机电一体化概论第5章.ppt
第五章 数控技术与数控机床第一节 数控技术 一、定义 数控技术（numerical control，NC）以数字化的信息实现对设备进行控制的技术。,二、数控技术的典型应用,数控车床 数控钻床 1数控机床 数控镗床（数控金属 数控铣床 切削加工 数控磨床 机床）加工中心（machining center）,数控车床,经济型数控车床,数控钻床,数控铣床,加工中心,卧式加工中心,立式加工中心,车削加工中心,钻削加工中心,2机器人 3数控线切割机床 4数控电火花成形机床 5数控火焰切割机床 6数控绘图仪 7数控测量机（坐标测量机）8数控冲床 9数控剪床 10.数控折弯机,机器人,数控线切割机床,数控电火花加工机床,数控火焰加工机床,数控绘图仪,滚筒式绘图仪,平板式绘图仪,数控测量机（坐标测量机）,数控冲床,数控剪床,数控折弯机,三、数控系统的组成,数控设备,被加工对象,伺服机构,数控装置,控制介质,1控制介质 指穿孔纸带、磁带、磁盘等，用来以代码形式记录加工的信息（指令），并可将加工信息输入数控装置。,目前最方便的方法是在计算机上用TXT（文本）文件编写好加工指令后，通过RS232串行口将加工指令传输到数控装置中。,2数控装置 接受控制介质输入的信息，将代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令（脉冲）给伺服系统。,数控装置一般属于专用计算机，其核心元器件是CPU，但其配置远低于市面上流行的台式微机，运算速度和内存都非常低。目前有用普通台式微机的开放式数控系统。,3伺服系统 把来自数控装置的脉冲信号转换为设备运动的系统。,最初的伺服系统是由步进电机加相应的齿轮传动装置组成。数控装置发出一个脉冲，电机转动一个步距角，通过脉冲数量来控制电机的转角，从而实现对设备运动的控制，数控技术由此而得名。,目前常用的伺服系统也采用直流伺服电机或交流伺服电机。,4数控设备 完成对被加工对象作业的设备（如机床、绘图机和坐标测量机等）。,第二节 数控机床 一、定义 采用数控技术对机床进行控制的自动化金属切削加工机床。,二、数控机床与普通机床在性能上的主要差别,1数控机床刚性好,2数控机床的热变形小,3要考虑自动排屑,三、数控机床与普通机床在功能上的主要差别 为了便于分析和比较，以中小型车床为例。,1加工功能,2操作 普通车床完全靠手工操作，劳动强度大。,数控车床在输入加工指令后，操作人员通过键盘的简单操作控制自动加工过程，劳动强度小。,但是，加工指令的编程需要花费一定的时间，并且必须要认真地核对。,3加工精度 普通车床的加工精度主要靠操作者的技术水平保证，加工产品的一致性差。,数控车床的加工精度主要靠数控系统的性能保证，一般加工精度可达0.01 mm，并且加工产品的一致性非常好。,4生产效率 在数控车床上的加工时间为在普通车床上加工时间的1/41/6（对复杂形状零件而言）。,但对以单件或几件为批量的零件而言，考虑到数控加工指令编程所需要的时间，在生产效率方面几乎没有什么优势。,四、数控机床的发展过程 数控技术是以数控机床为先导发展起来的，并与计算机技术的发展紧密相连。20世纪40年代末期，美国空军为了解决某些难加工的飞机零件的制造问题，委托美国麻省理工学院研制能够自动加工复杂形状零件的自动机床。,1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司(ParsonsCo.)共同试制出第一台数控机床三坐标数控铣床。,根据数控装置的主要元器件的演化过程，数控机床可分为五代：,11952年 电子管元件数控系统 硬连线数控系统（NC）21959年 晶体管元件数控系统 Numerically Controlled31965年 小规模集成电路数控系统 Machine Tool41970年 小型计算机数控系统（CNC）Computerized Numerically Controlled-51974年 微型计算机数控系统（MNC）Micro-computerized-,从计算机对数控机床的控制方式上也有一个演化过程：CNC DNC DNC,CNC（计算机数控机床）,DNC（Direct Numerically Controlled Machine Tool）群控（或直接控制）数控机床,DNC（Distributed Numerically Controlled Machine Tool）分布式数控机床,计算机,机 床,计算机,机 床,计算机,机 床,中央计算机,五、数控机床的分类 目前数控机床品种齐全，规格繁多，可以按照多种原则进行分类，但通常是按以下几种方法来分类：,1按控制轨迹分类,（1）点位控制数控机床（point to point）这类数控机床只要求保证点与点之间的准确定位，即只控制行程的终点坐标值，而对点与点之间刀具所移动的轨迹不加以控制，并且刀具移动过程中也不进行切削。,这类数控机床有数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床。,（2）连续控制数控机床（contouring NC,continuous NC）这类数控机床能够实现点与点之间的各种复杂运动轨迹的控制，如直线、圆弧、二次曲线或高次曲线。大多数的数控机床（如数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心、数控齿轮专用机床等）都采用这种控制方式。,A,B,注意：某些专业书上还提出了直线控制数控机床的分类种类，但这种分类方法与工程实际脱节。,2按控制方式分类 数控机床按照被控制量有无反馈控制可以分为开环、闭环和半闭环控制方式。,（1）开环控制数控机床 在开环控制方式下，数控机床没有检测反馈装置。输入的数据经过数控装置运算，给出指令脉冲，通过伺服机构(步进电机）驱动被控对象的工作台移动。,优点：系统简单、工作稳定、调试和维修方便、造价低。缺点：控制精度较差（只适用于一般要求的中、小型数控机床）。,（2）闭环控制数控机床 在闭环控制方式下，检测装置直接对工作台的实际位移量进行检测，将工作台的实际位移量与指令值比较后形成的误差信号作为控制量，去控制工作台的运动，使之与数控装置所要求的位置相符合，以达到很高的加工精度。,优点：定位精度高，调节速度快。缺点：工作台的惯性、丝杠与螺母之间的间隙、丝杠的扭转变形等因素对系统的稳定性不利；成本高。这种闭环控制系统一般用于精度要求很高的数控机床，如数控铣床、数控坐标镗床等。,（3）半闭环控制数控机床 在半闭环控制方式下，检测装置不对工作台的实际位置进行测量，而是通过测量伺服电机的转角推算出工作台的实际位移量。将推算出的位移量与指令值相比较，得到的误差信号作为控制量去控制工作台的运动。由于反馈量取自伺服电机的转角，而不是工作台的实际位移，即工作台位移未包括在反馈环内，因而称为半闭环控制系统。,优点：控制精度比开环控制高，调试比闭环控制方便。缺点：控制精度不如闭环控制（丝杠的扭转变形、螺母间隙等）。,六、小结 1.以数字化信息对设备进行控制具有精度高的优点，在工程技术领域有广泛的应用前景。,2.专用自动化系统如果能与台式计算机（或工控机）的应用相结合，能够取得更好的应用效果。,
