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1、Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术数控技术与编程数控技术与编程NC Technology&ProgrammingRaymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术丁晚景丁晚景Mobile：139 8657 6675 66675e-Mail:QQ:2399 5301Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术1 13 32 25 54 4绪论（绪论（2h2h）工程资料的计算机化（工程资料的计算机化（2h2h）
2、CAD/CAMCAD/CAM系统构成（系统构成（2h2h）图形变换（图形变换（2h2h）6 6AutoCADAutoCAD系统开发（系统开发（2h2h）参数化设计技术（参数化设计技术（2h2h）7 7适时上机操作（适时上机操作（16h16h）几何造型方法（几何造型方法（2h2h）8 89 9相关技术简介（相关技术简介（10h10h）Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术数控技术绪论数控技术绪论Chapter 1Introduction to NC TechnologyRaymond Ding Numerical Control
3、 Technology机床数控技术机床数控技术1 13 32 25 54 4基本概念基本概念数字控制与数控机床数字控制与数控机床数控机床的特点数控机床的特点数控机床的组成数控机床的组成和加工过程和加工过程数控机床的分类数控机床的分类及适用范围及适用范围数控技术的发展历程数控技术的发展历程6 6数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术1数字控制与数控机床 NCandNCToolsu基本概念基本概念数字控制(NC，numericalcontrol)GB8129-87用数字化信号对机床运动及其加工过
4、程进行控制的一种方法数控系统(NCsystem)实现数控技术的机电控制设备数控机床(NCtools)装备了数控系统的机床 *1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床。*1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术1数字控制与数控机床 NCandNCToolsu基本概念基本概念ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirFo
5、rce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.Itwasa“retrofitted”Cincinnatimillingmachine(Figure1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.ThefirstcommercialN/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.Raymond Ding Numerical Control Technology机
6、床数控技术机床数控技术1数字控制与数控机床 NCandNCToolsu数控机床加工过程数控机床加工过程 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。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术1数字控制与数控机床 NCandNCToolsu计算机数控计算机数控 CNC 一种控制系统，它自动读入载体
7、上的数字一种控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是数控系统的核心是数控系统的核心,称为数控装置称为数控装置NCU NCU。以计。以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称为计算机数控分是一个专用的计算机，也称为计算机数控CNCCNC。数控装置有时也简称为数控系统。数控装置有时也简称为数控系统
8、。ComputerizedNumericalControlRaymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术2数控机床的组成 ComponentsofNCMachineTools1 输入/输出设备2 数控装置3 伺服单元4 PLC及接口5 机床本体6 测量装置 除了机床本体以外的部分统称为数控系统。数控装置是数控系统的核心。数控机床的逻辑组成Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术2数控机床的组成 ComponentsofNCMachineTools数控机床的物理组成Ray
9、mond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术2数控机床的组成 ComponentsofNCMachineToolsRaymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术2数控机床的组成 ComponentsofNCMachineTools1 零件图工艺处理零件图工艺处理 确定合理的加工方案、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数、对刀确定合理的加工方案、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数、对刀 点、换刀点等；点、换刀点等；2 数学处理数学处理 计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据；计算刀具中心
10、运动轨迹，获得刀位数据；3 数控编程数控编程 根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码 及程序段格式，编写数控加工程序；及程序段格式，编写数控加工程序；4 程序输入程序输入5 译码译码6 数据处理数据处理 包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序；包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序；7 插补运算插补运算 插补是通过插补计算程序，根据程序规定的进给速度要求，完成在轮插补是通过插补计算程序，根据程序规定的进给速度要求，完成在轮 廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作廓起点和终点之间的中
11、间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作 8 伺服控制与加工伺服控制与加工 伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信 号，经放大后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，从而加工出号，经放大后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，从而加工出 零件零件数控机床加工零件的过程数控机床加工零件的过程Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术3数控机床的特点 Characteristics优点u适应性强u加工精度高、质量稳定u生产效率高、经济效益好u减轻操作者的劳
12、动强度、操作简单u有利于生产管理的现代化u具有故障诊断和监控能力问题u造价较高u加工精度高、质量稳定调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员u生产效率高、经济效益好对编程人员的技术水平要求较高Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification分类方法分类方法数控机床类型数控机床类型运动控制方式运动控制方式点位控制数控机床点位控制数控机床直线控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床伺服系统类型伺服系统类型开环数控系统开环数控系统半闭环数控系统半闭环数控系统闭环数控系统闭环数控系
13、统功能水平功能水平经济型数控系统经济型数控系统中档型数控系统中档型数控系统高档型数控系统高档型数控系统工艺方法工艺方法金属切削数控机床金属切削数控机床金属成型数控机床金属成型数控机床特种加工数控机床特种加工数控机床数控装置数控装置普通数控普通数控计算机数控计算机数控Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按运动控制方式分类按运动控制方式分类A 点位控制数控机床点位控制数控机床B 直线控制数控机床直线控制数控机床C 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床A 点位控制点位控制 一些孔加工数控机
14、床，如数控钻床、数控冲床等，数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确定位，从一个孔到另一个孔的移动轨迹则无严格要求。在机床移动部件的移动过程中，不进行切削加工。具有这种运动控制的机床称为点位控制数控机床 Point-to-pointControlRaymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按运动控制方式分类按运动控制方式分类A 点位控制数控机床点位控制数控机床B 直线控制数控机床直线控制数控机床C 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床B 直线控制直线控制AxialControl 直线控制数控机
15、床不仅要求控制点到点的精确定直线控制数控机床不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削给速度，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工。加工。这类机床主要有简易数控车床、数控镗铣床和数这类机床主要有简易数控车床、数控镗铣床和数控加工中心等。控加工中心等。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按运动控制方式分类按运动控制方式分类A 点位控制数控机床点位控制数控机
16、床B 直线控制数控机床直线控制数控机床C 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床C 轮廓控制轮廓控制ContouringControl 对一些数控机床，如数控铣床、加工对一些数控机床，如数控铣床、加工中心等，要求能够对两个或两个以上运动中心等，要求能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件制，使刀具与工件间的相对运动符合工件加工轮廓要求。具有这种运动控制的机床加工轮廓要求。具有这种运动控制的机床称为轮廓控制数控机床。称为轮廓控制数控机床。continuoustracecontrol Raymond Ding N
17、umerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按伺服系统分类按伺服系统分类A 开环控制系统开环控制系统B 闭环控制系统闭环控制系统C 半闭环控制系统半闭环控制系统A 开环控制系统开环控制系统Open-loopControlSystem 没有位移检测反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。数控装置发出的控制指令直接通过驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成刀架或工作台的位移。由于这种控制系统没有检测反馈，无法通过反馈自动进行误差检测和校正，因此位移精度一般不高。Raymond Ding Numerica
18、l Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按伺服系统分类按伺服系统分类A 开环控制系统开环控制系统B 闭环控制系统闭环控制系统C 半闭环控制系统半闭环控制系统B 闭环控制系统闭环控制系统Closed-loopControlSystem这种闭环控制方式可以消除由于机械传动部件误差给加工精度带来的影响，因此这种闭环控制方式可以消除由于机械传动部件误差给加工精度带来的影响，因此可得到很高的加工精度，但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在可得到很高的加工精度，但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内，
19、系统稳定性受到影响，调试困难，且结构复杂、价格昂贵。闭环之内，系统稳定性受到影响，调试困难，且结构复杂、价格昂贵。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按伺服系统分类按伺服系统分类A 开环控制系统开环控制系统B 闭环控制系统闭环控制系统C 半闭环控制系统半闭环控制系统C 半闭环控制系统半闭环控制系统Half-closed-loopControlSystem速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈位置反馈检测元件 这种机床的闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副
20、等大惯量环节，这种机床的闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，因此可以获得稳定的控制特性，而且调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜因此可以获得稳定的控制特性，而且调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按功能水平分类按功能水平分类A 经济型数控机床经济型数控机床B 普及型数控机床普及型数控机床C 高级数控机床高级数控机床 性能性能类别类别CPUCPU位数位数联动轴数联动轴数分辨率分辨率(m)m)进给速度进给速度(m/min)
21、(m/min)其它其它高级型高级型32325 5=24,(1=24,(1m)m)=10,(0.1=10,(0.1m)m)三维动态，三维动态，MAP,MAP,数字交流伺服数字交流伺服普及型普及型16165,30.1,0.1,10 24,(1 24,(1m)m)10,(0.1 10,(0.1m)m)字符字符/图形图形交流伺服交流伺服经济型经济型8/168/1633101088字符字符,步进电机步进电机数控系统的功能分类数控系统的功能分类Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按功能水平分
22、类按功能水平分类A 经济型数控机床经济型数控机床B 普及型数控机床普及型数控机床C 高级数控机床高级数控机床A 经济型数控机床经济型数控机床伺服进给驱动一般是由步进电机实现的开环驱动伺服进给驱动一般是由步进电机实现的开环驱动功能比较简单、价格比较低廉功能比较简单、价格比较低廉精度中等精度中等能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工一般控制轴数在一般控制轴数在3 3轴以下轴以下脉冲当量（分辨率）多为脉冲当量（分辨率）多为1010 m m，快速进给速度在，快速进给速度在10m10mminmin以下以下Raymond Ding Numerical Co
23、ntrol Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按功能水平分类按功能水平分类A 经济型数控机床经济型数控机床B 普及型数控机床普及型数控机床C 高级数控机床高级数控机床B 普及型数控机床普及型数控机床中档型数控机床也称标准型数控机床中档型数控机床也称标准型数控机床采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动能实现能实现4 4轴或轴或4 4轴以下联动控制轴以下联动控制脉冲当量为脉冲当量为1 1 m m，进给速度为，进给速度为15-24m15-24mminmin一般采用一般采用1616位或位或3232位处理器，位处理
24、器，RS232CRS232C通信接口、通信接口、DNCDNC接口和内装接口和内装PLCPLC具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术4数控机床的分类 Classification按功能水平分类按功能水平分类A 经济型数控机床经济型数控机床B 普及型数控机床普及型数控机床C 高级数控机床高级数控机床C 高级数控机床高级数控机床高档型数控机床指加工复杂形状的多轴联动数控机床或加工中心，功高档型数控机床指加工复杂形状的多轴联动数控机床或加工中心，功能强、工序集
25、中、自动化程度高、柔性高能强、工序集中、自动化程度高、柔性高一般采用一般采用3232位以上微处理器，形成多位以上微处理器，形成多CPUCPU结构。采用数字化交流伺服电结构。采用数字化交流伺服电机形成闭环驱动，并开始使用直线伺服电机，具有主轴伺服功能，能实机形成闭环驱动，并开始使用直线伺服电机，具有主轴伺服功能，能实现现5 5轴以上联动，脉冲当量为轴以上联动，脉冲当量为0.1-10.1-1 m m，进给速度可达，进给速度可达100m/min100m/min以上以上具有宜人的图形用户界面，有三维动画功能，能进行加工仿真检验。具有宜人的图形用户界面，有三维动画功能，能进行加工仿真检验。同时还具有多功
26、能智能监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的同时还具有多功能智能监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且具有制造智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且具有制造自动化协议（自动化协议（MAPMAP）等高性能通信接口，能实现计算机联网和通信）等高性能通信接口，能实现计算机联网和通信Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术5数控机床的适用范围 RangeofApplicationRaymond Ding Numerical Control Technology
27、机床数控技术机床数控技术 数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系统数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下的主要依据，概括起来如下1 1控制轴数和联动轴数控制轴数和联动轴数8 8程序的编辑、管理和控制程序的编辑、管理和控制2.2.插补功能插补功能9 9误差补偿功能误差补偿功能3 3脉冲当量（控制分辨率）脉冲当量（控制分辨率）10.10.加减速控制功能加减速控制功能4 4定位精度和重复精度定位精度和重复精度11.11.逻辑控制功能逻辑控制功能5 5行程行程12.12.通信方式通信方式6 6主轴转速和进给速度及其调节范围主轴转速和进给速度
28、及其调节范围13.13.故障诊断功能故障诊断功能7 7机床数控功能机床数控功能5数控机床的适用范围 RangeofApplicationRaymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术6数控技术的发展历程 HistoryinBriefu电子管 1952，Parsons Corp.,MIT,美空军后勤司令部合作，第一台立式数控铣床u晶体管&印刷电路 1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心MILWAUKEE-MATICu小规模集成电路 1965,由于它体积小、功耗低
29、，使数控系统的可靠性得以进一步提高。1967，英国形成最初的FMSu通用小型计算机 1970，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成u微处理器 1974，开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用u基于PC的数控 20世纪80年代，基于PC开发式数控系统 计算机技术的每一点进步都在推动数控技术向前发展Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术7数控技术的发展趋势 Develo
30、pmentTrend 机床向高速化方向发展，机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性可充分发挥现代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。面加工质量和精度。上世纪上世纪9090年代以来，高速年代以来，高速主轴单元（电主轴，转速主轴单元（电主轴，转速15000-100000r/min15000-100000r/min）、高速）、高速且高加且高加/减速度的进给运动部减速度的进给运动部件（快移速度件（快移速度60120m/min60120m/min，切削进给速度高达切削进给速度高达0m/min0m/
31、min）、）、高性能伺服系统以及工具系统高性能伺服系统以及工具系统都出现了新的突破。都出现了新的突破。A 高速高精度高速高精度Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术7数控技术的发展趋势 DevelopmentTrendA 高速高精度高速高精度B 智能化智能化u智能化适应控制技术u自动编程技术u故障自诊断uetcRaymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术7数控技术的发展趋势 DevelopmentTrendA 高速高精度高速高精度B 智能化智能化C 开放式系统开放式
32、系统 传统的数控系统都是专门、具有不同的编程语言、非标准人机传统的数控系统都是专门、具有不同的编程语言、非标准人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等特征，造成了数控接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等特征，造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术的进一步发展。系统使用和维护的不便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些问题，人们提出了为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统开放式数控系统”的概念。的概念。概念最早见于概念最早见于19871987年美国的年美国的NGCNGC计划，计划，NGCNGC控制技术通过实现基于相控制技术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的
33、互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准规范开放式系统体系结构标准规范（SOSASSOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系统体系结构能够找到解决问题的办法。一个开放式的系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统。使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术7数控技术的发展趋势 DevelopmentTrendA 高速高精度高速高精度B 智能化智能化C 开放式系统开放式系统D 网络化网络化E 可靠性可靠性提高数控系统的可靠性 数控系统平均无故障时间大于100
34、00-30000h 电子与电气元件高集成、抗干扰 零部件制造专业化标准化网络化数控技术 外部网络化管理与控制 内部网络化功能模块的网络化Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术7数控技术的发展趋势 DevelopmentTrendA 高速高精度高速高精度B 智能化智能化C 开放式系统开放式系统 数字制造就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有信息。DNC技术使CNC与通信网络联系在一起,还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。CAD/CAM/CAE集成数字化制造数字
35、化工厂D 网络化网络化E 可靠性可靠性F 数字化制造数字化制造Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术Any questions？Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术Problems1.1 什么是机床数控技术？机床数控技术由哪几部分组成？什么是机床数控技术？机床数控技术由哪几部分组成？1.2 什么是开环控制、闭环控制、半闭环控制？什么是开环控制、闭环控制、半闭环控制？1.3 什么是点位控制、直线控制和轮廓控制？它们的主要特什么是点位控制、直线控制和轮廓控制？它
36、们的主要特点与区别是什么？点与区别是什么？1.4 简述数控系统的组成及各部分的主要功能。简述数控系统的组成及各部分的主要功能。1.5 数控技术的发展趋势是什么？数控技术的发展趋势是什么？1.6 简述在数控机床上加工零件的全过程。简述在数控机床上加工零件的全过程。Raymond Ding Numerical Control Technology机床数控技术机床数控技术谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH