數(shù)控機(jī)床原理第04章和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第4章數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述4.2直流伺服系統(tǒng)4.3交流伺服系統(tǒng)4.4位置檢測裝置4.1數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)是以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種位置隨動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)有兩種，即進(jìn)給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)。4.1.1伺服系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。4.1.2數(shù)控機(jī)床對伺服系統(tǒng)的要求1．進(jìn)給調(diào)速范圍寬最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。2．位置精度高保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和進(jìn)給跟蹤精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的分辨率可以達(dá)到1m。3．速度響應(yīng)快4．低速大轉(zhuǎn)矩伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速進(jìn)給時(shí)，要有大的輸出轉(zhuǎn)矩。4.1.3伺服系統(tǒng)的分類1．按有無反饋分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)無位置反饋裝置，是數(shù)控機(jī)床中最簡單的伺服系統(tǒng)。圖4.2開環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)是誤差控制隨動(dòng)系統(tǒng)。圖4.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)2．按驅(qū)動(dòng)裝置類型分類（1）電液伺服系統(tǒng)（2）電氣伺服系統(tǒng)3．按進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)分類（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)（2）主軸伺服系統(tǒng)4．按反饋比較控制方式分類（1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)（2）相位比較伺服系統(tǒng)（3）幅值比較伺服系統(tǒng)（4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)4.2直流伺服系統(tǒng)

4.2.1直流伺服電機(jī)分類1．高速直流伺服電動(dòng)機(jī)2．低速大扭矩寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)4.2.2永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)1．永磁直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)圖4.8永磁式直流寬調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)2．永磁直流伺服電機(jī)的選用（1）對直流伺服電機(jī)的要求（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)的選用4.2.3直流伺服系統(tǒng)主電路4.2.4晶閘管觸發(fā)電路4.2.5直流電機(jī)晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)4.2.6晶體管直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)4.3交流伺服系統(tǒng)4.3.1交流伺服電機(jī)固有缺點(diǎn)，如電刷和換向器易于磨損，需經(jīng)常維護(hù)；換向時(shí)換向器會(huì)產(chǎn)生火花，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，交流電機(jī)的輸出功率可比直流電機(jī)提高10％～70％。此外，交流電機(jī)的容量可比直流電機(jī)做得大。1．交流伺服電機(jī)的分類和特點(diǎn)（1）異步交流伺服電機(jī)（IM）（2）同步交流伺服電機(jī)（SM）2．永磁式交流伺服電機(jī)（1）結(jié)構(gòu)永磁式交流伺服電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件三部分組成。如圖4.26、圖4.27所示。圖4.26永磁交流伺服電機(jī)橫截面圖4.27永磁交流伺服電機(jī)縱剖面（2）工作原理（3）永磁式伺服電機(jī)的性能①永磁式伺服電機(jī)的性能可用轉(zhuǎn)矩—速度特性曲線描述。②高可靠性。③主要損耗在定子繞組與鐵心上，故散熱容易，便于安裝時(shí)采取熱保護(hù)措施；而直流電機(jī)損耗主要在轉(zhuǎn)子上，散熱困難。④轉(zhuǎn)子慣量小，其結(jié)構(gòu)允許高速工作。⑤體積小、質(zhì)量輕。4.3.2交流永磁電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1．交流電機(jī)的一般調(diào)速方法2．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3．交流永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)4.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1．交流主軸電機(jī)2．幾種新型主軸電機(jī)3．交流主軸電機(jī)的控制方法4．主軸準(zhǔn)?？刂?.4位置檢測裝置4.4.1數(shù)控機(jī)床對檢測元件的要求與檢測元件的分類主要要求是：①壽命長，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；②滿足精度和速度要求；③使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；④成本低；⑤便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。常用位置檢測元件主要有脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和光柵。4.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理2．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式4.4.3脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。1．脈沖編碼器的工作原理圖4.45光電盤工作原理示意圖2．脈沖編碼器結(jié)構(gòu)3．絕對值脈沖編碼器通過讀取編碼盤上的圖案確定軸的位置。圖4.48光電絕對值編碼器4.4.4光柵（1）直線光柵（即長光柵）①玻璃透射光柵。②金屬反射光柵。（2）圓光柵（3）計(jì)量光柵的精度2．工作原理（a）結(jié)構(gòu)圖（b）輸出波形圖4.51透射直線式光柵原理圖3．光柵檢測裝置（1）光柵讀數(shù)頭（2）辨向方法4.4.5感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測元件。一般可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。1．感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)圖4.58直線感應(yīng)同步器數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號和若干個(gè)指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用；最后一個(gè)程序段由指令代碼M02作為程序結(jié)束標(biāo)志。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運(yùn)行加工程序之前，必須通過參數(shù)設(shè)置對機(jī)床和刀具進(jìn)行調(diào)整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進(jìn)行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內(nèi)容：①基本設(shè)置設(shè)置可修改的基本參數(shù)。②刀具設(shè)置設(shè)置刀具編號、類型和刀具補(bǔ)償?shù)葏?shù)。③軸參設(shè)置設(shè)置和查看坐標(biāo)軸參數(shù)。④工件坐標(biāo)設(shè)置設(shè)置G54—G59等工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)。⑤PLC設(shè)置用于查看PLC緩沖區(qū)配置、PLC程序梯形圖及PLC程序指令流程。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSof