《数控原理与系统》课件

数控原理与系统课程简介本课程旨在深入探讨数控技术的基本原理和典型系统组成涵盖了数控,机床的结构、伺服系统、数控电路和程序编制等关键内容为学生奠定,扎实的数控知识基础数控技术的定义和发展历程早期尝试1世纪年代数控技术开始兴起首次应用于工厂机床2040,,技术进步2年代后数控系统逐渐实现程序化控制性能不断提升50,,广泛应用3年代起数控技术广泛应用于各类机床革新了制造业60,,持续创新4计算机和电子技术的发展进一步推动数控技术不断创新数控技术是世纪重要的制造业技术革命经历了从最初的单一机床控制到集中数控、分散数控再到计算机数控的发展历程其发展不仅20,大幅提高了加工精度和生产效率也为工业自动化和智能制造奠定了基础,数控系统的基本组成控制单元驱动单元反馈单元辅助单元数控系统的核心是控制单驱动单元将控制单元的指反馈单元采集电机、编码包括程序输入设备、显示元通常由计算机、等令转换为电机驱动信号通器等设备的实际运行数据装置、报警装置等提供数,DSP,,,构成负责接收和解析各类过伺服电机等执行机构带反馈给控制单元以实现闭据输入和状态监控等功能,.指令并发出相应的控制信动机床运动环控制,..号机床坐标系统和指令坐标系统机床坐标系统指令坐标系统坐标系转换机床坐标系统是控制机床运动的基准指令坐标系统是数控系统内部使用的数控系统需要将指令坐标系转换为机定义了机床刀具和工件的空间位置坐标系统定义了编程指令所表示的床坐标系以实现对机床的精确控制,,,关系它由直角三维坐标系统构成工件位置它可以是直角坐标系统这需要复杂的几何变换计算,,包括、、三个直角坐标轴也可以是极坐标系统X YZ数控指令的分类和格式指令分类指令格式12数控指令按功能可分为准每条指令由指令代码或G备指令代码和辅助指令、数值参数和指令结GM代码代码用于控制束符如组成参数包括MG;机床运动代码用于辅助坐标值、进给速度、主轴,M功能的控制转速等指令编程指令特性34数控程序是由一系列数控数控指令具有模态性和累指令有序组成的合理安计性特点能够在不同程序,排指令顺序可以实现复杂块间传递状态,的加工工艺代码和代码的使用方法G M代码G1代码是用于控制机床运动轨迹和功能的数字指令G包括定位、进给、进给速度等基本动作指令代码M2代码用于控制机床的附加功能如主轴启停、冷却液M,开关、工件夹紧等是对机床进行辅助控制的指令代码使用方法3在编写数控程序时需要根据加工工艺的需求合理地选,,用代码和代码并按照正确的格式进行组合G M,插补运算及其算法坐标转换精确度控制插补运算涉及从工件坐标系转换插补算法必须确保机床沿直线或到机床坐标系的复杂计算圆弧轨迹移动达到所需的精度,速度控制算法优化在保证精度的前提下插补算法要各种插补算法如直线、圆弧、样,,求尽可能提高加工速度条等都在不断优化以提高效率,常见的插补方式直线插补圆弧插补螺旋插补直线插补是最基础的插补方式可以实圆弧插补可以实现从当前位置到目标螺旋插补是在圆弧插补的基础上，同,现从当前位置到目标位置的直线运动位置的圆弧运动通过设置圆弧的起时在工件轴上进行线性插补可以实现,通过设置直线的起点和终点坐标即点、终点和圆心坐标即可完成圆弧轨复杂的三维空间运动轨迹可完成直线轨迹的生成迹的生成数控驱动系统的结构数控驱动系统是数控系统的核心组成部分之一它负责执行数控指令并驱动机床各运动轴的运动系统主要包括伺服电机、编码器、放大器等部件，通过闭环控制实现精确的位置和速度控制系统结构的优化设计对于提高加工精度和效率至关重要数控伺服电机的特性高动态响应优异的速度特性精准的位置控制数控伺服电机具有快速响应、高加速数控伺服电机通过闭环控制能够保持数控伺服电机配合高分辨率编码器可,度和精确定位的特性可以满足数控机恒定的转速即使在负载变化或外界干以实现精确的角度和位置控制满足数,,,床对高速高精度运动控制的需求扰的情况下也能保持稳定控机床对加工精度的要求编码器的工作原理旋转编码器结构1由圆盘、光栅和光电传感器组成编码原理2光栅旋转产生光脉冲由光电传感器转换为电信号,信号处理3计数电路统计脉冲数得到位移信号,反馈控制4位移信号反馈至驱动电路实现精确定位,编码器广泛应用于数控机床、机器人、电梯等需精确定位的场合通过光栅旋转产生电脉冲结合计数电路可以实现位移检测和反馈控制是数控系统,,关键的感测装置伺服系统的闭环控制测量反馈通过编码器或其他传感器测量实际运动参数如位置、速度和加速度等,比较控制量将测量的实际量与设定目标量进行比较计算出偏差,修正控制输出根据偏差大小和方向自动调整伺服驱动器的输出缩小误差,,实现精准控制通过不断的偏差检测和修正最终实现期望的精准运动控制,数控机床的主轴结构数控机床的主轴是承担切削加工的关键部件主轴由主轴箱、主轴轴承、主轴电机等组成主轴箱为主轴提供坚固的支撑和保护主轴轴承用于支撑高速旋转的主轴主轴电机,,作为主轴的动力源主轴结构的设计关系到机床的加工精度、稳定性和可靠性主轴电机驱动装置主轴电机类型驱动系统结构控制方式数控机床通常采用交流伺主轴电机驱动装置通常包主轴电机常采用闭环伺服服电机或直流高速电机作括电机、控制器、功率放控制方式通过编码器反馈,为主轴电机驱动装置这大器、编码器等部件控转速和位置信息确保主轴,些电机具有高转速、高扭制器根据指令信号对电机精确定位和稳定转动矩和快速响应的特点进行精确控制，实现主轴高速旋转数控加工过程的工艺参数切削速度进给率12确定合适的切削速度是保进给率影响加工效率和表证加工精度和表面质量的面粗糙度应根据工件尺关键需根据工件材料和寸、材料强度等因素合理刀具材料选择合适的切削设置进给率速度切深润滑冷却34合理控制切深可以提高切选择合适的润滑冷却方式削稳定性降低加工力并减可以降低加工过程中的温,,少对刀具的磨损需根据度减少工件和刀具的磨损,工件材料和加工要求确定切深数控加工误差及其补偿机械误差控制系统误差由于机床本身的制造误差、由电气控制系统中的分辨率机械磨损、热变形等原因导、响应速度和反馈精度等因致的位置和轨迹误差素引起的误差工艺参数误差补偿措施加工参数如切深、进给速度通过几何补偿、热补偿、负等控制不当造成的加工误差载补偿等方式来抑制和消除各种误差数控系统的典型结构数控系统一般由三个主要部分组成数控装置、伺服驱动系统和机:床本体数控装置负责接收和处理编码程序向伺服驱动系统发送控制指令,伺服驱动系统根据控制指令驱动各轴电机执行相应动作机床本体提供机械平台完成加工工艺这三部分相互配合协同工作构,,,成完整的数控系统数控系统的硬件组成中央处理单元存储设备数控系统的核心部件，负责执行包括程序存储器和数据存储器，编程指令和协调整个系统用于保存程序代码和加工数据输入输出接口驱动装置连接各种输入输出设备，如操作将数字控制信号转换为能驱动电面板、检测传感器等机和执行机构的模拟量数控系统的软件结构控制软件层操作系统层提供数控系统的基本功能和算法为应用软件提供操作环境管理系,实现如插补、运动控制等统资源,人机交互层通信接口层提供用户界面实现数控系统的操实现数控系统与外部设备的数据,作和监控交换和通信数控系统的开发环境编程开发平台仿真与调试数控系统的编程环境通常基系统提供仿真功能让开发3D,于或操作系统人员可以在虚拟环境中测试Windows Linux,提供可视化的集成开发环境和调试程序IDE开发语言工程管理通常使用结构化的高级语言集成版本控制、任务跟踪等,如为系统中的各个模功能帮助开发团队有效地管C/C++,,块编写程序理和协作在数控系统中的应用PLC集成控制人机界面交互通信协议兼容PLC可与数控系统无缝集成实现对机床提供友好的人机交互界面让操作人具有良好的通信协议兼容性能与数PLC,PLC,PLC,运行、工件加工、安全防护等各环节员能够直观地监控和管理数控系统的控系统的各种外围设备实现高效数据的集中控制各项功能交换运动控制网络技术工业以太网实时总线协议12基于以太网的工业通信网、等实PROFINET EtherCAT络可以实现数控设备之间时总线协议能够满足数控的高速互联和数据交换系统对低延迟、高可靠性的要求分布式架构智能传感器网络34基于工业以太网和实时总在运动控制网络中集成智线的分布式控制架构可提能传感器能够提升数据采高系统的柔性和扩展性集和反馈的精度数控系统的现场总线技术提高可靠性实时通信标准化控制灵活扩展现场总线技术采用分布式现场总线技术支持实时数现场总线技术遵循公开的现场总线技术支持热插拔架构减少了数控系统中的据传输满足数控系统对高行业标准实现了数控设备和即插即用方便了数控系,,,,线缆数量提高了系统的可速、低延迟通信的需求的互操作性和系统的标准统的灵活扩展和维护,靠性和抗干扰能力化数控系统的网络化技术集中控制实时数据共享远程诊断维护灵活扩展升级数控系统网络化后可实现网络化可实现设备状态、通过网络连接专业维护人基于网络架构数控系统可,,集中监控和远程管理提高生产进度等实时数据在车员可以远程监控设备运行根据生产需求灵活添加新,生产效率和管理效率操间内部和企业层面的共享状况诊断故障并进行远程设备或升级软件提高系统,,,作界面、数据存储和故障有利于优化生产计划和调维修缩短维修时间的适应性,诊断等功能可集中在中央度控制系统上实现远程监控和诊断技术实时数据传输智能诊断分析通过互联网或专线将设备状利用大数据分析和人工智能态数据实时传输到远程监控技术对收集的设备数据进行,中心快速发现和解决设备问智能分析自动识别故障并提,,题出修复建议远程控制和维护移动端支持授权维修人员能够远程访问通过手机或平板电脑等移APP设备对其进行诊断、参数设动设备用户可随时随地监控,,置和软件升级等操作提高维和诊断设备运行状况,护效率数控系统的维护和保养定期检查清洁保养12定期检查各个部件的状态包括电机、电子元件和连接线定期清洗机床表面和内部避免灰尘和油污积累影响系统,,,及时发现并更换损坏部件正常运转润滑保养软件更新34按照规定周期对机床移动部件进行适当的润滑确保运行及时更新数控系统软件确保系统稳定运行并具有最新功,,,平稳能数控系统的故障诊断故障诊断流程诊断工具使用故障分类与解决通过系统分析、症状收集、故障定位利用专业的测量仪器、检测软件等工常见的机械故障、电气故障和控制•等步骤有效快速地诊断出系统故障的具深入系统内部进行故障排查提高诊故障,,,根源为后续的维修工作提供依据断的准确性和效率,针对不同类型的故障采取相应的解•决措施数控系统的安全防护紧急停机在紧急情况下能够快速停止机床运行可最大限度减少伤害,,保护装置设置防护罩和防护栏避免人员接触运动部件确保加工过程的安全性,,安全警示在机床周围设置醒目的安全警示标志提醒操作人员注意安全事项,数控系统的发展趋势智能化网络化未来数控系统将更加智能化能够自主诊断故障和优化加工参数数控系统将与工厂网络和互联网深度融合实现远程监控、数据,,,提高生产效率和产品质量分析和控制优化模块化绿色化系统结构将更加模块化可快速配置和升级以适应不同生产需求数控系统将更加关注能源效率和环境保护实现更加节能环保的,,,加工过程学习讨论和总结总结经验1分享学习过程中的收获和心得讨论交流2与师生们就知识点进行深入探讨巩固提高3及时复习巩固所学知识不断提高技能,未来展望4规划未来学习和应用的方向和目标通过学习讨论和总结我们可以更好地归纳整理课程内容认识到自身的进步和不足交流分享有助于加深对知识点的理解而系统复习则能巩固所学,,,内容同时还可以展望未来规划后续的学习和实践方向为未来奠定良好基础,,。