機(jī)床數(shù)控技術(shù)習(xí)題講解本

數(shù)控技術(shù)考前復(fù)習(xí)（本）,1、常用名詞術(shù)語2、基本概念1）數(shù)控機(jī)床與數(shù)控編程2）CNC裝置、位置檢測(cè)與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3）刀補(bǔ)、插補(bǔ)、進(jìn)給速度控制3、數(shù)控編程4、插補(bǔ)算法,數(shù)控技術(shù)術(shù)語,1、NC、CNC、MC、FMC、FMS、CIMS2、對(duì)刀點(diǎn)、起刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)、刀位點(diǎn)、切削點(diǎn)3、基點(diǎn)、曲線逼近與節(jié)點(diǎn)4、功能指令、模態(tài)指令與非模態(tài)指令5、程序段、尺寸字、非尺寸字6、機(jī)床零點(diǎn)、參考點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系7、工件原點(diǎn)與工件坐標(biāo)系8、脈沖當(dāng)量、插補(bǔ)、“半加載”9、刀具補(bǔ)償,對(duì)刀點(diǎn)、起刀點(diǎn)、換刀點(diǎn),對(duì)刀點(diǎn)：在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，刀具相對(duì)零件運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)。也稱起刀點(diǎn)。換刀點(diǎn)：換刀的位置，可以是加工零件之外的任意一點(diǎn)。,刀位點(diǎn)、切削點(diǎn),對(duì)刀點(diǎn)的位置是以刀具的“刀位點(diǎn)”來表示的，刀位點(diǎn)是刀具上的一點(diǎn)，是刀具定位的基準(zhǔn)點(diǎn)。不同的刀具形狀，其刀位點(diǎn)的規(guī)定不同，如立銑刀和端銑刀，刀位點(diǎn)為其底面中心；球頭銑刀為球頭球心；車刀、鏜刀和鉆頭則為刀尖或鉆尖。編程時(shí)，控制的刀具軌跡即刀位點(diǎn)的軌跡。刀位點(diǎn)不一定是切削點(diǎn)。加工過程中，如果刀具上的切削點(diǎn)與刀位點(diǎn)重合則可以不考慮刀具補(bǔ)償。如：車圓柱外圓時(shí)，切削點(diǎn)與刀位點(diǎn)一致，固定不變；車錐形或球形外圓時(shí)，切削點(diǎn)的位置則是變化的，如不進(jìn)行刀尖半徑補(bǔ)償，則會(huì)引起加工誤差。,數(shù)控技術(shù)基本概念A(yù),1、數(shù)控機(jī)床的組成及其分類（運(yùn)動(dòng)方式、控制方式）2、曲線逼近的方法及其特征3、零件加工程序結(jié)構(gòu)與格式4、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)方向的確定5、G00、G01、G02、G03、G04、M00、M01、M02、M03、M04、M05、M306、CNC裝置的功能7、開放式CNC裝置及其特征8、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)與軟件結(jié)構(gòu),數(shù)控機(jī)床的組成,輸入裝置,輸出裝置,計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置,PLC,主軸控制單元,主軸,機(jī)床輔助,伺服電機(jī),速度控制單元,工作臺(tái),位置檢測(cè)反饋裝置,CNC系統(tǒng),機(jī)械主體,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),CNC系統(tǒng)（CNC裝置+輸入輸出設(shè)備）,CNC裝置：計(jì)算機(jī)：執(zhí)行管理軟件（圖形、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)輸入、I/O處理、故障診斷、狀態(tài)顯示）、控制軟件（譯碼、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算、速度處理、位置控制等）、以及與外部設(shè)備的通訊。PLC：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中開關(guān)量的邏輯運(yùn)算、聯(lián)鎖控制。接口：系統(tǒng)內(nèi)部各輸入輸出設(shè)備間及與上位機(jī)通訊接口。輸入輸出設(shè)備：程序編程、存儲(chǔ)、打印、顯示設(shè)備。,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：精確、高速、穩(wěn)定,檢測(cè)裝置對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，為伺服控制提供反饋信息。伺服執(zhí)行裝置按照數(shù)控裝置輸出的數(shù)字指令（和反饋信息）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使工作臺(tái)或刀具的運(yùn)行軌跡與數(shù)控指令一致。,機(jī)械系統(tǒng),結(jié)構(gòu)件：如機(jī)座、機(jī)身、機(jī)架等剛度高抗振熱變形小運(yùn)動(dòng)副：導(dǎo)軌、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、軸承等間隙小摩擦系數(shù)小,CNC裝置的功能,控制功能：可控動(dòng)力單元、聯(lián)動(dòng)軸數(shù)準(zhǔn)備功能：坐標(biāo)設(shè)定、平面選擇、刀具補(bǔ)償、程序暫停等插補(bǔ)與固定循環(huán)：直線、圓、其他曲線的插補(bǔ)運(yùn)算進(jìn)給控制功能：切削進(jìn)給速度、同步進(jìn)給速度等主軸控制功能：轉(zhuǎn)速、恒線速度、C軸控制輔助功能：即M指令功能。包括主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止，冷卻泵的打開、關(guān)閉，工件夾緊、松開，換刀等功能。刀具管理顯示、診斷、通訊在線自動(dòng)編程,開放式CNC裝置,CNC裝置開放化的表現(xiàn)：1、系統(tǒng)內(nèi)部硬件、軟件的公開化2、各組成部件間接口的邊準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化開放式CNC裝置的組成形式：1、PC連接型CNC；建立在串口通訊上的開放2、PC內(nèi)藏型CNC；非通用PC、程序開發(fā)受限3、CNC內(nèi)藏型PC；專用CNC、編程靈活4、全軟件型NC：實(shí)時(shí)性差,數(shù)控技術(shù)基本概念B,1、刀具補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程2、B功能刀具半徑補(bǔ)償及實(shí)現(xiàn)方法3、C功能刀具半徑補(bǔ)償及實(shí)現(xiàn)方法（流程）、轉(zhuǎn)接方式4、直線和園弧逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的偏差計(jì)算5、直線數(shù)字積分法插補(bǔ)的計(jì)算過程、左移規(guī)格化、“半加載”處理6、軟件數(shù)字積分法的特點(diǎn)7、數(shù)字增量法插補(bǔ)：插補(bǔ)周期與采樣周期的關(guān)系、穩(wěn)定速度、插補(bǔ)周期與精度、進(jìn)給速度的關(guān)系,刀具補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程,1、在G00、G01程序段中，由G41、G42建立刀補(bǔ)；刀補(bǔ)值在D存儲(chǔ)器或H存儲(chǔ)器設(shè)定。2、刀補(bǔ)期間，CNC根據(jù)指令自動(dòng)進(jìn)行刀具中心軌跡計(jì)算；3、在G00、G01程序段中，由G40注銷刀補(bǔ)。,B功能刀具半徑補(bǔ)償,B功能刀具半徑補(bǔ)償：根據(jù)零件輪廓尺寸和刀具半徑值，求刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算。B功能刀具半徑補(bǔ)償要求編程輪廓的過渡為圓角過渡，所謂圓角過渡是指輪廓線之間以圓弧連接，并且連接處輪廓線必須相切。切削內(nèi)角時(shí)，過鍍圓弧的半徑應(yīng)大于刀具半徑。編程時(shí)將外尖角看成半徑為0的圓角、內(nèi)尖角處理成圓弧半徑大于刀具半徑的圓弧。編程輪廓圓角過渡，則前一段程序刀具中心軟跡終點(diǎn)即為后一段程序刀具中心的起點(diǎn)，系統(tǒng)不需要計(jì)算段與段之間刀具軌跡交點(diǎn)。其對(duì)編程限制的主要原因是在確定刀具中心軌跡時(shí)，都采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法。,C功能刀具半徑補(bǔ)償,C功能刀具半徑補(bǔ)償：解決在刀具半徑補(bǔ)償后，相鄰兩程序段的刀具中心軌跡之間可能出現(xiàn)的間斷點(diǎn)或交叉點(diǎn)，對(duì)于這種情況，使用B功能刀補(bǔ)的CNC裝置編程需要人工干預(yù)。C功能刀補(bǔ)的CNC裝置可以自動(dòng)處理這種情況，計(jì)算出刀具中心軌跡之間的過渡圓?。ɑ蚱渌椒ǎ１径蔚冻绦虻牡毒咧行能壽E，需根據(jù)本段程序與下段程序的具體轉(zhuǎn)接情況來確定。這樣C功能刀補(bǔ)的CNC裝置應(yīng)設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。,C功能刀補(bǔ)的轉(zhuǎn)接方式,伸長(zhǎng)/縮短型轉(zhuǎn)接,插入型轉(zhuǎn)接,插入型轉(zhuǎn)接,C功能刀具半徑補(bǔ)償不采用過渡圓弧轉(zhuǎn)接。,C功能刀補(bǔ)流程,刀補(bǔ)流程中的四個(gè)寄存器：緩沖寄存器BS：i+2段編程軌跡刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS：i+1段編程軌跡工作寄存區(qū)AS：i段刀具中心軌跡數(shù)據(jù)輸出寄存區(qū)OS：插補(bǔ)計(jì)算CNC裝置內(nèi)總是同時(shí)存在有三個(gè)程序段的參數(shù)，程序參數(shù)在寄存器間同步傳送。,插補(bǔ)周期與精度、速度的關(guān)系,用弦線迫近圓弧，會(huì)產(chǎn)生逼近誤差:err2/8=(TF)2/8r數(shù)控機(jī)床允許的插補(bǔ)誤差要求小于其分辨率，即一個(gè)脈沖當(dāng)量。插補(bǔ)周期短，則在小半徑圓弧插補(bǔ)時(shí)允許較大的進(jìn)給速度。即在進(jìn)給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補(bǔ)周期越短，逼近誤差就越小。插補(bǔ)周期是固定的，誤差取決于進(jìn)給速度和圓弧半徑。,=l/r=TF/r,降低進(jìn)給速度，可以減少弦線誤差。,數(shù)控技術(shù)基本概念C,1、開環(huán)CNC的進(jìn)給速度和加減速度控制方法2、閉環(huán)CNC的進(jìn)給速度和加減速度控制方法3、數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求4、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類4、位置檢測(cè)裝置的系統(tǒng)精度、分辨率5、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵、編碼器的工作原理6、步進(jìn)電機(jī)的工作原理、主要參數(shù)及其驅(qū)動(dòng)電路7、主軸伺服驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)8、直流伺服電機(jī)及PWM調(diào)速與交流伺服電機(jī)及SPWM調(diào)速9、閉環(huán)（半閉環(huán)）脈沖比較伺服系統(tǒng)的組成及其工作原理,開環(huán)CNC裝置的進(jìn)給速度控制,開環(huán)CNC裝置一般采用脈沖增量插補(bǔ)，控制輸出脈沖的頻率即可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給速度的控制。程序延時(shí)法：在插補(bǔ)、輸出、顯示等相關(guān)處理時(shí)間段后插入延時(shí)程序。（簡(jiǎn)單靈活）時(shí)鐘中斷法：利用變頻震蕩器輸出中斷請(qǐng)求信號(hào)，在中斷服務(wù)程序中完成插補(bǔ)、輸出、顯示等相關(guān)處理。,閉環(huán)CNC裝置的進(jìn)給速度控制,閉環(huán)CNC裝置具有速度環(huán)，可通過軟件方法實(shí)現(xiàn)速度控制，有兩種方法：（在粗插補(bǔ)前進(jìn)行的）前加減速控制：通過控制編程指令F（合成速度）實(shí)現(xiàn)速度控制。位置精度高，需計(jì)算確定減速點(diǎn)。（在粗插補(bǔ)后進(jìn)行的）后加減速控制：通過分別對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的獨(dú)立加減速控制。在加減速過程中合成位置可能不準(zhǔn)確，不需計(jì)算減速點(diǎn)。,前加減速控制方法,1）按線性加減速度處理速度指令F；2）每次插補(bǔ)改變一次進(jìn)給速度F；3）每次插補(bǔ)均瞬時(shí)點(diǎn)與終點(diǎn)的剩余距離；4）設(shè)置減速區(qū)以進(jìn)行減速處理。,后加減速控制方法,1）按線性或指數(shù)加減速度處理各運(yùn)動(dòng)軸速度控制；2）每個(gè)采樣周期比較輸入速度指令與輸出速度，并增加輸出速度至設(shè)定指令；3）恒速運(yùn)行至插補(bǔ)結(jié)束；4）加速少走位移量作為減速位移量。*減速段在無插補(bǔ)輸出，所以不需設(shè)置減速點(diǎn)。,數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求,高精度：微米級(jí)以上快速響應(yīng)、無超調(diào)：幾十毫秒100毫秒調(diào)速范圍寬：1000以上低速轉(zhuǎn)矩大：適應(yīng)低速重切削，無爬行現(xiàn)象，過載能力強(qiáng)?？煽?，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定。,步進(jìn)電機(jī)的功率放大器,單電壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但電流響應(yīng)慢，高頻下負(fù)載弱。斬波驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩恒定，但高頻工作時(shí)響應(yīng)不夠快；高低壓驅(qū)動(dòng)響應(yīng)快、但過沖、低頻工作時(shí)振蕩、失步。調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)：綜合高低壓驅(qū)動(dòng)和斬波驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，低頻時(shí)低壓驅(qū)動(dòng)、使電流上升變緩，避免過沖，高頻時(shí)高壓驅(qū)動(dòng)，提高電流上升速度，保證帶載能力。,主軸驅(qū)動(dòng),一般要求*寬調(diào)速、恒功率；*正反轉(zhuǎn)、快速制動(dòng)。特殊要求主軸驅(qū)動(dòng)與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的同步（螺紋加工）；主軸的恒線速度切削（車床、磨床）；高停位精度、角度控制（自動(dòng)換刀）。,脈沖（數(shù)字）比較伺服系統(tǒng),系統(tǒng)按功能模塊大致可分為三部分：采用光電脈沖編碼器產(chǎn)生位置反饋脈沖P；實(shí)現(xiàn)指令脈沖Pc與反饋脈沖P的脈沖比較，以取得位置偏差信號(hào)e；以位置偏差e作為速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。偏差e是數(shù)字量，需經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后才能成為模擬給定電壓。將此偏差電壓值加到速度控制單元的輸入端，由速度控制單元向伺服電機(jī)輸送電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和執(zhí)行部件向著消除位置誤差的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，以完成某一方向上的一定速度和位移量的運(yùn)動(dòng)。,插補(bǔ)算法應(yīng)用舉例,理解并熟悉：逐點(diǎn)比較法的象限與脈沖分配規(guī)律,不過原點(diǎn)直線的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ),修正偏差計(jì)算公式：（直線方程Y=AX+B）F=Yi-V/U*XiWV=Ye-Y0U=Xe-X0,初始：F=0走+X，則F=F-V；走-X，則F=F+V走+Y，則F=F+U；走-Y，則F=F-U,AB段：U=3，V=5BC段：U=7，V=-4,上例中BC段（四象限）的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)計(jì)算。,用4位DDA完成直線（0，0）-（3，8）的插補(bǔ)計(jì)算并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制加工軌跡。,不過原點(diǎn)直線的數(shù)字積分法插補(bǔ),修正被積數(shù)：VX=Xe-X0VY=Ye-Y0圖中AB段：VX=3VY=5圖中BC段：VX=7VY=-4,用4位DDA完成直線（-3，-1）-（0，4）的插補(bǔ)計(jì)算。,用4位DDA完成第一象限逆圓弧：（6，0），終點(diǎn)坐標(biāo)（0，6）。,編程舉例,N10G00G90G41D01X-40Y-20Z1N20M03S800F50G01Z-10N30Y20N40X-6.195Y39.517N50G02X40I6.195J-39.517N60X-20Y-20I-20N70G01X-40N80G00Z100N90G00G40X0Y0M05N95M02,編程舉例,關(guān)鍵：計(jì)算兩個(gè)圓的交點(diǎn)，兩側(cè)可以按連續(xù)圓弧處理。,編程舉例,建立工件坐標(biāo)系直徑編程順圓逆圓判