数控技术总复习思考题.ppt

第1章绪论,课程内容,第1章概论第2章数控加工的程序编制第3章计算机数控装置的插补原理第4章计算机数控装置第5章数控检测装置第6章数控伺服系统,第1章绪论,第1章概论,数控技术的基本概念数控机床的工作原理及组成数控机床的分类数控机床的加工特点,1.1数控技术的基本概念,1.什么是机床？2.什么叫数控？3.何谓数控技术？P1714.何谓数控机床？5.数控技术和其它学科、概念之间的关系？,数控（NumericalControl）数字控制是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控机床（NCMachine）数控机床就是采用了数控技术的机床，或装备了数控系统的机床。数控技术是现代先进制造技术的基础，其技术水平和普及程度是衡量国家综合国力和工业现代化程度的重要标志。国际信息处理联盟(IFIP-InternationalFederationofInformationProcessing)第五技术委员会对数控机床的定义是:数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。即数控机床是采用了数控技术的机床或装备了数控装置的机床。,1.1数控技术的基本概念,数控系统数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件。这里主要指由硬件搭成的系统。计算机数控系统（ComputerizedNumericalControlSystemCNC）计算机数控系统由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成。数控程序（NCProgram）输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其它符号编码的一系列指令。,1.1数控技术的基本概念,数控编程生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程。数控加工根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序，输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。,数控机床的组成,CNC机床的组成和工作原理,CNC装置控制软件(软件功能)硬件电路(硬件功能),主轴伺服单元,主轴驱动装置,可编程控制器,进给伺服单元,进给驱动装置,测量装置(位置速度),程序,操作面板,输入输出设备,机床,M.S.T辅助指令信号,主轴电机,主轴动作,完成进给动作,PLC,完成开关动作,伺服驱动系统,进给电机电机,信号转换放大,数控技术由机床、数控系统和外围技术组成，如下图：,数控机床的组成,数控机床的工作原理,数控加工过程,零件图纸,工艺分析,数值计算,编制并输入程序,安装工件,对刀试切,加工检验,数控加工系统及其组成环节,1.2数控机床的分类,1、按运动控制的特点分类2、按伺服系统的类型分类3、按工艺方法分类4、按功能水平分类,高档中档低档,金属切削类数控机床金属成型类及特种加工类数控机床,开环控制的数控机床闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床,点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制的数控机床,课后复习题,P161-5,课后习题,P1461、3、4、7、10、12、15,课后习题,VS,VS,P2501、2、4、6、10、11、12,课后习题,P3181、2、3、5、7、8,第1章绪论,第2章概论,概述数控编程的基础数控标准数控系统的指令代码手工编程自动编程程序编制中的数学处理,2.1.1数控编程的基本概念根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制数控加工指令序列。2.1.2数控编程方法1)手工编程2)自动编程,以自动编程语言为基础的方法以计算机辅助设计为基础的方法,2.1概述,2.2数控编程的基础2.2.1编程的几何基础1机床坐标系机床上固有的坐标系数控机床的主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行,2机床零点与参考点机床零点：机床坐标系的零点。（基准点）参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。返回参考点,3.工件坐标系与工件零点用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系选择工件零点的原则：便于将工件图的尺寸方便地转化编程的坐标值和提高加工精度4编程零点5.绝对尺寸与增量尺寸从工件坐标系的原点进行标注的尺寸相对它前一点的位置增量进行标注的尺寸,2.2.2编程的工艺基础数控编程的特点：需要处理工艺问题1.加工工件的选择2.加工工序的划分刀具集中分序法粗、精加工分序法按加工部位分序法3.工件的装卡方式(1)尽量采用组合夹具(2)选择合理的零件定位、夹紧的部位避免干涉，便于测量(3)选择合理的夹紧力位置和方向减少变形(4)装卡、定位要考虑到重复安装的一致性,先平面，后孔先简单，后复杂先精度低，后精度高,4.加工路线的确定应尽量减少进、退刀等辅助时间。铣削时，要尽量采用顺铣加工方式。选择合理的进、退刀位置。加工路线一般是先加工外轮廓，再加工内轮廓。5.切削用量的选择考虑机床、刀具、工件材料、冷却液等因素,2.2.3数控程序编制的内容与步骤,2.3数控标准2.3.1数控程序编制的国际标准和国家标准1.ISO代码和EIA代码国际标准化协会美国电子工业协会2.数控标准的内容：数控的名词术语；数控机床的坐标轴和运动方向；数控机床的字符编码（ISO代码、EIA代码）数控编程的程序段格式；准备机能（G代码）和辅助机能（M代码）；进给功能、主轴功能和刀具功能。,2.3.2程序结构与程序段格式1.加工程序的结构加工程序主程序和子程序程序段(block)字(word)地址和数据2.程序段格式,NGX.Y.FSTMLF,程序段序号,准备机能字,坐标字,进给功能字,主轴转速功能字,刀具功能字,辅助功能字,结束符,常用地址字符地址字意义A、B、C围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字F、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能G准备机能I、J、K插补参数M辅助机能N程序段序号U、V、W与X、Y、Z轴平行的第2移动坐标尺寸字X、Y、Z主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字,2.4数控系统的指令代码2.4.1国际标准化组织准规定的准备功能指令代码G代码（见教材表2.2）模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替非模态代码：的功能仅在所出现的程序段内有效同组的两个代码不能出现在一个程序段中不同组的G代码根据需要可以在一个程序段中出现,2.4.3G代码功能介绍（以FANUC系统为例）,1.与坐标系有关的G代码2.坐标值尺寸G代码3.关于参考点的G代码4.插补功能G代码5.进给功能G代码6.切削速度控制G代码7.主运动速度G代码8.补偿功能G代码9.固定循环指令,M代码指令主要用于数控机床开关量的控制。如程序结束，主轴的正、反转，冷却液的开、停等。M00暂停指令M02、M30程序结束指令。M03、M04和M05主轴正转、反转和停止。M08和M09冷却液开、关指令。M98、M99子程序调用和返回指令。见表2.17,2.4.4辅助功能指令M代码,2.5手工编程,1.孔加工程序编制2.数控车削加工程序编制3.数控铣削加工程序编制看书中的典型例题（以车、铣为主）,2.6.3图形交互自动编程系统自动编程系统:和CAD数据库及CAPP系统有效的连接；三维设计、分析、NC加工于一体。常见的CAD/CAM系统：SolidworksPro/EngineeringMasterCAMI-DEASUGCAXA主要处理过程：1几何造型2刀具走刀路径的产生3后置处理,第1章绪论,第3章计算机数控装置的插补原理,概述基准脉冲插补数据采样插补曲面直接插补,3.1概述3.1.1插补的基本概念数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的数据“密化”工作。插补有二层意思：一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）；二是用基本线型拟和其它轮廓曲线。插补运算具有实时性，直接影响刀具的运动。插补运算的速度和精度是数控装置的重要指标。插补原理也叫轨迹控制原理。五坐标插补加工仍是国外对我国封锁的技术。,数控轨迹插补,路径、轨迹与轨迹插补：路径表示刀具将要走过的道路，只具有几何形状的概念，没有时间上的概念。轨迹表示刀具不仅要沿给定的路径运动，而且还规定了完成这一运动所需的时间，即轨迹不但具有几何形状的概念,而且还包含速度和加速度等物理概念。插补是根据给定的基本数控曲线、刀具路径或零件表面等几何元素描述信息，在这些元素上的已知点之间，按要求的精度和速度进行坐标点密化的过程。,3.1.2插补方法的分类硬件插补器完成插补运算的装置或程序称为插补器软件插补器软硬件结合插补器1.基准脉冲插补每次插补结束仅向各运动坐标轴输出一个控制脉冲，各坐标仅产生一个脉冲当量或行程的增量。脉冲序列的频率代表坐标运动的速度，而脉冲的数量代表运动位移的大小。基准脉冲插补的方法很多，如逐点比较法、数字积分法、脉冲乘法器等。,3.1.2插补方法的分类2.数据采样插补采用时间分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期的进给直线段（又称轮廓步长）进行数据密化，以此来逼近轮廓曲线。然后再将轮廓步长分解为各个坐标轴的进给量（一个插补周期的近给量），作为指令发给伺服驱动装置。该装置按伺服检测采样周期采集实际位移，并反馈给插补器与指令比较，有误差运动，误差为零停止，从而完成闭环控制。数据采样插补方法有：直线函数法、扩展DDA、二阶递归算法等。,3.2基准脉冲插补3.2.1逐点比较法早期数控机床广泛采用的方法，又称代数法、醉步法，适用于开环系统。1.插补原理及特点原理：每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判断偏差点的瞬时坐标同规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成。逐点比较法可以实现直线插补、圆弧插补及其它曲安插补。特点：运算直观，插补误差不大于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调节方便。,（4）逐点比较法直线插补举例对于第一象限直线OA，终点坐标Xe=6,Ye=4，插补从直线起点O开始，故F0=0。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停止插补。,3.2.2数字积分法用数字积分的方法计算刀具沿各坐标轴的位移，数字积分法又称数字微分分析（DDA）法.1.DDA直线插补（1）原理：积分的过程可以用微小量的累加近似：由右图所示则X、Y方向的位移（积分形式）,X,Y,A(Xe,Ye),Vy,X,Y,A(Xe,Ye),Vx,Vy,V,O,Y,X,L,2.DDA法直线插补举例插补第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。取被积函数寄存器分别为JVX、JVY，余数寄存器分别为JRX、JRY，终点计数器为JE，均为三位二进制寄存器。,第1章绪论,第4章计算机数控（CNC）装置,概述CNC装置的硬件结构CNC装置的软件结构计算机数控中的可编程序控制器CNC装置的接口电路,4.1.3CNC装置的组成和工作原理,4.1.3CNC装置的组成和工作原理,硬件结构:CPU，存储器，总线、外设等。软件结构：是一种用于零件加工的、实时控制的、特殊的（或称专用的）计算机操作系统。,4.1.3CNC装置的组成和工作原理,3.工作原理通过各种输入方式，接受机床加工零件的各种数据信息，经过CNC装置译码，再进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动。并进行实时位置反馈控制，使各个坐标轴能精确地走到所要求的位置。,4.1.3CNC装置的组成和工作原理,1）输入2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、翻译成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区内。3）数据处理：包括刀具补偿，速度计算以及辅助功能的处理等。4）插补：插补的任务是通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点之间进行“数据点的密化工作”。5）位置控制：在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。6）I/O处理：处理CNC装置与机床之间的强电信号输入、输出和控制。7）显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态等。8）诊断：检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态。,4.2CNC装置的硬件结构,CNC装置的体系结构分为：1、整体式结构和分体式结构2、大板式结构和模块化结构3、单微处理机和多微处理机结构,CNC装置的体系结构(结合实验理解记忆）,4.2.1CNC装置的硬件构成,单微处理器硬件结构图,CNC装置的体系结构分为：单微处理机和多微处理机系统，中高档的CNC装置以多微处理机结构为多。单微处理机结构:多微处理机CNC装置的结构：1.主从结构2.多主结构3.分布式结构4.多通道结构,4.2.2CNC装置的体系结构,4.2.5开放式数控装置的体系结构,VS,VS,一、开放式数控系统的产生随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活（功能可组、可扩展、可添加）的开放式数控系统，打破当前的“封闭式的”数控系统。体系开放化定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其它的系统应用进行互操作的系统。开放式数控系统特点：系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多样化(Diversification)和互换性Interchangeability)的特征允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式”的集成构造，应该是可移植的和透明的；,4.2.5开放式数控装置的体系结构,VS,VS,二、开放体系结构CNC的优点向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；,4.2.5开放式数控装置的体系结构,VS,VS,向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品；可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。,4.2.5开放式数控装置的体系结构,VS,VS,三、开放式数控装置的概念结构,4.3CNC装置的软件结构,4.3.1软件结构特点,VS,VS,2.系统软件的内容及结构类型系统软件的组成：（管理和控制）管理部分：输入、I/O处理、通讯、显示、诊断以及加工程序的编制管理等程序。控制部分：译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等软件。管理方式：单微处理机数控系统：前后台型和中断型的软件结构。多微处理机数控系统：将微处理机作为一个功能单元,4.4CNC的PLC（PMC）,1PMC的概念2数控机床上的两类控制信息3PMC在数控机床上的应用实例,4.5CNC装置的接口电路,VS,VS,CNC装置与下列设备进行数据传送和信息通讯：1.数据输入输出设备2.外部机床控制面板3.通用的手摇脉冲发生器4.进给驱动线路和主轴驱动线路RS-232C接口工业局部网络通讯接口通讯协议,第1章绪论,第5章数控检测装置,概述旋转变压器感应同步器直线光栅光电脉冲编码器编码器霍耳检测装置,第1章绪论,第6章数控伺服系统,概述伺服电动机速度控制位置控制,第1章绪论,1、伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。2、一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环。3、数控机床中常用的伺服电机：直流伺服电机（调速性能良好）；交流伺服电机（主要使用的电机）；步进电机（适于轻载、负荷变动不大）和直线电机（高速、高精度）,6.1概述,步进电机的型号步进电机的工作原理步进电机定子绕阻通电状态每改变一次，它的转子转过一个固定的角度，即电机的步距角；改变步进电机定子绕阻的通电顺序，其转子的旋转方向随之改变;步进电机定子绕阻通电状态变化的频率越高，转子的转速越高;步距角与定子绕阻相数m、转子齿数z、通电方式k有关。,步进电机的工作过程,1.工作台位移的控制进给脉冲个数N定子绕阻通电状态改变次数N角位移=N工作台位移L=t/3602.工作台进给速度的控制进给脉冲频率f定子绕阻通断电状态变化频率f步进电机转速工作台进给速度v3.工作台运动方向的控制定子绕阻通电顺序改变工作台运动方向改变,步进电机的应用,选择电机一般应遵循以下步骤：,步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。,直流伺服电机及工作特性,直流进给伺服系统：永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直流电机（普通型）；直流主轴伺服系统：励磁式直流电机类型中的他激直流电机。直流伺服电机的结构和工作特性,交流伺服电机及工作特性,直流伺服电机的缺点：它的电刷和换向器易磨损；电机最高转速的限制，应用环境的限制；结构复杂，制造困难，成本高。交流伺服电机的优点：动态响应好；输出功率大、电压和转速提高交流伺服电机形式：同步型交流伺服电机和异步型交流感应伺服电机。,考试题型,1、名词解释2、填空3、简答4、计算编程5、插补,