必须让大家理解
4、，因为不同的机床分类将会有所差异。结合实例讲清楚重点。,教学手段,1采用实例讲解法，结合金工实习同学们对数控机床的一些感性认识，必须对普通机床和数控机床的差异性区别开来，为以后进一步学习数控原理、数控装置、伺服系统以及检测装置奠定基础。 2讲清楚不同数控机床的工作原理、运动方式以及实现该运动所采用的相应数控系统，分开主次，理清思路，结合实例和多媒体课件。,机床数字控制的基本原理,1数字控制（Numerical Control-NC），简称为数控，是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。数字控制是相对于模拟控制而言的，数字控制系统中的控制信息是数字量，而模拟控制系统中的控
5、制信息是模拟量。数字控制与模拟控制相比有许多优点，如可用不同的字长表示不同精度的信息，可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，从而使机械设备具有很大的“柔性”。因此数字控制已被广泛用于机械运动的轨迹控制和机械系统的开关量控制，如机床的控制、机器人的控制等。,2数控机床是典型的数控化设备，它一般由信息载体、计算机数控装置、伺服系统和机床四部分组成，如图1-1所示。,1.信息载体 信息载体又称控制介质，用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息，如零件加工的位置数据、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零件的机
6、械加工。早期的数控机床（系统）常用的信息载体有穿孔带、磁带等，现代数控机床（系统）常用的信息载体有磁盘或半导体存储器等，并通过相应的输入装置将信息输入到数控系统中。数控机床既可采用信息载体输入，也可采用操作面板上的按钮和键盘将加工信息直接输入，或通过串行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。高级的数控系统还包含一套自动编程机或者CAD/CAM系统。由这些设备实现编制程序、输入程序、输入数据以及显示、模拟显示、存储和打印等功能。,2.计算机数控装置 计算机数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。它由硬件和软件组成。硬件除计算机外，其外围设备
7、主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。光电阅读机是输入系统程序和零件加工程序。CRT供显示和监控用。键盘用于输入操作命令及编辑、修改程序段，也可输入零件加工程序。操作面板可供操作人员改变操作方式、输入整定数据、起停加工等。机床接口是计算机和机床之间联系的桥梁，机床接口包括伺服驱动接口及机床输入/输出接口。,3伺服系统 它是数控系统的执行部分，包括驱动机构和机床移动部件，它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。伺服电动机可以是步进电机、电液马达、直流伺服电机或交流伺服电机。 4机床 它是用于完成各种切削加工的机械部分，是在普通机床的基础上发展来的，但也作了很多改进和提高
8、，,数控机床的主要特点是： （1）由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短； （2）为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小； （3）更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等； （4）不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率。,数控机床的工作过程,数控机床的加工过程如图1-2所示。其中信息输入、信息处理和伺服执行是数控系统的三个基本工作过程，也是数控系统的三个基本组成部分。加上机床本体，数控机床必须具备信息输入、信息处理、伺服执行及机床本体四个基本组
9、成部分。 加工一个零件所需的数据及操作命令构成零件加工程序。加工程序可以用符号或数字形式记录在输入介质(有形的信息载体)上，输入数控系统；也可以通过键盘或通信接口输入数控系统。输入介质一般是穿孔纸带、磁带、磁盘等。输入介质上的数据以程序段形式编排。,数控机床与普通机床相比存在的优点,（1）具有充分的柔性，只需编制零件程序就能加工零件。 （2）在切削速度和进给行程的全范围内均可保持精度，且一致性好。 （3）生产周期较短。 （4）可以加工复杂形状的零件。 （5）易于调整机床，与其它制造方法(如自动机床、自动生产线)相比，所需调整时间较少。 （6）操作者有空闲时间，可照料其它加工。,数控机床的缺点,
10、数控机床也存在以下问题： （1）造价相对高。 （2）维护比较复杂，需要专门的维护人员。 （3）需要高度熟练和经过培训的零件编程人员,机床数控系统的分类,按照机床的运动轨迹可把机床数控系统分为三大类： 点位控制系统、直线切削控制系统和轮廓控制系统 1.点位控制系统（Point to Point Control System）点位控制系统只控制机床移动部件的终点位置，而不管移动所走的轨迹如何，可以一个坐标移动也可以二坐标同时移动，在移动过程中不进行切削，为保证定位精度，可在移动过程中采用如图1-3所示的分级降速、连续降速或单向定位等方法提高定位精度。数控钻床、数控冲床等都属于点位控制系统。,2.直
11、线切削控制系统（Strait Cut Control System） 直线切削控制系统控制刀具或工作台以适当的速度按平行于坐标轴的方向直线移动并可对工件进行切削，这类系统也能按45进行斜线切削，但不能按任意斜率进行切削，简易数控车就属于直线切削控制系统。也可将点位控制系统和直线切削控制系统结合在一起成为点位/直线切削控制系统，数控镗床属于这一类系统。,3.轮廓控制系统（Contouring Control System） 轮廓控制系统又称连续切削控制系统，它能对刀具与工件相对移动的轨迹进行连续控制，能加工曲面、凸轮、锥度等复杂形状的零件，数控铣床、数控车床、数控磨床均采用连续控制系统。连续控制
12、系统的核心装置就是插补器，插补器的功能是按给定的尺寸和加工速度用脉冲信号使刀具或工件走任意斜线或圆弧，分别称为直线插补器和圆弧插补器，高级的连续控制系统的插补器还具有抛物线、螺旋线插补功能。,连续切削控制系统按同时控制且相互独立的轴数，可以有两轴控制,2.5控制，3、4、5轴控制等。2轴控制指的是可以同时控制2轴，但机床也许多于2轴。如X、Y、Z三个移动坐标轴，可以进行图1-4所示的曲线形状加工。同时控制X、Z坐标和Y、Z时，可以加工图1-5所示形状的零件。2.5轴控制是指两个轴连续控制,第三个轴点位或直线控制,从而实现三个主要轴X、Y、Z内的二维控制。3轴控制是指同时控制X、Y、Z三个坐标，
13、这样刀具在空间的任意方向都可移动，因而能够进行三维的立体加工，如图1-6所示。4轴控制是指同时控制四个坐标运动，即在三个平动坐标之外，再加一个旋转坐标。同时控制四个坐标的数控机床如图1-7所示，可用来加工叶轮或圆柱凸轮。,5轴控制中的5个轴是三个平动X、Y、Z，再加上围绕这些直线坐标旋转的旋转坐标A、B、C中的两个坐标形成同时控制五个坐标，这时刀具可以给定在空间的任意方向。因而当进行图1-8所示的曲面切削时，可以使刀具对曲面经常保持一定角度，也可以进行图1-9所示零件侧面的切削。此外，5轴联动机床在一次装卡的情况下，能实现任意方向的孔加工。由于刀具可以按数学规律导向，使之垂直于任何双曲线平面，
14、因此特别适合于加工透平叶片、机翼等。,图1-4 同时控制两个坐标的轮廓控制,图1-5 同时控制两个坐标的轮廓控制,图1-6 3轴联动的数控加工,图1-7 同时控制四个坐标的数控加工,图1-8 5轴联动的数控加工（a）,图1-9 5轴联动的数控加工（b）,按伺服系统的控制方式分类:开环伺服控制系统（Open Loop Control System） 、半闭环伺服控制系统（Semi-closed Loop Control System） 和闭环伺服控制系统（Closed Loop Control System）,按照数控系统的功能水平，数控系统可以分为经济型（低档型）、普及型（中档型）和高档型数控
15、系统三种。这种分类方法没有明确的定义和确切的分类界线，且不同时期、不同国家的类似分类含义也不同。下面的叙述可作为按数控系统功能水平分类的参考条件。,机床数控技术的发展历程,1947年为了精确地制作直升飞机叶片的样板，美国密执安州特拉弗斯城帕森公司的帕森（John C.Parson）提出了用电子装置控制坐标镗床的方案。 1949年美国空军后勤司令部为了在短时间内能造出基础变更设计的火箭发动机零件与帕森公司合作，并选择麻省理工学院伺服机构研究所为协作单位。他们经过近三年的努力于1952年研制成功了基于电子管和继电器的机床数控装置，用于控制三坐标立式铣床，它标志着第一代数控系统-电子管数控系统的诞生
16、。 1959年完全由固定布线的晶体管元器件电路所组成的第二代数控系统晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。,随着数控系统的发展，对数控系统的实用性、柔性、易维修性、控制装置的功能环境及对任意机床类型的适应性这些来自应用者方面的要求不断提高，要满足这些要求，对固定布线的晶体管元器件电路所组成晶体管数控系统而言，耗资巨大。因此，随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统集成电路数控系统后，使这些问题的解决难度稍微前进了一步。当以计算机作为数控系统的核心组件后，才为这些复杂的问题提供了一种简单的、经济的解决方法。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统小型计算机数控系统。,随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业， 1974年，第五代数控系统微型计算机数控系统也出现了。应用一个或多个计算机作为数控
