数控技术 概述
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数控技术的发展一、数控技术的基本概念自从上20世纪中叶数控技术创立以来,它给机械制造业带来了革命性的变化,数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段;是国家的战略技术,基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业。
机床数控技术:“用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。
数控机床是采用了数控技术的机床。
数控机床是一个装有程序控制系统的机床,该系统能够逻辑地处理具有使用代码,或其它符号编码指令规定的程序。
二、数控技术的产生1.世界上第一台数控机床世界上第一台数控机床于1952年诞生,美国麻省理工学院为一台立式铣床装上了一套采用电子管元件的数控装置,成功地实现了同时控制三轴的运动,而这台机床则被认为是世界上第一台数控机床。
2.数控技术发展的几个重要阶段第一代数控(1952-1959年):采用电子管构成的硬件数控系统;第二代数控(1959-1965年):采用晶体管电路为主的硬件数控系统;第三代数控(1965年开始):采用小、中规模集成电路的硬件数控系统;第四代数控(1970年开始):采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统;第五代数控(1974年开始):用微型计算机控制的系统;第六代数控(1990年开始):采用工控PC机的通用CNC系统。
三、数控技术的发展趋势数控技术不仅给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
尽管十多年前就出现了高精度、高速度的趋势,但是科学技术的发展是没有止境的,高精度、高速度的内涵也在不断变化,目前正在向着精度和速度的极限发展。
从目前世界上数控技术发展的趋势来看,主要有如下几个方面:1.机床的高速化、精密化、智能化、微型化发展随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用,高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。
高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点,在模具制造等领域的应用也日益广泛。
数控技术的概念及关键概念1. 概念定义数控技术(Numerical Control,简称NC)是一种基于数字化技术和计算机控制的自动化加工技术,通过预先编程的方式,将加工工艺参数转换为机床运动轨迹和操作指令,实现对工件进行精确、高效的加工。
2. 关键概念2.1 数控系统数控系统是数控技术的核心。
它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括数控设备、伺服驱动系统、传感器等;软件包括编程系统、操作界面、运动控制算法等。
数控系统负责接收用户输入的加工要求和参数,并将其转化为机床运动轨迹和指令发送给执行部件。
2.2 数控编程数控编程是将加工要求和参数转化为机床能够识别和执行的指令序列的过程。
传统的数控编程使用G代码(国际通用标准)或M代码(机床厂商定义)进行描述。
随着计算机技术的发展,现代数控编程已经实现了CAD/CAM集成,可以通过图形界面进行可视化编程。
2.3 数控加工数控加工是指利用数控技术对工件进行切削、成形等加工操作的过程。
相比传统的手工操作或传统机械加工,数控加工具有高精度、高效率、重复性好等优点。
常见的数控加工包括铣削、钻孔、车削、镗削等。
2.4 数控机床数控机床是实现数控加工的关键设备。
它由运动系统和执行系统组成。
运动系统包括主轴、进给轴等,负责实现机床的运动;执行系统包括伺服驱动器、电机等,负责将指令转化为实际的运动。
2.5 自动化与智能化数控技术作为一种自动化加工技术,可以大大减少人力投入,提高生产效率和产品质量。
随着人工智能技术的发展,数控技术也逐渐向智能化方向发展,如自适应切削、自学习优化算法等。
3. 重要性及应用3.1 提高生产效率相比传统机械加工,数控技术具有高效率的优点。
数控机床可以实现多轴协同运动、高速切削等功能,大大提高了加工效率,缩短了加工周期。
3.2 提高产品质量数控技术能够实现高精度的加工,保证产品的尺寸精度和表面质量。
通过数控编程和仿真,可以在加工前模拟和优化加工过程,减少误差,并提前发现潜在问题。
什么是数控技术
数控技术是指利用计算机技术、传感器技术、精密机械技术等现代科技手段,对数码信号进行加工,从而控制机床或机器人等精密机械设备,实现零件的精密加工,提高工艺品质和生产效率,从而让机器代替人类完成工业生产。
数控技术是现代制造业的重要技术之一,实现了数字化设计、数控加工、在线检测等一体化精密制造过程,能够快速高效的生产出复杂的机械零件,产品的精度、稳定性和一致性得到了很大的提高,大大提高了生产效率,降低了生产成本。
在数控技术中,计算机是核心控制设备,承担了数控系统中最重要的任务,它接受数控程序,控制各种电气执行元件的动作,实现零件的加工。
数控系统根据数控程序生成相应的加工路径和加工参数,通过控制主轴的转速、进给速度、刀具位置等来控制加工过程,从而实现对零件的精密加工。
数控技术在制造业中的应用越来越广泛,它已经成为现代化制造业的必要条件。
在机床制造、汽车轮毂加工、模具制造、航空、航天等领域都有广泛的应用。
目前国内的数控技术仍然处于发展阶段,需要加强相关科研,推广应用,实现数控技术的优化和进一步提升产业竞争力。
总之,数控技术是一种统合了机械、电子、计算机、控制与工程技术的高科技,它代表了现代制造业的先进水平,为实现产业升级与转型发挥着重要的作用。
第一章绪论1.1数控技术概述1.2数控机床的基本组成和工作原理 1.3数控机床的分类1.4数控机床的特点1.1 数控技术概述数控技术的基本概念数控技术、数控系统与数控机床数控技术,简称数控(Numerical Control—NC)也可以称为计算机数控(Computerized Numerical Control—CNC)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。
数控系统(Numerical Control System)为用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体,其核心是数控装置(Numerical Controller)。
1.1 数控技术概述数控机床(NC机床)采用数控技术进行控制的机床,是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品,是现代制造技术的基础。
1.1 数控技术概述NC机床、加工中心、FMC、FMS与CIMSNC机床是采用了数控技术进行控制的机床的统称,数控机床种类繁多。
加工中心(Machine Center—MC)是带有自动刀具交换装置(Automatic Tool Changer—ATC)的数控机床(带有回转刀架的数控车床除外),是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。
1.1 数控技术概述柔性加工单元(Flexible Manufacturing Cell—FMC)是在加工中心的基础上,通过增加多工作台(托盘)自动交换装置(Auto Pallet Changer—APC)以及其他相关装置,组成的加工单元。
FMC既是柔性制造系统的基础,又可以作为独立的自动化加工设备使用,因此,其发展速度较快。
1.1 数控技术概述柔性制造系统(Flexible Manufacturing System -FMS)在FMC和加工中心的基础上,通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备,并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理,这样的制造系统,它是一种高度自动化的先进制造系统。
计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System-CIMS)将一个工厂的生产、经营活动进行了有机的集成,构成的完整的生产制造系统,实现了更高效益、更高柔性的智能化生产,是当今自动化制造技术发展的最高阶段。
1.1 数控技术概述NC机床与程控机床NC机床与程控机床是两种不同含义的机床,它们的控制要求和控制对象有本质的不同。
一般来说,机床自动控制主要包括三方面内容:1)机床动作顺序的程序控制2)主电机与辅助电机的启动、停止、变速、冷却、润滑、排屑、自动换刀等辅助机能的控制。
对于只需要上述1)、2)两方面控制的加工设备,称为程序控制机床,简称程控机床。
3)刀具(或坐标轴)移动轨迹控制。
1.1数控技术概述程控机床能够实现点位控制,但不能实现各部件间的“联动”,任意改变坐标轴(或刀具)在平面或空间的移动轨迹,故不能成为数控机床。
在数控机床上,通过数控系统的“插补”运算,实现了坐标轴的联动功能。
这是数控机床与其他机床的本质区别,也是机床采取数控技术的根本原因。
1.1 数控技术概述数控系统及其组成机床数控系统的基本组成(1)输入/输出装置(2)数控装置(3)伺服驱动1.1 数控技术概述(1)输入/输出装置输入/输出装置的主要作用是进行数据的输入、输出。
键盘和显示器是最基本的输入输出装置。
此外,还可以配光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。
作为外围设备,计算机是目前常用的输入/输出装置之一。
1.1 数控技术概述(2)数控装置数控装置是数控系统的核心,由输入/输出接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组成。
数控装置的作用是将输入装置输入的数据,通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算和处理,并输出各种信息和指令,以控制机床的各部分进行规定的动作。
1.1 数控技术概述(3)伺服驱动伺服驱动通常由伺服放大器(亦称:驱动器、伺服单元)和执行机构等部分组成。
在数控机床上,目前一般采用交流伺服电动机作为执行机构;在先进的高速加工机床上,已经开始使用直线电动机。
1.1 数控技术概述数控系统及组成:NC(CNC)、SV与PC(PLC、PMC)NC(CNC) :数控(Numerical Control)的常用英文缩写。
由于现代数控都采用了计算机控制,因此,可以认为NC 和CNC 的含义完全等同。
SV :伺服驱动(Servo Drive,简称伺服)的常用英文缩写,它是一种能够自动跟随目标位置等物理量的控制装置。
1.1 数控技术概述PC :可编程序控制器(Programmable Controller)的英文缩写。
随着个人计算机的日益普及,为了避免和个人计算机(亦称:PC机)混淆,现在一般都将可编程序控制器称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller----PLC)或可编程序机床控制器(Programmable MachineController----PMC)。
因此,在数控机床上,PC、PLC、PMC具有完全相同的含义。
1.2数控机床的基本组成和工作原理数控机床的基本组成数控机床进行零件的加工通过如下步骤进行:1)根据被加工零件的图样与工艺方案,用规定的代码和程序格式,编写成数控系统能够识别的指令形式。
2)将所编写的加工程序输入数控装置。
3)数控装置对输入的程序(代码)进行译码、运算处理,并发出响应的控制信号,以控制机床的各部件的运动。
1.2数控机床的基本组成和工作原理4)在运动过程中,数控系统需要随时检测,并与程序的要求相比较,以决定下一步动作,直到加工出合格的零件。
5)操作者可以随时对对机床动作和加工程序进行调整,以保证机床安全、可靠地运行。
1.2数控机床的基本组成和工作原理由此可知,作为数控机床的基本组成,它应包括:输入/输出装置、数控装置、伺服驱动和反馈装置、辅助控制装置以及机床本体等部分。
(见图1-1 )数控机床的基本组成图中的输入/输出装置、数控装置、伺服驱动和反馈装置构成了机床数控系统,其作用见前述。
1.2数控机床的基本组成和工作原理辅助控制装置的主要作用是:根据数控装置输出辅助指令所提供的信号,以及机床上检测开关的状态等信号,经过必要的编译和逻辑运算,经放大后驱动相应执行的元件,带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成规定的动作。
辅助控制装置通常由PLC和强电控制回路构成。
1.2数控机床的基本组成和工作原理机床本体与传统的机床基本相同,它也是由主传动系统、进给传动系统、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等部分组成。
但为了满足数控的要求,充分发挥机床性能,它在总体布局、外观造型、传动系统结构、刀具系统以及操作性能方面都已发生了很大的变化。
1.2数控机床的基本组成和工作原理数控机床的工作原理数控机床的加工,其实质是应用了“微分”原理。
其工作原理与过程如下:1)数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹进行微分,并计算出各轴需要移动的脉冲数。
2)通过数控装置的插补软件或插补运算器并找出最接近理论轨迹的拟合折线。
3)数控装置根据拟合折线的轨迹,给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲。
1.3 数控机床的分类数控机床品种规格繁多,对数控机床的分类方法较多,但定义明确、分类较为确切的一般有下面几种分类方法。
按加工工艺方法分类按伺服驱动的特点分类按加工工艺方法分类:普通数控机床:普通数控机床是指加工用途、加工工艺相对单一的数控机床。
加工中心:在普通数控机床增加自动换刀装置(ATC)可以成为加工中心按伺服驱动的特点分类:开环控制数控机床半闭环控制数控机床闭环控制数控机床开环控制数控机床无位置反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。
使用步进电动机(包括电液脉冲马达)作为伺服执行元件,是其最明显的特点。
在开环控制数控机床中,数控装置输出的脉冲,经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理,控制步进电动机的转角与转速,就可以间接控制移动部件的移动速度与位移量。
1.3数控机床的分类半闭环控制数控机床特点是:机床的转动丝杆或伺服电动机上装有角位移检测装置(如光电编码器等),通过它检测丝杆的转角,从而间接地检测了移动部件的位移。
这种结构,只对电动机或丝杆的角位移进行了闭环控制,没有实现对最终输出的直线位移的闭环控制,故称为“半闭环控制”。
1.3数控机床的分类闭环控制数控机床特点是:机床移动部件上直接安装直线位移检测装置,检测装着检测最终位移输出量。
从理论上说,对于这样的闭环系统,其运动精度仅取决于检测装置的检测精度,它与机械传动的误差无关,显然,其精度将高于半闭环系统。
而且,它可以对传动系统的间隙、磨损能自动补偿,其精度保持性要比半闭环系统好得多。
1.4 数控机床的特点加工精度高机床的柔性高自动化程度高,劳动强度低生产率高良好的经济效益 有利于现代化管理数控机床的脉冲当量小,位置分辨率高;数改变加工零件只需要新编制(更换)程数控机床对零件的加在数控机床上,由于主轴的转速和进给量都可以任数控机床虽然设备价格较高,分摊到每采用数控机床加工,能准确地计算零。