北科数控技术及其应用专选小抄(ppt)

第一、二章 绪论、典型机床1、数控机床组成：信息载体（又称控制介质。用于记载零件的加工信息）、数控装置（控制机床运动的计算机 作用：接受输入装置输入的加工信息，经处理计算，发出相应的指令脉冲送给伺服系统。）、私服系统（接受数控装置指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。）、机床，闭环还有测量反馈装置2、数控机床分类：一、按机械运动轨迹分类：1点位控制（数控钻床、数控镗床、数控冲床、数控测量机等） 2直线控制，可沿与坐标轴成45的斜线进行直线切削（简易数控车床 、简易数控铣床等）3连续控制（数控铣、功能完善的数控车、数控凸轮磨、加工中心等）二、按伺服系统的类型分类：1开环控制：伺服驱动部件通常采用步进电机）工作原理：数控装置发出一个指令脉冲步进电机旋转一个固定角度（步距角）工作台移动一定距离（脉冲当量）特点：无位置反馈，位置控制精度较低，但系统结构简单，调试方便，工作可靠，稳定性好，价格低廉 2闭环控制：对机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的伺服系统 工作原理：指令脉冲工作台移动检测工作台位移反馈到输入端与指令位置信号比较驱动工作台向减小误差的方向移动差值为零时，工作台静止 特点：定位精度高，但设计、安装、调试困难，成本高。3半闭环控制：闭环系统中的直线测量元件角位移测量元件且安装在进给丝杠端或电机轴端 特点：控制精度低于闭环，但系统稳定性好，调试方便。 三、按控制坐标数分类：两轴、三轴、2轴、多轴3、数控车床：加工范围：回转体零件 控制：具有刀具补偿功能，一般具有直线插补和圆弧插补功能。4、数控铣床：加工范围：各类较复杂的平面、曲面、壳体类零件 控制：具有直线、圆弧插补功能。铣削曲面时使用刀具半径补偿功能5、加工中心：备有刀库、并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数控机床。用途：箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能进行铣、镗、钻、攻丝等工序。 一、镗铣类加工中心（MC）：箱体类零件加工，在镗铣床基础上发展起来，习惯上简称加工中心。 MC特有结构：1.刀库和换刀机械手 2.主轴刀杆自动拉紧结构(拉刀装置）作用:自动把刀具拉紧或松开，使机械手能在主轴上安放或取走刀具 3.主轴定位机构(主轴定向装置)：作用:换刀时,使主轴停在某一固定的角度方向 二、车削中心（TC）：轴类零件加工，在车床基础上发展起来 控制：大多采用连续控制，铣削外形时应具有刀具半径补偿功能。 特点：1.一般装有可分度的转塔式多工位刀架，或更多工位的链式回转刀库和换刀机械手,能自动换刀，并备有自驱动力刀具,实现回转体零件的多工序加工. 2.除具有一般两轴联动的数控车削功能外，增加了C轴控制。6、数控电加工机床 ：利用脉冲火花放电进行加工的机床 一、数控线切割机床 基本原理：垂直移动的细金属导线作电极，对工件进行脉冲火花放电，工作台带着工件作x、y平面的两坐标移动，切割出各种平面曲线 分类：高速走丝数控线切割机床：电极作高速往复运动8-10m/s、慢走丝数控线切割机床：电极速度低于0.2m/s，单向移动，加工质量高 控制特点：慢走丝数控线切割机床一般采用半闭环控制，设有精度补偿装置 二、数控电火花加工机床 加工原理：工具电极和工件分别接脉冲电源两级，控制系统控制工具电极向工件进给，间隙达到一定值时,产生火花放电，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断向工件进给，加工出与工具电极形状相对应的形状控制特点：伺服控制是控制电极间的间隙，一般测量与放电间隙成比例的电参数，将测量信号与给定信号比较，用差值控制加工过程,第三章 CNC型转塔车床程序编制1、机床的运动：1、工件的旋转运动：主运动、主变速为无极变速。2、刀架的移动：纵向（Z向）移动，横向（X向）移动。X、Z两坐标方向的联动。3、辅助运动：切入运动、快进快退运动，由伺服电机完成，换刀时刀架转位由液压驱动，PLC0控制完成2、机床的传动系统：1、主运动：主轴的转速范围，有四段转速值：n = 20 1500r/min在此范围内,主轴无级调速。2：进给传动:纵向（Z向）进给伺服系统:伺服电机滚珠丝杠纵向滑板 横向（X向）进给伺服系统:伺服电机同步齿形带滚珠丝杠横滑板 传动联系:P每转发出两组脉冲信号：每转1024个脉冲：经数控装置处理、按数控程序规定的进给量要求均匀取出F个脉冲(F=进给量或导程/脉冲当量)作为进给指令脉冲, 分别送给Z和X向的伺服系统；每转1个脉冲：称同步脉冲,防止车削螺纹时 产生乱扣的控制信号。3、机床主要部件的结构：1.主轴箱 特点：主轴轴径较大，两个C级精度双列向心短圆柱滚子轴承，保证主轴组件较高的旋转精度和刚度 2.转塔刀架 需实现的动作:升起、转位、定位夹紧等，通过液压装置实现 换刀过程：数控装置发出换刀信号液压缸后腔进油，活塞带动中心轴和刀盘抬起，使端面齿盘分离液压马达驱动圆柱凸轮旋转，每转一圈刀盘转过一个工位，固定在中心轴尾部的选位凸轮相应压合计数行程开关一次刀盘转至新的预选工位，液压马达刹车液压缸前腔进油.活塞带动中心轴和刀盘拉下并实现刀架的定位中心轴尾部端面压下行程开关，发出转位结束信号。3.刀架滑板结构 4.工具系统4、数控编程：生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程 数控编程的步骤：（1）分析零件图及工艺处理 （2 ）数值计算 内容：在规定的坐标系内计算零件的轮廓和刀具运动轨迹的坐标值 （3）编写零件加工程序单 （4）输入数控系统及程序检验：经过空走刀校验和试切削后才能用于正式加工5、编程实例 机床原点：制造商设置在机床上的一个固定的物理位置。 数控车床原点：定义为主轴旋转中心与车头端面的交点。机床坐标系：以机床原点为坐标原点的坐标系。机床参考点：机床上一固定点。其固定位置由X、Z两方向的机械挡块确定。工件原点：也叫编程原点。是编程时定义在工件上的几何基准点。工件坐标系：以工件原点为坐标原点的坐标系。 特点：英制米制、绝对编程增量编程、直径编程半径编程、小数点编程6、准备功能指令：1、圆弧插补指令 G02顺圆，G03逆圆 格式：G02 X（U） Z（W）IKF 2、进给功能G98 mm/min 、G99 mm/r 、G04暂停 3、速度控制 G96恒线速控制、G97主轴转速控制、G50主轴最高转速限定 格式：G50 S 7、辅助功能指令：M03 主轴正转 M04；主轴反转；M02主程序结束；M06 换刀格式：T +刀具号+刀补号8、刀具补偿功能： 1.刀具的几何、磨损补偿 ：数控车床编程时，一般以其中的一把刀为基准，按此刀的刀尖位置建立工件坐标系。由于其它刀位刀尖的位置的偏差及刀具磨损应进行刀具的几何、磨损补偿 2.刀尖半径补偿：数控车削加工时，车刀假设的刀尖点并不是刀刃圆弧上的点，须将假设刀尖的路径作适当修正 左/右补偿（G41/G42）：顺着刀具前进方向观察，刀偏在工件轮廓左/右侧,第四章 数控装置的插补原理1、插补原理：在已知曲线的种类，起点、终点和进给速度的条件下，在曲线的起、终点间进行“数据点密化”，确定一些中间点的方法2、脉冲增量插补： 应用：因控制精度和进给速度较低，主要用于以步进电机为驱动装置的开环系统。3、逐点比较法插补原理：数控装置控制刀具移动的过程中，不断比较刀具与给定轮廓的误差，使刀具向减小误差的方向移动,且只有一个方向移动。 步骤:1、偏差判别 2、进给 3、偏差计算 4、终点判别 算法特点：插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀且速度变化小，调节方便。4、直线插补偏差计算： 第一象限，F与进给方向的关系为：F 0 ，沿+x 方向走一步，F=F ye； F 0 ，沿+y 方向走一步 ，F =F + xe 总步数n=Xe+Ye5、圆弧插补： 第一象限逆圆，F与进给方向的关系：F 0，沿-x 方向走一步，F =F-2x +1，x=x +1 ；F 0 ，沿+y 方向走一步，F =F +2y +1，y =y +1。 终点判别6、数据采样插补 基本原理：两步完成。粗插补，精插补。第一步：粗插补 在给定曲线的起始点之间插入若干个中间点，将曲线分割成若干个微小直线段，每一微小直线段长度l相等，且与进给速度F有关。粗插补在每个插补周期T中运算一次, l=FT 第二步：精插补 是在粗插补算出的每一条微小直线段上再做“数据点的密化”工作，这一步 相当于对直线的脉冲增量插补。7、插补周期的选择：1插补周期与插补运算时间的关系 必须有插补周期Tcpu插补周期与插补运算时间的关系应满足：插补周期T插补运算时间+其它实时任务所需时间 2、插补周期与位置反馈采样的关系：插补周期为采样周期整数倍 3插补周期和精度、速度的关系：直线插补无误差 ，圆弧插补 用弦线来逼近圆弧，最大半径误差er与步距角的关系为：,第二章 （续）7、柔性制造单元 (FMC) 两类:（1）一台MC或TC + 工件的自动存储和交换装置 带托盘库的自动交换托盘站 + 适当的传感器（具有一定监控功能），并由CNC装置或单元控制器统