《數(shù)控原理論文》word版

1、。數(shù)控機床是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和穩(wěn)定性、能加工復雜零件、減輕了工人的勞動強度和易于實現(xiàn)現(xiàn)代化管理等一系列優(yōu)點，目前在機械制造業(yè)中得到了廣泛的應用。 一、數(shù)控機床原理 數(shù)控機床一般由信息載體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成。信息載體即穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤等，用于記錄程序編制的內容，并通過光電紙帶閱讀機、磁帶機和磁盤驅動器等讀入裝置輸送給數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，也就是常說的NC（普通數(shù)控裝置） 或CNC（計算機數(shù)控裝置），NC是數(shù)控機床發(fā)展初期的一種形式，現(xiàn)在的數(shù)控機床大多使用CNC系統(tǒng)。數(shù)控裝置的作用是接受讀入裝置輸入的

2、加工信息，經(jīng)過譯碼處理和運算，發(fā)出相應的指令脈沖給伺服系統(tǒng)，完成零件加工。伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行部分，由電動機和傳動裝置組成。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控裝置傳來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行件（工作臺或刀架）運動的位移和速度。機床本體主要是機械部件，包括主運動部件、進給運動部件和支承部件等。對于數(shù)控機床部件來講，機械部件結構較通用機床簡單，但其各項技術指標要求比通用機床要高。在數(shù)控機床上進行加工時，首先根據(jù)零件圖編制程序，編程的代碼和指令格式大多符合ISO標準和相應的國家標準。然后將程序通過信息載體輸入到NC或CNC中，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序內容發(fā)出指令，一方面由伺服系統(tǒng)中的電動機通過傳動裝置控制機床執(zhí)行件

3、的運動，另一方面控制機床的其它輔助運動，如主軸轉速、轉向選擇，冷卻泵的開停等。兩方面協(xié)同動作，共同完成加工內容。數(shù)控機床加工零件的過程如圖1所示。 二、數(shù)控機床的分類方法多種多樣，常見的分類方法有四種 （一）按伺服系統(tǒng)類型分類 分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。由伺服系統(tǒng)控制機床執(zhí)行件運動時，雖然其接受了數(shù)控裝置的指令要求值，但實際位移量并不一定等同于指令要求值，也就是存在一定的誤差。這一誤差是由伺服電動機的轉角誤差、減速齒輪的傳動誤差、滾珠絲杠的導程誤差以及導軌副抵抗爬行的能力這四項因素綜合反映的。開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于使用的電動機不同、是否進行執(zhí)行件的測量及誤差補償以及誤差補償范圍

4、的大小不同。開環(huán)系統(tǒng)如圖2所示，由于不進行執(zhí)行件的測量及誤差補償，所以結構簡單，維修方便，精度相對較低，成本低，一般用于精度要求不太高的中小型數(shù)控機床上。閉環(huán)系統(tǒng)如圖3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求較高的大型和精密數(shù)控機床上。半閉環(huán)系統(tǒng)如圖4所示，介于兩者之間，只對部分誤差進行補償，因此從理論上講其加工精度不如全閉環(huán)系統(tǒng)。圖1所示的系統(tǒng)稱之為開環(huán)系統(tǒng)（圖中虛線框部分所示），如果加入位移檢測裝置和反饋系統(tǒng)（圖中虛線部分所示），此時，該系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。 （二）按控制運動的方式分類 分為點位控制、直線控制和輪廓控制三種。點位控制數(shù)控機床在加工平面內只控制刀具相對于工件的定位點的坐標位置，而

5、對定位移動的軌跡不作要求。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和測量機等。直線控制數(shù)控機床能控制刀具或工件的適當?shù)倪M給運動，沿平行于坐標軸的方向進行直線移動和加工，或者控制兩個坐標軸以相同的速度運動，沿45°斜線進行切削加工。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床以及某些加工中心。輪廓控制數(shù)控機床能同時控制兩個或兩個以上坐標軸，使刀具與工件作相對運動，加工復雜零件。單純的點位控制和直線控制機床很少，大部分為輪廓控制數(shù)控機床。輪廓控制數(shù)控機床能夠實現(xiàn)聯(lián)動加工，也能進行點位和直線控制。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床以及加工中心機床。 （三）按工藝用途分類

6、分為一般數(shù)控機床和數(shù)控加工中心。一般數(shù)控機床指與一般通用機床相對應的數(shù)控車、銑、鉆、鏜、磨和齒輪加工機床。加工中心最顯著的特點是具有刀庫和換刀機械手，能夠實現(xiàn)多工序加工。刀庫的容量應為二十把刀以上，但是一般常說的四方刀架、八方刀架等不屬于刀庫的范疇。 （四）按數(shù)控裝置的功能分類 分為數(shù)控機床、簡易數(shù)控機床和經(jīng)濟型數(shù)控機床。數(shù)控機床的數(shù)控裝置功能齊全，能夠進行自動編程、自動測量和自動故障診斷等。簡易數(shù)控機床的功能單一，僅具備實現(xiàn)自動化的基本功能，并采用直觀輸入方式，結構簡單，價格便宜。通用機床可采用單片機或單板機經(jīng)數(shù)控化改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，性能可靠，操作簡便。 插補的任務是根據(jù)進給速度的要求，

7、在輪廓起點和終點之間計算出若干個中間點的坐標值，每個中間點計算所需時間直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補中間點坐標值的計算精度又影響到數(shù)控系統(tǒng)的控制精度，因此，插補算法是整個數(shù)控系統(tǒng)控制的核心。插補算法經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不斷成熟，種類很多。一般說來，從產(chǎn)生的數(shù)學模型來分，主要有直線插補、二次曲線插補等；從插補計算輸出的數(shù)值形式來分，主要有脈沖增量插補(也稱為基準脈沖插補)和數(shù)據(jù)采樣插補26。脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補都有個自的特點，本文根據(jù)應用場合的不同分別開發(fā)出了脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補。三.插補原理和道具補償原理機床數(shù)字控制的核心問題之一，就是如何控制刀具與工件的相對運動。也就是說為了滿足被

8、加工工件幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應該準確的依照工件的輪廓來生城刀具中心軌跡。然而對于簡單的曲線，數(shù)控裝置易于實現(xiàn)但對于較復雜的形狀，若直接生成勢必會使算法變得很復雜計算機的工作量也相應的大大增加。因此，在實際應用中常常采用一小段直線或圓弧去進行逼近，有些場合也可以用拋物線、橢圓、雙曲線和其他高次曲線去逼近復雜曲線（或稱為擬合）所謂插補就是指數(shù)據(jù)密化的過程。在對數(shù)控系統(tǒng)諸如有限坐標點的情況下，計算機根據(jù)線段的特征，運用一定的算法，自動地在這些特征之間插入一系列的中間點，即所謂數(shù)據(jù)密化，從而對坐標軸進行脈沖分配，完成整個曲線的軌跡運行一滿足加工精度的要求。插補算法有很多種，現(xiàn)將其歸納為兩大

9、類：（一）脈沖增量插補脈沖增量插補是行程標量插補，每次插補結束產(chǎn)生一個行程增量，以脈沖的方式輸出。這種插補算法主要應用在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，在插補計算過程中不斷向各坐標軸發(fā)出互相協(xié)調的進給脈沖，驅動電機運動。一個脈沖所產(chǎn)生的坐標軸移動量叫做脈沖當量。脈沖當量是脈沖分配的基本單位，按機床設計的加工精度選定，普通精度的機床一般取脈沖當量為：0.01mm，較精密的機床取1或0.5。采用脈沖增量插補算法的數(shù)控系統(tǒng)，其坐標軸進給速度主要受插補程序運行時間的限制，一般為13m/min。脈沖增量插補主要有逐點比較法、數(shù)據(jù)積分插補法等。逐點比較法最初稱為區(qū)域判別法，或代數(shù)運算法，或醉步式近似法。這種方法的原理是：

10、計算機在控制加工過程中，能逐點地計算和判別加工偏差，以控制坐標進給，按規(guī)定圖形加工出所需要的工件，用步進電機或電液脈沖馬達拖動機床，其進給方式是步進式的，插補器控制機床。逐點比較法既可以實現(xiàn)直線插補也可以實現(xiàn)圓弧等插補，它的特點是運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當量，輸出脈沖均勻，速度變化小，調節(jié)方便，因此在兩個坐標開環(huán)的CNC系統(tǒng)中應用比較普遍。但這種方法不能實現(xiàn)多軸聯(lián)動，其應用范圍受到了很大限制。數(shù)據(jù)采樣插補算法 根據(jù)數(shù)控加工程序所要求的進給速度，按照插補周期的大小，先將零件輪廓曲線分割為一系列首尾相接的微小直線段，然后輸出這些微小直線段所對應的位置增量數(shù)據(jù)，控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸進給。 采

11、用數(shù)據(jù)采樣插補算法時，每調用一次插補程序，數(shù)控系統(tǒng)就計算出本插補周期內各個坐標軸的位置增量以及各個坐標軸的目標位置。隨后伺服位置控制軟件將把插補計算求得的坐標軸位置與采樣獲得的坐標軸實際位置進行比較求得位置跟蹤誤差，然后根據(jù)當前位置誤差計算出坐標軸的進給速度并輸出給驅動裝置，從而驅動移動部件向減小誤差的方向運動。 逐點比較法：逐點比較法的基本原理是，在刀具按要求軌跡運動加工零件輪廓的過程中，不斷比較刀具與被加工零件輪廓之間的相對位置，并根據(jù)比較結果決定下一步的進給方向，使刀具向減小偏差的方向進給（始終只有一個方向）。一般地，逐點比較法插補過程有四個處理節(jié)拍，如圖：（）偏差判別。判別刀具當前位置

12、相對于給定輪廓的偏差狀況；（）坐標進給。根據(jù)偏差狀況，控制相應坐標軸進給一步，使加工點向被加工輪廓靠攏；（）重新計算偏差。刀具進給一步后，坐標點位置發(fā)生了變化，應按偏差計算公式計算新位置的偏差值；（）終點判別。若已經(jīng)插補到終點，則返回監(jiān)控，否則重復以上過程。 圖4-1處理節(jié)拍  圖4-2第一象限直線插補規(guī)律直線插補圖4-2為第一象限直線，其終點坐標為（e，e），現(xiàn)分析其插補規(guī)律。刀尖點位置不外乎種情況：輪廓線上方（點），輪廓線上（點），輪廓線下方（點）。顯然，在點處，為使刀尖點向輪廓直線靠攏，應向走一步；點處，應向走一步；至于點，看來兩個方向均可以，但考慮匯編編程時的方便，

13、現(xiàn)規(guī)定往向走一步。（，）點處有：>ee              ee > 0（，）點處有：ee             ee 0（，）點處有：<ee              ee < 0ee為原始的偏差計算公式（，為當前插補點動態(tài)坐標），稱為偏差，每走一步到達新位置點，就要計算相應這個值。顯然，0時，須向走