機床數(shù)控技術與應用期末總結(jié)

一．數(shù)控的概念：數(shù)字控制簡稱數(shù)控是一種自動控制技術，是用數(shù)字化信號對機械的運動及其工作過程進行控制的一種方法。二．數(shù)控機床組成：通常是由程序載體、CNC裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)（包括主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)和進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)）、檢測與反饋裝置、輔助裝置和機床本體組成。（1）、CNC裝置組成：微處理器、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路、和輸入/輸出控制。（2）、伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行裝置兩大部分，執(zhí)行裝置常用的伺服電動機有，步進電機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。而執(zhí)行裝置主要由伺服電動機、驅(qū)動控制系統(tǒng)和位置檢測與反饋裝置等組成。伺服系統(tǒng)中常用的伺服驅(qū)動軟件有功率步進電機、電液脈沖電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。數(shù)控機床特點：①采用高性能主傳動及主軸部件，使得主軸部件傳遞功率大、剛度高、抗震性好及熱變形小。②進給傳動采用高效傳動件，具有傳動鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、傳動精度高等特點，一般采用滾珠絲杠副和直線滾動導軌副等。③具有完善的道具自動交換和管理系統(tǒng)。④在加工中心上一般具有工件自動交換、工件夾緊和放松機構(gòu)。⑤機床本身基友很高的動、靜剛度。⑥采用全封閉罩殼。數(shù)控機床的分類按運動控制的特點分類：點位控制數(shù)控機床、直線控制數(shù)控機床、輪廓控制數(shù)控機床。①點位控制數(shù)控機床特點：只控制運動部件從一個位置到另一個位置的準確定位，嚴格控制點到點之間的距離，而與所走的路徑無關。②直線控制數(shù)控機床特點：不僅要求具有準確的定位功能，還要求從一點到另一點按直線運動進行切削加工，刀具相對于工件移動的軌跡是平行機床各坐標軸的直線或兩軸同時移動構(gòu)成45度的斜線。③輪廓控制數(shù)控機床特點：能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)的切削加工控制，它不僅能控制機床移動部件的起點和終點坐標，而且能按需要嚴格控制刀具的移動軌跡，以加工出任意斜線、圓弧、拋物線及其他函數(shù)關系的曲線或曲面，按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：開環(huán)數(shù)控機床、半閉環(huán)數(shù)控機床、閉環(huán)數(shù)控機床。①開環(huán)數(shù)控機床特點：開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定，容易調(diào)試和成本低等優(yōu)點，但加工精度較差。②半閉環(huán)數(shù)控機床特點：半閉環(huán)控制系統(tǒng)實際控制的是絲杠的轉(zhuǎn)動，而絲杠螺線副的傳動誤差無法測量，只能靠制造保證。因而半閉環(huán)系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。③閉環(huán)數(shù)控機床特點;從理論上講，閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，它完全可以消除由于傳動部件制造中存在的誤差給工件加工帶來的影響。所以這種控制系統(tǒng)可以得到很高的加工精度。按機床的工藝用途分類：金屬切削類機床、金屬成型類及特種加工類數(shù)控機床。加工中心機床：也稱為可自動換刀的數(shù)控機床，是一種帶有自動換刀裝置（刀庫和自動交換刀具的機械手）能進行銑削、鏜削、鉆削加工的復雜型數(shù)控機床。特點;工件一次裝夾可完成多道工序。為進一步特高生產(chǎn)率，有的加工中心使用雙工作臺，一面加工，一面裝卸，工作臺可自動交換。按照可聯(lián)動軸數(shù)進行分類：兩坐標聯(lián)動控制、2.5坐標聯(lián)動控制、三坐標聯(lián)動控制、四坐標聯(lián)動控制、五坐標聯(lián)動控制。數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展歷程數(shù)控機床的發(fā)展歷程;兩個階段和六代的發(fā)展兩個階段：數(shù)控（CN）階段（1952-1970年）、計算機控制（CNC）階段（1970-現(xiàn)在）。六代發(fā)展：第一代電子管、第二代晶體管、第三代小規(guī)模集成電路、第四代小型計算機、第五代微處理器、第六代基于PC。數(shù)控機床的發(fā)展過程中，發(fā)生的歷史事件：①1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，它為人類進入信息社會奠定了基礎。②1948年提出采用數(shù)控技術進行機械加工思想。③1952年，美國麻省理工學院成功地研制出一臺三坐標聯(lián)動的試驗型數(shù)控銑床，這是公認的世界上第一臺數(shù)控機床，當時點電子元件是電子管④1959年，開始采用晶體管元件和印刷線路板，出現(xiàn)了帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為加工中心⑤從1960年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本也陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)了數(shù)控機床。⑥1965年，數(shù)控裝置開始采用小規(guī)模集成電路，使數(shù)控裝置的體積減小，功耗降低，可靠性提高。但仍然是硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（NC）⑦1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的FMS⑧1970年，在美國芝加哥國際機床博覽會上，首次展出了用小型計算機控制的數(shù)控機床，這是第一臺計算機控制的數(shù)控機床（CNC）。⑨1974年，微處理器直接用于數(shù)控系統(tǒng)，促進了數(shù)控機床的普及應用和數(shù)控技術發(fā)展。⑩20世紀80年代初，國際上出現(xiàn)了以加工中心為主體，在配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢測裝置的FMC⑾1990年，PC機的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且pc機生產(chǎn)批量很大，價格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于pc的階段。數(shù)控機床的發(fā)展趨勢：①運行高速化②加工高精化③功能復合化④控制智能化⑤體系開放化=6\*GB3⑥驅(qū)動并聯(lián)化=7\*GB3⑦交互網(wǎng)絡化。插補原理：所謂插補是在對數(shù)控系統(tǒng)輸入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，自動地在有限坐標點之間生成一系列的坐標數(shù)據(jù)，即所謂“數(shù)控密化”，從而自動地對各坐標軸進行脈沖分配，完成整個線段的軌跡運行，以滿足加工精度的要求。（1）從插補計算輸出的數(shù)值形式來分有基準脈沖插補（又稱脈沖增量插補）和數(shù)據(jù)采樣插補。（2）脈沖當量：相對于每一脈沖信號的機床運動部件的位移量稱為脈沖當量（3）逐點比較法的直線插補過程為沒走一步要進行判別、進給、運算、比較。逐點比較法計算（第一象限）數(shù)控機床編程的步驟1、分析零件圖樣和工藝處理，2、數(shù)學處理，3、編寫零件程序清單4、程序輸入5、程序校核與首件試切。首件試切：首件試切時，應該以單程序段的運行方式進行加工，隨時監(jiān)視加工狀況，調(diào)整切削參數(shù)和狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)存在加工誤差事，應分析誤差產(chǎn)生原因，找出問題所在，加以修正。八、數(shù)控編程的坐標系坐標和運動方向命名原則：不考慮實際機床在加工時是刀具移向工件，還是工件移向刀具，而一律假定工件固定，刀具相對于靜止的工件而運動。直銑床Z直銑床ZXYZYZZX臥車XX臥銑牛頭刨九、機床零點：機床坐標系的原點稱為機床零點，它是機床上的一個固定點，由機床制造廠確定。數(shù)控車的機床零點一般設在主軸前端面的中心，Z軸與軸平行，為橫向進刀方向；X軸與主軸垂直，為縱向進刀方向。機床參考點：用于機床工作臺與刀具相對運動的增量測量系統(tǒng)進行定標和控制的點。參考點的位置是由每個運動軸上的擋鐵和限位開關精確地預先預定好，因此參考點對機床零點的坐標是一個固定的已知數(shù)。工件坐標系與工件零點：工件坐標系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標系，是編程人員為了編程方便而由編程人員建立的。工件坐標系的原點既是工件零點。數(shù)控加工的對象：數(shù)控機床適用于中小批量、形狀復雜零件的加工。確定走刀路線時遵循的原則1、應能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求，2、應使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率，3、應使數(shù)值計算簡單程序段數(shù)量小，以減少編程工作量。（1）刀具半徑補償包括刀具半徑偏移和尖角過渡。（2）B刀補和C刀補區(qū)別：刀具半徑補償B功能在零件輪廓的拐角處，通過附加圓弧進行過渡，這種過渡方法使得刀具在拐角處造成工藝停頓，不能加工出圖紙規(guī)定的零件尖角，其工藝性能差。刀具補償C功能是在零件拐角處采用折線進行過渡，且系統(tǒng)可以自動實現(xiàn)尖角過渡，不需要人工指定。十二.切削用量的確定（了解）1.要充分保證刀具能加工完一個工件或保證刀具的耐用度不低于一個工作班，最少也不低于半個班的工作時間。2.切削深度主要受機床剛度的限制，在機床剛度允許的情況下，盡可能使切削深度等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。3.對于表面粗糙度和精度要求高的零件，要留有足夠的精加工余量。數(shù)控機床的精加工余量比普通機場小一些。4.主軸轉(zhuǎn)速n要根據(jù)切削速度v來選擇：v=πnD/1000（D=工件或道具直徑）5.進給速度f。，是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，可根據(jù)工作的加工精度和表面粗糙度要求，以及道具和工件材料的性質(zhì)選取。十三.加工程序的結(jié)構(gòu)一般包含三個部分（了解）1.程序標號字（N功能字），2.程序段的結(jié)束符號（；），3.程序段主體。十四.CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)（了解）從CNC系統(tǒng)的總體安裝結(jié)構(gòu)看，有整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)從組成CNC系統(tǒng)的電路板的結(jié)構(gòu)特點來看，有大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)從CNC系統(tǒng)使用的微機及結(jié)構(gòu)來分，CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多片微處理器結(jié)構(gòu)。共享總線型結(jié)構(gòu)分為主模塊與從模塊兩部分。其總線仲裁采用串行方式和并行方式。（1）、在串行總線總裁方式中，優(yōu)先級的排列是按連接位置確定。（2）、并行總線仲裁方式中，要配備專用的邏輯電路來解決主模塊優(yōu)先級的問題，通常采用優(yōu)先級編碼器的方案。十六、開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)開放式數(shù)控系統(tǒng)特點為系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標準化、多樣化和互換性的特征，允許同通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)成系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成構(gòu)造，是可移植性和透明的。開放體系結(jié)構(gòu)CNC優(yōu)點①向未來技術開放②標準化人機界面③向用戶的特殊要求開放④可減少產(chǎn)品品種計算機數(shù)控系統(tǒng)的軟件一般由輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序等組成。數(shù)控系統(tǒng)一般屬于多任務并行處理，可分為資源重復、時間重疊、和資源共享。其中，資源共享是指根據(jù)“分時共享”的原則，使多個用戶按時間順序使用同一套設備；“時間重疊”是指根據(jù)流水線處理技術，使多個處理過程在時間上互相錯開，輪流使用同一套設備的幾個部分。PLC定義：可編程序控制其實數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下運用而設計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC分類：一類是數(shù)控裝置的生產(chǎn)廠家將CNC的PLC綜合起來而設計的內(nèi)裝型PLC；另一類是獨立性PLC。二十、旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理：與普通變壓器相似，區(qū)別在于普通變壓器一次及二次繞組位置固定，輸出電壓與輸入電壓是常數(shù)，而旋轉(zhuǎn)變壓器定子、轉(zhuǎn)子繞組相對位置隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化，因而輸出電壓時轉(zhuǎn)子角的函數(shù)。對定子繞組加以不同形式的勵磁電壓，可以得到兩種典型工作方式：相位工作方式，幅值工作方式。二十一、光柵測量的工作原理：光柵裝置的結(jié)構(gòu)是由光柵尺和指示光柵組成的，在標尺光柵和指示光柵上都有密度相同的許多許多刻線，稱為光柵條紋。對于透射光柵，這些刻線不透光。光線由兩刻線之間窄面透射。把指示光柵平行放在標尺光柵側(cè)面，并使它們的刻線相對傾斜一個很小角度，光源放在標尺光柵另一側(cè)面。當光線通過時，在指示光柵上會產(chǎn)生莫爾條紋，莫爾條紋是明暗相間的條紋。當指示光柵移動時，莫爾條紋移動，移動方向幾乎與光柵移動方向垂直。指示光柵相對標尺光柵移動一個刻線距離，莫爾條紋也移動一個莫爾條紋距離。當移動時，光電元件接受光線受莫爾條紋影響呈正弦規(guī)律變化，因此光電元件產(chǎn)生正弦規(guī)律變化電壓。標尺光柵莫爾條紋