機床數(shù)控技術(總結(jié))

第一章一、數(shù)字控制是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種技術方法.二、數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。三、數(shù)控技術包括：數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床、外圍設備四、數(shù)控機床的組成：信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機床本體、 測量反饋裝置。論述或簡答信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機床上加工一個零件所必需的各種信息，如零件加工的位置數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等，以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，他的功能是接受載體送來的加工信息，及計算和處理后去控制機床的動作。伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機構(gòu)和機床移動部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設備運動。測量反饋裝置由測量部件和相應的測量電路組成，起作用時檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切割加工的機械部分，包括床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。為了保證數(shù)控機床的功能的充分發(fā)揮，還有一些配套部件和輔助裝置。五、數(shù)控機床的分類按運動軌跡分:點位控制系統(tǒng)、直線切削控制系統(tǒng)、連續(xù)切削控制系統(tǒng)、②按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：開環(huán)、半開環(huán)、閉環(huán)③按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類：經(jīng)濟型、普及型、高檔型④按工藝用途分類：金屬切削類、金屬成型類、數(shù)控特種加工機床、其它類型的數(shù)控機床六、數(shù)控機床工作過程論述零件圖樣—程序設計—編寫程序單—制備控制介質(zhì)—數(shù)字信息輸入—數(shù)控系統(tǒng)—伺服系統(tǒng)—機床加工—零件成品根據(jù)被加工零件圖樣中所規(guī)定的的零件的形狀、尺寸、材料及技術要求等，制定工件加工的工藝過程、刀具相對工件的運動軌跡、切削參數(shù)及輔助動作順序等，進行零件加工的程序設計。用規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序單。按照程序單上的代碼制備控制介質(zhì)。通過輸入裝置把變?yōu)閿?shù)字信息的加工程序輸入給數(shù)控系統(tǒng)。啟動機床后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的信息進行一系列的運算和控制處理，將結(jié)果以脈沖形式送往機床的伺服機構(gòu)。伺服機構(gòu)驅(qū)動機床的運動部件，使機床按程序預定的軌跡運動，從而加工零件。第三章數(shù)控插補原理一、插補原理的概念：所謂插補，就是指數(shù)據(jù)密化的過程，對輸入數(shù)控系統(tǒng)的有限坐標點，計算機根據(jù)曲線的特征，運用一定的計算方法，自動地在有限坐

標點之間生成一系列的坐標數(shù)據(jù)，以滿足加工精度的要求。二、插補方法的分類（兩大類）1）基準脈沖插補概念：又稱為脈沖增量插補或行程標量插補，適用于以步進電機驅(qū)動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)特點：每次插補結(jié)束后產(chǎn)生一個行程增量，以脈沖方式輸出到步進電機，驅(qū)動坐標軸運動。2）數(shù)據(jù)采樣插補概念：又稱為數(shù)字增量插補或時間標量插補，適用于交、直流伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)（或半閉環(huán)）控制系統(tǒng)。特點：插補運算分兩步進行。粗插補，特點是把給定的線用一組線段來逼近；精插補，它在粗插補計算出的每一微小直線段的基礎上再作“數(shù)據(jù)點的密化工作”c基本原理:數(shù)據(jù)采樣插補是將被加工零件的輪廓曲線分割為插補采樣周期的進給步長。（兩部分，精插補，用硬件實現(xiàn)；粗插補，用軟件實現(xiàn)）c.插補周期與采樣周期：插補周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數(shù)。(Tv)21e二r8rd.(Tv)21e二r8r在圓弧插補時，插補精度e與周期T、半徑r和速度v有關。在errAx二lcos給定的情況下，要得到盡可能大的速度，則插補周期要盡可能小。直線函數(shù)法插補（P108）Ax二lcos由圖推圭導公式, 由圖推yAy二一」Ax=Axtana

Xe三、1）概念：1）a.刀具補償包括刀具半徑補償各刀具長度補償在加工輪廓時，刀具中心向零件的內(nèi)側(cè)偏移一定的距離：在加工外輪廓時，刀具中心要向外偏移一定距離。通常把這種偏移稱為刀具半徑補償。當?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進向的左側(cè)時稱為左刀補，用G41表示；同理右刀補，G42.2）直線加工時刀具半徑補償?shù)挠嬎?/p>

Ay=-rcosa3）刀具半徑補償?shù)姆椒˙功能刀具半徑補償?shù)腁y=-rcosa3）刀具半徑補償?shù)姆椒–功能采用直線過渡，直接求出刀具中心軌跡的交點，這種方法稱為C功能刀具補償兩者區(qū)別：B功能刀補在處理刀具中心軌跡時，采用讀一段，算一段，再走一段的方法，這樣不能預計由于刀具半徑補償所造成的下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，因此，在加工內(nèi)輪廓時，為了避免過切等現(xiàn)象，就不得不依賴編程人員進行處理。C功能刀補法采用一次對零件的兩段輪廓進行處理的方法，即先預處理本段，然后根據(jù)下一段的方向，來確定刀具中心軌跡的段間過渡狀態(tài)，從而完成本段刀補的運行處理，然后從程序段緩沖器中再讀一段，用于計算第二段的刀補軌跡，以后按這種方法進行下去，直到程序結(jié)束為止。C功刀具半徑補償?shù)霓D(zhuǎn)接形式直線與直線的轉(zhuǎn)接直線與圓弧的轉(zhuǎn)接圓弧與直線的轉(zhuǎn)接圓弧與圓弧的轉(zhuǎn)接C功能刀具半徑補償?shù)倪^渡方式C功能刀具半徑補償?shù)倪^渡方式與其矢量夾角有關，矢量夾a角的定義是指工件側(cè)轉(zhuǎn)處兩個非加工側(cè)方向的夾角。軌跡過渡方式：縮短型180<a<360°,伸長型90Wa<180，插入型0<a<9O。4） CNC裝置的加減速控制的意義：為了保證機床在啟動或停止時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩，加工過程中刀具運行平穩(wěn)，必須對送到進給電動機的脈沖頻率或電壓進行控制，以便對機床的進給速度作適當調(diào)整。5） 開環(huán)CNC系統(tǒng)的速度控制程序計時法（軟件實現(xiàn)）時鐘中斷法（硬件實現(xiàn)）v/AL積分法6） 數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)CNC裝置的加減速控制—活烽連屋F—活烽連屋FZ制k補A}71b插器補■■（a）前加減速控 （b）后加減速控制兩者優(yōu)缺點比較前加減速控制是對合成速度即編程指令速度F進行控制，其優(yōu)點是不會影響實際插補輸出的位置精度，缺點是要預測減速點，計算工作量較大。后加減速控制是對各運動軸分別進行加減速控制，其優(yōu)點是不需要專門預測減速點，而是在插補輸出為零時開始減速，并通過一定的時間延遲逐漸靠近程序段的終點。缺點是在加減速控制過程中各坐標軸的實際合成位置可能不準確。1.前加減速控制|fs=6TfF穩(wěn)定速度，就是系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，每插補一次（一個插補周期）的進給量。（要求理解，P129））S量。（要求理解，P129））S曲線加減速第四章CNC一、 CNC系統(tǒng)的組成論述或簡答CNC系統(tǒng)是由除機床本體以外的程序輸入/輸出裝置、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動裝置、進給系統(tǒng)位置檢測器二、 CNC裝置的組成：數(shù)控軟件、硬件（CPU、存儲器、總線、外設-輸出接口和后續(xù)設備）、位置控制部分（位置控制單元、速度控制單元）三、 CNC裝置的工作原理（工作流程）簡答或論述輸入 4.進給速度處理 7.I/O處理譯碼 5.插補 8.顯示刀具補償 6.位置控制 9.診斷論述1.輸入零件程序、控制參數(shù)和補償量等數(shù)據(jù)。輸入的形式有鍵盤輸入、磁盤輸入、DNC接口輸入、網(wǎng)絡輸入。有MDI（ManualDirectInput,手工直接輸入）和存儲工作方式輸入工作方式。以一個程序段為單位，把零件輪廓信息（如起點、終點、直線或圓弧等）、加工速度信息（F代碼）和其他輔助信息（M、S、T代碼等）按照一定的語法規(guī)則解釋成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用單元。刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。包括刀具長度補償和刀具半徑補償。

4編程所給的刀具移動速度，是在各坐標的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據(jù)合成速度來計算各運動坐標的分速度。在有些CNC裝置中，對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理5插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行“數(shù)據(jù)點的密化”。6在每個采樣周期內(nèi)，將理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機。通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。7I/O處理主要處理CNC裝置面板開關信號、機床電氣信號的輸入、輸出和控制（如換刀、換擋、冷卻等）。零件程序、參數(shù)、刀具位置、機床狀態(tài)、加工軌跡包括聯(lián)機診斷和脫機診斷。聯(lián)機診斷是指CNC裝置中的自診斷程序。脫機診斷是指系統(tǒng)運轉(zhuǎn)條件下的診斷，一般CNC裝置配備有各種脫機診斷程序以檢査存儲器、外圍設備（CRT）、I/O接口等。脫機診斷還可以采用遠程通信方式進行，即所謂的遠程診斷，四、CNC硬件結(jié)構(gòu)：①單微處理器結(jié)構(gòu)：微處理器（CPU）、位置控制部分、數(shù)據(jù)輸入/輸出接口及外圍設備。②多微處理器結(jié)構(gòu)：a.主從結(jié)構(gòu)b多主結(jié)構(gòu).c.分布式結(jié)構(gòu)

多微處理器CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)：共享總線和共享存儲器。CNC系統(tǒng)軟件的組成腕障他嗓理

發(fā)輸皓庇」

CNC系統(tǒng)軟件的組成腕障他嗓理

發(fā)輸皓庇」

人機空互交ZLI

lai示處熾土軸st釧

機山愉人怖山

位HI控制

Hil補遠仲

￡咼半輕補愷1） CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)結(jié)都具有多任務并行處理和多重實時中斷的特點2） CNC系統(tǒng)的中斷類型：中斷類型有外部中斷、內(nèi)部定時中斷、硬件故障中斷以及程序性中斷等。3） CNC系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式：一是前后臺軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式；二是中斷型軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式；第五章位置檢測裝置位置檢測裝置的作用：它的功能是對被控制變量進行檢測與信號變換，與指令信號進行比較，達到反饋控制的目的.1分類：按變換方式分為數(shù)字式和模擬式；按運動方式分為直線型和回轉(zhuǎn)型（對直線位移采用直線型，稱為直接測量，采用回轉(zhuǎn)型稱為間接測量）、位置檢測裝置分類

521旋錢您比器旳結(jié)構(gòu)利丄作原埋旋轉(zhuǎn)變壓器（又稱同步分解器）是利用電磁感應原理的種模擬式測角器件，是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機，在結(jié)構(gòu)上和二相繞線式異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，分仁O旋轉(zhuǎn)變壓器的特點是堅固、耐旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測元件，有兩種應用方式;鑒相式工作方式和鑒幅式工作方 （如 何 加 電？ ）P193在1H:加匕卷下.施轉(zhuǎn)亦圧磊昇定于兩才日疋左統(tǒng)細IC正磁純紅I啟和余畏＜牝組6分別加上幅彳直相欝"頻率相冋”Tffl粕位曲注正弓玄立壘電莊”如圉丘點聞示。P193在這種工作方式中"定于二相繞組力口的烽頊奉相同片和位才目同，而幅值分另U按正弦、義弓玄夫見律喪化白勺立亦電壓*感應同步器原理當滑尺的兩個繞組中的任一繞組通過徼磁立變電壓時，±1于電磁感應，在定尺繞紐中會產(chǎn)生感應電勢“該感怎樣加電減電？與旋轉(zhuǎn)變壓器的異同P196鑒相方式給滑尺的曲!1繞組和cos繞組通以幅值相等力頻率相同、相位相差9（r的交流電壓激磁信號2、鑒幅方式紿滑尺的正弦繞組S和余弦繞組U分別通以婁頁率相同弋相位相同.但幅值不同且能由指令角位移調(diào)節(jié)的交流電壓3、 脈沖編碼器（是一種增量檢測裝置，分為光電式、接觸式、電磁感應式，最常用的是光電式編碼器4、 按編碼方式分為：絕對值式和增量值式

壇量式豚沖編碼馨的工作礙瑾當圓先搠旌辛專甘寸.先線遞仆北w的線紋部分’形遞陰h音相同旳條紋口光電冗件標霽這些明11音+HIXI的光佶號”井奇專4七瑋左替變化的電佶號T診佶號藝勵組近伽于正弦孑丁日耳流彳言號』和””女甘闔5."矽〒示①上和丑佶號桿M立相翼M° ,經(jīng)放:大和整形后光電式脈沖編碼器的工作原理：是一種光學式位置檢測元件，編碼盤直接裝在轉(zhuǎn)軸上，能把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖信號，是數(shù)控機床上保用很廣泛的位置檢測裝置，同時也用于速度檢測5、絕對式編碼器：沒有累計誤差，最常用的是光電式二進制循環(huán)碼編碼器（圖在P205)倭J些-叩斗 獸色艮寸"_ 注獲音劇年耳盞:6絕對式編碼器原理202頁5、光柵莫爾條紋P207光電式脈沖編碼器的工作原理：是一種光學式位置檢測元件，編碼盤直接裝在轉(zhuǎn)軸上，能把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖信號，是數(shù)控機床上保用很廣泛的位置檢測裝置，同時也用于速度檢測5、絕對式編碼器：沒有累計誤差，最常用的是光電式二進制循環(huán)碼編碼器（圖在P205)倭J些-叩斗 獸色艮寸"_ 注獲音劇年耳盞:6絕對式編碼器原理202頁5、光柵莫爾條紋P207)與亠亠 Ml*Xf"■— JjS<斑豆IIII—1r—in與亠亠 Ml*Xf"■— JjS<斑豆IIII—1r—in第六章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一、伺服系統(tǒng)的組成論述速度控制單元位置控制1）伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測環(huán)節(jié)等組成速度控制單元位置控制（論述題，根據(jù)圖形）它是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及功率驅(qū)動放大器等各部分組成。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等各部分組成。位置控制則主要是對機床運動坐標進行控制，軸控制是要求最高位置控制，不僅對單個軸的運動速度和位置精度的控制有嚴格要求，而且在多軸聯(lián)動時，還要求各移動軸有很好的動態(tài)配才能保證加工效率、加工精度和表面粗糙度2） 伺服系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機床進給運動的執(zhí)行機構(gòu)3） 數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求在哪些？可逆可行、速度范圍寬、具有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性、快速響應

并無超調(diào)、高精度、低速大轉(zhuǎn)矩、伺服系統(tǒng)對伺服電機的嚴格要求4)伺服系統(tǒng)的分類按調(diào)節(jié)理論分類 ②按被控對象分類開環(huán)伺服系統(tǒng) a.進給伺服系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng) b.主軸伺服系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)(圖6.16.26.36.4要識別P212214215)二、伺服電機伺服驅(qū)動電動機的性能在很大程度上影響進給伺服系統(tǒng)的性能。它應該滿足以下要求調(diào)速范圍寬精度高電動機的負載特性要好電動機的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低、保用維修簡便交流伺服電機異步、同步的原理、調(diào)速、公式P228n二n二60f/p 主要通過改變f來調(diào)速0s三、步進電機步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械角位移的機電執(zhí)行元件。步進電機的轉(zhuǎn)子上無繞組，且均勻分布若干個齒，定子上有勵磁組。安輸給勵磁組一個電脈沖時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應的角度，稱為步距角a*工作原理(結(jié)合圖敘述原理，方向怎樣改變P232)走于上有六于越楓，磁椅上綣有救降疑爭°琴質(zhì)號十沖目艮寸白句爭議楓舍且磁一沖母；車專于上有四十皆a女口隼先訓等電另永：中力口至UA木貝舞全且h悲子白勺魚相磁樁京比嚴2主不茲埠M 并艮寸李專于嚴主務丈立力.千吏李專于白勺1' 3狷仆靖與走于白勺A沖目方菇板艮寸升=rTn盾再習每宓月放；中?入m沖目滋盛學綽. 石玆粗F恿嚴1土不疏誦I” 謹曰寸卑專于之、斗兩于苗與B并目聽茲磁強彳導:?:遠” 于星車專于彳更歹骨肴逵曰寸名十方冋李專垃30° ”叩車眉于之、4兩于雷肓走于B和目弄菇樁艮寸3?通電方式： ①三相單三拍三相六拍?步矩角：步進電動機每走一步所轉(zhuǎn)過的角度叫步矩角。其大小等于錯齒的角單拍時k=l,雙拍時k=2)360mKN6M（1-單拍時k=l,雙拍時k=2)360mKN6M（1-s）n二四、交流進給速度控制交流電動機轉(zhuǎn)速公式為對于進給系統(tǒng)常用交流同步電機，這種電機沒有轉(zhuǎn)差率，公式為n60厶,P從式中看出只能用變頻調(diào)速。分為交-直-交變頻器和交-交變頻器SPWM變頻器（交一直一交）：基本特點是等距、等幅而不等寬，中間脈沖寬而兩邊脈沖窄，其各個脈沖面積和與正弦波下的面積成比例，脈寬基本上按正弦分布。五、位置控制的基本原理：位置控制環(huán)是伺服系統(tǒng)的外環(huán)，它接收數(shù)控裝置插補器每個插補采樣周期發(fā)出的指令，作為位置的給定。同時，還接收每個位置采樣周期測量反饋裝置測出的實際位置值，然后與位置給定值進行比較（給定值減去反饋值）得出位置誤差，該誤差作為速度環(huán)的給定。第七章一、 數(shù)控機床的組成主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、基礎支撐件、輔助裝置二、 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的主要特點：①結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、自動化程度高②高的靜、動剛度及良好的抗振性能采用高效、高精度無間隙傳動裝置具有適應無人化、柔性化加工的功能部件三、 數(shù)控機床布局（看圖識別即可）床身和導軌的布局P266加工中心的布局P268四、 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)三種變速方式a.變速齒輪b.帶傳動c.內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu)直流和交流電動機結(jié)構(gòu)的功率轉(zhuǎn)矩特性圖（必考，由圖分析P247