数控系统基础知识认识课件.ppt

数控机床电气线路装调 FANUC-0i,我国自2002年起，已经连续多年保持了世界机床第一消费大国和第一进口大国，我国的数控机床占有量已经排名世界前列，由于这几年职业教育对数控加工、模具等专业的发展，培养了大批的数控操作工，为我国的现代装备制造业做出了巨大的贡献，随着数控机床的增加，故障在所难免，所以企业还需要的是：不仅会操作而且懂维护的操作工和懂维修的数控装调维修工，该部分人员缺口巨大。,在国内的数控机床行业中，发那科系统占全部市场的65%以上，机床制造行业与机床使用行业对数控装调维修人才非常紧缺。一直以来，数控机床维修与调试的工作主要由机床厂家和系统厂家来完成，一般的用户只是操作，若机床有故障，只能等机床厂家来维修，机床 厂的人员培养并不能适应数控机床行业的快速发展，要有效的培养较多的该类型人才，靠个别机床企业的内部培养是很难满足要求的。,机床制造企业需要,机床使用企业需要,机床销售企业需要,企业高薪聘请数控机床维护人员,该专业人员的就业方向：,1、数控机床操作与维护人员（加工和简单维护）,2、数控机床维修与保养人员（机电维修）,3、数控机床设计与调试人员（机床厂及机床改造）,4、数控机床销售与售后服务人员,5、数控机床销售与售后服务管理的文职人员,企业需求：数控机床及相关机电设备装调人员,就业岗位：机床厂电气装调工、数控机床机械装调工、机床维护人员、机床售后服务人员,岗位技能要求：标准图纸的识读、器件的安装、数控系统的按图硬件连接、数控系统的简单操作、机床的批量调试与参数备份、简单故障的排除、数控机床机械部件的安装与调整,企业对安装工要有什么技能要求？,招聘的目标对象：中职毕业、技工院校毕业,企业需求：数控机床电气设计与机床改造、调试,就业岗位：机床厂设计人员、装调工、机床维护人员、机床改造人员、机床售后服务人员 、机床维修,岗位技能要求：标准图纸的识读、器件的安装、数控系统的硬件连接、抗干扰设计、数控系统的操作、机床的批量调试与参数备份、PMC设计、参数调整、伺服电机的选择、伺服调试与优化、数控系统的二次开发,企业对调试、设计人员要有怎样的技能要求？,招聘的目标对象：高职毕业、技师学院、大专、本科院校,书名：数控机床电气装调与维修应用对象：高职机电技术应用、数控机床装调与维修、数控技术应用等专业的学生及其他。对象现状：1、课程背景：本课程是职业技术院校数控技术专业的核心课程与训练项目之一。2、知识背景：有数控机床的操作体验，了解机床的结构等。达到的目标：了解常用数控机床的电气组成；掌握数控设备电气系统维护保养的相关知识；具备生产一线数控设备管理和维修的初步能力；熟悉掌握数控机床简单电气故障的诊断与排除。,项目一：数控系统基础知识认识,教学目标,1.了解数控技术的几个基本概念,2.了解数控机床的几种分类方式,3.熟悉数控机床控制部分的组成,4.了解CNC控制的特点,5.了解常用CNC产品,项目一：数控系统基础知识认识,一.数控技术的基本概念,数控技术:,(Numerical Control,NC)是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也称为CNC(Computerized Numerical Control)。,数控系统：,用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统(Numerical Control System)。,数控机床：,采用CNC控制的机床，称为数控机床，它是典型的机电一体化产品，是现代制造技术的基础。,项目一：数控系统基础知识认识,SV:,PLC：,伺服驱动（Servo Drive,简称伺服）的常用英文缩写。含义是“以物体的位置、方向、状态等作为控制量，追踪目标值的任意变化的控制机构”。,可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的缩写。PLC具有性能可靠、使用方便、编程简单等特点，广泛用来作为数控设备的辅助控制装置。FANUC一般称为PMC(Programmable Machine Controller)。,项目一：数控系统基础知识认识,（1）多品种、小批量生产的零件。（2）形状结构比较复杂的零件。（3）需要频繁改型的零件。（4）价值昂贵，不允许报废的零件。（5）需要最短周期的急需零件。（6）批量较大、精度要求高的零件。,数控机床的应用范围广,项目一：数控系统基础知识认识,1.1 数控机床的产生,数控机床是综合运用了计算机技术、微电子技术、自动控制技术、自动检测技术、精密机械制造技术、网络通信技术、液压气动技术等高新技术而发展起来的，是具有高精度、高自动化、高效率的典型机电一体化产品。 采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早是在20世纪40年代初提出的。,项目一：数控系统基础知识认识,1949年帕森斯公司正式接受美国空军委托，在麻省理工学院伺服机构实验室的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过3年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机，并取名“Numerical Control”。 1974年以后，国际上又出现了以微处理器为核心的数控系统，即微机控制的数控系统，这种数控系统体积小、价格低、性能稳定、功能强大。,项目一：数控系统基础知识认识,20世纪80代年以后，国际上相继又研制出了柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，FMC）及柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）。 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），其中数控机床是其基本控制单元，FMC和FMS是实现CIMS的必经阶段和基础。,项目一：数控系统基础知识认识,1.2 数控机床的发展,使数控机床在技术上呈现以下7个方面的发展趋势。,项目一：数控系统基础知识认识,（1）采用先进的伺服驱动系统。 （2）采用前馈控制技术。 （3）采用机床动、静摩擦的非线性补偿控制技术。 （4）补偿技术的发展和广泛应用。 （5）采用高精度的脉冲当量。 （6）采用高分辨率的位置检测装置。,1高精度化,（1）采用高性能CPU。 （2）配置高速、功能强大的内装式可编程序控制器（PLC）。 （3）提高多轴控制水平。 （4）使用超高速切削刀具。,2高速化,项目一：数控系统基础知识认识,（1）提高数控系统的硬件质量。（2）模块化、标准化和通用化。,3高自动化4高可靠性,（1）刀具寿命自动检测更换。（2）自动诊断、自动修复。（3）实时补偿。（4）引进模式识别技术。,6数控编程自动化7智能化,项目一：数控系统基础知识认识,（1）数控机床采用一机多能，以提高设备利用率。 （2）良好的人机对话功能。 （3）更强的通信功能。,5多功能化,1.3 数控机床的特点及主要技术指标,1.3.1 数控机床的使用特点1.3.2 主要技术指标,项目一：数控系统基础知识认识,1.3.1 数控机床的使用特点,1对操作及维修人员的技术水平要求较高2对夹具和刀具的要求较高, 单件或小批量生产时，一般采用通用夹具；批量生产时，为节省加工时间，应使用专用夹具或组合夹具。 夹具应该定位可靠，能自动夹紧或松开工件，具有良好的排屑和冷却结构。,（1）数控机床对夹具的要求。,项目一：数控系统基础知识认识, 精度较高、寿命长、尺寸稳定、变化小。 能实现机外预调、快速换刀。 刀柄应为标准系列。 能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出。 具有良好的冷却性能。,（2）数控机床对刀具的要求。,项目一：数控系统基础知识认识,1.3.2 主要技术指标,1主要技术规格,数控车床主要技术规格有床身规格尺寸、最大车削直径、刀架最大回转直径、最大车削长度等；数控铣床主要技术规格有工作台尺寸、工作台T形槽尺寸、工作台行程等规格尺寸。,项目一：数控系统基础知识认识,数控机床的运动指标主要是指主轴转速。,2运动指标,（1）脉冲当量（分辨率）。（2）定位精度。（3）重复定位精度。,3精度指标,4刀具系统5其他指标,项目一：数控系统基础知识认识,二.数控机床的分类,1按工艺用途分：,项目一：数控系统基础知识认识,（1）金属切削类数控机床。 普通型数控机床。 在普通数控机床的基础上增加自动换刀机构（ATC）和一个刀库，即称为数控加工中心。,（2）金属成形类数控机床。（3）数控特种加工机床。（4）其他类型的数控机床。,项目一：数控系统基础知识认识,数控铣床,项目一：数控系统基础知识认识,加工中心,项目一：数控系统基础知识认识,多坐标数控机床：三轴以上的数控机床,项目一：数控系统基础知识认识,常见数控机床图示,卧式数控镗铣床,项目一：数控系统基础知识认识,数控平面磨床,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,数控万能外圆磨床,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,斗笠式自动换刀立式加工中心,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,凸轮机械手式自动换刀立式加工中心,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,大型龙门式（动台）数控加工中心,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,带机械手链式刀库的卧式加工中心,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,数控弯管机,数控压力机,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,线切割机床,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,电火花数控机床,常见数控机床图示,项目一：数控系统基础知识认识,三 坐 标 测 量 仪,三坐标测量机，它是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器,常见数控设备图示,项目一：数控系统基础知识认识,数控机床按运动轨迹控制方式可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。（1）点位控制数控机床。,2按运动轨迹控制方式分类,项目一：数控系统基础知识认识,控制在加工平面上，从一个坐标位置快速移动到下一个坐标位置，然后控制第三个坐标轴进行钻镗切削加工。,应用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量仪等。,项目一：数控系统基础知识认识,沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工。刀具相对于工件移动时进行切削加工。,（2）直线控制数控机床。,适用范围：数控磨床等。,项目一：数控系统基础知识认识,（3）轮廓控制数控机床。可进行点位和直线控制。适合加工直线、圆弧或任意平面曲线。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等。,项目一：数控系统基础知识认识,图1.9 五轴联动数控机床,五轴联动,3按伺服控制方式分：,：开环控制数控机床：对于被控制量，机床没有检测反馈装置，数控发出的指令的流程是单方向的。加工精度不高，稳定性差，价格便宜。,项目一：数控系统基础知识认识,控制装置,步进电机,：闭环控制数控机床： 对于被控制量，机床带有检测反馈装置，在加工中时刻检测机床的实际移动距离及工作位置，使之与数控系统所发出的指令相复合。数控发出的指令的流程是双方向的。加工精度高，调试维修复杂，价格昂贵,项目一：数控系统基础知识认识,位置环控制,速度环控制,伺服电机,速度反馈,位置反馈,：半闭环控制数控机床： 对于被控制量，机床带有检测反馈装置。但检测反馈装置不是对机床的实际移动距离及工作位置进行检测，而是通过与伺服电机有联系的测量元件，如测速发电机、编码器等间接检测伺服电机的转角，从而推算出机床实际的移动距离。加工精度、价格满足大多数场合的需要，调试、维修比闭环简单。,指令值,位置比较电路,速度控制电路,伺服电机,工作台,项目一：数控系统基础知识认识,4 按功能分：,简易型数控机床：一般指开环控制、步进电机驱动的数控机床。国外已淘汰。,经济型数控机床：一般指功能简化的数控机床。,全功能数控机床：加工精度高，控制轴数多，功能强，价格昂贵的机床。,项目一：数控系统基础知识认识,项目一：数控系统基础知识认识,数控机床的组成如图所示，通常由控制介质、数控装置、伺服系统、检测及反馈系统、机床主机及辅助装置组成。,项目一：数控系统基础知识认识,三数控机床的组成(FANUC),控制介质有多种，如早期使用的穿孔带、磁带，现在一般使用磁盘、光盘等，采用何种控制介质取决于数控装置的类型。,1控制介质,数控装置由硬件和软件组成。CNC的硬件为一款专用计算机，通过软件来实现部分或全部数控功能，也可以改变软件更改或扩展其功能。,2数控装置,项目一：数控系统基础知识认识,伺服系统主要由驱动装置、执行机构、位置检测反馈装置等部分组成。,3伺服系统,检测及反馈装置可以包括在伺服系统中。 它由检测元件和相应的电路组成，其作用主要是检测速度和位移，并将信息反馈到控制系统，构成闭环控制。,4检测及反馈装置,项目一：数控系统基础知识认识,主机是数控机床的主体，包括床身、箱体、导轨、主轴、进给机构等机械部件。,5机床主机,项目一：数控系统基础知识认识,辅助装置主要包括：工件自动交换机构（APC）、刀具自动交换机构（ATC）、工件夹紧与松开机构、回转工作台、液压控制系统、润滑冷却装置、排屑照明装置、过载与限位保护功能以及对刀仪等部分。,6辅助装置,主轴,机床,工作台,数控机床的组成,项目一：数控系统基础知识认识,输入装置,输出装置,计算机数控装置,PLC,主轴控制单元,主轴,机床,伺服电机,位移、速度控制单元,工作台,位置检测反馈装置,数控机床的组成,项目一：数控系统基础知识认识,项目一：数控系统基础知识认识,四常用CNC产品,1.FANUC FANUC公司是全球最大、最著名的CNC生产厂家，其产品以可靠性著称，在技术上居世界领先地位，产品占全球CNC市场的50%以上。 FANUC 0i/0i-mate-MODEL C/D系列CNC为FANUC当前主要产品，可以满足绝大多数5轴以内数控机床的控制要求，国内使用最广泛。 FANUC 30i/31i/32i系列为高端系列，最高控制轴数/联动轴数可达40轴（32进给+8主轴）/24轴，加工精度可达1nm，适合当代高速、高精度加工与功能复合、网络化数控机床需要的先进功能。,项目一：数控系统基础知识认识,2.SIEMEMS SIEMEMS公司是世界上CNC的主要生产厂之一。主要产品有高档、全功能型840D/810D系统，经济型的802C/D等。,项目一：数控系统基础知识认识,3.其他国外产品 国内常见CNC还有日本的三菱、安川，德国的HEIDENHAIN，法国Schneider,西班牙FAGO等。,三菱,HEIDENHAIN,项目一：数控系统基础知识认识,4.国内CNC产品 国内常见的CNC产品有北京KND，广州的GSK，武汉的华中等，它们在国产经济型数控机床的用量正在逐步扩大，但总体技术水平与国外产品还有很大差距，要真正树立民族品牌还有待进一步努力。,GSK,项目一：数控系统基础知识认识,4.国内CNC产品 国内常见的CNC产品有北京KND，广州的GSK，武汉的华中等，它们在国产经济型数控机床的用量正在逐步扩大，但总体技术水平与国外产品还有很大差距，要真正树立民族品牌还有待进一步努力。,华中,项目一：数控系统基础知识认识,数控车床：FANUC 0i TD/ FANUC 0i mate TD数控铣床：FANUC 0i MD/ FANUC 0i mate MDFANUC 30i/31i/32i系列为高端系列,观察：本课程所使用的机床型号是什么？,项目一：数控系统基础知识认识,数控系统,项目一：数控系统基础知识认识,项目一：数控系统基础知识认识,项目一：数控系统基础知识认识,五CNC控制的特点,1.位置控制精度高 采用CNC控制的机床，具有脉冲当量小，位置分辨率高，一般都具有误差自动补偿功能等一系列特点，所以位置控制精度普遍高于传统设备。,2.柔性强 采用了CNC控制后，只需重新编制程序，就能实现对不同零件的加工，它为多品种、小批量加工提供了极大便利。,项目一：数控系统基础知识认识,3生产效率高 CNC机床零件的实际加工时间和辅助加工时间都比传统机床效率要高，而且产品的成品率高。,4.有利于现代化管理 采用数控设备加工能准确的计算零件加工工时和费用，有利于生产管理的现代化。,项目一：数控系统基础知识认识,小结,通过对数控机床的分类方式,控制部分的组成,CNC的特点等知识点的学习,我们初步了解了数控系统,为我们后面数控系统深入学习打好了基础,项目一：数控系统基础知识认识,作业:,2.CNC控制有哪些特点?,1.按伺服控制方式分可以分哪几种控制方式,各有什么特点?,3.你操作过什么样类型的数控机床?按照上课讲的三种分类方式,分别属于什么类型的机床?,4.数控机床有哪些部分组成？,项目一：数控系统基础知识认识,