数控技术应用教程

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《数控机床基本知识》大竹县职业中学王宇第1章数控机床基本知识1.1数控机床的产生与发展1.2数控机床的组成结构及工作原理1.3数控机床的分类

1.1数控机床的产生与发展随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。1.1.1数控机床的产生帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功开发了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2数控机床的发展简况第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。1．计算机直接数控系统所谓计算机直接数控（DirectNumericalControl，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。2．柔性制造系统柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。3．计算机集成制造系统计算机集成制造系统（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。1.1.3我国数控机床发展概况1958年开始并试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUC公司引进FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。1.1.4数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。数控系统都采用了16位和32位微处理器，标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1m，高速进给可达100m/min，控制轴数可达16个。1.2数控机床的组成结构及工作原理1.2.1数控机床的组成1．控制介质数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。2．数控系统数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大部分组成。3．伺服系统伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。4．辅助控制系统辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。5．机床本体机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。1.2.2数控机床的关键结构部件1．伺服系统驱动电机（1）步进电动机步进电动机通常用于开环伺服系统机床。（2）直流伺服电动机①小惯量直流电动机②宽调速直流电动机③无刷直流电动机（3）交流伺服电动机近年来新型功率开关器件、专用集成电路和新的控制算法等的发展带动了交流驱动电源的发展，使其调速性能更能适应数控机床伺服系统的要求。交流速度控制系统正逐步取代直流速度控制系统。2．位毛置检测肿装置检测装盏置是把尿位移和黄速度测酬量信号般作为反膀馈信号扫，并将逮反馈信攀号转换岁成数字泥送回计案算机，想和脉冲扭指令信杏号相比敞较，以窄控制驱俘动元件解正确运锁转。（1）则感应同摘步器感应同步算器是一种搁电磁式的座高精度位军移检测元颠件，按其堡结构方式汁的不同可醋分为直线俱式和旋转根式两种，佛前者用于货长度测量辩，后者用藏于角度测辽量。感应同惨步器的董特点是去：精度净高，工合作可靠眠，抗干丧扰性强象，维护末简单，思寿命长锯，可测月量长距黎离位置勺，成本益低，易妇于批量淹生产。（2）光爆栅光栅就桂是在一逗块长条绒形的光闭学玻璃外上均匀撤地刻划醒很多条坦与运动授方向垂险直的条冈纹，条桥纹之间竞的距离扶成为栅坑距。光栅测量云装置是一淋种非接触王式测量，宜利用光路团减少了机雹械误差，灭具有精度喉高，响应肝速度快等临特点，因聋此是数控殿机床和数新显系统常纷用的检测泛元件。（3）磁猫栅磁栅是用乖电磁的方税法计算磁屿波数目的建一种位置淘检测元件翅，磁栅测否量装置由奔磁性标尺敬、读取磁午头和检测恨电路组成丧。磁栅位壳置检测啄电路的代特点是协：容易凉制造，您检测精伪度高（伪能达到朵每米±声3m），安味装使用方膀便，对环抹境条件要表求较低，舌若磁性标柏尺膨胀系都数与机床咳一致，可左在一般车浓间使用。洋由于磁头味与磁栅为染有接触的贵相对运动摇，因而有剥磨损，使段用寿命受弹到一定的搞限制。一单般使用寿舌命可达到炉5年，涂扯上保护膜酷后寿命则公可进一步纪延长。（4）旋垒转变压器旋转变看压器是苗一种角鸡位移检碧测元件波，由定舟子和转歇子组成煮，分为城有刷和摆无刷两扣种形式睡。有刷屿旋转变隐压器定虎子和转瓶子均为突两相交担流分布贵绕组。数控机兽床检测海装置主煌要使用锈无刷旋容转变压丝式器，因恩为无刷脑旋转变组压器具开有可靠狮性高、蛙寿命长裤、体积厦小、不糟用维修经以及输用出信号删大、抗诱干扰能暮力强等罚优点。（5）怜脉冲编麻码器脉冲编码绒器是把机途械转角转低化为电脉淘冲的一种皱常用角位涉移传感器朋。（6）臭测速发鞭电机测速发电饰机是速度学反馈元件枕，相当于奏一台永磁练式直流电贱动机。3．进给贝运动传动不部件滚珠丝续杠螺母怎副是回观转运动路与直线燥运动相凡互转换家的新型头理想传姐动装置爆。具有如下朱优点。（1）传沿动效率高箩。（2）跑摩擦力铃小。（3）斧使用寿医命长。（4）偿经预紧谁后可以哪消除轴唯向间隙洒，提高御系统的贷刚度。（5）反岗向运动时搏无空行程全，可以提辟高轴向运荣动精度。4．C找RT显巡寿示及其易接口5．数理控机床辞通信R繁S-2岛32接叼口1.2.颜3数茂控机床的事工作原理数控系芬统的主会要任务络之一就长是控制烘执行机锐构按预碰定的轨引迹运动转。一般垮情况是栗已知运毛动轨迹卵的起点纱坐标、锁终点坐激标和曲盲线方程约，由数朽控系统乓实时地弟算出各悬个中间绿点的坐戒标。即竟需要“桃插入、黎补上”室运动轨佛迹各个圈中间点姨的坐标兼，通常芒这个过论程就称柴为“插皂补”。1．逐劳点比较咬法直线句插补（1）瓶直线插株补计算反原理①偏差馋计算公式定义直乳线插补仙的偏差街判别式酱如下：Fm=ymxexmye②终解点判断桥的方法一种方法裤是设置Σx、Σy两个减法胃计数器。另一种方彼法是设置没一个终点浩计数器革。第三种方给法是选终夹点坐标值塔较大的坐刃标作为计劝数坐标。③插补搁计算过程偏差判断坐标进根给偏差计婶算终点判皮别2．逐随点比较封法圆弧阿插补（1）闹圆弧插株补计算积原理①偏差食计算公式定义圆姻弧偏差蜜判别式涌如下：Fm=Rm2R2=xm2+ym2R2新加工点m+1点的叛偏差为Fm2xm+1新加工点度的偏差值沙为Fm+2ym+1②终点痛判别方法③插涂补计算陕过程1.3它数胖控机床备的分类1.3咳.1庆按控类制系统逮的特点莲分类1．点尊位控制捏数控机旺床这类机遍床主要洲有数控粱坐标镗严床、数归控钻床严、数控肤点焊机煌和数控震折弯机钟等，其江相应的端数控装施置称为幅点位控百制数控率装置。2．直帅线控制眯数控机下床这类机床勇主要有数贩控车床、幻玉数控磨床犬和数控镗余铣床等，亲相应的数为控装置称汇为直线控阔制装置。3．轮较廓控制级数控机胃床属于这类级机床的有础数控车床狱、数控铣删床、加工扰中心等。锤其相应的剩数控装置米称为轮廓鞋控制装置蚁。轮廓数缓控装置比赌点位、直命线控制装械置结构复戴杂得多，副功能齐全没得多。1.3睛.2若按进肾给伺服缩慧系统的永类型分贪类1．开陈环进给季伺服系诞统数控音机床开环进抗给伺服狼系统通诞常不带绒有位置现检测元昼件，伺转服驱动府元件一鲜般为步糠进电动册机。2．闭环氏进给伺服换系统数控黄机床闭环进给饥控制系统污带有位置尺检测元件鄙，随时可辞以检测出鹅工作台的头实际位移劈燕，并反馈储给数控装饥置，并与温设定的指股令值进行治比较，利速用其差值都控制伺服温电动机，茧直至差值惰为零为止舅。3．半鞋闭环进自给伺服琴系统数样控机床半闭环进痕给伺服系孝统是将位霜置检测元谈件安装在污伺服电动妖机的轴上锄或滚珠丝液杠的端部府，不直接迁反馈机床欺的位移量墙，而是检挣测伺服机米构的转角尼，将此信哲号反馈给者数控装置君进行指令交值比较，损用差值控算制伺服电开动机。1.3.腾3按哗工艺用途愿分类1．金征属切削棚类数控注机床金属切营削类数仅控机床拒包括数振控车床环、数控崖钻床、姨数控铣股床、数部控磨床蝴、数控竞镗床以芦及加工减