《数控技术绪论》PPT课件.ppt

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1、现代数控技术罗圆智武汉工程大学机械工程学院2/4/20231主要参考书&廖效果、刘又午等廖效果、刘又午等 数控技术数控技术 湖北科学技术出版社湖北科学技术出版社 武汉，武汉，20002000年年&毕毕毕毕承承承承恩恩恩恩，丁丁丁丁乃乃乃乃健健健健现现代代数数控控机机床床 机机械械工业出版社工业出版社 北京，北京，19941994&张张建建 钢钢等等数数控控技技术术华华中中科科技技大大学学出出版版社社 武汉，武汉，200020002/4/20232教学方法与考核方式 教学方法教学方法 课堂教学课堂教学 实验教学实验教学 自自 学学 专题讲座专题讲座 考核方式考核方式 考考 试（试（70%70%）

2、平时成绩（平时成绩（20%20%）读书报告读书报告 课堂提问课堂提问 实验报告（实验报告（10%10%）2/4/20233 1-1 数控系统及数控机床的基本概念数控系统及数控机床的基本概念 第一章第一章 绪绪 论论 一、定义一、定义 1.数字控制数字控制(数控数控NC)(Numerical Control)它是指用数字化信号对机床运动及其加工过它是指用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制的一种方法。程中进行控制的一种方法。2.数控系统（数控系统（NC Control System）数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机构等统称构等统称数控控制系统数控

3、控制系统。它由程序输入、输出设。它由程序输入、输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴进给及驱动装置等组成。进给及驱动装置等组成。2/4/20234 数控机床数控机床是一种装有程序控制系统（数控系是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。它综合了综合了计算机、统）的高效自动化机床。它综合了综合了计算机、自动控制、精密测量、机床的机构设计与制造等自动控制、精密测量、机床的机构设计与制造等方面的最新成果。方面的最新成果。3.数控机床（数控机床（NC Machine Tools）4、数控系统（数控系统（Numerical Control S

4、ystem）实现数字控制的装置。实现数字控制的装置。5、计算机数控系统（计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC）以计算机为核心的数控系统。）以计算机为核心的数控系统。2/4/202357、并联机床：新一代机床的发展趋势，进一步、并联机床：新一代机床的发展趋势，进一步满足超精密，超高速。满足超精密，超高速。6、加工中心、加工中心MC：数控机床配有刀具：数控机床配有刀具库和自动换刀装置就构成加工中心，它库和自动换刀装置就构成加工中心，它可以一次装夹并进行多工序加工。可以一次装夹并进行多工序加工。2/4/20236驱动杆机架 动平台主轴电机伺服电机主轴刀具柔性夹

5、具工件静平台图图1-1 1-1 并联机床结构示意图并联机床结构示意图 驱动并联化驱动并联化并联加工中并联加工中心心（又称（又称6 6条条腿数控机床腿数控机床、虚轴机床、虚轴机床）是数控机）是数控机床在结构上床在结构上取得的重大取得的重大突破突破。2/4/20237 1-2 现代数控机床的特点和发展趋势现代数控机床的特点和发展趋势一、特点一、特点1.对加工对象的适应性强。对加工对象的适应性强。2.生产效率和加工精度高、加工质量稳定。生产效率和加工精度高、加工质量稳定。3.能完成复杂型面的加工。能完成复杂型面的加工。2/4/20238 5.数控机床是一种高技术的设备。数控机床是一种高技术的设备。它

6、具有故障诊断的能力，监控功能强，能减轻它具有故障诊断的能力，监控功能强，能减轻操作者的劳动强度、实现加工自动化和操作简单操作者的劳动强度、实现加工自动化和操作简单化，有利于生产管理的现代化和有利于向高级计化，有利于生产管理的现代化和有利于向高级计算机控制与管理方面发展算机控制与管理方面发展 4.工序集中，一机多用。工序集中，一机多用。3.需要高度熟练和经过适当培训的零件编程员。需要高度熟练和经过适当培训的零件编程员。缺点：缺点：1.造价相对较高。造价相对较高。2.测试和维修比较复杂，需要专门的技术人才。测试和维修比较复杂，需要专门的技术人才。2/4/20239 二、数控机床的发展趋势二、数控机

7、床的发展趋势 高速度高速度:以发展高速切削为先导（最高转速以发展高速切削为先导（最高转速达达80000r/min以上），并重视对空行程的提速以上），并重视对空行程的提速(最最高进给速度达高进给速度达80m/min)，力求达到更大的加工效，力求达到更大的加工效率。率。2 高效率：在注重提高机床材料去除率的同高效率：在注重提高机床材料去除率的同时，大力推进以缩短加工过程链为目标的复合加工时，大力推进以缩短加工过程链为目标的复合加工技术。技术。3 高柔性：机床及其制造系统的柔性化将在高柔性：机床及其制造系统的柔性化将在可重组技术的支持下，通过对制造系统的快速重可重组技术的支持下，通过对制造系统的快速

8、重组实现敏捷和经济地适应不确定市场对产品多变组实现敏捷和经济地适应不确定市场对产品多变地要求。地要求。2/4/202310 5高环保：机床地绿色设计与制造以重视环保高环保：机床地绿色设计与制造以重视环保的净洁生产为重点，干切削或微量切削液的高效加的净洁生产为重点，干切削或微量切削液的高效加工技术日趋成熟。工技术日趋成熟。4 高精度：数控车、铣、磨等机床地工作精高精度：数控车、铣、磨等机床地工作精度正以平均每年提升度正以平均每年提升8%10%地幅度向纳米级精地幅度向纳米级精度迈进。度迈进。2/4/202311 三、数控机床的产生和发展现状三、数控机床的产生和发展现状1、数控设备的发展历史、数控设

9、备的发展历史 19521952年年，三三坐坐标标连连续续控控制制铣铣床床的的系系统统研研究究成成功功。电电子子管管元元件件 、晶晶体体管管元元件件、集集成成电电路路数数控控系系统统 、大大规规模模集集成成电电路路及及小小型型计计算算机和，微处理机和微型计算机。机和，微处理机和微型计算机。数数控控加加工工中中心心（machining machining centercenter）的的出出现现使使单单机机数数控控自自动动化化向向计计算算机机控控制制的的多多机机制制造造系统自动化方向发展。系统自动化方向发展。2/4/202312 随随着着计计算算机机技技术术和和控控制制技技术术的的发发展展，出出现现

10、了了直直接接数数字字控控制制系系统统（DNC）、柔柔性性制制造造系系统统(FMS)、计算机集成制造系统、计算机集成制造系统(CIMS)。先进制造技术先进制造技术先进制造技术先进制造技术 1快速原型法（又称快速成形法）快速原型法（又称快速成形法）2虚拟制造技术虚拟制造技术 3柔性制造系统柔性制造系统(FMS)4柔性制造单元（柔性制造单元（FMC）5计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)2/4/2023132、直接数字控制系统直接数字控制系统 DNC系系统统是是用用一一台台计计算算机机直直接接控控制制和和管管理理一一群群数数控控机机床床进进行行零零件件加加工工或或装装配配的的系系统统。计

11、计算算机机将将一一组组数数控控机机床床与与存存储储有有零零件件加加工工程程序序和和机机床床控控制制程程序序的的公公共共存存储储器器相相连连接接，根根据据加工要求想向机床分配数据和指令。加工要求想向机床分配数据和指令。DNC系统可分为间接控制型和直接控制型两系统可分为间接控制型和直接控制型两种。种。2/4/202314（1）、）、间接控制型系统间接控制型系统 2/4/202315（2 2）、直接控制型系统）、直接控制型系统 2/4/2023163、柔性制造单元和柔性制造系统柔性制造单元和柔性制造系统（1）、）、柔性制造单元柔性制造单元：由中心控制计算：由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件（机

12、、加工中心与自动交换工件（AWC、APC）装置所组成。）装置所组成。中心控制计算机负责作业调度、自动检中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能测与工况自动监控等功能。2/4/202317（2）、）、柔性制造系统柔性制造系统 一般由加工、物流、信息流三个子系统组成。一般由加工、物流、信息流三个子系统组成。加加工工系系统统：由由CNC机机床床按按DNC的的控控制制方方式式构构成。成。系系统统中中的的机机床床，有有互互补补和和互互替替两两种种配配置置原原则则：互互补补是是指指在在系系统统中中配配置置有有完完成成不不同同工工序序的的机机床床；互替是指在系统中配置有相同功能的机床。互替是

13、指在系统中配置有相同功能的机床。2/4/202318物流系统包括工件和刀具两个子系统。物流系统包括工件和刀具两个子系统。刀具系统设有中央刀库，由机器人在中央刀具系统设有中央刀库，由机器人在中央和各机床的刀库之间进行输送和交换刀具。和各机床的刀库之间进行输送和交换刀具。工件系统包括工件、夹具的输送、装卸以工件系统包括工件、夹具的输送、装卸以及仓储等装置。及仓储等装置。2/4/2023192/4/202320信息流系统包括作业计划，加工系统和信息流系统包括作业计划，加工系统和物流系统的调度与自动控制，在线状态物流系统的调度与自动控制，在线状态监控及其数据和信息处理，以及故障在监控及其数据和信息处理

14、，以及故障在线检测和处理等。线检测和处理等。2/4/2023214、计算机集成制造系统计算机集成制造系统 CIMS采用现代计算机技术将制造工厂全部生产活采用现代计算机技术将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来起来。CIMS将计算机辅助设计（将计算机辅助设计（CAD）、计算机）、计算机辅助制造辅助制造(CAM)、计算机辅助管理集成在一起、计算机辅助管理集成在一起。2/4/2023221-3 数控机床的工作原理和组成数控机床的工作原理和组成一、组成一、组成2/4/202323程程序序编编制制输输入入装装置置数数控控装装置置CNC伺伺服服

15、驱驱动动及及位位置置检检测测辅辅助助控控制制即即强强电电控控制制装装置置机床机床主主运运动动机机构构进进给给运运动动机机构构辅辅助助动动作作机机构构图图1-1 数控机床的组成框图数控机床的组成框图2/4/2023242/4/202325（一）程序编制及程序载体（一）程序编制及程序载体 数控程序数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。是数控机床自动加工零件的工作指令。即把加工零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工即把加工零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，按规定的方法、格式和代码，所编制的程序。信息，按规定的方法、格式和代码，所编制的程序。程序载体存放程序以便输入到数控装置的装置。程序载体

16、存放程序以便输入到数控装置的装置。（二）输入装置（二）输入装置 将所输入的程序载体上的数控程序变成相应的将所输入的程序载体上的数控程序变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。电脉冲信号，传送并存入数控装置内。（三）数控装置及强电控制装置（三）数控装置及强电控制装置 数控装置是接受输入装置送来的脉冲信号，经数控装置是接受输入装置送来的脉冲信号，经过编译、运算和逻辑处理后，输出指令控制机床的过编译、运算和逻辑处理后，输出指令控制机床的各个部分，按程序动作的装置。各个部分，按程序动作的装置。2/4/202326 （四）伺服驱动系统及位置监测装置（四）伺服驱动系统及位置监测装置（五）机床的机械部件

17、（五）机床的机械部件 强电控制装置是介于数控装置和机床机械、强电控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。其主要作用是编译、液压部件之间的控制系统。其主要作用是编译、判断和功率放大。判断和功率放大。伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床的执行部件和机械传动部件组成数组成，并与机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。控机床的进给系统。机械部件包括主运动部件、进给运动执行部件、机械部件包括主运动部件、进给运动执行部件、床身、冷却、定位夹紧装置等。床身、冷却、定位夹紧装置等。2/4/202327二、工作原理二、工作原

18、理图图1-2 数控机床的工作原理图数控机床的工作原理图编程手册编程手册加工图样加工图样编程机编程机穿孔机或存储装置穿孔机或存储装置穿孔带、磁盘等穿孔带、磁盘等输入装置输入装置数控装置数控装置随动进给系统随动进给系统 机床机床2/4/202328 1-4 数控机床的分类数控机床的分类 一、一、按机床运动轨迹分类按机床运动轨迹分类 1.点位控制数控机床点位控制数控机床 为点到点控制，只要刀具从某一位置向另一为点到点控制，只要刀具从某一位置向另一位置移动时，不管中间的轨迹如何，只要刀具最位置移动时，不管中间的轨迹如何，只要刀具最后能正确到达目标位置的控制方式，称为后能正确到达目标位置的控制方式，称为

19、点位控点位控制制。这类机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控。这类机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲剪床等。冲剪床等。2/4/202329图图1-3 点位控制加工原理图点位控制加工原理图2/4/202330 2.直线控制数控机床直线控制数控机床图图1-4 直线控制的加工原理图直线控制的加工原理图 除点到点的准确位置之外，还要保证两点之间除点到点的准确位置之外，还要保证两点之间移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要进行控移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同需要。制，以便适应随工艺因素变化的不同需要。简易数控车床、数控镗铣床，一般有简易数控车床、数控镗铣床，一

20、般有2 3个可个可控坐标轴，但同时控制的坐标轴只有一个。控坐标轴，但同时控制的坐标轴只有一个。2/4/202331 3.轮廓控制的数控机床轮廓控制的数控机床 能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可进行曲线或曲面度进行连续相关的控制，因而可进行曲线或曲面的加工。的加工。图图1-5 2轴控制，同时控制两个坐标轴控制，同时控制两个坐标2/4/202332 3轴联动，轴联动，(3轴控制轴控制)4轴控制轴控制 图图1-6 多轴联动数控加工的原理图多轴联动数控加工的原理图 5轴联动加工轴联动加工 5轴联动加工轴联动加工2/4/202333

21、二二、按伺服系统分类、按伺服系统分类1.开环伺服数控机床开环伺服数控机床 开环控制系统是指不带反馈的控制系开环控制系统是指不带反馈的控制系统统.其特点其特点:开环控制具有结构简单、系统稳开环控制具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。但是系统定、容易调试、成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。一般适用于经济型数控机床和旧精度低。一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。机床数控化改造。2/4/202334图图1-7开环控制系统开环控制系统2/4/2023352.闭环控制数控机床闭环控制数控机床2/4/202336图图1-

22、8闭环控制系统闭环控制系统2/4/202337 3.半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床 2/4/202338图图1-9半闭环控制系统半闭环控制系统2/4/202339 三、三、按加工工艺类型的分类按加工工艺类型的分类 1.普通数控机床普通数控机床 2.数控加工中心数控加工中心 3 金属成型类数控机床金属成型类数控机床 这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、铣铣、钻、镗、磨床等，与通用机床不同的是他能、钻、镗、磨床等，与通用机床不同的是他能加工具有复杂形状的零件。加工具有复杂形状的零件。这是一种在普通数控机床上加装一个刀具库这是一种在普通数控机床上加装

23、一个刀具库和自动换刀装置而构成的数控机床。和自动换刀装置而构成的数控机床。数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机。数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机。2/4/202340 4.数控特种加工机床数控特种加工机床 数控线切割机床、数控电火花加工机床、数数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床。控激光切割机床。2/4/202341四、四、按用数控装置的类型分类按用数控装置的类型分类 1、硬件式数控机床、硬件式数控机床 2、软件式数控机床、软件式数控机床使用硬件式数控装置。改变或增、减控制、使用硬件式数控装置。改变或增、减控制、运算功能时，需要改变数控装置的硬件电运算功能时，需要改

24、变数控装置的硬件电路。通用性、灵活性差，制造周期长，成路。通用性、灵活性差，制造周期长，成本高。本高。使用计算机数控装置。主要功能由系统使用计算机数控装置。主要功能由系统软件来完成。无需改变系统硬件，只需软件来完成。无需改变系统硬件，只需改变系统软件，即可改变系统功能。改变系统软件，即可改变系统功能。2/4/202342五、五、按用数控装置的功能水平分类按用数控装置的功能水平分类可以根据一些功能和指标将数控机床分为可以根据一些功能和指标将数控机床分为低、中、高档三类。其中中、高档称为全低、中、高档三类。其中中、高档称为全功能数控或标准数控。经济型数控属于低功能数控或标准数控。经济型数控属于低档

25、数控，由单板机、单片机和步进电机组档数控，由单板机、单片机和步进电机组成数控系统，功能简单，价格低。成数控系统，功能简单，价格低。课堂小结：课堂小结：课堂小结：课堂小结：通过本次课的教学，学生必须明确什么通过本次课的教学，学生必须明确什么通过本次课的教学，学生必须明确什么通过本次课的教学，学生必须明确什么是数控？什么是数控机床？是数控？什么是数控机床？是数控？什么是数控机床？是数控？什么是数控机床？通过对普通机床的比较，得出数控机床通过对普通机床的比较，得出数控机床通过对普通机床的比较，得出数控机床通过对普通机床的比较，得出数控机床的特点及加工对象。在理解的基础上牢记的特点及加工对象。在理解的基础上牢记的特点及加工对象。在理解的基础上牢记的特点及加工对象。在理解的基础上牢记数控机床的组成及分类。数控机床的组成及分类。数控机床的组成及分类。数控机床的组成及分类。2/4/202343作 业1、什么是数控技术？有何特点？2、简述数控机床的组成及工作原理？3、简述数控机床的类型？2/4/202344