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数 控 技 术

数 控 技 术. 姜歌东 2012-2013 第 2 学期. 参考资料网址. 交大数控教研室： http://mt.xjtu.edu.cn “ 数控技术 ” 国家精品课程： http://202.117.26.249 西门子： http://www.siemens.com.cn 法那克： http://www.fanuc.com.cn 中国制造业信息化网： http://www.e-works.net.cn

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数 控 技 术

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  1. 数 控 技 术 姜歌东 2012-2013第2学期 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  2. 参考资料网址 • 交大数控教研室： http://mt.xjtu.edu.cn • “数控技术”国家精品课程： http://202.117.26.249 • 西门子： http://www.siemens.com.cn • 法那克： http://www.fanuc.com.cn • 中国制造业信息化网：http://www.e-works.net.cn • 中国制造协作网： http://www.cmc.gov.cn • 中国机械信息网： http://www.machineinfo.com 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  3. 参考资料网址 • 中国数控在线： http://www.cncol.com • 数控论坛： http://www.cnc.cq.cn • 华中数控： http://www.huazhongcnc.com • 上海开通数控： http://www.capitalnc.com • 南京数控： http://www.njcncmt.com • 深圳福斯特数控：http://www.first-cnc.com • 广州数控： http://www.gsk.com.cn/ • 北京凯恩帝数控：http://www.knd.com.cn/ 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  4. 课程培养目标 根据未来可能面对的行业，具备能够开展数控机床高层次运用、维护以及研发等方面的基本能力。 • 理论方面： • 了解数控机床复杂零件加工的基本原理和应用方法； • 了解数控机床轨迹运动控制原理与实现方法； • 了解数控机床误差成因与精度控制原理； • 实验方面 与上述课程教学目标配合，提高实际动手能力与应用能力。 • 实验包括数控机床软硬件认知、数控加工编程、开放式数控系统构建、全闭环精密加工中心误差测量和补偿等内容。 • 实验要求在12学时内完成。 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  5. 使用教材及参考书 [1]梅雪松等. 机床数控技术. 高等教育出版社，2013.3 [2]任玉田.新编机床计算机数控技术. 北京理工大学出版社，2005. [3]李斌、李曦等，数控技术，华中科技大学出版社，武汉，2010. [4]毕承恩，丁乃健.现代数控机床. 北京:机械工业出版社，1994. [5]王爱玲.现代数控原理及控制系统. 北京:国防工业出版社，2005. [6]FANUC系统、Siemens系统等各式各类技术手册. 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  6. 考核方式 • 闭卷考试成绩占65%， • 平时作业占10%； • 上机成绩占5%； • 实验成绩占 20%。 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  7. 第一章 概 述 1-1 数控机床的产生与发展 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 1-3 数控机床的分类 1-4 数控机床的发展趋势 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  8. 1-1 数控机床的产生与发展 一、数控机床的产生 1952年 ,为解决飞机发动机叶片的仿形加工问题，美国帕森斯公司（Parsons，Co.）与麻省理工学院伺服机构实验室合作研制成功电子管控制的第一台三坐标联动的铣床；从此开创了数控加工时代。 由于数控机床在制造领域的特殊地位和贡献，“数控”成了机床控制系统的专用概念。 第一台数控机床 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  9. 1-1 数控机床的产生与发展 二、早期的数控机床 • 第一代: 1952年，电子管控制的第一台三坐标联动的铣床； • 第二代: 1959年，晶体管问世，数控系统进入第2代，体积大大缩小； • 第三代:1965年,出现了小规模集成电路.使数控系统的可靠性得到了进一步的提高； • 第四代:1967年以小型计算机作为控制单元，数控系统进入CNC时代。 • 第五代:1970年, 微处理器问世，以微处理器和中、大规模集成电路组成的数控系统，性能和可靠性大大提升，价格大幅度下降，进入广泛应用阶段。 NC阶段 硬件插补 CNC阶段 硬件插补 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  10. 1-1 数控机床的产生与发展 三、从机械加工的发展认识自动控制 认识机械加工对象机其对加工机床的要求 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  11. 1-1 数控技术的基本概念 铣削加工(示意) 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  12. 1-1 数控技术的基本概念 磨削加工(示意) 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  13. 为加工某一类零件的特定表面而设计的机床 机械加工 生产批量增加 专门化机床 专用机床/生产线 更新换代 柔性控制 PLC 组合机床/生产线 数控普及 自动化程度 为加工某一零件的特定工序而设计的机床 数控机床/ 柔性制造系统 1-1 数控机床的产生与发展 三、从机械加工的发展认识自动控制 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  14. 1-1 数控机床的产生与发展 自动控制领域 运动控制 复杂型面 （机床）数控系统 开关量逻辑控制 可编程序控制器（PC/PLC） 模拟量回路控制 集散式控制系统（DCS） 管理 计算机集成管理控制系统 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  15. 1-1 数控机床的产生与发展 四、数控机床的主要发展历程 数控系统： NC  CNC  多CPU集散式控制 开放式结构体系 伺服系统： 步进  直流伺服  交流伺服  全数字交流伺服 控制接口： 脉冲  模拟电压(电流)  总线通信 插补算法： 脉冲增量  数字增量 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  16. 1-1 数控机床的产生与发展 五、现代数控机床的发展 • 集散式复杂运动轨迹控制:联动轴的增加； • 高效率的加工: 自动化程度提高，自动上下料；直线电机和电主轴的采用，提高了加工速度； • 用途的柔性化和集成化: FMS(Flexible Manufacturing System) ,柔性制造系统； • 高精度:基于信息采集、数据处理的误差补偿技术和伺服优化技术； • 高可靠性: 数控系统集成度的提高，机床故障诊断技术的发展，PLC性能的提高； • 方便的使用性：网络化、友好的界面、CAD、CAPP、CAM技术； 随着计算机技术和伺服技术的进步，当前数控机床的发展主要表现为： 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  17. 1-1 数控机床的产生与发展 六、 数控加工示例 1. 数控加工发动机箱体 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  18. 1-1 数控机床的产生与发展 2 数控立式车削 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  19. 1-1 数控机床的产生与发展 3. 数控铣削 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  20. 1-1 数控机床的产生与发展 4. 数控PCB焊接 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  21. 1-1 数控机床的产生与发展 5. 模具快速成型 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  22. 1-1 数控机床的产生与发展 6. 数控模具加工 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  23. 1-1 数控机床的产生与发展 7. 数控模具加工 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  24. 1-1 数控机床的产生与发展 8. 数控模具加工 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  25. 1-1 数控机床的产生与发展 9. 数控叶片加工 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  26. 1-1 数控机床的产生与发展 10. 数控激光切割 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  27. 1-1 数控机床的产生与发展 11. 工业机器人的应用 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  28. 第一章 概 述 1-1 数控机床的产生与发展 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 1-3 数控机床的分类 1-4 数控机床的发展趋势 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  29. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 1.2.1数控技术的定义 • 广义的数控技术 以计算机技术为核心，结合控制理论所发展起来的所有自动控制领域的一切应用与实践技术。具体指由计算机代表的控制装置通过指令对某一工作过程自动控制的技术。计算机是实现手段，控制理论是实现方法。 具体的例子：温度控制、机器人控制，机床与机械运动的控制、汽车的控制、卫星运动轨迹的控制以及太空探索的控制等等。 现代数控技术已广泛应用于国民经济各行业，如轻工、农业、能源、交通、材料、医疗、环保、信息、国防工业等的生产装备和成套技术装备。 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  30. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 • 本课程讨论的数控技术--机床数控技术，是指应用数控技术对机床工作过程进行自动控制的技术。对包括机床在内的工作机械进行控制的装备称为数控装备，采用数控技术对加工过程进行控制的机床称为数控机床。 本课程为什么以“机床”为对象学习数控技术？ • 机床是工作母机，无论是控制的精度、控制的运动复杂性以及设备本身的复杂性其要求比其他机械要高，数控技术的应用也最全面； • 机床的运动控制要求与一般机械类似，并且机床独立运动的轴数更多； 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  31. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 • 本课程的学习内容与要求 • 作为最终用户，了解数控设备的编程技术（G代码、CAM 的基本原理） • 数控主控部分的基本结构与组成（硬件与软件） • 交直流伺服放大原理 • 反馈信号的测量原理 • 进给伺服系统的分析方法 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  32. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 数控加工的特点及比较： 数控加工 传统加工 • 可以加工复杂型面工件 • 自动化程度高，劳动强度低 • 柔性高，适应性强 • 效率高，减小辅助时间和机动时间 • 加工质量稳定 • 有利于生产管理的现代化 • 难以加工复杂型面工件 • 加工以手工操作为主，劳动强度低 • 柔性低，调整困难 • 效率低，辅助时间长 • 加工靠人的经验，加工质量不稳定 • 难以实现生产管理现代化 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  33. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 1.2.2 数控机床的组成 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  34. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 机床本体 数控系统 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  35. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 一、CNC系统 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  36. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 硬件: CPU、存储器、总线、显示器、接口电路等 计算机 管理软件: 输入、I/O处理、显示、诊断等 软件 控制软件: 译码、刀补、插补、速度处理、 位置控制等 PLC 接口 1 CNC装置 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  37. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 (1) 计算机 • 组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。 • 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  38. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 (2) PLC(Programmable Logic Controller) 用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制： • 接收CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作 • 接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  39. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 (3) 接口 与上位机的通信接口:串行通信+网络通信 与各种输入/输出设备接口 与机床侧信号往来的I/O接口 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  40. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 2 输入/输出设备和控制介质 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  41. 输 入 设 备 控制介质 穿孔纸带 纸带阅读机 纸带穿孔机 磁盘 磁盘驱动器 光盘 光盘驱动器 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 • 控制介质是记录零件加工程序的媒介 • 输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。 • 数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1： 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  42. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 3 伺服单元、驱动装置和测量装置 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  43. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 • 伺服单元和驱动装置 • 主轴伺服驱动装置和主轴电机 • 进给伺服驱动装置和进给电机 • 测量装置 • 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 • 作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令： • 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。 • 主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制） 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  44. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 二、机床本体 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  45. 带制动器伺服电机 主轴电机 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机 伺服电机 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件 组成：由主运动部件、进给运动部件(工作台、拖板以及相应的传动机构)、支承件(立柱、床身等)以及特殊装置(刀具自动交换系统 工件自动交换系统)和辅助装置(如排屑装置等)。 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  46. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 数控机床机械结构的特点 • 高刚度和高抗振性 • 小的机床热变形 • 高效率、无间隙、低摩擦传动 • 简化的机械传动结构 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  47. 控制目标 系统输出 控制装置 调节器 D/A 执行机构 被控对象 A/D 反馈装置 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 1.2.3负反馈原理 控制目标 控制的关键要素： • 控制装置 • 执行机构 • 反馈装置 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  48. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 认识负反馈原理 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  49. 1-2 数控技术的知识体系 认识负反馈原理 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

  50. 1-2 数控技术的基本概念及知识体系 负把馈原理在数控技术中的表现 硬件部分 控制对象—机床本体 执行机构—伺服电机 控制装置—数控系统 反馈装置—光栅尺 数字控制及装备技术研究所Institute of Numerical Control And Equipment Technology

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