数控技术与数控加工编程

u本课程的主要内容第1章 数控技术概论第2章 数控加工程编制基础第3章 数控加工编程方法第4章 计算机数控装置第5章 数控机床的控制原理第6章 数控机床的检测装置第7章 数控机床伺服系统第一章数控技术概论概述数控机床的组成数控加工零件的过程数控机床的特点与分类数控技术的发展趋势p重点：1.2.2、1.4 数控系统的组成、数控机床特点与分类主要内容主要内容1.2 数控机床的组成 数控系统的组成 输入输出装置;计算机数控装置（Computer Numerical Control，CNC）;主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置以及检测装置等组成。可编程控制器（Programmable Logic Control,PLC）;1.2 数控机床组成1)输入输出装置:是将加工零件的程序和各种参数、数据通过输入设备送到数控装置。l 输入方式有：穿孔纸带、MDI（ManualDataInput）方式、U盘、USB接口、RS232C接口、DNC接口。1.2 数控技术组成l组成：计算机系统、PLC接口板、位置控制板、通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。l作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。2)CNC装置装置1.2 数控技术组成分分 类类 方方 法法数控机床类型数控机床类型按运动控制按运动控制方式方式点位点位控制控制数控机床数控机床直线直线控制控制数控机床数控机床轮廓轮廓控制控制数控机床数控机床按伺服系统按伺服系统开环开环数控数控数控机床数控机床半闭环半闭环控制控制数控机床数控机床闭环闭环控制控制数控机床数控机床按功能水平按功能水平经济型经济型数控机床数控机床中档型中档型数控机床数控机床高档型高档型数控机床数控机床按工艺方法按工艺方法金属切削金属切削数控机床数控机床金属成形金属成形数控机床数控机床特种加工特种加工数控机床数控机床l按联动轴数按联动轴数2轴，轴，2.5轴轴联联动动数控机床数控机床3轴联动轴联动数控机床数控机床4、5轴联动轴联动数控机床数控机床1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类l分类分类主要内容点位控制点位控制 (Point to Point Control Systems)AA刀具工件按运动控制方式分类按运动控制方式分类l仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；运动；l对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；l运动过程中不进行任何加工。运动过程中不进行任何加工。p适用范围：适用范围：数控钻床、数控镗床、数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机数控冲床和数控测量机。1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类直线控制：直线控制：(Line Control Systems)不仅不仅要求控制要求控制点到点点到点的精确定位，的精确定位，而且而且要求机床工要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的作台或刀具（刀架）以给定的进给速度进给速度，沿，沿平行于坐平行于坐标轴标轴的方向或与的方向或与坐标轴成坐标轴成45角角的方向进行的方向进行直线移动直线移动和切削加工和切削加工。按运动控制方式分类按运动控制方式分类:1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类主要内容 轮廓控制轮廓控制(Contouring Control Systems)对对多个坐标轴同时进行控制多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动，使之协调运动(坐标联动坐标联动)，使刀具相对工件按程序，使刀具相对工件按程序规定的轨规定的轨迹和速度运动迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加，在运动过程中进行连续切削加工。工。按运动控制方式分类按运动控制方式分类:1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类适用范围：适用范围：数控车床、数控铣床、数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。的机床。p两坐标加工两坐标加工 p按联动轴数分类按联动轴数分类1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类 2 2轴控制，同时控制两个坐标轴控制，同时控制两个坐标p二轴半坐标加工二轴半坐标加工 flashp三坐标加工三坐标加工flashYXO2O1BZOp四坐标加工四坐标加工 flash 5 5轴联动加工轴联动加工 5 5轴联动加工轴联动加工ZP(x,y,z)nO刀位点BCXYZp五坐标加工五坐标加工 主要内容开环控制开环控制(Open-Loop Servo-Drive)电机电机机械执行部件机械执行部件A A相、相、B B相相C C相、相、f、nCNC插补插补指令指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大l按伺服系统方式分类按伺服系统方式分类1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类指令脉冲驱动电路步进电机机床工作台主要内容闭环控制闭环控制 (Closed-Loop Servo-Drive)特点特点:带有位置检测装置带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响,调试困难调试困难,且结构且结构复杂、价格昂贵。复杂、价格昂贵。位置反馈位置反馈速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈l按伺服系统方式分类按伺服系统方式分类1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类半闭环控制半闭环控制 (Half-Closed-Loop Servo-Drive)速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈检测元件检测元件按伺服系统方式分类按伺服系统方式分类:带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部;不不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。得稳定的控制特性，而且调试比较方便。1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类分为：分为：按工艺方法分按工艺方法分:普通数控机床普通数控机床加工工艺单一的机床加工工艺单一的机床 加工中心加工中心带有刀库和自动换刀带有刀库和自动换刀装置、能进行多工序装置、能进行多工序加工的机床加工的机床 金属切削数控机床金属切削数控机床 金属成形数控机床金属成形数控机床 特种加工数控机床特种加工数控机床或分为：或分为：1.4 1.4 数控机床的特点与分类数控机床的特点与分类2.1.4 数控机床坐标系+Y+Y+Y+X+Z+X+Z+C+B+A+X+Z+X+Z+Y+A+B+C+C+A+B+A、+B 或+C+X、+Y 或+Z图图2-1 2-1 右手直角笛卡尔坐标系右手直角笛卡尔坐标系（1）机床坐标系与机床原点p机床坐标系是机床上固有的坐标系，用于确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动范围（如行程范围、保护区）等。p机床原点（M）是机床坐标系的零点，在机床调试完成后便确定，是机床上固定的点，一般不允许用户改变。3机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标系（2）工件坐标系与工件原点p 工件坐标系：是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。是编程人员在编制零件加工程序时使用的坐标系，可根据零件图纸自行确定，用于确定工件几何图形上点、直线、圆弧等各几何要素的位置。p 工件原点：工件坐标系的原点或称为工件零点，可用程序指令来设置和改变;l 根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。主要内容工件坐标系的各坐标轴与机床坐标系相应的工件坐标系的各坐标轴与机床坐标系相应的坐标坐标轴平行，方向也相同轴平行，方向也相同，但，但原点不同原点不同；工件随夹具在机床上安装后，要测量工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点工件原点与与机床原点机床原点间的距离，此距离称为间的距离，此距离称为工件原点偏置工件原点偏置 。机床坐标系与工件坐标系的关系机床坐标系与工件坐标系的关系2.1.5 加工程序结构与格式。由若干程序段组成。O0001；程序名 N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50.0 F150；N110 M02；程序结束指令1加工程序的构成加工程序的构成若若干干程程序序段段 p 程序名 程序名是一个程序必需的标识符。组成：由地址符后带若干位数字组成。地址符常见的有：“%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。西门子系统和国产华中I型系统“%”，日本FANUC 系统 “O”，AB8400系统用P。后面所带的数字一般为48位。如：%2000p 程序体 表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。组成：它由许多程序段组成p 程序结束 用指令M02 或M30，结束整个程序的运行。1加工程序的构成加工程序的构成常用常用G指令指令l坐标编程方式指令 l坐标系指定指令l运动轨迹控制指令l刀具补偿指令l其它指令2.2 数控编程中的常用指令l G90、G91l G92 X_ Y_ Z_；l G17、G18、G19l G00 X_ Y_ Z_；l G01 X_ Y_ Z_ F _；l G02 G03 XY平面：G17 X_a_ Y_b_(R )F_ ；ZX平面：G18 X_a_ Z_c_(R)F_ ；YZ平面：G19 Y_b_ Z_c_(R)F_ ；G41/G42、G40 G00/G01 G41/G42 X_ Y_ D（H）xx F_；G00（或G01）G40 X_ Y_；刀具半径补偿的过程 刀补建立、刀补进行和刀补取消。G04如图所示，刀具半径补偿的过程的程序如下：如图所示，刀具半径补偿的过程的程序如下：:N10 G41 G01 X100.0 Y100.0 F100 D01；刀补建立刀补建立N60 G40 G00 X0 Y0；刀补取消刀补取消 N20 Y200.0；N30 X200.0；刀补进行刀补进行N40 Y100.0；N50 X100.0；l 恒线速度：G96 S160表示控制主轴转速，使切削点的线速度始终保持在160m/min，l 注销恒线速度：G97 S1000表示注销G96，即主轴不是恒线速度，其转速为1000r/min。当由G96转为G97时，应对S码赋值，否则将保留G96指令的最终值。当由G97转为G96时，若没有S指令，则按前一G96所赋S值进行恒线速度控制。例：车削零件如下图，设A点为起刀点，刀具由A点快进到B点，然后沿BCDEF方向切削，再快退至A点。用绝对坐标编程:XZ14384820280BCDEF2A50 20O0020N10 G92 X50 Z20；N20 G90 G00 X20 Z2 S600 M03;N30 G01 Z-14 F100;N40 X28 Z-38;N50 Z-48;N60 X50 ;N70 G00 Z20 M02;1.形状复杂：加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件；2.用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；3.具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件；4.必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。p最适应类最适应类2.3.2 数控加工零件或加工内容的选择p较适应类 1.在通用机床上加工时极易受人为因素（如：情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件；2.在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件；3.需要多次更改设计后才能定型的零件；4.在通用机床上加工需要作长时间调整的零件；5.用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。数控机床应用范围数控机床应用范围p不适应类装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的；生产批量大的零件（当然不排除其中个别工序用数控机床加工）；必须用特定的工艺装备协调加工的零件。数控机床应用范围数控机床应用范围2.3.5 数控加工工序的详细设计2刀具的选择（3）铣刀的选择 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。l 大平面：面铣刀；l 加工凹槽、小台阶面及平面轮廓：立铣刀l 加工空间曲面、模具型腔等：球头铣刀l 加工封闭的键槽：键槽铣刀等l 加工变斜角零件：鼓形铣刀l 特殊形状：成形铣刀 加工曲面和变斜角轮廓外形时常用球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等 根据不同的加工材料和加工精度要求，应选择不同参数的铣刀进行加工。位置精度高的孔系加工l孔类加工（钻孔、镗孔）孔类加工（钻孔、镗孔）5加工路线确定凹槽加工 l 行切法将在每两次走刀路线之间留下金属残留高度，而达不到所要求的表面粗糙度；l 环切法刀位点计算稍为复杂。l 实际生产中，常先采用行切法加工，最后环切一刀光整轮廓表面，能获得较好效果。行切法加工行切法加工环切法加工环切法加工第三章 数控加工编程方法 主要述内容概 述 手工编程方法 数控车床编程方法 数控铣床编程方法 加工中心编程方法p重点：3.2.1 该指令将工件切削到精加工之前的尺寸，精加工前的工件形状及粗加工的刀具路径由系统根据精加工尺寸自动设定。5）多重复合循环（a）外圆粗车循环G71 在含有在含有G71指令的指令的程序段内，要指定程序段内，要指定精加精加工工件时程序段的工工件时程序段的顺序顺序号号、精加工留量、粗加精加工留量、粗加工的每次切深、退刀量工的每次切深、退刀量以及以及F、S和和T功能等功能等 5）多重复合循环程序段中各地址的含义如下：程序段中各地址的含义如下：d粗加工每次走刀的背吃刀量，为半径值粗加工每次走刀的背吃刀量，为半径值；e退刀量；退刀量；ns精加工程序段中的开始程序段号；精加工程序段中的开始程序段号；nf精加工程序段中的结束程序段号；精加工程序段中的结束程序段号；uX轴方向精加工余量；轴方向精加工余量；wZ轴方向精加工余量。轴方向精加工余量。G71适用于适用于圆柱毛坯料粗车外径圆柱毛坯料粗车外径和和圆筒毛坯料粗车内径圆筒毛坯料粗车内径。格式：格式：G71 U(d)R(e)；G71 P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F_ S _ T _；N(ns)N(nf)用用G71、G72、G73指令完成粗车循环后，使用指令完成粗车循环后，使用G70指令可实现精车循环。精车时的指令可实现精车循环。精车时的加工量加工量是粗车循是粗车循环时留下的环时留下的精车余量精车余量，加工轨迹加工轨迹是工件的是工件的轮廓线轮廓线。格式：格式：G70 P(ns)Q(nf)；使用说明：使用说明：（1）ns精加工形状程序段的开始程序段号精加工形状程序段的开始程序段号 （2）nf精加工形状程序段的结束程序段号精加工形状程序段的结束程序段号 （3）在由）在由 G71,G72 和和 G73 做了粗切削循环之后，做了粗切削循环之后，可以用可以用G70 代码做最终精加工切削。代码做最终精加工切削。（d）精车循环G70作业（一）1、编制轴类零件的车削加工程序。加工内容包括粗、精车端面、倒角、外圆、锥度、圆角、退刀槽和螺纹加工等。该零件采用85mm300棒料毛坯，由于加工余量大，在外圆精车前采用粗车循环指令去除大部分毛坯余量，留有单边0.2mm余量。选用第一参考点为换刀点使用刀具为：外圆粗车刀、外圆精车刀、切槽刀和螺纹车刀。数控车削程序如下：O0006；N10 G92 X200.0 Z350.0；设置工件坐标系；N15 G28 U0 W0；返回参考点；N20 S1000 T0101 M03 M08；主轴正转，调用01号粗车刀；N25 G00 X87.0 Z290.1；快速走到粗车右端面起点 （87.0，290.1）；N30 G01 X-1.6 W0 F0.3；粗车右端面，车削进给速度 0.3mm/r；N35 G00 X105.0 Z300.0；快速走到外圆粗车循环起点；N40 G71 U1.0 R1.0；粗车循环，每次车削深度 1.0mm，每次退刀1.0mm；N45 G71 P50 Q100 U0.4 W0.2 F0.3 S800；留粗车余量X向0.4mm，Z向0.2mm；N50 G00 X87.0 F0.15；快速走到车削起点，精车进给 0.15mm/r；N55 G42 G01 X48.0 Z290.0；刀具右偏；N60 W-60.0；精车48的外圆；（螺纹公差取0）N65 X50.0；精车台阶端面；N70 X60 Z160.0；精车锥面；N75 X65.0；精车台阶端面；N80 W-80.0；精车65的外圆；N85 G02 X75.0 W-5.0 R5.0；精车R5内圆；N90 X85.0；精车端面；N95 Z25；精车85的外圆；N100 G40.0；取消刀补；N105 G28 U0 W0；返回参考点；N110 G50 S1500；限制主轴最高转速为1500r/min，G50指令可做限位用；N115 G96 S20 T0202；指定恒定切削速度，调用02号精车刀，02号刀补；N120 G70 P50 Q100；粗车后精车；N125 G00 X87.0 Z290.0；回退到精车端面快速运动起始点；N130 X50.0；快速走到精车端面的工进点；N135 G01 X-2.0；精车右端面；N140 G28 U0 W0；返回到参考点；N145 T0303；调用03 号切槽刀，03号刀补；N150 G00 X51.0 Z230.0；刀具快速运动到切槽起点；N160 G01 X45.0 F0.15；切槽；N165 G00 X60.0；切槽刀退出；N170 G28 U0 W0；返回参考点；N175 G97 S1500 T0404；取消恒定切削速度，指定主轴转速，调用04号螺纹车刀；N180 G01 X50.0 Z293.0；快速运动到螺纹车削起始点；N185 G76 P3 12 60 Q0.1 R0.1；复合螺纹加工循环；N190 G76 X45.8 W-63.5 P1.73 Q0.85 F2.0；复合螺纹加工循环；N195 G28 U0 W0 M05 M09；主轴停，关闭冷却液；N200 M30；程序结束。第四章 计算机数控装置4.1 概述概述 4.2 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构 4.3 CNC装置的软件结构装置的软件结构 4.4可编程控制器（可编程控制器（PLC）4.5国内外典型国内外典型CNC系统简介系统简介 p重点：重点：4.3.2(课件：课件：4.3.1）第5章数控机床的控制原理5.1 概述5.2 逐点比较法5.3 数字积分法5.4 直线函数法p重点：5.1.1、5.2.1、5.2.2、5.3.1、5.3.2、5.3.3OAYX复习：逐点比较法p插补基本原理插补基本原理;每次仅向每次仅向一个一个坐标轴输出坐标轴输出一个进给脉冲一个进给脉冲，每走一步都要将每走一步都要将加工点的瞬时坐标加工点的瞬时坐标与与理论的加工轨迹理论的加工轨迹相相比较比较，判断判断实际加工点与理论加工轨迹的实际加工点与理论加工轨迹的偏移位置偏移位置，通过偏差，通过偏差 函函数计算二者之间的偏差，从而决定下一步的数计算二者之间的偏差，从而决定下一步的进给进给方向，使刀方向，使刀具向减小误差的方向进给。具向减小误差的方向进给。l每进给一步都要完成：每进给一步都要完成：偏差判别、偏差判别、坐标进给、坐标进给、新偏差计算新偏差计算 终点判别终点判别 四个工作四个工作节拍节拍。eijeijyxyxF 逐点比较法的直线插补算法小结iejejixyyxF,0 点在直线上方点在直线上方=0 点在直线上点在直线上 0，表示加工点位于，表示加工点位于圆外圆外；若若Fi,j0，表示加工点位于，表示加工点位于圆内圆内 222,i jiiFxyR=+-若若Fi,j0，插补第一象限插补第一象限逆圆逆圆向向-X方向走一步方向走一步l递推公式递推公式:l坐标进给坐标进给222,1222222,(1)()2121i jiiijijii jiFxyRxyRxyRxFx+=+-=-+-=+-+=-+若若Fi,j 0，向向+Y 方向走一步方向走一步l递推公式递推公式:l坐标进给坐标进给222,1222222,(1)()2121i jiiijijji jjFxyRxyRxyRyFy+=+-=+-=+-+=+若若Fi,j0，若若Fi,j0，若若Fi,j0，若若Fi,j0，X轴轴被积函数寄存器被积函数寄存器JVX(Xe)X轴轴积分累计器积分累计器 JRXY轴轴积分累加器积分累加器JRYY轴轴被积函数寄存器被积函数寄存器JVY(Ye)tX轴溢出脉冲轴溢出脉冲Y轴溢出脉冲轴溢出脉冲插补迭代插补迭代控制脉冲控制脉冲YX5.3 数字积分法l 插补开始前，插补开始前，累加器累加器(JRX、JRY）清零清零，被积函数寄存器被积函数寄存器(JVX、JVY）分别寄存）分别寄存 xe和和 ye；l插补开始后，每来一个累加插补开始后，每来一个累加脉冲脉冲t，被积函数寄存器里的内被积函数寄存器里的内容在相应的累加器中相加一次容在相应的累加器中相加一次，相加后若有溢出相加后若有溢出（即达到即达到1个个脉冲脉冲）则驱动相应坐标轴进给则驱动相应坐标轴进给一个脉冲当量一个脉冲当量，而余数仍寄存，而余数仍寄存在累加器中。在累加器中。l直线加工需直线加工需2n次累加次累加运算运算.l终点计数器的位数终点计数器的位数与被积函数寄存器相同与被积函数寄存器相同.X轴被积函数寄存器轴被积函数寄存器JVX(Xe)X轴积分累计器轴积分累计器J=JRXY轴积分累加器轴积分累加器JRYY轴被积函数寄存器轴被积函数寄存器JVY(Ye)tX轴溢出脉冲轴溢出脉冲Y轴溢出脉冲轴溢出脉冲YXlDDA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。解：累积次数m=23=8累加次数 X 积分器 Y 积分器 终点计数器JE 备 注 JVX(Xe)JRX溢出 Jvy(Ye)JRy溢出0101000011000000初始状态1101101011011001第一次迭代210110101011110010X溢出310111101110011011Y溢出410111001011100100X溢出510110011011111101X溢出610111001110101110Y溢出710110111011101111X溢出810110001011100011000X,Y溢出tA(5,3)XY1)各各累加器累加器的初始值为的初始值为零零，X轴轴被积函数被积函数初始值置初始值置Y0，Y轴轴被积函数被积函数初始值置初始值置X0；2)X轴被寄函数积存器存轴被寄函数积存器存Yi，Y轴被寄函数积存器存轴被寄函数积存器存Xi，为动为动点坐标；点坐标；3)X轴积分累加器溢出到轴积分累加器溢出到X方向方向，Y轴积分累加器溢出到轴积分累加器溢出到+Y方向方向；4)X轴方向每发出一个进给脉冲，轴方向每发出一个进给脉冲，Y轴被积函数寄存器值减轴被积函数寄存器值减1；Y轴方向每发出一个进给脉冲，轴方向每发出一个进给脉冲，X轴被积函数寄存器值加轴被积函数寄存器值加1；X轴被积函数寄存器轴被积函数寄存器JVX(yj)X轴积分累计器轴积分累计器J=JRXY轴积分累加器轴积分累加器JRYY轴被积函数寄存器轴被积函数寄存器JVY(xi)tX轴溢出脉冲轴溢出脉冲Y轴溢出脉冲轴溢出脉冲插补迭代插补迭代控制脉冲控制脉冲YX+1-1DDA第一象限第一象限逆圆逆圆 插补过程：插补过程：（1）设置进给速率数FRN G93 为实现不同长度程序段的恒速加工，在编程时考虑被加工直线长度或圆弧半径，采用FRN来表示“F”功能。FRNmLVmfg6060mLfVg60LVFRN RVFRN因为因为所以所以 V 要求的加工切削速度；要求的加工切削速度；L 被加工直线长度；被加工直线长度；R 被加工圆弧半径。被加工圆弧半径。（直线），或（圆弧）FRN编程，其实质是控制迭代频率编程，其实质是控制迭代频率fg，fg与与V/L（直线插补）（直线插补）或或V/R（圆弧插补）成正比，当插补尺寸（圆弧插补）成正比，当插补尺寸L或或R不同时，使迭不同时，使迭代频率作相应改变，以保证所选定的进给速度。代频率作相应改变，以保证所选定的进给速度。5.3.3 提高数字积分法插补质量的措施5.3.3 提高数字积分法插补质量的措施(2)进给速度的均匀化措施左移规格化一般规定：寄存器中所存在的数，若最高位为“1”，称为规格化数；反之，最高位为“0”，称为非规格化数。对于规格化数，累加运算两次必有一次溢出；对于非规格化的数，必须作两次甚至多次累加运算才有溢出。直线插补与圆弧插补的左移规格化处理稍有不同 p6.1 概 述p6.2 旋转变压器p6.3 感应同步器p6.4 光栅p重点：6.3.3、6.4.2第6章 数控机床的检测装置p 位置检测装置的位置检测装置的安装位置安装位置半闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床旋转变压器、编码器旋转变压器、编码器等。安装在等。安装在电机电机或或丝杠丝杠上，上，测量测量电机或丝杠的电机或丝杠的角位移，角位移，间接测量间接测量工作台的工作台的直直线位移线位移。闭环控制系统的数控机床闭环控制系统的数控机床感应同步器、光栅、磁栅感应同步器、光栅、磁栅等，安装在等，安装在工作台工作台和和导导轨上轨上，直接测量直接测量工作台的工作台的直线位移直线位移。第6章 数控机床的检测装置 若若滑尺绕组加励磁电压滑尺绕组加励磁电压，则由于，则由于电磁感应而在电磁感应而在定尺绕组上产生感应电压定尺绕组上产生感应电压，其大小取决于，其大小取决于滑尺与定滑尺与定尺的相对位置。尺的相对位置。2/2E定尺定尺正弦绕组正弦绕组滑尺滑尺余弦绕组余弦绕组VsVci1i2（当正弦绕组（当正弦绕组与定尺绕组对与定尺绕组对齐时，余弦绕齐时，余弦绕组与定尺绕组组与定尺绕组相差相差1/4节距节距。）。）当滑尺处于A位置，即滑 尺绕组与定尺绕组完全对应重 合，定尺绕组线圈中穿入的磁 通最多，则定尺上的感应电压最大。随着滑尺相对定尺做平 行移动，穿入定尺的磁通逐渐 减少，感应电压逐渐减小。当滑尺移到图中B点位置，与定尺 绕组刚好错开1/4节距时，感应电压为零。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时，定尺感应电压与定、滑定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系尺的相对位置关系如图所示如图所示再移动至1/2节距 处，即图中C点位置时，定尺线 圈中穿出的磁通最多，感应电压最大，但极性相反。再移至 3/4节距，即图中D点位置时，感应电压又变为零，当移动一 个节距位置如图中E点，又恢复 到初始状态，与A点相同。在定尺移动一个节距的过 程中，感应电压近似于余弦函 数变化了一个周期，如图中ABCDE。距离距离U 垂直入射读数头的结构示意图垂直入射读数头的结构示意图6.4.2 光栅的结构与测量原理把把光源、透镜、光源、透镜、指示指示光栅、光电池和信号处理电路光栅、光电池和信号处理电路等等组合在一起称为组合在一起称为光栅读数头光栅读数头。2光栅的基本测量原理 在透射式直线光栅中，当栅距 d 相等的指示光栅和标尺光栅沿线纹方向保持一个很小的夹角、刻划面相对平行且有一个很小的间隙（一般取0.05mm，0.1mm）放置时，两光栅尺上的线纹将互相交叉。光栅的工作原理光栅的工作原理:根据物理上根据物理上莫尔条纹莫尔条纹的形成原理进行工作。的形成原理进行工作。6.4.2 光栅的结构与测量原理W莫尔条纹宽度莫尔条纹宽度W为：为：当当角很小时，角很小时，dW放大比放大比k为为：1dwk莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点 (1)放大作用放大作用 莫尔条纹纹距莫尔条纹纹距 W 与光栅节距与光栅节距w和倾角和倾角之间的关系：之间的关系：若若d=0.01mm，0.01rad，则则w1mm，k100 主要内容 7.1 概述 7.2 步进电机及其驱动控制系统第第7 7章章 数控机床的伺服驱动系统数控机床的伺服驱动系统7.2 步进电机及其驱动控制系统p步进电动机步进电动机是一种将是一种将电脉冲信号电脉冲信号转换成转换成相应的相应的角位移角位移或或线线位移位移的的控制电动机控制电动机。步进电机和一般电机不同，步进电机和一般电机不同，一般电机通电后连续转动一般电机通电后连续转动，而而步进电机则随输入的脉冲按节拍一步一步地转动步进电机则随输入的脉冲按节拍一步一步地转动。l 对步进电机施加一个对步进电机施加一个电脉冲信号电脉冲信号时，步进电机就时，步进电机就旋转一个旋转一个固定的角度固定的角度，称为一步称为一步。每一步所转过的角度叫做。每一步所转过的角度叫做步距角步距角。例：步进电机每转例：步进电机每转400步，即步，即步距角步距角为：为：9.0400360若丝杠的导程为若丝杠的导程为1010mm，齿轮传动比是，齿轮传动比是1，系统的脉冲当量系统的脉冲当量为：为：)(025.01013609.0360mmtil步进电机步进电机的的角位移量角位移量和输入的和输入的电电脉冲数脉冲数成正比成正比。l步进电机步进电机的的转速转速与输入的与输入的电脉冲信号的电脉冲信号的频率频率成正比成正比l步进电机步进电机的的转动方向转动方向与与步进电机的步进电机的工作方式工作方式(通电通电顺序顺序)有关。有关。只需要控制只需要控制输入脉冲输入脉冲的的数量数量、频率频率及电机绕组及电机绕组通电通电相序相序，便可以获得所需要的便可以获得所需要的转角转角、转速转速及转动及转动方向方向。在无脉冲输入时，步进电机在绕组电源激励下，在无脉冲输入时，步进电机在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有的位置而处于气隙磁场能使转子保持原有的位置而处于定位状态定位状态。7.2.1 步进电机工作原理以上所述，以上所述，步进电机的步进电机的步距角步距角大小与那些因素有关？大小与那些因素有关？l定子励磁绕组相数定子励磁绕组相数、通电方式通电方式 和和 转子的齿数转子的齿数。计算公式为：计算公式为：m定子励磁绕组相数定子励磁绕组相数Z转子齿数转子齿数K通电方式通电方式，若连续两次通电相数相同为若连续两次通电相数相同为1，若不，若不同则为同则为2。m相m拍，k1；m相2m拍，k2。p步距角越小所达到的位置精度越高步距角越小所达到的位置精度越高。实际使用的步进电机实际使用的步进电机转子齿数很多转子齿数很多k=拍数拍数p/相数相数m3 6 0m z ka=系统的脉冲当量计算例：步进电机每转例：步进电机每转400步，即步，即步距角步距角为：为：9.0400360若丝杠的导程为若丝杠的导程为1010mm，齿轮传动比是，齿轮传动比是1，系统的脉系统的脉冲当量冲当量为：为：)(.mmti025010136090360ti360脉冲当量：脉冲当量：系统每发一个脉冲指令，工作台移动的系统每发一个脉冲指令，工作台移动的距离距离步进电机转速计算步进电机转速计算：式中，式中，当转子的步距角一定时，当转子的步距角一定时，步进电机的转速与输步进电机的转速与输入的脉冲频率成正比入的脉冲频率成正比。603606fnfaa=鞍式中：式中：n转速（转速（r/min);f脉冲频率，即每秒输入步进电脉冲频率，即每秒输入步进电机的脉冲数；机的脉冲数；用度数表示的步距角。用度数表示的步距角。7.2.1 步进电机工作原理工作台位移的控制 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/360脉冲数决定位移量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 n 工作台进给速度V 脉冲频率决定进给速度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动机的作用：步进电动机的作用：对工作台对工作台位移位移、速度速度和和运动方向运动方向进行控制进行控制 7.2.2 步进电机的主要特性1.步距角步距角 步进电动机每步的转角称为步距角步进电动机每步的转角称为步距角，决定控制精决定控制精度度，是是步进电机的重要指标步进电机的重要指标，计算公式：计算公式：每种步进电动机给出每种步进电动机给出两种步距角两种步距角，彼此相差一倍。，彼此相差一倍。大步距角大步距角系指控制供电拍数与相数相等时的步距角；系指控制供电拍数与相数相等时的步距角；小步距角小步距角系指供电拍数是相数两倍时的步距角系指供电拍数是相数两倍时的步距角0360Z m ka=数控机床所采用步进电机的步距角一般都很小，数控机床所采用步进电机的步距角一般都很小，如：如：31.5，1.50.75，0.720.36等等步距角步距角越小越小加工精度加工精度越高越高l 步距角的选择：步距角的选择：根据总体方案要求，综合考虑，通过下式进行：根据总体方案要求，综合考虑，通过下式进行：式中式中 脉冲当量脉冲当量 l丝杠螺距丝杠螺距(mm)步距角步距角 i 电动机与丝杠间的齿轮传动减速比电动机与丝杠间的齿轮传动减速比 如果步进电动机的步距角如果步进电动机的步距角和丝杠螺距和丝杠螺距l(基本导程基本导程)不能满不能满足脉冲当量足脉冲当量的要求时的要求时，应在步进电动机与丝杠之间加入齿轮应在步进电动机与丝杠之间加入齿轮传动，传动，用减速比来满足用减速比来满足的要求。的要求。ilo360谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH