数控系统概述PPT

第1章 数控系统概述
1.5.2 数控技术的发展趋势
从数控系统方面看：

主控机向着多位的微处理机化发展；


数控装置向着集成化和智能化的方向发展；
数控系统采用模块化结构；
数控编程更加图形化和自动化；
数控系统更加可靠和宜人化。
第1章 数控系统概述
从数控机床的结构方面看：

驱动装置正向着交流和数字化的方向发展；
闭环控制系统结构图
第1章 数控系统概述
5、电气控制线路的构成及特点
电气控制线路由主回路和辅助回路两个部分组成。
主回路是指从电源出来到电动机的部分，辅助回
路包括控制回路、信号指示回路、照明回路等。
继电器－接触器的控制系统：结构简单，工作可靠， 适合于控制程序固定、控制规模较小的场合； PLC及微机控制系统：功耗小，控制灵活且易于 实现复杂控制，广泛应用于大型机械设备的电气
第1章 数控系统概述
1.4 数控机床坐标系和运动 方向的确定
ISO及国标规定，数控机床采用右手直角笛卡 尔坐标系，如图1.11所示。基本直角坐标轴X、 Y、Z三者的关系及其正方向按右手定则判定，
围绕X、Y、Z各轴作旋转运动的轴A、B、C三
者的正方向按右手螺旋法则判定。
第1章 数控系统概述
V Y ＋B
能够大大减轻工人的劳动强度，因此很快受到了人们
的关注。
第1章 数控系统概述
数控机床的几个发展阶段
第1代数控机床：1952年~1959年，电子管
第2代数控机床：1959年~1965年，晶体管
第3代数控机床：1965年~1970年，小、中规模集成电路 第4代数控机床：1970年-1974年，大规模集成电路（CNC） 第5代数控机床：1974年-今，微型计算机（MNC） 第6代数控机床：1990年-今，开放式数控
U X ＋A ＋C W Z
图1.11 右手直角笛卡尔坐标系
第1章 数控系统概述
该标准还规定，增大工件与刀具之间距离 （即增大工件尺寸）的方向为正方向；Z轴为
平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列
主轴，则选尽可能垂直于工件装卡面的主要轴 为Z轴；X轴为水平或者平行于工件装卡平面的 轴；其余各轴根据右手定则和右螺旋法则确定。 图1.12和图1.13所示为卧式车床和立式铣床的
刀具
图1.3 直线控制切削加工
第1章 数控系统概述
轮廓控制数控机床
能够控制机床刀具或工件沿直线、 圆弧或抛物
线等曲线轨迹移动， 移动过程中可进行切削加工，
移动速度根据工艺要求由编程确定， 可实现曲线
或者曲面轮廓加工， 加工示例如图1.4所示。
多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，
称为多轴联动。 按照联动轴数， 可分为二轴联动、
第1章 数控系统概述
绪论
一、本课程的基本任务
1、熟悉常用机床上常用低压电器的结构原理、用途及型号，
达到正确使用和选用的目的；
2、熟悉电气控制电路的基本环节，具备阅读和分析典型机
床（普通机床）电气控制电路的基本能力，为机床维修奠 定基础；
3、熟悉PLC的基本原理、编程指令、编程方法，能读懂较
简单的PLC程序，能根据控制要求编写简单的PLC程序。
第1章 数控系统概述
学时安排
理论：3学分，48学时 数控系统2学时，继电器接触器控制系统22学时，PLC应用 26学时。 结合课程教学计划及教材目录，引导学生勾画教学内容。 实训：50学时
继电器接触器控制系统20学时， PLC应用30学时
第1章 数控系统概述
课程的考核方法
理论成绩：平时考核占30%，理论综合考试(闭卷)占70%； 实习成绩：平时表现占30%，采用现场答辩与操作（连线、编 程调试）相结合的考核方式，考核成绩占70%。 均为考教分离。
数控系统：采用数控技术实现自动控制的系统。
计 算 机 数 控 系 统 （ Computer Numerical
Control）：以计算机为核心的数控系统。
第1章 数控系统概述
数控机床（Numerical Control Machine Tool）：
就是装备有数控系统，采用数控技术控制的机床。
普通机床为手动半自动控制，数控机床为自动控制。
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2、电气控制的发展概况
随着科学技术的不断发展和生产工艺不断提出新的要 求，电气控制技术的发展主要体现在以下四个方面： 手动控制 → 自动控制 电力拖动由集中拖动 → 单独拖动 → 多机拖动 简单控制设备 → 复杂控制系统
有触点的硬接线控制系统→以计算机为中心的存储控制 系统 （控制程序就是硬件线路） （控制程序在计算机里面存储）
机床床体部分的设计和制造不断选用新的材
料； 加工刀具等辅助材料引人注目。

第1章 数控系统概述
信号给定部分（信号输入，操作信号和外界干扰信号） 控制器 逻辑判断部分（信号处理，系统的核心） 驱动元件（信号变换，指令→动力）
被控对象：要控制的机器设备
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操作信号
信号给定
逻辑判断
驱动元件
被控对象
外界信号
开环控制系统结构图
外界信号
操作信号
信号给定
逻辑判断
驱动元件
被控对象
输出
反馈环节
数 控 装 置
伺 服 系 统
加工程序
几 何 数 据
工 艺 数 据
数 控 程 序
控 制 指 令 识别、存储、运算
机 床 动 作 伺服驱动
数控编程
第1章 数控系统概述
用数控机床加工工件时，首先由编程
人员按照零件的几何形状和加工工艺要求
将加工过程编成加工程序。数控系统读入
加工程序后，将其翻译成机器能够理解的
1.3.2 按运动轨迹分类
点位控制数控机床
这类数控机床的特点是在刀具相对于工件
的移动过程中不进行切削加工， 只要求刀具从
一点移动到另一点并准确定位（即仅控制行程
终点的坐标值），而对运动的速度和轨迹没有
严格的要求。如图1.2所示，刀具从A点到B点
可以走①、②或③中的任意一条路经。
第1章 数控系统概述
二轴半联动、 三轴联动和多轴联动数控机床， 如
图1.5所示。
第1章 数控系统概述
工件
刀具
图1.4 轮廓控制切削加工
第1章 数控系统概述
Z
O X Y
Y
(a)
(b)
(c)
图1.5 不同联动轴数所能加工的型面 (a) 二轴联动； (b) 二轴半联动； (c) 三轴联动
第1章 数控系统概述
Z n P(X, Y, )Z Y
常见的数控机床有数控车床、 数控铣床、 数控 加工中心等。 数控系统对数控机床的控制： 顺序控制 数字控制
第1章 数控系统概述
1.1.2 用数控机床进行零件加工的一般过程
零件图
0112
微型计算机
数控系统
机床本体
工艺处理
编制工件加工程序
加工好的零件
图1.1 数控加工过程示意图
第1章 数控系统概述
第1章 数控系统概述 二、电气控制技术概述
电气与电器的区别？
电气是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境 的一门科学，如电气工程等。 电器是实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备，是电气工程下 属的一个研究方向。
1、控制的基本概念 控制的定义——为了达到某一目的，对作为对象之物施加必要 的操作。 分类:手动控制 ：煤气灶的点火、调火，调节开关使电动机旋 转、调速; 自动控制 ：高温，低温，腐蚀，毒气等环境下，电冰箱、 空调温度的控制;通过控制装置（控制器）对被控对象自动地进 行的控制。
坐标系。
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X Z Y
X Y Z
图1.12 卧式车床坐标系
第1章 数控系统概述
Y
Z
X
Y
Z X
图1.13 立式铣床坐标系
第1章 数控系统概述
1.5 机床数控技术的发展
1.5.1 数控机床的产生和发展
数控机床主要是为了实现复杂多变零件的自动化
加工而产生的。
机床数控技术的产生，不仅为复杂零件的加工提 供了方便，而且加工精度高，一致性好，生产效率高，
O刀位点
Z B C
X
图1.6 五轴联动铣削曲面零件
第1章 数控系统概述
Z
B C W W
Y
第1章 数控系统概述
1.3.3 按伺服系统的控制方式分类
按伺服系统的控制方式不同可将数控机床
分为开环控制、 闭环控制和半闭环控制数控机
床。
开环控制数控机床
这类数控机床的运动部件没有位置检测反 馈装置，采用步进电动机驱动，如图1.8所示。
第1章 数控系统概述
1.1 数控技术的基本概念 1.2 数控机床的特点
1.3 数控机床的分类
1.4 数控机床坐标系和运动方向的确定
1.5 机床数控技术的发展
习题
第1章 数控系统概述
1.1 数控技术的基本概念
1.1.1 数字控制技术
数控(Numerical Control—NC）技术：是近代发 展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对 机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
（2）生产效率高。
（3）能够实现复杂工件的加工。
（4）劳动强度低。
（5）自动化程度高。
第1章 数控系统概述
1.3 数控机床的分类
1.3.1 按工艺用途分类
按工艺用途不同， 可将数控机床分成以下
几类：
（1） 单工序数控机床。
（2） 加工中心。
（3） 多坐标数控机床。
（4） 其他类型的数控设备。
第1章 数控系统概述
第1章 数控系统概述
课程的性质、内容和学习方法
1)课程性质：数控技术专业的一门专业课，理论性和实践性 均很强。 2)内容：介绍常用的电气元件、继电器-接触器控制与PLC控 制、机床电气控制系统的结构原理、线路分析的基本方法， 本课程内容涉及面较广，不单纯局限于金属切削机床，也适 用于其它机械设备。 3)学习方法和要求：课前预习→认真听课做好笔记→按时按 质完成作业→及时复习总结。
第1章 数控系统概述
半闭环控制数控机床 将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠
轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作
台的实际运行位移，与数控装置中的指令位移
量相比较，实现差值控制，构成如图1.10所示
的半闭环控制。
第1章 数控系统概述
工作台 伺服 驱动 系统 CNC 数控系统 G 位置测量反馈信号 编码器 伺服 电动机
图1.10 半闭环控制数控机床结构图
第1章 数控系统概述
1.3.4 按数控装置分类
硬线数控（NC） 数控系统的输入、插补运算、控制等功能均由 集成电路或分立元件等器件实现。 软线数控（CNC、MNC） 数控系统的部分或全部功能均由软件实现。
第1章 数控系统概述
1.3.5 按功能水平分类
按照功能水平，可以将数控机床分为低（经济型）、 中、高三档。这种分类方法的界线是相对的，不同时期 的划分标准会有所不同。就目前的发展水平来看，不同 档次数控机床的功能和指标下表所示。
刀具 A
3 1 2
工 件
B
图1.2 点位控制切削加工
第1章 数控系统概述
点位直线控制数控机床 这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点 移动到另一点， 而且要沿直线轨迹（一般与某 一坐标轴平行或成45°角）以一定速度移动，
移动过程中可进行切削加工， 加工示例如图
1.3所示。
第1章 数控系统概述
工件
第1章 数控系统概述
3、电气控制系统的分类 断续控制 （继电器接触器控制系统，输入输出信号只有通和断两种状态，不能连续 反映信号的变化。 ）
连续控制（反馈控制，不仅能反映信号的通和断，而且能反映信号的大小和变化 ）
计算机控制（包含PLC控制，通过程序的改变来实现自动控制 ） 4、控制系统的组成：控制器 ＋ 被控对象
第1章 数控系统概述
工作台
CNC 数控系统 步进 电动机
图1.8 开环控制数控机床结构
第1章 数控系统概述
闭环控制数控机床
这类数控机床的运动部件上安装有位置测 量反馈装置， 由直流或交流伺服电动机驱动， 如图1.9所示。
工作台 伺服 驱动 系统 伺服 电动机
CNC 数控系统
位置测量反馈信号
图1.9 闭环控制数控机床结构
控制指令，再由伺服系统将其变换和放大
后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机
转动，并带动机床的工作台移动，实现加
工过程。
第1章 数控系统概述
1.1.3 数控系统的组成
控制 介质 数控 装置
伺服 系统
测量 装置
机床
第1章 数控系统概述
1.2 数控机床的特点
与普通机床相比， 数控机床具有以下特点： （1）加工精度高，产品一致性好。
控制中。
第1章 数控系统概述
三、机床电气控制系统
机床电气控制的主要任务是实现对主轴的
转速和进给量的控制，还要完成各种保护、
冷却、照明等系统的控制。
机床工业发展过程中，提高机床的加工速
度和加工精度（两个指标），始终是人们努
力解决的相互制约的两大课题，也是推动机
床电气控制系统不断发展的动力。
第1章 数控系统概述