数控技术复习资料6页

1、数控技术：指用数字、字母和特定符号对某一工作过程，如加工、测量、装配等进行自动控制的技术。数控（NC）系统，是指为实现数控技术相关功能而专门设计的软、硬模块等有机集成的系统，是数控技术的载体。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技术。数控技术在制造装备中的的应用：简化机械结构缩短制造周期提高制造精度提升装备性能数控机床：机床本体：主运动部件、进给运动部件、支承件（立柱、床身等）、特殊装置、辅助装置数控系统：数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置外围技术：工具系统、编程工具、管理工具计算机数控装置：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控

2、制软件。数控机床组成与分类：按运动控制方式：点位控制、直线控制、轮廓控制按联动轴数：2轴联动、3轴联动、4、5轴联动按伺服系统：开环数控、半闭环控制、闭环控制按功能水平：经济型、中档型、高档型按工艺方法：金属切削、金属成形、特种加工点位控制 ：仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机直线控制：不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45°角的方向进行直线移动和切削加工。轮廓控制 ：对多个坐标轴同时进行控制，使

3、之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。开环控制 ：没有位置检测装置，信号单向。结构简单，制造成本较低，价格便宜, 精度不高。半闭环控制：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部;不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便闭环控制：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。 数控加工零件的过程零件图纸的工艺分析程序编制程序输入装置数控系统数控机床成品数控机床的特点:适应性、灵活性好；精度高、质量稳定;生产效率高

4、 劳动强度低、劳动条件好；有利于现代化生产与管理；使用、维护技术要求高 数控加工的主要对象: 1)多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件；2）几何形状复杂的零件；3）精度及表面粗糙度要求高的零件；4）加工过程中需要进行多工序加工的零件；5）用普通机床加工时，需要昂贵工装设备的零件。手工编程的步骤：零件图纸图纸工艺分析计算运动轨迹程序编制制备控制介质校验和试切数控系统进给运动的两种方式：主轴带动刀具运动、工作台带着工件运动坐标系的三要素：原点-机床或工件坐标系的原点轴 -X/Y/Z、 A/B/C、 U/V/W单位-编程单位、脉冲当量机床坐标系的零点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固

5、有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。 工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以与对刀点重合。工件座标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。数控加工的工艺特点：特点:工序内容具体、复杂 、严密；工序集中；加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段（存在逼近误差、圆整化误差、插补误差）内容:加工零件的选择；数控工艺性分析；工艺路线制订 （对刀点/走刀路线/切削量）；工序设计选择对刀点的原则： 选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。 选在对

6、刀方便，便于测量的地方。 选在便于坐标计算的地方。对刀点:确定刀具与工件相对位置的点对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。加工路线确定 ：保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；简化数值计算，减少程编工作量；缩短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加工效率。程序名和子程序调用指令：用于给子程序命名和在主程序中调用该子程序，该指令的标准化程度不高，不同系统有不同的规定。程序的组成：一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三部分组成.CNC系统是一种位置（轨迹）控制系统，以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。组成:

7、程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置、进给伺服驱动装置及位置检测装置CNC装置的硬件结构：1、 单微处理机结构：整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种NC功能。2、多微处理机结构：在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理机，CPU之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(由硬件和软件组成)来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。结构形式：共享总线结构型、共享存储器结构型特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可断继续工作CNC装

8、置的软件系统特点1） 多任务性与并行处理技术插补：零件轮廓线型已知点，进给速度、刀具参数、进给方向等，计算出中间点坐标值 。插补的实质： “数据密化”。脉冲当量：刀具或工件能移动的最小位移量插补器：数控装置中完成插补运算工作的装置或程序。插补器分类：软件插补器及硬件结合插补器插补方法可归纳为两大类：1 基准脉冲插补（或称脉冲增量插补、行程标量插补等） 特点：数控装置向各坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动进给电机运动。运算简单，易用硬件电路实现，运算速度快。具体方法很多：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器法、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法等。原理：每进给一步完成4个

9、工作节拍：偏差判别坐标进给新偏差计算终点比较2 数据采样插补（或称数据增量插补、时间标量插补等）特点：数控装置产生的是标准二进制字。插补运算分两步完成：第一步粗插补;第二步精插补.数据采样插补方法很多：直线函数法、扩展数字积分法、二阶递归扩展数字积分法、双数字积分插补法等。刀具半径补偿：根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。刀具半径补偿功能的主要用途：实时将编程轨迹变换成刀具中心轨迹；刀具半径误差补偿；减少粗、精加工程序编制的工作量。刀具半径补偿的常用方法：B刀补、C刀补刀具半径补偿的工作过程：刀补建立、刀补进行、刀补撤销C

10、刀补的转接形式：直线与直线转接、圆弧与直线转接、直线与圆弧转接、圆弧与圆弧转接过渡方式有：缩短型：刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式。（180o）伸长型：刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。（90o180o ）插入型：两段刀具中心轨迹间插入一段直线的过渡方式。（90o ）过切问题：B刀补的方法à人工判别； C刀补的方法à自动判别进给伺服系统：以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。数控机床对进给伺服驱动系统的要求 ：1. 位置精度要高2. 响应要快3. 调速范围要宽4. 工作稳定性好5. 低速转矩要大6. 能可逆运行和频繁灵活启停。7. 可靠性高开环：采用步进电机驱

11、动。没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置 Þ 进给系统），故系统稳定性好。但控制精度低。半闭环：采用伺服电机驱动。位置采样是从伺服电机引出，不是直接检测运动部件的实际位置，采用旋转角度传感器。精度比闭环差，但结构简单，便于调整，稳定性好。广泛用于中小型数控设备。 闭环：采用伺服电机驱动。位置检测装置装在工作台上，可直接测量工作台实际位移。将所有传动部分都包含在控制环之内，可消除机械系统引起的误差。精度高于半闭环，结构复杂，控制较难，成本高，调试和维修困难。适用于大型或高档数控机床 位置检测装置：检测位移（线位移或角位移）和速度，反馈至数控装置或伺服驱动器，构成伺服驱动系统闭环或

12、半闭环控制，使工作台按指令路径精确地移动。（1）组成：检测元件（传感器）和信号处理装置。（2）常用检测装置：旋转变压器、感应同步器、编码器、光栅、磁栅等（3） 精度：系统精度、分辨率 （4）安装位置半闭环控制的数控机床旋转变压器、编码器等。安装在电机或丝杠上，测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台的直线位移。闭环控制系统的数控机床感应同步器、光栅、磁栅等，安装在工作台和导轨上，直接测量工作台的直线位移。（5）数控机床对检测装置的要求 受温度、湿度影响小，工作可靠，抗干扰能力强在机床移动范围内满足精度和速度要求使用维护方便，适合机床运行环境成本低易于实现高速的动态测量。（1）增量式与绝对式 增量式

13、检测方式功能：测量增量，移动1个测量单位发出1个测量信号。优点：装置较简单，任何一个对中点均可作测量起点；缺点：一旦计数有误，此后测量结果全错；发生故障（如断电、断刀等）时不能找到事故前的位置，须将工作台移至起点重新计数。增量式检测装置：有脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器，光栅，磁栅，激光干涉仪等 绝对式检测方式功能：被测量的任一点的位置都以一个固定的零点作基准，每一被测点都有一个相应的对零点的测量值。优点：避免了增量式检测方式的缺陷缺点：结构较复杂。绝对式检测装置：有绝对式脉冲编码器、三速式绝对编码器（或称多圈式绝对编码器）等 数字式测量方式以数字形式表示被测量，测量信号一般为脉冲，可直接

14、把它送到数控装置进行比较、处理。特点：便于显示、处理；测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（存在累加误差）； 检测装置简单，脉冲信号抗干扰能力强。模拟式测量方式：用连续的变量表示被测量，如用相位变化、电压变化表示。特点： 直接对被测量进行检测； 在小量程内可以实现高精度测量； 可用于直接检测和间接编码器：将测量的角位移以编码的形式输出的位置检测装置，属于间接测量的数字式检测装置。 结构和工作原理：码盘基片上有多圈码道，且每码道的刻线数相等对应每圈都有光电传感器输出信号的路数与码盘圈数成正比检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的周向绝对位置二进制编码：特点：编码循序与位置循序相一致，但可

15、能产生非单值性误差。缺点：在1100和1011的交界处，可能会出现二义：1111;0000导致较大的误差。格雷码（循环码）特点：任何两个编码之间只有一位是变化的，因而可把误差控制在最小单位上。但编码与位置循序无直接规律优点：最大误差为一个分辨率。 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测装置，用于测量运动部件的直线位移和角位移。根据测量对象分直线光栅（测量直线位移）和圆光栅（测量角位移）根据用途和材质分：玻璃透射光栅、金属反射光栅。根据刻度方法及信号输出形式分： 绝对式光栅和增量式光栅。直线光栅的结构：由标尺光栅和光栅读数头（即指示光栅）两部分组成。光栅读数头中有光源、透镜、扫描光栅、光电池

16、和信号处理电路等。工作原理:当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分为明亮条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。 旋转变压器：旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机检测装置，主要用于半闭环控制的数控机床。优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低（特别是高温、高粉尘地方）、输出信号幅度大、抗干扰能力强。缺点：信号处理比较复杂。分类：按有无电刷分：接触式和无接触式两种；按极对

17、数分：单对极和多对极旋转变压器工作原理 利用绕组间的互感原理。当定子加上一定频率的激磁电压时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电势，其输出电压的大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。 工作方式：（1）鉴相工作方式：定子的两个绕组通同幅值、频率，但相位差/2的交流激磁电压。（2）鉴幅工作方式 ：定子的两个绕组分别通同频率、同相位、幅值分别按正弦、余弦变化的交流激磁电压。位置检测装置的选择原则（1） 分辨率：微米、纳米（2）传动系统及参数：直线、圆周运动、分辨率为整数（3）负载惯量：大、中、低（4）运动速度、精度（5）环境要求：密封、温度、震动等（6）成本交流伺服电机和步进电机的调速方法：改变磁极对数P；改变转差率S（只适于异步）；变频调速。直流伺服系统调速有：晶闸管直流调速；晶体管脉宽调制直流调速。正弦波脉冲调制（SPWM）逆变器脉宽调制（PWM）变频是通过脉冲信号控制逆变器开关元件的导通和关断时间比（即调节脉冲的宽度）来控制输出电压的大小和频率，从而实现调速。正弦脉