機床數(shù)控技術習題講解本

數(shù)控技術考前復習（本）,1、常用名詞術語2、基本概念1）數(shù)控機床與數(shù)控編程2）CNC裝置、位置檢測與伺服驅動系統(tǒng)3）刀補、插補、進給速度控制3、數(shù)控編程4、插補算法,數(shù)控技術術語,1、NC、CNC、MC、FMC、FMS、CIMS2、對刀點、起刀點、換刀點、刀位點、切削點3、基點、曲線逼近與節(jié)點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、機床零點、參考點與機床坐標系7、工件原點與工件坐標系8、脈沖當量、插補、“半加載”9、刀具補償,對刀點、起刀點、換刀點,對刀點：在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對零件運動的起始點。也稱起刀點。換刀點：換刀的位置，可以是加工零件之外的任意一點。,刀位點、切削點,對刀點的位置是以刀具的“刀位點”來表示的，刀位點是刀具上的一點，是刀具定位的基準點。不同的刀具形狀，其刀位點的規(guī)定不同，如立銑刀和端銑刀，刀位點為其底面中心；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，控制的刀具軌跡即刀位點的軌跡。刀位點不一定是切削點。加工過程中，如果刀具上的切削點與刀位點重合則可以不考慮刀具補償。如：車圓柱外圓時，切削點與刀位點一致，固定不變；車錐形或球形外圓時，切削點的位置則是變化的，如不進行刀尖半徑補償，則會引起加工誤差。,數(shù)控技術基本概念A,1、數(shù)控機床的組成及其分類（運動方式、控制方式）2、曲線逼近的方法及其特征3、零件加工程序結構與格式4、數(shù)控機床坐標系坐標方向的確定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裝置的硬件結構與軟件結構,數(shù)控機床的組成,輸入裝置,輸出裝置,計算機數(shù)控裝置,PLC,主軸控制單元,主軸,機床輔助,伺服電機,速度控制單元,工作臺,位置檢測反饋裝置,CNC系統(tǒng),機械主體,伺服驅動系統(tǒng),CNC系統(tǒng)（CNC裝置+輸入輸出設備）,CNC裝置：計算機：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、刀具補償、插補運算、速度處理、位置控制等）、以及與外部設備的通訊。PLC：實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)中開關量的邏輯運算、聯(lián)鎖控制。接口：系統(tǒng)內部各輸入輸出設備間及與上位機通訊接口。輸入輸出設備：程序編程、存儲、打印、顯示設備。,伺服驅動系統(tǒng)：精確、高速、穩(wěn)定,檢測裝置對執(zhí)行機構的位置進行實時檢測，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）對執(zhí)行機構的運動進行實時控制，使工作臺或刀具的運行軌跡與數(shù)控指令一致。,機械系統(tǒng),結構件：如機座、機身、機架等剛度高抗振熱變形小運動副：導軌、傳動結構、軸承等間隙小摩擦系數(shù)小,CNC裝置的功能,控制功能：可控動力單元、聯(lián)動軸數(shù)準備功能：坐標設定、平面選擇、刀具補償、程序暫停等插補與固定循環(huán)：直線、圓、其他曲線的插補運算進給控制功能：切削進給速度、同步進給速度等主軸控制功能：轉速、恒線速度、C軸控制輔助功能：即M指令功能。包括主軸正轉、反轉、停止，冷卻泵的打開、關閉，工件夾緊、松開，換刀等功能。刀具管理顯示、診斷、通訊在線自動編程,開放式CNC裝置,CNC裝置開放化的表現(xiàn)：1、系統(tǒng)內部硬件、軟件的公開化2、各組成部件間接口的邊準化標準化開放式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內藏型CNC；非通用PC、程序開發(fā)受限3、CNC內藏型PC；專用CNC、編程靈活4、全軟件型NC：實時性差,數(shù)控技術基本概念B,1、刀具補償?shù)膱?zhí)行過程2、B功能刀具半徑補償及實現(xiàn)方法3、C功能刀具半徑補償及實現(xiàn)方法（流程）、轉接方式4、直線和園弧逐點比較法插補的偏差計算5、直線數(shù)字積分法插補的計算過程、左移規(guī)格化、“半加載”處理6、軟件數(shù)字積分法的特點7、數(shù)字增量法插補：插補周期與采樣周期的關系、穩(wěn)定速度、插補周期與精度、進給速度的關系,刀具補償?shù)膱?zhí)行過程,1、在G00、G01程序段中，由G41、G42建立刀補；刀補值在D存儲器或H存儲器設定。2、刀補期間，CNC根據(jù)指令自動進行刀具中心軌跡計算；3、在G00、G01程序段中，由G40注銷刀補。,B功能刀具半徑補償,B功能刀具半徑補償：根據(jù)零件輪廓尺寸和刀具半徑值，求刀具中心運動軌跡的計算。B功能刀具半徑補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。切削內角時，過鍍圓弧的半徑應大于刀具半徑。編程時將外尖角看成半徑為0的圓角、內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即為后一段程序刀具中心的起點，系統(tǒng)不需要計算段與段之間刀具軌跡交點。其對編程限制的主要原因是在確定刀具中心軌跡時，都采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法。,C功能刀具半徑補償,C功能刀具半徑補償：解決在刀具半徑補償后，相鄰兩程序段的刀具中心軌跡之間可能出現(xiàn)的間斷點或交叉點，對于這種情況，使用B功能刀補的CNC裝置編程需要人工干預。C功能刀補的CNC裝置可以自動處理這種情況，計算出刀具中心軌跡之間的過渡圓?。ɑ蚱渌椒ǎ?。本段刀程序的刀具中心軌跡，需根據(jù)本段程序與下段程序的具體轉接情況來確定。這樣C功能刀補的CNC裝置應設置多個數(shù)據(jù)寄存器。,C功能刀補的轉接方式,伸長/縮短型轉接,插入型轉接,插入型轉接,C功能刀具半徑補償不采用過渡圓弧轉接。,C功能刀補流程,刀補流程中的四個寄存器：緩沖寄存器BS：i+2段編程軌跡刀補緩沖區(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：插補計算CNC裝置內總是同時存在有三個程序段的參數(shù)，程序參數(shù)在寄存器間同步傳送。,插補周期與精度、速度的關系,用弦線迫近圓弧，會產生逼近誤差:err2/8=(TF)2/8r數(shù)控機床允許的插補誤差要求小于其分辨率，即一個脈沖當量。插補周期短，則在小半徑圓弧插補時允許較大的進給速度。即在進給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補周期越短，逼近誤差就越小。插補周期是固定的，誤差取決于進給速度和圓弧半徑。,=l/r=TF/r,降低進給速度，可以減少弦線誤差。,數(shù)控技術基本概念C,1、開環(huán)CNC的進給速度和加減速度控制方法2、閉環(huán)CNC的進給速度和加減速度控制方法3、數(shù)控機床對伺服驅動系統(tǒng)的要求4、伺服驅動系統(tǒng)的分類4、位置檢測裝置的系統(tǒng)精度、分辨率5、旋轉變壓器、感應同步器、磁尺、光柵、編碼器的工作原理6、步進電機的工作原理、主要參數(shù)及其驅動電路7、主軸伺服驅動的特點8、直流伺服電機及PWM調速與交流伺服電機及SPWM調速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裝置的進給速度控制,開環(huán)CNC裝置一般采用脈沖增量插補，控制輸出脈沖的頻率即可實現(xiàn)對進給速度的控制。程序延時法：在插補、輸出、顯示等相關處理時間段后插入延時程序。（簡單靈活）時鐘中斷法：利用變頻震蕩器輸出中斷請求信號，在中斷服務程序中完成插補、輸出、顯示等相關處理。,閉環(huán)CNC裝置的進給速度控制,閉環(huán)CNC裝置具有速度環(huán)，可通過軟件方法實現(xiàn)速度控制，有兩種方法：（在粗插補前進行的）前加減速控制：通過控制編程指令F（合成速度）實現(xiàn)速度控制。位置精度高，需計算確定減速點。（在粗插補后進行的）后加減速控制：通過分別對各個運動軸的獨立加減速控制。在加減速過程中合成位置可能不準確，不需計算減速點。,前加減速控制方法,1）按線性加減速度處理速度指令F；2）每次插補改變一次進給速度F；3）每次插補均瞬時點與終點的剩余距離；4）設置減速區(qū)以進行減速處理。,后加減速控制方法,1）按線性或指數(shù)加減速度處理各運動軸速度控制；2）每個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定指令；3）恒速運行至插補結束；4）加速少走位移量作為減速位移量。*減速段在無插補輸出，所以不需設置減速點。,數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求,高精度：微米級以上快速響應、無超調：幾十毫秒100毫秒調速范圍寬：1000以上低速轉矩大：適應低速重切削，無爬行現(xiàn)象，過載能力強?？煽?，環(huán)境適應性強、性能穩(wěn)定。,步進電機的功率放大器,單電壓驅動電路簡單，但電流響應慢，高頻下負載弱。斬波驅動輸出轉矩恒定，但高頻工作時響應不夠快；高低壓驅動響應快、但過沖、低頻工作時振蕩、失步。調頻調壓驅動：綜合高低壓驅動和斬波驅動的優(yōu)點，低頻時低壓驅動、使電流上升變緩，避免過沖，高頻時高壓驅動，提高電流上升速度，保證帶載能力。,主軸驅動,一般要求*寬調速、恒功率；*正反轉、快速制動。特殊要求主軸驅動與進給驅動的同步（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生位置反饋脈沖P；實現(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e；以位置偏差e作為速度調節(jié)系統(tǒng)。偏差e是數(shù)字量，需經數(shù)模轉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輸送電壓信號，驅動伺服電機和執(zhí)行部件向著消除位置誤差的方向運轉，以完成某一方向上的一定速度和位移量的運動。,插補算法應用舉例,理解并熟悉：逐點比較法的象限與脈沖分配規(guī)律,不過原點直線的逐點比較法插補,修正偏差計算公式：（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）的逐點比較法插補計算。,用4位DDA完成直線（0，0）-（3，8）的插補計算并根據(jù)計算結果繪制加工軌跡。,不過原點直線的數(shù)字積分法插補,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）的插補計算。,用4位DDA完成第一象限逆圓?。海?，0），終點坐標（0，6）。,編程舉例,N10G00G90G41D01X-40Y-20Z1N20M03S800F50G01Z-10N30Y20N40X-6.195Y39.517N50G02X40I6.195J-39.517N60X-20Y-20I-20N70G01X-40N80G00Z100N90G00G40X0Y0M05N95M02,編程舉例,關鍵：計算兩個圓的交點，兩側可以按連續(xù)圓弧處理。,編程舉例,建立工件坐標系直徑編程順圓逆圓判