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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,一、基本概念,1.数控技术（NC技术）：是指用数字化信息发出指令并实现自动控制技术。,2.数控系统（NC System）：采取了数字控制技术自动控制系统。,3.计算机数控：是指用计算机来实现部分或全部基本数控功效数控系统。,4.数控机床：装备了数控系统机床。,第一章 概 述,1/58,5.加工中心（ATC自动换刀装置）,6.直接数字控制（群控）DNC,7.柔性制造单元 FMC,8.柔性制造系统 FMS,9.计算机集成制造系统CIMS,第一章 概 述,一、基本概念,2/58,二、数控机床组成,第一章 概 述,3/58,CPU是CNC装置关键，它由运算器和控制器两个部分组成，运算器是对数据进行算术和逻辑运算部件，控制器是统一指挥和控制数控系统各部件中央机构。,数控机床普通由控制介质、数控装置、伺服驱动装置、测量装置和机械本体五个部分组成。,第一章 概 述,4/58,三.数控机床主机结构特点,高刚度和高抗振性；,小机床热变形；,高效率、无间隙、低摩擦传动；,简化机械传动结构；,第一章 概 述,5/58,四.数控机床分类,(1)按控制轨迹特点分类,点位控制数控机床,直线控制数控机床,轮廓控制数控机床,第一章 概 述,6/58,四.数控机床分类,(2)按伺服系统类型分类,开环控制数控机床,闭环控制数控机床,半闭环控制数控机床,区分：位置检测装置及安装位置,性能比较：精度、成本、调试和维护,第一章 概 述,7/58,一.基础知识,数控机床标准坐标系是怎样建立?,Z坐标,标准要求：Z坐标平行主轴轴线进给轴。,若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面方向为Z坐标。,若有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面方向为Z坐标。,Z坐标正方向要求：刀具远离工件方向。,第二章 数控加工程序编制,8/58,标准要求：X坐标是水平，平行于工件装夹平面。,（1）在刀具旋转机床上（铣床、钻床、镗床等）。,Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标正方向指向右边。,Z轴垂直（立式）；,单立柱机床，从刀具向立柱看时，X正方向指向右边；,双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴正方向指向右边。,第二章 数控加工程序编制,9/58,X坐标,机床上（车床、磨床等）主轴带工件旋转机床，X轴运动方向是工件径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心方向是X轴正方向。,第二章 数控加工程序编制,10/58,Y坐标,利用已确定X、Z坐标正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标正方向。,右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向右手螺旋法则：在X Z平面，从Z至X，姆指所指方向为+y。,第二章 数控加工程序编制,11/58,二.惯用基本指令(P42),准备功效指令,1、快速定位指令G00,2、工件坐标系设定G92,3、直线进给指令G01,4、圆弧插补指令G02 G03,5、刀具半径赔偿指令G40 G41 G42,第二章 数控加工程序编制,12/58,二.惯用基本指令(P42),准备功效指令,6、刀具长度赔偿指令G43 G44,7、零点偏移设置指令G54-G57,8、绝对和相对编程指令G90 G91,9、坐标平面选择指令G17、G18、G19,第二章 数控加工程序编制,13/58,辅助功效指令,程序停顿指令M00,计划停顿指令M01,主轴控制指令 M03、M04、M05,换刀指令M06,冷却液控制指令M07、M08、M09,第二章 数控加工程序编制,14/58,辅助功效指令,夹紧、松开指令 M10、M11,主轴及冷却液控制指令 M13、M14,程序结束指令 M02 M30,数控机床输入介质是：穿孔纸带、磁带和磁盘,第二章 数控加工程序编制,15/58,确保零件加工精度和表面粗糙度要求；,尽可能缩短走刀路线，降低空走刀行程以提升生产率。,利于简化数值计算，降低程序段数目和程序编制工作量；,在车削和铣削加工中，应尽可能防止径向切入和切出。,确定合理“走刀路线”,走刀路线就是刀具在整个加工工序中运动轨迹，它不但包含了工步内容，也反应出工步次序。,16/58,对刀点：就是刀具相对于零件运动起点，又称“起刀点”，也是零件加工程序运行起点。,对刀点选择：,为确保零件加工精度，对刀点尽可能选在零件设计基准或定位基准上；,对刀点应选在便于对刀地方，便于观察和监测；,选择适当“对刀点”和“换刀点”,17/58,对刀点选择：,对刀点选择应便于坐标计算。,换刀点选择,：,不碰夹具、工件和机床标准而定。,选择适当“对刀点”和“换刀点”,18/58,例3,19/58,一.CNC装置应该具备以下功效：,(1)主轴功效 (2)进给功效,(3)准备功效 即G功效。(4)插补功效,(5)控制功效 (6)辅助功效,(7)选刀及工作台分度功效,(8)赔偿功效 (9)固定循环功效,(10)字符、图形显示功效(11)诊疗功效,(12)通讯功效 (13)在线自动编程功效,第三章 CNC装置及其接口电路,20/58,二.硬件结构,1.单微处理器结构和多微处理器结构,单微处理器结构CNC装置并非只有一个微处理器；,多采取“集中控制，分时处理”方式来完成各项数控功效；,第三章 CNC装置及其接口电路,21/58,3.多微处理器结构CNC装置基本功效模块：,（）CNC管理模块,（）CNC插补模块,（）位置控制模块,（）存放器模块,（）PLC模块,（）指令、数据输入输出及显示模块；,第三章 CNC装置及其接口电路,22/58,3.多微处理器结构CNC装置经典结构,（1）共享总线结构,（2）共享存放器结构,第三章 CNC装置及其接口电路,23/58,三.CNC装置惯用软件设计技术,1.前后台型软件结构,2.中段式软件结构,第三章 CNC装置及其接口电路,24/58,四.PLC,1.可编程序控制器简称PLC。,2.PLC采取循环(巡回)扫描工作方式工作。,3.数控机床中，PLC有内装型和独立型之分。,4.机床PLC工作方式,5.数控机床用PLC循环扫描程序分为高级次序程序和低级次序程序两个部分。,第三章 CNC装置及其接口电路,25/58,五、机床I/O接口,1.功效：,用来接收机床操作面板上开关、按钮信号及机床各种限位开关信号；还用来把机床工作状态指示灯信号送到机床操作面板，把控制机床动作信号送到强电柜。,第三章 CNC装置及其接口电路,26/58,五、机床I/O接口,2.要求,：,1）进行必要电隔离，预防干扰信号串入，,预防高压串入对CNC装置损坏；,2）进行电平转换和功率放大。,第三章 CNC装置及其接口电路,27/58,3.机床I/O接口中惯用器件及电路有：,1）光电耦合器,2）簧式继电器,3）固态继电器,4）接口驱动电路,第三章 CNC装置及其接口电路,28/58,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,一.插补,1.所谓插补就是指数据密化过程。在对数控系统输入有限坐标点(比如起点、终点)情况下，计算机依据线段特征(直线、圆弧、椭圆等)，利用一定算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列坐标数据，即所谓数据密化，从而自动地对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个轮廓曲线轨迹运行，以满足加工精度要求。,29/58,2.脉冲增量插补就是经过向各坐标分配脉冲，来控制机床坐标轴作相互协调运动，从而实现刀具和工件之间相对运动。,3.数据采样插补法就是使用一系列首尾相连微小直线段来迫近给定曲线，因为这些微小线段是依据程编进给速度，按系统给定时间间隔来进行分割，所以又称为“时间分割法”。,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,30/58,4.逐点比较法基本原理是，在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓过程中，不比较刀具与被加工零件轮廓之间相对位置，并依据比较结果决定下一步进给方向。,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,31/58,1.逐点比较法,1.3 逐点比较法基本步骤,在逐点比较法中，每进给一步都须要进行偏差判别、坐标进给、新偏差计算和终点比较四个节拍处理。,第一节拍偏差判别；,第二节拍坐标进给,；,第三节拍偏差计算,；,第四节拍终点判别,。,第二节 脉冲增量插补逐点比较法,第二节 脉冲增量插补逐点比较法,32/58,逐点比较法直线插补计算？,逐点比较法圆弧插补计算？,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,33/58,1.数字积分法理论依据（基本原理）,对函数,X=f(t),在区间0,积分。,第三节脉冲增量插补数字积分法,34/58,1.数字积分法理论依据（基本原理）,由以上分析能够看出：,在数字积分插补中，,被积函数确实定,和,积分器设计,是关键。,第三节脉冲增量插补数字积分法,35/58,数字积分法直线插补计算？,数字积分法圆弧插补计算？,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,36/58,二、刀具赔偿,1.依据按零件轮廓编制程序和预先设定偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹功效称为刀具半径赔偿。,2.刀具赔偿普通分成刀具长度赔偿和刀具半径赔偿（概念）。,3.在零件轮廓加工过程中，刀具半径赔偿执行过程分为三个阶段：,(1)刀具半径赔偿建立。(2)刀具半径赔偿执行。,(3)刀具半径赔偿注销。,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,37/58,4.B、C刀具半径赔偿功效区分是什么？,5.依据两段程序轨迹矢量夹角和刀具赔偿方向（G41或G42）不一样，又能够有以下几个转接过渡方式：伸长型；缩短型；插入型。而插入型又分两种过渡方式，即直线过渡型和圆弧过渡型。,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,38/58,二、闭环CNC装置进给速度及加减速控制,在闭环CNC装置中，加减速控制多数都采取软件来实现，可放在插补前，也可放在插补后进行，以下列图所表示。,放在插补前加减速控制称为,前加减速控制；,放在插补后加减速控制称为,后加减速控制；,第四章 插补、刀具赔偿与速度控制,39/58,一、数控机床伺服系统,1.,伺服驱动系统简称伺服系统（,Servo system,），是一个以,机械位置或角度,作为控制对象自动控制系统。,2.伺服驱动系统通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执行部件组成。,第五章 伺服驱动系统,40/58,2.数控机床伺服系统分类,(1)按伺服系统调整理论，数控机床伺服系统可分为开环、闭环和半闭环系统。,(2)按驱动部件动作原理，数控机床伺服系统又可分为电液控制系统和电气控制系统。,第五章 伺服驱动系统,41/58,2.数控机床伺服系统分类,(3)按反馈比较控制方式，数控机床伺服系统有脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。,(4)按控制对象和使用目标不一样，数控机床伺服系统可分为进给伺服系统、主轴伺服系统和辅助伺服系统。,第五章 伺服驱动系统,42/58,3、数控机床对伺服驱动系统基本要求,(1)位移精度高,(2)可靠性高,(3)快速响应，无超调,(4)调速范围宽,(5)低速大扭矩,第五章 伺服驱动系统,43/58,二、位置检测装置,1、检测装置在CNC系统中作用,位置检测装置是数控系统主要组成部分。,数控机床位移精度，主要取决于数控机床驱动元件和位置检测装置精度，但位置检测装置精度将起主要作用或决定性作用。,第五章 伺服驱动系统,44/58,2 位置检测装置分类,第五章 伺服驱动系统,第二节 检测装置,第二节 检测装置,45/58,3.检测装置精度指标主要包含系统精度和系统分辨率。,系统精度是指在一定长度或转角内测量积累误差最大值。,系统分辨率是测量元件所能正确检测最小位移量。,第五章 伺服驱动系统,46/58,4.数控机床对位置测量装置要求：,(1)工作可靠，抗干扰能力强；,(2)满足精度、分辨率、测量范围要求；,(3)对高速动态信号能实现不失真测量和处理；,(4)使用维护方便；,(5)易于实现自动化；,(6)成本低。,第五章 伺服驱动系统,47/58,5.编码器是一个旋转式检测角位移传感器，并将角位移用数字(脉冲)形式表示，故又为脉冲编码器。它是数控机床上使用最为广泛位置检测装置，也能够用于速度检测。,脉冲编码器按码盘读取方式可分为光电式、接触式和电磁式。,数控机床上使用光电式脉冲编码器。,按测量坐标系，脉冲编码器可分为增量式和绝对式。,第五章 伺服驱动系统,48/58,5.,增量式光电脉冲编码器,A、B两相作用：,依据脉冲数目可得出被测轴角位移。,依据脉冲频率可得被测轴转速。,依据A、B两相相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。,后续电路可利用A、B两相90,相位差进行细分处理（四倍频电路实现）。,第五章 伺服驱动系统,49/58,5.,增量式光电脉冲编码器,Z相作用:,被测轴周向定位基准信号;,被测轴旋转圈数记数信号。,第五章 伺服驱动系统,50/58,6.光栅作为高精度位置检测装置，用在数控机床进给伺服驱动系统中，主要用来检测位移。,它主要由标尺光栅和光栅读数头两大部分组成。,依据光栅尺制造方法和光学原理不一样，光栅可分为透射光栅和反射光栅。,第五章 伺服驱动系统,51/58,7.光栅,莫尔条纹有以下特点：,（1）放大作用；,B=/,（2）误差均化作用；,（3）利用莫尔条纹测量位移；,第五章 伺服驱动系统,52/58,8、感应同时器,感应同时器是一个电磁式位置检测元件，按其结构特点普通分为直线式和旋转式两种。直线式感应同时器由定尺和滑尺组成；旋转式感应同时器由转子和定子组成。前者用于直线位移测量，后者用于角位移测量。,感应同时器广泛应用于数控机床及各类机床数控改造。,鉴相型工作方式和鉴幅工作方式。,第五章 伺服驱动系统,53/58,9.步进电机工作方式,步进电机是一个将电脉冲信号转换成对应角位移或线位移控制电机。对步进电机送一个控制脉冲，其转轴就转过一个角度称为一步。因为步进电机采取这种步进形式运动方式，故称为步进电机。,脉冲数量决定着步进电机角位移(或线位移)，脉冲频率决定着步进电机旋转速度。,分配脉冲相序改变后，步进电机则反转。,第五章 伺服驱动系统,54/58,10.步进电机步距角,步距角和步进电机相数、通电方式及电机转子齿数关系以下：,式中：步进电机步距角；,m电机相数；Z转子齿数；,K系数，相邻两次通电相数相同，K1；,相邻两次通电相数不一样，K2。,第五章 伺服驱动系统,55/58,12.步进电机驱动电源,12.1 驱动电源通常由环形分配器和功率驱动器组成,12.2 环形分配器,环形分配器主要功效是将数控装置插补脉冲，按步进电机所要求规律分配给步进电机驱动电源各相输入端，以控制励磁绕组导通或关断。同时因为电机有正反转要求，所以环形分配器输出是周期性，又是可逆。,第五章 伺服驱动系统,56/58,12.步进电机驱动电源,12.3 环形分配器,CH250三相步进电机环配芯片。,软环形分配器。,第五章 伺服驱动系统,57/58,12.4 功率驱动器,（1）单电压驱动电路,（2）高低压驱动电路,（3）斩波驱动电路,（4）调频调压电路,（5）细分驱动电路,第五章 伺服驱动系统,58/58,