数控技术介绍及应用(ppt 54页)
合集下载
数控技术及应用PPT课件
数控技术及应用
主编 林其骏 副主编赵仲生 机械工业出版社
.
1
第一章 绪论
第一节数控技术的产生和特点
.
2
1 数控技术的产生
上世纪40年代以来，生产力迅速发 展，人们要加工的零件越来越多，零 件形状也越来越复杂，原来用自动专 用机床和仿形机床去满足要求现在显 得力不从心。因此：
灵活、通用、高精度、高效率的“柔 性”自动化生产技术-------数控技术 应运而生。
分 机床的机械部分 用于完成各种切削加工。
.
9
作业 2.15
.
10
.
11
.
12
.
13
.
14
.
15
谢谢观看！
工件的加工。 （4）减轻操作人员的劳动强度。 （5）具有较高的经济效益。 （6）能加工较复杂的零件。
.
7
缺点：
（1）对操作人员的技术水平较高。 （2）起始阶段的投资较大。 （3）增加了电子设备的维护。
3.计算机数控
Computer Numerical Control
简称CNC
计算机数控的优点：柔性好、功能强、
可靠性高、易于实现机电一体化、经济
性好。
.
8
第二节 数控机床的组成和作用
数 程序载体 将工件加工程序以一定的格式和代码
控
存储在一种载体上。（穿孔纸带。软磁盘等）
机 输入装置 将程序载体内有关加工的信息读入
床
CNC 装置中。
的 CNC装置
组
成 伺服系统 根据控制系统的指令驱动机床，使刀
部
具和零件执行数控代码规定的运动
此，数控技术在世界各地得到了迅速的发
展。
主编 林其骏 副主编赵仲生 机械工业出版社
.
1
第一章 绪论
第一节数控技术的产生和特点
.
2
1 数控技术的产生
上世纪40年代以来，生产力迅速发 展，人们要加工的零件越来越多，零 件形状也越来越复杂，原来用自动专 用机床和仿形机床去满足要求现在显 得力不从心。因此：
灵活、通用、高精度、高效率的“柔 性”自动化生产技术-------数控技术 应运而生。
分 机床的机械部分 用于完成各种切削加工。
.
9
作业 2.15
.
10
.
11
.
12
.
13
.
14
.
15
谢谢观看！
工件的加工。 （4）减轻操作人员的劳动强度。 （5）具有较高的经济效益。 （6）能加工较复杂的零件。
.
7
缺点：
（1）对操作人员的技术水平较高。 （2）起始阶段的投资较大。 （3）增加了电子设备的维护。
3.计算机数控
Computer Numerical Control
简称CNC
计算机数控的优点：柔性好、功能强、
可靠性高、易于实现机电一体化、经济
性好。
.
8
第二节 数控机床的组成和作用
数 程序载体 将工件加工程序以一定的格式和代码
控
存储在一种载体上。（穿孔纸带。软磁盘等）
机 输入装置 将程序载体内有关加工的信息读入
床
CNC 装置中。
的 CNC装置
组
成 伺服系统 根据控制系统的指令驱动机床，使刀
部
具和零件执行数控代码规定的运动
此，数控技术在世界各地得到了迅速的发
展。
数控技术及应用课件
项目2 数控机床的典型结构
任务二 数控机床的总体布局 数控车床常用布局形式
平床身
斜床身
平床身斜滑板
立床身
项目2 数控机床的典型结构
项目2 数控机床的典型结构
项目2 数控机床的典型结构
项目2 数控机床的典型结构
数控镗铣床及加工中心常用布局形式
✓ 卧式数控镗铣床（加工中心）常用布局形式
项目2 数控机床的典型结构
项目2 数控机床的典型结构
刀具的选择
1. 顺序选择
将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时， 刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。
优点：①刀库的控制与驱动简单；②无需刀具识别装置；③维护简单。 缺点： ①当加工零件改变后，刀库中的刀具顺序需按照新零件的工艺顺序重新排列 ，降低了系统的柔性； ②当工艺过程中有些工步所用的刀具相同时，也不允许重复使用同一把刀， 必须按加工顺序排列几把相同的刀具，增加了刀具数量和刀库储存量； ③操作人员必须在加工前仔细检查刀具的排列顺序，否则会造成严重事故。
方式：刀具编码选择、刀座编码选择。
项目2 数控机床的典型结构
➢ 刀具编码方式
采用一种特殊的刀柄结构，对每把刀具进行编码。 此方式对每把经组装刀具都进行二进制编码，并设法把此编 码信息 的载体以某种方式固定在刀具上，由于各种刀具几何形 状和尺寸不同，而刀具的夹头则相同，为便于识别，一般都把 代码信息载体固定在组装刀具的夹头上。此方式的刀具可随机 存放在任一刀座内，但刀具夹头必须专门设计和制造。
项目2 数控机床的典型结构
数控机床机械结构组成
主传动系统：实现主运动； 进给系统：实现进给运动； 机床基础部件：床身、底座、立柱等，支撑机床本体； 辅助装置：液压、气动、润滑、冷却、防护、排屑等装置，
《数控技术及应用》课件第1章
第1章 绪 论 2． 输入装置
输入装置的作用是将程序载体上的数控代码传递并存入数 控系统内。编好的数控程序，可通过光电阅读机、磁带机等输 入装置存储到载体上。目前，随着CAD/CAM、CIMS技术的发展， 越来越多地采用串行通信方式进行程序的传输。
为了便于加工程序的编辑修改、模拟显示，数控系统通过 显示器为操作人员提供必要的信息界面。较简单的显示器只有 若干个数码管，只能显示字符；较高级的系统一般配有CRT显 示器或液晶显示器， 可以显示图形。
第1章 绪 论
在数控机床上除了上述轨迹控制和点位控制外，还有许多 动作，如主轴的启停、刀具的更换、 冷却液的开关、电磁铁 的吸合、电磁阀的启闭、离合器的开合、各种运动的互锁和连 锁；运动行程的限位、急停、报警、进给保持、循环启动、 程序停止、 复位等等。 这些都属于开关量控制，一般由可编 程控制器（Programmable Controller, 简称为PC，也称为可 编程逻辑控制器PLC， 又称为可编程机床控制器PMC）来完成， 开关量仅有“0”和“1”两种状态， 显然可以很方便地融入机 床控制系统中， 实现对机床各种运动的数字控制。
第1章 绪 论
1.2 数控机床的组成与工作原理
1.2.1 数控机床的组成 数控机床一般由输入／输出装置、 数控装置、 伺服驱动
装置、 辅助控制装置和机床（或称裸机）等五部分组成， 如 图1-1所示。
-
第1章 绪 论
图 1 1 数 控 机 床 的 组 成
第1章 绪 论
1． 程序编制及程序载体
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工 零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上 的相对位置，即零件在机床上的安装位置，刀具与零件相对运 动的尺寸参数，零件加工的工艺路线、切割加工的工艺参数以 及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数 等加工信息后，用有文字、数字和符号组成的标准数控代码， 按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序。 编制程序 的工作可由人工进行。对于形状复杂的零件，则要在专用的编 程机或通用计算机上使用CAD／CAM软件进行自动编程。
机床数控技术及应用 ppt课件
PPT课件
12
7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念
PPT课件
6
7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念
2．失效率λ(t) 指在t时刻前系统无故障，而在t时刻后的单位时间内因故障而 引起失效的概率。对于质量稳定的产品，其失效率可用一个 常数表示，称为平均失效率λ，λ可通过试验确定，即
λ ＝n／TN 其中n为一定时间内失效的产品数；T为接收试验产品的总 试验时间；N为受试产品的总数。失效率的单位为“1/h”， 常用“％/kh”或“h-5”表示。
10
7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念
又因为 而
ln R(t) t MTBF
R(t) et
所以
MTBF 1
这是平均寿命的表示法，在实际中很有用。
我国的《机床数字控制系统通用技术条件》规定，数控系统产品的 可靠性验证用平均无故障工作时间MTBF作为衡量指标, MTBF最低 不应低于3000h、5000 h或10000(分三档)。日本FANUC系统的MTBF 可达22000h，甚至36000h。
PPT课件
2
7.3.1 预防性维护
(3)尽量提高数控机床的利用率。由于数控机床价格昂贵，结构复 杂，出现故障时用户又难以排除，经常闲置床，这种“保护’’ 方法是不可取的，尤其对于数控系更是如此。因为数控系统由成 千上万个电子器件组成，它们的性能和寿命具有很高的离散性； 虽经严格筛选但使用过程中仍不免会有某些元件出现故障。因此 可以认为数控系统存在着失效率曲线，即故障曲线，如图7.3.1所 示.该曲线似一个浴盆，故又称浴盆曲线。
PPT课件
11
7.4.1 系统可靠性及故障的基本概念
4. 平均修复时间（mean time to repair，简称 MTTR） 平均修复时间是指 数控机床在寿命范围内，每次从出现故障开始维修，直至 能正常工作所用的平均时间。显然这个时间越短越好。除 必要的物质条件外，诊断人员的水平在这里起主导作用， 造就一批精干的维修队伍是非常关键的。
机床数控技术PPT课件
3、按伺服系统分类
（1）开环数控系统；（2）半闭环数控系统；（3）闭环数控系统
（1）开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统）， 故系统稳定性好。
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
（2） 半闭环数控系统
第一节拍——偏差判别 第二节拍——进给 第三节拍——偏差计算 第四节拍——终点判别
如此不断重复上述四个节拍就可 以加工出所要求的轮廓。
开始
偏差判别
坐标进给
y
偏差计算
3 2
终点判 1 别
O1
Y
2N 3
E(4,3)
4
x
给 结束
（2） 直线插补的运算程序流程
3）不同象限的直线插补
对第二象限，只要用| x |取
出一进给脉冲，刀具从这点向 y 方向迈进一步，新加工点
P(xi , y j1 ) 的偏差值为
Fi, j1 xe ( y j 1) xi ye
xe y j xi ye xe Fi, j xe
即： Fi, j1 Fi, j xe
2）节拍控制和运算程序流程 （1） 直线插补的节拍控制 逐点 比较法直线插补的全过程，每走一步 要进行以下四个拍节：
的加工偏差有以下三种情况：
若点 P(xi , y j ) 正好落在圆弧上，则下式成立
xi2
y
2 j
x02
y02
R2
若加工点 P(xi , y j ) 落在圆弧外侧，则 RP R ，即：
xi2
y
数控技术及其应用(第2版)PPT全套课件
（2）中档数控机床
其技术指标常为：脉冲当量0.005～0.001 mm，快进速度15～24 m/min，伺 服系统为半闭环直流或交流伺服系统，有较齐全的CRT显示，可以显示字符 和图形，人机对话，自诊断等，主CPU一般为16位或32位。
（3）高档数控机床
其技术指标常为：脉冲当量0.001～0.0001 mm，快进速度15～100 m/min， 伺服系统为闭环的直流或交流伺服系统，CRT显示除具备中档的功能外，还 具有三维图形显示等，主CPU一般为32位或64位。
1.4 数控机床和数控系统的发展
1．高速、高精度化 2．开放式 3．智能化
（1）在数控系统中引进自适应控制技术 （2）设置故障自诊断功能 （3）具有人机对话自动编程功能 （4）应用图像识别和声控技术
4．复合化 5．高可靠性 6．多种插补功能
7．友好的人机界面 （1）现代数控机床具有丰富的显示功能。 （2）丰富的编程功能。 （3）方便的操作。 （4）多种方便编程的固定循环。 （5）系统具有多种管理功能 （6）PLC程序编制方法的增加。 （7）帮助功能。
目前，选用数控设备主要考虑3种因素：即单件、中小批量 的生产；形状比较复杂，精度要求高的加工；产品更新频繁， 生产周期要求短的加工。
A 图纸
C
D
E
B
F
控制
伺服
数控
计算机
机构
设备
数控设备的一般形式
1.1.2 数控机床及其加工原理
数字控制机床（Numerical Control Machine Tools） 简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控 制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的 数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数 控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图样要求 的形状和尺寸自动地将零件加工出来。
其技术指标常为：脉冲当量0.005～0.001 mm，快进速度15～24 m/min，伺 服系统为半闭环直流或交流伺服系统，有较齐全的CRT显示，可以显示字符 和图形，人机对话，自诊断等，主CPU一般为16位或32位。
（3）高档数控机床
其技术指标常为：脉冲当量0.001～0.0001 mm，快进速度15～100 m/min， 伺服系统为闭环的直流或交流伺服系统，CRT显示除具备中档的功能外，还 具有三维图形显示等，主CPU一般为32位或64位。
1.4 数控机床和数控系统的发展
1．高速、高精度化 2．开放式 3．智能化
（1）在数控系统中引进自适应控制技术 （2）设置故障自诊断功能 （3）具有人机对话自动编程功能 （4）应用图像识别和声控技术
4．复合化 5．高可靠性 6．多种插补功能
7．友好的人机界面 （1）现代数控机床具有丰富的显示功能。 （2）丰富的编程功能。 （3）方便的操作。 （4）多种方便编程的固定循环。 （5）系统具有多种管理功能 （6）PLC程序编制方法的增加。 （7）帮助功能。
目前，选用数控设备主要考虑3种因素：即单件、中小批量 的生产；形状比较复杂，精度要求高的加工；产品更新频繁， 生产周期要求短的加工。
A 图纸
C
D
E
B
F
控制
伺服
数控
计算机
机构
设备
数控设备的一般形式
1.1.2 数控机床及其加工原理
数字控制机床（Numerical Control Machine Tools） 简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控 制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的 数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数 控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图样要求 的形状和尺寸自动地将零件加工出来。
机床数控技术及应用PPT课件
所以，在编制与X轴有关的各项尺寸时，一定要用直径值编程。
用半径值编程时，称为半径编程法。如需用半径编程，则要改变系统
中相关的参数。
.
4
2.3 数控车床的编程
机机械械 操操作 面作板 面 板
主主 轴轴
转转 位位刀 架刀 架
防防 护护门 门
数 数控控 面面板 板
数数控控 柜柜 光光 电电 读读带带 机机
.
6
2.3.1 数控车床的编程基础
2.机床参考点 机床参考点是机床上的一 个特殊点，一般机床安装 完毕．其位置便确定下来。 该点是编程的绝对零点， 也是机床各轴的返回点。 一般每次开机或机床急停 之后，各轴都要作参考点 返回，以确定机床坐标系。 编程时该点一般作为程序 的起点和换刀点。
.
7
2.3.1 数控车床的编程基础
.
12
2.3.2 数控车床的基本编程功能
由于此时主轴转速在变，为了保证恒定的输出功率，可以用M40和M41选 搀主轴转速范围。 例如，G96 S150；表示刀尖的线速度恒为150m／min。主轴的转速 可以由下式求出：
n 1000v D
式中：为切削线速度(m／min)；D为刀尖位置的工件直径(mm)；为 主轴转速(rpm)。 由上式可知，切削速度恒定时，当D＝0(车端面至中心)时，主轴转速为 无穷大，会造成飞车现象，这是不允许的。因此在采用恒切削速度控制 时，必须限制主轴的最高转速。
①设定每转进给量(mm/r)
指令格式：G99 F口口口．口口；
例如，G99 F0.3表示进给速度为0.3mm/r。加工螺纹时F的值即为 螺距。
②设定每分钟进给速度(mm／min)
指令格式：G98 F口口口.口口；
数控技术产品应用介绍PPT课件
2卧式数控铣床 与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大 加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘 或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。这样，不但工件侧面 上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装 中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。
2020/3/18
.
4
3立卧两用数控铣床 目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床的主轴方向 可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又 可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其 使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且 给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又 需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床 就行了。
2020/3/18
.
5
数铣工作原理
根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术 要求制定加工工艺，选择加工参数。通过手工编 程或利用CAM 软件自动编程，将编好的加工程序 输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺 服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制 信号。主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服 电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从 而实现工件的切削。
中下死点的位置可通过位置读取装置提供数据给位置控置装置 进行控制。因此，机械的热膨涨和弹性变形不会影响产品的精 度，调整出最适合的滑块运动方式及以极其微小的单位控制下 死点的位置。所以适用于高精度高机能的无切削成形螺杆式伺 服冲床采用油压马达和储能器进行扭矩控制的形式，下死点的 位置控制可达到微米级，是节省能源且有环保要求的机种。
2020/3/18
.
12
数控刀削面机器人
刀削面机器人就是替代人工技师执行削面工作的一种机器装置; 它不仅可以按预先编排的程序去完成标准化的削面工作，还可 以临时接受人工指令改变工作状态。是人工智能技术应用于餐 饮领域的重大突破,工作效率高，相对人工技师而言不存在疲劳 和受情绪波动而影响工作效率的情况。且无需聘用人工技师所 支付的工资、吃住及福利等一切用工成本,真可谓一次投资,永 久受益!崔师傅刀削面在中国拥有广泛的群众基础，不仅在北方 盛行，南方人也爱上了那口感滑软，嚼起来有韧劲的美味面食。
2020/3/18
.
4
3立卧两用数控铣床 目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床的主轴方向 可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又 可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其 使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且 给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又 需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床 就行了。
2020/3/18
.
5
数铣工作原理
根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术 要求制定加工工艺，选择加工参数。通过手工编 程或利用CAM 软件自动编程，将编好的加工程序 输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺 服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制 信号。主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服 电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从 而实现工件的切削。
中下死点的位置可通过位置读取装置提供数据给位置控置装置 进行控制。因此，机械的热膨涨和弹性变形不会影响产品的精 度，调整出最适合的滑块运动方式及以极其微小的单位控制下 死点的位置。所以适用于高精度高机能的无切削成形螺杆式伺 服冲床采用油压马达和储能器进行扭矩控制的形式，下死点的 位置控制可达到微米级，是节省能源且有环保要求的机种。
2020/3/18
.
12
数控刀削面机器人
刀削面机器人就是替代人工技师执行削面工作的一种机器装置; 它不仅可以按预先编排的程序去完成标准化的削面工作，还可 以临时接受人工指令改变工作状态。是人工智能技术应用于餐 饮领域的重大突破,工作效率高，相对人工技师而言不存在疲劳 和受情绪波动而影响工作效率的情况。且无需聘用人工技师所 支付的工资、吃住及福利等一切用工成本,真可谓一次投资,永 久受益!崔师傅刀削面在中国拥有广泛的群众基础，不仅在北方 盛行，南方人也爱上了那口感滑软，嚼起来有韧劲的美味面食。
数控技术基础与应用课件
16
数
2019/11/22
控
1.2 数控技术发展趋势
加 现代科学技术的发展，对机械加工高精度的提出了新的要求： 工普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加
技工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米，加工圆度
术为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年来，普通级数控机床的加工精 实 训度 ±已1~由1.5±μ1m0μRma提高到δ±5μm，精密级加工中心的加工精度则V从f ±3~5μVCm，提高到
END < > X
Y
Z
SHI :
7
8
9
0 ALT
FT
CR “ 4
5
6
BACK
SPACE
TAB ？
1
2
3 INS CTR
L
电源
步进 点动
单段
手摇
30 40 50 20 10
10
关
开 自动
回零 0
160
1
160
驱动器
XY 电源
ZA 报警
方式选择
进给修调
主轴修调
机床 NC 超程 主轴
超程解除
Y
10
100
F
G
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H
I
J
彩色 显示器
PgU K
L
M
N
O
p
PgD
P
Q
R
S
T
n
HO
[
]
U
V
W
ME
END < > X
数
2019/11/22
控
1.2 数控技术发展趋势
加 现代科学技术的发展，对机械加工高精度的提出了新的要求： 工普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加
技工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米，加工圆度
术为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年来，普通级数控机床的加工精 实 训度 ±已1~由1.5±μ1m0μRma提高到δ±5μm，精密级加工中心的加工精度则V从f ±3~5μVCm，提高到
END < > X
Y
Z
SHI :
7
8
9
0 ALT
FT
CR “ 4
5
6
BACK
SPACE
TAB ？
1
2
3 INS CTR
L
电源
步进 点动
单段
手摇
30 40 50 20 10
10
关
开 自动
回零 0
160
1
160
驱动器
XY 电源
ZA 报警
方式选择
进给修调
主轴修调
机床 NC 超程 主轴
超程解除
Y
10
100
F
G
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H
I
J
彩色 显示器
PgU K
L
M
N
O
p
PgD
P
Q
R
S
T
n
HO
[
]
U
V
W
ME
END < > X
机床数控技术及应用PPT课件
CC ＋+ XX
(a)
(c)卧式镗铣床；
(b)
(d)六轴加工中心
第15页/共27页
2.1.2 数控机床的坐标轴和运动方向
• 6.附加坐标 • X，Y，Z称为主坐标系(或第一坐标系)，除第一坐标系以外平行于主坐标轴的 其他坐标系则称附加坐标系，可命名为U，V，W铀。称为第二坐标系(参见图 2.1.3)再增加的第三坐标系可用P，Q，R表示。同样A，B，C以外的旋转轴可 命名为D或E等。
第4页/共27页
2.1.1穿孔纸带及代码
• 当穿孔带上出现程序段的结束代码(通常是NL 或IF)时，制动电磁铁5吸合，启动电磁铁6 复位，将穿孔带压向制动柱3，实现穿孔带的 快速制动。该传动方式避免了电机启动和停 止的惯性影内，使穿孔带既能快速启动又能 准确停止。由于穿孔带每一行的孔表示一个 代码，要求在同一瞬间将一行代码同时读入。 为了避免误读．采用了一个直径比代码孔径 略小的同步孔发出“读入”信号，因而即使 穿孔带以很高的速度通过光敏元件．也不致 造成误读。
第1页/共27页
2.1.1穿孔纸带及代码
• 数控机床数控装置的类型不同．所使用的信息载体或控制介质也不一样，功能较强 的数控装置还具有与计算机通讯、联网的功能。目前，一些大、中型数控机床仍采 用穿孔纸带输入，它的好处是不受电磁干扰的影响，没有漏磁问题，所以可长期重 复使用。
• 标准纸带有5单位(5列孔，宽17．5mm)和8单位(8列孔，宽25．4mm)两种。5单 位所能记录的信息较少，用于线切割、简易数控以及点位控制等功能较少的数控机 床。8单位孔带广泛用于车、铣、加工中心等多功能数控机床。
2.1.1穿孔纸带及代码
• 光电阅读机(图1—3)曾经在程序输人中发挥过重要 作用，它用红外光敏元件识别穿孔带上每排孔的代 码，将孔的排列图案转换为电信号送入数控装置。 它具有较高的阅读速度和抗干扰性。
(a)
(c)卧式镗铣床；
(b)
(d)六轴加工中心
第15页/共27页
2.1.2 数控机床的坐标轴和运动方向
• 6.附加坐标 • X，Y，Z称为主坐标系(或第一坐标系)，除第一坐标系以外平行于主坐标轴的 其他坐标系则称附加坐标系，可命名为U，V，W铀。称为第二坐标系(参见图 2.1.3)再增加的第三坐标系可用P，Q，R表示。同样A，B，C以外的旋转轴可 命名为D或E等。
第4页/共27页
2.1.1穿孔纸带及代码
• 当穿孔带上出现程序段的结束代码(通常是NL 或IF)时，制动电磁铁5吸合，启动电磁铁6 复位，将穿孔带压向制动柱3，实现穿孔带的 快速制动。该传动方式避免了电机启动和停 止的惯性影内，使穿孔带既能快速启动又能 准确停止。由于穿孔带每一行的孔表示一个 代码，要求在同一瞬间将一行代码同时读入。 为了避免误读．采用了一个直径比代码孔径 略小的同步孔发出“读入”信号，因而即使 穿孔带以很高的速度通过光敏元件．也不致 造成误读。
第1页/共27页
2.1.1穿孔纸带及代码
• 数控机床数控装置的类型不同．所使用的信息载体或控制介质也不一样，功能较强 的数控装置还具有与计算机通讯、联网的功能。目前，一些大、中型数控机床仍采 用穿孔纸带输入，它的好处是不受电磁干扰的影响，没有漏磁问题，所以可长期重 复使用。
• 标准纸带有5单位(5列孔，宽17．5mm)和8单位(8列孔，宽25．4mm)两种。5单 位所能记录的信息较少，用于线切割、简易数控以及点位控制等功能较少的数控机 床。8单位孔带广泛用于车、铣、加工中心等多功能数控机床。
2.1.1穿孔纸带及代码
• 光电阅读机(图1—3)曾经在程序输人中发挥过重要 作用，它用红外光敏元件识别穿孔带上每排孔的代 码，将孔的排列图案转换为电信号送入数控装置。 它具有较高的阅读速度和抗干扰性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电机驱动单元接收到 一个脉冲相应旋转一个角度，称为步距角，通过机床传动部件， 使工作台相应产生一个位移量。
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
22.03.2022
page 16
2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
22.03.2022
page 14
1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
22.03.2022
第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
22.03.2022
page 17
3)半闭环控制系统(Semi-closed Loop Control System)
22.03.2022
page 11
3. 计算机数控
随着电子技术、计算机技术的发展，数控系统经历了电
子管、晶体管、集成电路的过程。将计算机引入数控系统 称为计算机数控（Computer Numerical Control）简称 CNC，具有如下优点：
（1）柔性好：以往数控系统功能由硬件实现，一旦设计成功 则不能改变。CNC可由软件灵活改变系统功能。
（2）CNC系统：由输入、处理、输出三部分组成。加工程 序送CNC后，由解析程序解释为计算机信息，由控制程
22.03.2022
page 13
序按系统规定逐步存储处理，将处理结果通过输出部分发 出位置、速度指令给伺服系统和主运动控制部分。
数控机床的辅助工作，如刀具的选择与更换、切削液的启 停等都采用可编程控制器（PLC）进行控制。
数控技术及应用
第一章 绪论 第二章 数控加工程序的编制 第三章 计算机数控系统 第四章 数控机床的机械结构 第五章 数控机床的位置传感器 第六章 数控机床的电气驱动 第七章 数控机床进给伺服系统的控制原理 第八章 数控机床的精度 第九章 数控机床的故障诊断
22.03.2022
page 1
由于数控机床的优越性和国防工业的需要，国际竞争日益 激烈，各国都致力于开发和生产各种数控机床。
22.03.2022
page 8
我国早在1958年就开始研制数控机床，但由于历史原因 及工业基础较差，一直没有取得实质性成果。
20世纪60年代末70年代初，我国曾掀起研制数控机床的 热潮，主要有数控线切割机、数控铣床等，采用晶体管分立 元件或小规模集成电路，性能不稳定，可靠性较差。我校数 学系与校仪器厂在1970年研制出晶体管的数控线切割机，73 年为龙岩风动厂研制出小规模集成电路数控铣床。
数控设备工作原理
工作 要求
数控 程序
数控 设备
工作 结果
数控技术是集计算机、自动控制、精密测量、电工电子 、机械制造与信息管理为一体的现代控制技术，广泛应用 于机械制造领域，是制造业实现自动化、柔性化、集成化 生产的基础。
22.03.2022
page 3
1.1 数控技术的产生和特点
在第一台数控机床问世后，随着微电子技术的迅猛发 展数控系统也不断更新换代，先后经历电子管（1952年）、 晶体管（1960年）、小规模集成电路（1965年）、小型计 算机（1970年）、微处理器或微机（1974年）和PC－NC 智能数控系统（1990年以后）。前3代采用专用的控制计 算机硬逻辑数控系统，简称NC（numerical control）。第 四代以后采用通用计算机，数控功能由软件实现，提高了 系统的功能特色与可靠性，称为计算机数控CNC （computer numerical control）。
22.03.2022
page 7
20世纪90年代，出现了包括市场预测、生产决策、产品 设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算 机集成制造系统CIMS。其中，数控是其基本控制单元。
20世纪90年代，基于PC-NC的智能数控系统开始得到发展， 它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提 供开放式基础，使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC 机的软硬件资源，使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。
半闭环控制系统与闭环控制系统相类似，主要区别在电机轴 上装有表示角位移的编码器，可控制电机做精确的角位移， 不能纠正机床运动部件产生的误差。采用半闭环控制系统的 机床的结构较简单，控制方便，价格便宜又有较高的精度， 在数控机床上得到广泛应用。
22.03.2022
page 18
1.3.3 点位控制系统与连续控制系统
page 9
在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机 床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统， 航天部706所研制出MNC864数控系统。
“八五”期间国家又组织近百个单位进行以发展自主 版权为目标的“数控技术攻关”，从而为数控技术产业化 建立了基础。20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于 PC-NC的HNC数控系统，达到了国际先进水平，加大了我 国数控机床在国际上的竞争力度。目前我国数控机床生产 企业有200多家，品种满足率达80％，在有些企业实施了柔 性制造系统FMS和计算机集成制造系统CIMS。
（2）连续控制系统的特点：
22.03.2022
page 19
直线插补运算
22.03.2022
圆弧插补运算
（2）功能强：可利用计算机技术及外围设备，增强系统功能 。如图形功能、网络功能、纠错功能等。
（3）可靠性高：利用计算机的输入、存储设备（如硬盘）避 免原来的光电机、纸带机出错率高的问题。减少了硬件电 路即减少焊点、接插件、外部连线，提高可靠性。
（4）易于实现机电一体化：由于采用大规模集成电路和印刷 电路版技术，将数控系统装在机床上，实现机电一体化。
（2）数控系统的类型：
根据伺服系统的控制原理，可分为开环控制系统和闭 环控制系统、半闭环控制系统。
根据控制运动方式，可分为点位控制系统和连续控制 系统。
按数控系统的功能分类，可分为经济型数控系统、普 及型数控系统、高档型数控系统。
22.03.2022
page 15
1)开环控制系统(Open Loop Control System)
1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定 切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。
1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库， 能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、 攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种 类——加工中心。
22.03.2022
1、点位控制系统仅控制刀具相对工件的位置，刀具或 工件在移动过程不进行切削，要保证点间相对位置的 准确，移动速度要快速。多用于孔加工的数控机床。
2、连续控制系统，又称为轮廓控制系统。可实现复杂 轮廓型状的加工。同时运动轨迹和速度要进行控制。
（1）插补运算原理： 使刀具与工件相对运动的轨迹为线或园弧，系统不能 将坐标无限细分，只能按最小设定单位（脉冲当量） 移动。不同形状的工件轮廓都可以直线或圆弧来逼近 ，一般的数控系统都具有直线和圆弧的插补功能。有 的系统还有抛物线、螺旋线、渐开线等插补功能。
（5）经济性好：采用CNC，使系统性价比大为提高。
22.03.2022
page 12
1.2 数控机床的组成和作用
1、数控机床的组成：
程序载体
输入装置
CNC系统
伺服系统
反馈信号 辅助信号
机床
（1）程序载体、输入装置：
数控机床按程序加工，加工程序存放的硬件。如U盘 硬盘、加工程序清单等。通过输入装置读入CNC。输入 装置包括数控系统的面板按钮、键盘、或上位机、网络 通信方式将加工程序输入CNC系统。
22.03.2022
page 6
DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是 使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及 数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。各台 数控机床只配置机床控制器用于数据传送、驱动控制和 手动操作。
DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础，现代数 控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机 之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间 实现通讯用的接口。DNC具有生产管理、作业调度、 工况监控、刀具管理等功能。实现分级管理，随着 DNC数控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂 的基本组成单元。
数控技术虽不附属数控机床，但却是伴随数控机床发展起 来的。20世纪40年代后期，汽车、飞机和导弹制造业发展 迅速，原来的加工设备已无法承担精度要求高、形状复杂 的工件的加工任务。数控技术应运而生。
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
22.03.2022
page 16
2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
22.03.2022
page 14
1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
22.03.2022
第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
22.03.2022
page 17
3)半闭环控制系统(Semi-closed Loop Control System)
22.03.2022
page 11
3. 计算机数控
随着电子技术、计算机技术的发展，数控系统经历了电
子管、晶体管、集成电路的过程。将计算机引入数控系统 称为计算机数控（Computer Numerical Control）简称 CNC，具有如下优点：
（1）柔性好：以往数控系统功能由硬件实现，一旦设计成功 则不能改变。CNC可由软件灵活改变系统功能。
（2）CNC系统：由输入、处理、输出三部分组成。加工程 序送CNC后，由解析程序解释为计算机信息，由控制程
22.03.2022
page 13
序按系统规定逐步存储处理，将处理结果通过输出部分发 出位置、速度指令给伺服系统和主运动控制部分。
数控机床的辅助工作，如刀具的选择与更换、切削液的启 停等都采用可编程控制器（PLC）进行控制。
数控技术及应用
第一章 绪论 第二章 数控加工程序的编制 第三章 计算机数控系统 第四章 数控机床的机械结构 第五章 数控机床的位置传感器 第六章 数控机床的电气驱动 第七章 数控机床进给伺服系统的控制原理 第八章 数控机床的精度 第九章 数控机床的故障诊断
22.03.2022
page 1
由于数控机床的优越性和国防工业的需要，国际竞争日益 激烈，各国都致力于开发和生产各种数控机床。
22.03.2022
page 8
我国早在1958年就开始研制数控机床，但由于历史原因 及工业基础较差，一直没有取得实质性成果。
20世纪60年代末70年代初，我国曾掀起研制数控机床的 热潮，主要有数控线切割机、数控铣床等，采用晶体管分立 元件或小规模集成电路，性能不稳定，可靠性较差。我校数 学系与校仪器厂在1970年研制出晶体管的数控线切割机，73 年为龙岩风动厂研制出小规模集成电路数控铣床。
数控设备工作原理
工作 要求
数控 程序
数控 设备
工作 结果
数控技术是集计算机、自动控制、精密测量、电工电子 、机械制造与信息管理为一体的现代控制技术，广泛应用 于机械制造领域，是制造业实现自动化、柔性化、集成化 生产的基础。
22.03.2022
page 3
1.1 数控技术的产生和特点
在第一台数控机床问世后，随着微电子技术的迅猛发 展数控系统也不断更新换代，先后经历电子管（1952年）、 晶体管（1960年）、小规模集成电路（1965年）、小型计 算机（1970年）、微处理器或微机（1974年）和PC－NC 智能数控系统（1990年以后）。前3代采用专用的控制计 算机硬逻辑数控系统，简称NC（numerical control）。第 四代以后采用通用计算机，数控功能由软件实现，提高了 系统的功能特色与可靠性，称为计算机数控CNC （computer numerical control）。
22.03.2022
page 7
20世纪90年代，出现了包括市场预测、生产决策、产品 设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算 机集成制造系统CIMS。其中，数控是其基本控制单元。
20世纪90年代，基于PC-NC的智能数控系统开始得到发展， 它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提 供开放式基础，使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC 机的软硬件资源，使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。
半闭环控制系统与闭环控制系统相类似，主要区别在电机轴 上装有表示角位移的编码器，可控制电机做精确的角位移， 不能纠正机床运动部件产生的误差。采用半闭环控制系统的 机床的结构较简单，控制方便，价格便宜又有较高的精度， 在数控机床上得到广泛应用。
22.03.2022
page 18
1.3.3 点位控制系统与连续控制系统
page 9
在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机 床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统， 航天部706所研制出MNC864数控系统。
“八五”期间国家又组织近百个单位进行以发展自主 版权为目标的“数控技术攻关”，从而为数控技术产业化 建立了基础。20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于 PC-NC的HNC数控系统，达到了国际先进水平，加大了我 国数控机床在国际上的竞争力度。目前我国数控机床生产 企业有200多家，品种满足率达80％，在有些企业实施了柔 性制造系统FMS和计算机集成制造系统CIMS。
（2）连续控制系统的特点：
22.03.2022
page 19
直线插补运算
22.03.2022
圆弧插补运算
（2）功能强：可利用计算机技术及外围设备，增强系统功能 。如图形功能、网络功能、纠错功能等。
（3）可靠性高：利用计算机的输入、存储设备（如硬盘）避 免原来的光电机、纸带机出错率高的问题。减少了硬件电 路即减少焊点、接插件、外部连线，提高可靠性。
（4）易于实现机电一体化：由于采用大规模集成电路和印刷 电路版技术，将数控系统装在机床上，实现机电一体化。
（2）数控系统的类型：
根据伺服系统的控制原理，可分为开环控制系统和闭 环控制系统、半闭环控制系统。
根据控制运动方式，可分为点位控制系统和连续控制 系统。
按数控系统的功能分类，可分为经济型数控系统、普 及型数控系统、高档型数控系统。
22.03.2022
page 15
1)开环控制系统(Open Loop Control System)
1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定 切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。
1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库， 能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、 攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种 类——加工中心。
22.03.2022
1、点位控制系统仅控制刀具相对工件的位置，刀具或 工件在移动过程不进行切削，要保证点间相对位置的 准确，移动速度要快速。多用于孔加工的数控机床。
2、连续控制系统，又称为轮廓控制系统。可实现复杂 轮廓型状的加工。同时运动轨迹和速度要进行控制。
（1）插补运算原理： 使刀具与工件相对运动的轨迹为线或园弧，系统不能 将坐标无限细分，只能按最小设定单位（脉冲当量） 移动。不同形状的工件轮廓都可以直线或圆弧来逼近 ，一般的数控系统都具有直线和圆弧的插补功能。有 的系统还有抛物线、螺旋线、渐开线等插补功能。
（5）经济性好：采用CNC，使系统性价比大为提高。
22.03.2022
page 12
1.2 数控机床的组成和作用
1、数控机床的组成：
程序载体
输入装置
CNC系统
伺服系统
反馈信号 辅助信号
机床
（1）程序载体、输入装置：
数控机床按程序加工，加工程序存放的硬件。如U盘 硬盘、加工程序清单等。通过输入装置读入CNC。输入 装置包括数控系统的面板按钮、键盘、或上位机、网络 通信方式将加工程序输入CNC系统。
22.03.2022
page 6
DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是 使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及 数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。各台 数控机床只配置机床控制器用于数据传送、驱动控制和 手动操作。
DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础，现代数 控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机 之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间 实现通讯用的接口。DNC具有生产管理、作业调度、 工况监控、刀具管理等功能。实现分级管理，随着 DNC数控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂 的基本组成单元。
数控技术虽不附属数控机床，但却是伴随数控机床发展起 来的。20世纪40年代后期，汽车、飞机和导弹制造业发展 迅速，原来的加工设备已无法承担精度要求高、形状复杂 的工件的加工任务。数控技术应运而生。