现代数控技术01

1、现代数控技术 姓名：燕根鹏班级：研1001班学号：2010010202010级硕士现代数控技术课程试题1.数控系统构成及各部分作用，以PC+NC模式分析，分析系统的硬件及软件功能。数控系统主要由硬件和软件两大部分组成。数控系统硬件为软件的运行提供了支持平台。数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置、机床电器逻辑控制装置等组成，它们之间由I/O接口互相连接在一起。PC工作：一方面对加工零件格式的正确性进行判断，并将其转换为可执行的数据文件；另一方面主要进行数据处理，检查数据的合理性。数据处理包括数控加工程序段的几何变换、补偿计算以及插补计算等。几何变换和补偿计算是为了使数控加工程序编制

2、过程能相对独立，不用事先考虑实际使用的机床类型和刀具几何尺寸。插补处理即在轨迹的起始和终点之间，进行中间点的计算，分别向各个坐标轴发出方向、大小都确定的协调的运动系列命令，通过各个轴运动的合成，产生数控加工程序段要求的运动轨迹。 NC工作：主要包括电机和外设驱动板。电机可选用步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机，实际工作中，可根据启动的最大速度和启动后的工作扭矩来选择合适的电机。数控系统软件是为了实现数控系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM内存中。各种数控系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差别也很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插

3、补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。PC工作：人机界面让用户在界面上输入信息编译模块解释信息、排错、行程检查；另外还可以实时离线进行仿真，利用网络进行通讯，进行故障诊断等NC工作：数控系统驱动方式可包括三种：电机驱动、I/O驱动、A/D驱动；显示装置和键盘等，其外部结构包括网路接口、串行口RS232、PCI扣等2.论述伺服系统的PID、前馈控制、反馈控制的作用。答：(1) PID控制即比例、积分、微分控制，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试

4、来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（p）控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差 。 在积分（I）控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统 。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项

5、对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。 在微分（D）控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅

6、引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。（2）反馈控制：在大多数控制系统中，控制器是按照被控变量相对于给定值的偏差而进行工作的。控制作用影响被控变量，而被控变量的变化又返回来影响控制器的输入，使控制作用发生变化。这些控制系统都属于反馈控制。不论什么干扰，只要引起被控变量变化，都可以进行控制。这是反馈控制的优点。: 8

7、* P1 m5 l! q. H(   L- B4 # A9 H 前馈控制：前馈控制是按照干扰作用的大小来进行控制的，当扰动一出现，调节器即根据扰动的性质和大小进行控制，以补偿扰动的影响，使被控参数不变或基本保持不变。相对于反馈控制来说，前馈控制是及时的，理论上可达到完全补偿。因此，对于时间常数或时延大、扰动大而频繁的过程有显著效果。前馈控制和反馈控制的区别如下：1、前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效；前馈控制的依据是干扰的变化，检测的信号是干扰量的大小，控制作用的发生时间是在干扰作用的瞬间而不需等到偏差出现以后；而反馈控制的依据 是被控变量与给定值的偏差，

8、检测的信号是被控变量，控制作用发生时间是在偏差出现以后。1 p* x& K; ?" k3 x. Q/ G 2、反馈控制系统是一个闭环控制系统，而前馈控制系统是一个“开环”控制系统，其控制效果并不通过反馈来加以检验； 3、前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器 一般的反馈控制系统均采用通用类型的PID控制器，而前馈控制要采用专用前馈控制器(或前馈补偿装量)。对于不同的对象特性，前馈控制器的控制规律将是不同的。为了使干扰得到完全克服，干扰通过对象的干扰通道对被控变量的影响，应该与控制作用(也与干扰有关)通过控制通道对被控变量的影响大小相等，方向相反。所以、前馈控制器的控制

9、规律取决于干扰通道的特性与控制通道的特性。对于不同的对象特性，就应该设计具有不同控制规律的控制。8 i! g. b2 w5 G4、由于前馈控制作用是按干扰进行工作的，而且整个系统是开环的。因此根据种干扰设置的前馈控制就只能克服这一干扰对被控变量的影响，而对于其他干扰，由于这个前馈控制器无法感受到，也就无能为力了。而反馈控制只用一个控制回路就可克服多个干扰。反馈控制应用相当普遍，一般当控制参数与设定值或计算值有偏差时,就可以运用反馈控制来将偏差缩小,以期达到将偏差控制在尽量小的范围。而前馈控制主要的应用场合由下面几种：（1）干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。;

10、 D+ O7 : V* P2 W/ r# ? - V4 O3 B! D$ S3 Q  u' o（2）主要干扰是可测而不可控的变量。所谓可测，是指干扰是可以运用检测变送装置将其在线转化为标准的电或气的信号。但目前对某些变量，特别是某些成分量还无法实现上述转换。也就无法设计相应的前馈控制系统。所谓不可控、主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制系统予以稳定，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制但生产上不允许控制的变量，例负荷量等。 ! w, E  b3 G1 E) m* k; U* k1 ? 7 c3 J& i1 c#

11、I- p（3）当对象的控制通道滞后大、反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈或前馈反馈控制系统，以提高控制质量3.数控机床的机械结构有哪些主要组成部分？分析一台数控磨齿机的运动部件功能，并分析联动轴的作用。见图答：数控机床的机械结构包括:1)机床基础部件，如床身、立柱、工作台等；2）主传动系统；3）进给传动系统；4）实现某些辅助动作和辅助功能的系统和装置如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置；5）工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工作台；6）特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。X轴：砂轮架横向进给运动轴Z轴：砂轮架纵向进给运动轴Z1轴：金

12、刚轮纵向进给Y轴：工作台移动轴A轴：旋转一定角度可磨削锥齿轮B轴：工件回转轴C轴：砂轮回转工作轴C1轴：金刚轮回转工作轴加工时，被磨齿轮装在工作台，可沿Y轴进行上下移动，利用尾部顶尖进行定位。被磨齿轮可绕B轴进行回转，以实现整个圆周面的磨削加工。砂轮架座用来完成砂轮主轴所需的各种运动，包括砂轮主轴部件的横向移动、纵向移动以及绕轴线回转等。进给是通过直流伺服电机经弹性联轴器直接带动滚珠丝杠转动，使整个砂轮架可以在X向和Z向上沿着导轨来回滑动。当加工圆柱齿轮时，齿轮架跟工作台面垂直，砂轮架沿横向进给可调整磨削深度，纵向进给可调整磨削宽度。对于圆柱形齿轮，待工件定位夹紧后，砂轮架上砂轮的旋转为主运动

13、，砂轮的旋转和工件的旋转所组成的展成运动来完成对砂轮的粗加工。当用金刚轮对砂轮进行修整时，金刚轮先进行纵向运动Z1，使其和砂轮架对齐。开始修整时，金刚轮沿轴线回转运动C1，砂轮架回转运动C，与砂轮架横向的进给运动X可联动，以完成对砂轮的修整动作。齿轮齿槽左右两边的磨削则依靠工件旋转方向来实现。若要加工圆锥齿轮，可使支架沿A轴旋转一定角度，齿轮架相对于工件有一定的旋转角度，可对圆锥齿轮进行加工。圆锥齿轮的修正则依靠金刚轮来实现。4.数控闭环系统的检测装置作用及使用，结合固高科技的产品说明资料分析机床运动轴的定位方法。 数控闭环系统是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，常用的有旋转变压器、光

14、栅、感应同步器、编码盘等。直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过速度传感器将速度反馈信号送到速度控制电路，通过位置传感器将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止在闭环控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 （2）位置检测装置的作用即检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。脉冲编码器是一种光学式位置检测元件，