數(shù)控編程技術第章2

第1章數(shù)控機床基本知識1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)控機床的組成結構及工作原理1.3數(shù)控機床的分類

1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展隨著社會生產(chǎn)和科學技術的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎，其產(chǎn)品更是日趨精密復雜，特別是在宇航、航海、軍事等領域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設備，普通機床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機床顯然無法適應這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設備——數(shù)控機床就應運而生了。1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學院伺服機構實驗室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機。1959年，美國克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功開發(fā)了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2數(shù)控機床的發(fā)展簡況第1代數(shù)控機床：1952年～1959年采用電子管元件構成的專用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第4代數(shù)控機床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機床：從1974年開始采用微型計算機控制的系統(tǒng)（MNC）。1．計算機直接數(shù)控系統(tǒng)所謂計算機直接數(shù)控（DirectNumericalControl，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺計算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，編程結果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺數(shù)控機床的控制箱。2．柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）也叫做計算機群控自動線，它是將一群數(shù)控機床用自動傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺計算機的統(tǒng)一控制之下，形成一個用于制造的整體。3．計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先進的計算機技術，控制從定貨、設計、工藝、制造到銷售的全過程，以實現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。1.1.3我我國國數(shù)控控機床床發(fā)展展概況況1958年年開始始并試試制成成功第第一臺臺電子子管數(shù)數(shù)控機機床。。1965年開開始研研制晶晶體管管數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)，直直到20世世紀60年年代末末至70年年代初初成功功。從從20世紀紀80年代代開始始，先先后從從日本本、美美國、、德國國等國國家引引進先先進的的數(shù)控控技術術。如如北京京機床床研究究所從從日本本FANUC公公司引引進FANUC3、、FANUC5、FANUC6、、FANUC7系列列產(chǎn)品品的制制造技技術；；上海海機床床研究究所引引進美美國GE公公司的的MTC-1數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)等等。1.1.4數(shù)數(shù)控控機床床的發(fā)發(fā)展趨趨勢從數(shù)控控機床床技術術水平平看，，高精精度、、高速速度、、高柔柔性、、多功功能和和高自自動化化是數(shù)數(shù)控機機床的的重要要發(fā)展展趨勢勢。數(shù)控系系統(tǒng)都都采用用了16位位和32位位微處處理器器，標標準總總線及及軟件件模塊塊和硬硬件模模塊結結構，，內(nèi)存存容量量擴大大到1MB以上上，機機床分分辨率率可達達0.1m，高高速進進給可可達100m/min，，控制制軸數(shù)數(shù)可達達16個。。1.2數(shù)數(shù)控控機床床的組組成結結構及及工作作原理理1.2.1數(shù)數(shù)控控機床床的組組成1．控控制介介質(zhì)數(shù)控機機床工工作時時，不不需要要操作作工人人直接接操縱縱機床床，但但機床床又必必須執(zhí)執(zhí)行人人的意意圖，，這就就需要要在人人與機機床之之間建建立某某種聯(lián)聯(lián)系，，這種種聯(lián)系系的中中間媒媒介物物即稱稱為控控制介介質(zhì)。。2．數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)數(shù)控裝裝置是是一種種控制制系統(tǒng)統(tǒng)，是是數(shù)控控機床床的中中心環(huán)環(huán)節(jié)。。它能能自動動閱讀讀輸入入載體體上事事先給給定的的數(shù)字字，并并將其其譯碼碼，從從而使使機床床進給給并加加工零零件，，數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)通常常由輸輸入裝裝置、、控制制器、、運算算器和和輸出出裝置置4大大部分分組成成。。3．伺伺服系系統(tǒng)伺服系系統(tǒng)由由伺服服驅(qū)動動電動動機和和伺服服驅(qū)動動裝置置組成成，它它是數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)的的執(zhí)行行部分分。伺伺服系系統(tǒng)接接受數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)的的指令令信息息，并并按照照指令令信息息的要要求帶帶動機機床的的移動動部件件運動動或使使執(zhí)行行部分分動作作，以以加工工出符符合要要求的的工件件。每每一個個脈沖沖使機機床移移動部部件產(chǎn)產(chǎn)生的的位移移量叫叫做脈脈沖當當量。。目前前所使使用的的數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)脈沖沖當量量通常常為0.001mm/脈脈沖。。4．輔輔助控控制系系統(tǒng)輔助控控制系系統(tǒng)是是介于于數(shù)控控裝置置和機機床機機械、、液壓壓部件件之間間的強強電控控制裝裝置。。5．機機床本本體機床本本體是是數(shù)控控機床床的主主體，，由機機床的的基礎礎大件件（如如床身身、底底座））和各各運動動部件件（如如工作作臺、、床鞍鞍、主主軸等等）所所組成成。1.2.2數(shù)數(shù)控控機床床的關關鍵結結構部部件1．伺伺服系系統(tǒng)驅(qū)驅(qū)動電電機（1））步進進電動動機步進電電動機機通常常用于于開環(huán)環(huán)伺服服系統(tǒng)統(tǒng)機床床。（2））直流流伺服服電動動機①小小慣量量直流流電動動機②寬寬調(diào)調(diào)速速直直流流電電動動機機③無無刷刷直直流流電電動動機機（3））交交流流伺伺服服電電動動機機近年年來來新新型型功功率率開開關關器器件件、、專專用用集集成成電電路路和和新新的的控控制制算算法法等等的的發(fā)發(fā)展展帶帶動動了了交交流流驅(qū)驅(qū)動動電電源源的的發(fā)發(fā)展展，，使使其其調(diào)調(diào)速速性性能能更更能能適適應應數(shù)數(shù)控控機機床床伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)的的要要求求。。交交流流速速度度控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)正正逐逐步步取取代代直直流流速速度度控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。。2．．位位置置檢檢測測裝裝置置檢測測裝裝置置是是把把位位移移和和速速度度測測量量信信號號作作為為反反饋饋信信號號，，并并將將反反饋饋信信號號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成數(shù)數(shù)字字送送回回計計算算機機，，和和脈脈沖沖指指令令信信號號相相比比較較，，以以控控制制驅(qū)驅(qū)動動元元件件正正確確運運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。。（1））感感應應同同步步器器感應應同同步步器器是是一一種種電電磁磁式式的的高高精精度度位位移移檢檢測測元元件件，，按按其其結結構構方方式式的的不不同同可可分分為為直直線線式式和和旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式兩兩種種，，前前者者用用于于長長度度測測量量，，后后者者用用于于角角度度測測量量。。感應應同同步步器器的的特特點點是是：：精精度度高高，，工工作作可可靠靠，，抗抗干干擾擾性性強強，，維維護護簡簡單單，，壽壽命命長長，，可可測測量量長長距距離離位位置置，，成成本本低低，，易易于于批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。（2））光光柵柵光柵柵就就是是在在一一塊塊長長條條形形的的光光學學玻玻璃璃上上均均勻勻地地刻刻劃劃很很多多條條與與運運動動方方向向垂垂直直的的條條紋紋，，條條紋紋之之間間的的距距離離成成為為柵柵距距。。光柵柵測測量量裝裝置置是是一一種種非非接接觸觸式式測測量量，，利利用用光光路路減減少少了了機機械械誤誤差差，，具具有有精精度度高高，，響響應應速速度度快快等等特特點點，，因因此此是是數(shù)數(shù)控控機機床床和和數(shù)數(shù)顯顯系系統(tǒng)統(tǒng)常常用用的的檢檢測測元元件件。。（3））磁磁柵柵磁柵柵是是用用電電磁磁的的方方法法計計算算磁磁波波數(shù)數(shù)目目的的一一種種位位置置檢檢測測元元件件，，磁磁柵柵測測量量裝裝置置由由磁磁性性標標尺尺、、讀讀取取磁磁頭頭和和檢檢測測電電路路組組成成。。磁柵柵位位置置檢檢測測電電路路的的特特點點是是：：容容易易制制造造，，檢檢測測精精度度高高（（能能達達到到每每米米±±3m）），，安安裝裝使使用用方方便便，，對對環(huán)環(huán)境境條條件件要要求求較較低低，，若若磁磁性性標標尺尺膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)與與機機床床一一致致，，可可在在一一般般車車間間使使用用。。由由于于磁磁頭頭與與磁磁柵柵為為有有接接觸觸的的相相對對運運動動，，因因而而有有磨磨損損，，使使用用壽壽命命受受到到一一定定的的限限制制。。一一般般使使用用壽壽命命可可達達到到5年年，，涂涂上上保保護護膜膜后后壽壽命命則則可可進進一一步步延延長長。。（4））旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器是是一一種種角角位位移移檢檢測測元元件件，，由由定定子子和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子組組成成，，分分為為有有刷刷和和無無刷刷兩兩種種形形式式。。有有刷刷旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器定定子子和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子均均為為兩兩相相交交流流分分布布繞繞組組。。數(shù)控控機機床床檢檢測測裝裝置置主主要要使使用用無無刷刷旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器，，因因為為無無刷刷旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器具具有有可可靠靠性性高高、、壽壽命命長長、、體體積積小小、、不不用用維維修修以以及及輸輸出出信信號號大大、、抗抗干干擾擾能能力力強強等等優(yōu)優(yōu)點點。。（5））脈脈沖沖編編碼碼器器脈沖沖編編碼碼器器是是把把機機械械轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為電電脈脈沖沖的的一一種種常常用用角角位位移移傳傳感感器器。。（6））測測速速發(fā)發(fā)電電機機測速速發(fā)發(fā)電電機機是是速速度度反反饋饋元元件件，，相相當當于于一一臺臺永永磁磁式式直直流流電電動動機機。。3．進給運運動傳動部部件滾珠絲杠螺螺母副是回回轉(zhuǎn)運動與與直線運動動相互轉(zhuǎn)換換的新型理理想傳動裝裝置。具有如下優(yōu)優(yōu)點。（1）傳動動效率高。。（2）摩擦擦力小。（3）使用用壽命長。。（4）經(jīng)預預緊后可以以消除軸向向間隙，提提高系統(tǒng)的的剛度。（5）反向向運動時無無空行程，，可以提高高軸向運動動精度。4．CRT顯示及其其接口5．數(shù)控機機床通信RS-232接口1.2.3數(shù)控控機床的工工作原理數(shù)控系統(tǒng)的的主要任務務之一就是是控制執(zhí)行行機構按預預定的軌跡跡運動。一一般情況是是已知運動動軌跡的起起點坐標、、終點坐標標和曲線方方程，由數(shù)數(shù)控系統(tǒng)實實時地算出出各個中間間點的坐標標。即需要要“插入、、補上”運運動軌跡各各個中間點點的坐標，，通常這個個過程就稱稱為“插補補”。1．逐點比比較法直線線插補（1）直線線插補計算算原理①偏差計計算公式定義直線插插補的偏差差判別式如如下：Fm=ymxexmye②終點判判斷的方法法一種方法是是設置Σx、Σy兩個減法計計數(shù)器。另一種方法法是設置一一個終點計計數(shù)器。。第三種方法法是選終點點坐標值較較大的坐標標作為計數(shù)數(shù)坐標。③插補計計算過程偏差判斷坐標進給偏差計算終點判別2．逐點比比較法圓弧弧插補（1）圓弧弧插補計算算原理①偏差計計算公式定義圓弧偏偏差判別式式如下：Fm=Rm2R2=xm2+ym2R2新加工點m+1點的偏偏差為Fm2xm+1新加工點的的偏差值為為Fm+2ym+1②終點點判別方方法③插補補計算過過程1.3數(shù)數(shù)控控機床的的分類1.3.1按按控制制系統(tǒng)的的特點分分類1．點位位控制數(shù)數(shù)控機床床這類機床床主要有有數(shù)控坐坐標鏜床床、數(shù)控控鉆床、、數(shù)控點點焊機和和數(shù)控折折彎機等等，其相相應的數(shù)數(shù)控裝置置稱為點點位控制制數(shù)控裝裝置。2．直線線控制數(shù)數(shù)控機床床這類機床床主要有有數(shù)控車車床、數(shù)數(shù)控磨床床和數(shù)控控鏜銑床床等，相相應的數(shù)數(shù)控裝置置稱為直直線控制制裝置。。3．輪廓廓控制數(shù)數(shù)控機床床屬于這類類機床的的有數(shù)控控車床、、數(shù)控銑銑床、加加工中心心等。其其相應的的數(shù)控裝裝置稱為為輪廓控控制裝置置。輪廓廓數(shù)控裝裝置比點點位、直直線控制制裝置結結構復雜雜得多，，功能齊齊全得多多。1.3.2按按進給給伺服系系統(tǒng)的類類型分類類1．開環(huán)環(huán)進給伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)控機機床開環(huán)進給給伺服系系統(tǒng)通常常不帶有有位置檢檢測元件件，伺服服驅(qū)動元元件一般般為步進進電動機機。2．閉環(huán)環(huán)進給伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)控機機床閉環(huán)進給給控制系系統(tǒng)帶有有位置檢檢測元件件，隨時時可以檢檢測出工工作臺的的實際位位移，并并反饋給給數(shù)控裝裝置，并并與設定定的指令令值進行行比較，，利用其其差值控