数控机床基础.doc

1、 数控机床组成：控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置。2、 （1）计算机数控机床工作过程主要任务：进行刀具和工件之间相对运动的控制。 （2）对第一次使用的数控装置，还需进行机床参数设置。 （3）计算机数控机床工作过程：数据输入数控加工程序数控加工程序译码插补。3、 数控机床加工的优点：（1）加工精度高，加工质量稳定（2）数控加工的生产效高 （3）对加工对象的适应性强。单件、小批生产易于获得好效益（4）易于实现CAD/CAM一体化及构成计算机集中控制系统4、 数控机床适用范围：（1）多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件。（2）几何形状复杂的零件（3） 精度及表面粗糙度要求高的零件（4） 加工过程中需要进行多工序加工的零件（5） 用普通机床加工时，需要昂贵工装设备的零件。5、 数控系统的分类：（1） 按系统特点分：点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床（2） 按有无测量装置分：开环控制系统、半闭环控制系统、闭环控制系统（3）按控制装置类型分：硬件数控系统、计算机数控系统6、 2.5轴控制是指两个轴连续控制，第三个轴点位或直线控制，从而实现三个主要轴 X、Y、Z内的二维控制。3轴控制是指同时控制X、Y、Z三个坐标轴，这样刀具在空间的任意方向都可移动，从而能够进行三维立体加工7、 计算机数控系统主要技术指标：脉冲当量（分辨率）：实际脉冲当量或外部脉冲当量：机床坐标轴可达到的控制精度，表示CNC每发一个脉冲，坐标轴所移动的距离。内部脉冲当量：是内部运算的最小单位。内部脉冲当量一般比实际脉冲当量设置的小，为的是运算过程中不损失精度。数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。定位精度和重复精度：定位精度指实际位置与指令位置的一致度，不一致量为误差；重复精度指在相同条件下，操作方法不变，进行规定次数操作所得的连续结果的一致程度。（6）误差补偿功能：CNC采用反向间隙补偿和螺距误差补偿功能，把误差的补偿量输入CNC的存储器，按补偿量重新计算道具的坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。8、 （1）开环控制系统：是指不带反馈的控制系统，其结构简单，没有测量反馈装置，数控装置发出的指令信号流是单向的，所以不存在系统稳定性问题。 （2）半闭环控制系统：是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置，通过检测丝杠的转角间接检测移动部件的位移，反馈到数控系统中，由于惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围之内。 （3）闭环控制系统：它的位置采样点是从机床运动部件上直接引出的，通过采样运动部件的实际位置进行检测，可以消除整个放大和传动环节的误差、间隙和失动，具有很高的位置控制精度。主要用于精度要求高的镗铣床、超精车床、超精磨床。9、 坐标系的确定：（1） 利用右手笛卡儿坐标系和右手螺旋定则判定。（2） 采用工件静止原则（3）规定使刀具与工件距离增大的方向为运动的正方向。10、 坐标轴的确定：（1） 产生切削力的主轴轴线或与主轴平行的轴定为Z轴，刀具远离工件为正。（2） X坐标确定：车床：在水平面内取垂直于工件回转轴线（即Z轴）的方向。离开工件方向为正。铣床：X轴一般平行于装夹平面（3）Y坐标确定:在Z、X坐标确定后，用右手螺旋定则和直角笛卡儿坐标系确定。11、 机床原点：是机床坐标系的原点，是机床的最基本点，是所有其他坐标的基准点。12、 机床参考点：是用于对机床工作台、滑板及刀具相对运动的测量系统进行定位和控制的点，也称机床零点。13、 机床坐标系：是机床固有的坐标系。不能改变其原点。14、 工件坐标系：编程人员在编制零件加工程序时，根据零件图样所确定的坐标系，即编程人员在编程时使用的，选择工件上的某一已知点为原点，建立的一个新坐标系。15、 旋转编码器：又称脉冲编码器，是将发光二极管和光电三极管自合而成。分为：绝对式旋转编码器、增量式旋转编码器。16、 绝对式旋转编码器：（1） 定义：将动光栅盘按分辨率的位数划分成一系列同心圆，并将各同心圆的圆周按2、4、8、16的方式进行等分，并配有与同心圆数相等的发光二极管及光敏二极管，其输出为脉冲式编码信号。（2） 原理：通过读取编码盘上的图案来表示数值的。缺点：码盘盘上的图案变化较大，容易产生较多误读。（3） 特点：1、角度坐标值可以从绝对码盘中直接读出。2、不会有累积近程中的误计算。3、允许的最高旋转速度较高 4、编码器本身具有机械式存储功能。5、缺点：为提高精度及分辨率，必须增加码道数；而且当进给转速大于一转时，续作特别处理。17、 增量式旋转编码器：当动光栅盘与固定接收光栅板之间有光透过时，两处栅缝1/4间距的相位差，通过两相输出可以判断旋转的正、反方向。它能对旋转量无限制的计数。增量式光电脉冲编码器也称光电码盘、光电脉冲发生器。轴的每圈转动，增量式编码器提供一定数量的脉冲。周期性测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来移动的速度。18、 光栅：（1） 定义：用于检测沿光栅尺运动的物体速度或移动距离的传感器。（2）分类：物理光栅、计量光栅19、 莫尔条纹：（1） 产生：若光源以平行光照射光栅时，由于挡光效应和光的衍射，在与线纹垂直方向，更确切的说是，在两块光栅线纹夹角的平分线相垂直的方向上，出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为“莫尔干涉条纹”，简称莫尔条纹。（2） 特点：1、放大作用。莫尔条纹的节距为光栅删距的1/倍。 2、平均效应。 3、莫尔条纹的移动规律：莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例，当光栅向左或向右一个栅距W，莫尔条纹也相应的向上或向下准确的移动一个节距。20、 旋转变压器：（1） 是一种角度测量元件，由定子和转子组成。（2） 根据电磁互感原理工作。（3） 分为：单极和多极。（4）工作方式：鉴相工作方式、鉴幅工作方式21、 步进电机：（1） 定义：是一种将输入脉冲信号转换成相应角位移的旋转机可以实现高精度角度控制。分为定子和转子两部分（2） 步距角：一个脉冲所旋转的角度 （3） 分类：VR型、PM型、HB型（4） 工作原理为电磁铁的工作原理（5）步进电机的位移量与输入脉冲数严格成比例，其转速与脉冲频率和步距角有关。（6）励磁方式：单三拍、双三拍和三相六拍。“单”指：每次切换前后只有一项绕组通电。“双”：指每次有两相绕组通电。从一种通电状态转换到另一种通电状态叫做一“拍”。22、 三相单三拍通电：步进电机按A-B-C-A方式通电，因定子绕组为三相，每次只有一相绕组通电，而每一个循环只有三次通电。（步距角为30度） 三相六拍通电： 按照A-AB-B-BC-C-CA-A的循环方式通电。（步距角为15度）23、 计算题：齿数Z=40 拍数为6 频率f=50hz 求步进电机转速 解：=360/(Z*拍数)=360/(40*6)=1.5 n=(60f)/360=12.524、 直流伺服电动机机械特性：只在控制电枢电压保持不变的情况下，直流伺服电机的转速随转矩变化的关系。25、 直流伺服电动机调节特性：指负载转矩恒定时，电动机转速与电枢电压的关系。 注：当电枢电压小于启动电压时，伺服电动机将不能启动。26、 正弦波PWM法（SPWM):（1）它是变频器中使用最广泛的PWM调制方法，属于交-直-交型静止变频装置，可以用模拟电路和数字电路等硬件电路实现，也可用微机软件以及软件和硬件结合的办法实现。用硬件电路实现SPWM法，就是用一个正弦波发生器产生可以调频调幅的正弦波信号，用三角波发生器生成幅值恒定的三角波信号，将它们在电压比较器中进行比较，输出PWM调制电压脉冲。（2） 在电压比较器输出端就输出幅值相等而脉冲宽度不等的PWM电压信号。（3）调节正弦波的频率和幅值可以相应的改变逆变器的输出电压基波的频率和幅值。27、 逆变器工作方式：（1） 单极型：在逆变器输出波形的半个周期内，逆变器同一桥臂上一个元件导通，另一个始终处于截止状态。（2）双性型：在输出的半个周期内，上下桥臂的两个开关元件处于互补工作状态，从而在一个周期内得到交变的正弦电压输出。28、 插补：一般从机器零件图样上均可知道直线的起点和终点、圆弧的起点和终点以及圆心坐标和半径。数控系统必须按进给速度的要求、刀具参数和进给方向的要求等，在在轮廓的起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。这一数据的密化工作成为插补。29、 插补的分类：基准脉冲插补法、数据采样插补方法。30、 逐点比较插补法：通过比较刀具与加工零件轮廓曲线的相对位置，确定刀具运动方向，即每走一步都要将加工的瞬时坐标同规定的零件轮廓相比较，判断一下偏差。31、 逐点比较法步骤：（1） 偏差判别（2） 坐标进给（3） 新偏差计算（4） 终点判别32、 数字积分插补法：又称数字积分分析法，是在数字积分器的基础上建立起来的一种插补方法。数字积分法具有运算速度快、脉冲分配均匀、易实现多坐标联动等优点，应用广泛。33、 数字积分法直线插补原理：动点从原点出发走向终点的过程，可看做各坐标轴每隔一个单位时间t，分别以增量Kxe及Kye同时对两个累加器的过程。插补时，为加快插补，一般累加器初值为累加器容量的一半。34、 数字积分法圆弧插补：X轴的被积函数值等于动点Y坐标的瞬时值，Y轴的被积函数值等于动点X坐标的瞬时值.圆弧插补X轴累加器初值存入Y轴起点坐标y0，Y轴累加器初值存入X轴起点坐标x0。35、 数据采样插补法：（1） 根据用户的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出下一个插补坐标，从而计算出下一周期各个坐标的进给量，进而得出下一插补点的指令位置。（2）进给速度、圆弧半径一定的条件下，插补周期越短，逼近误差就越小。36、 数控系统刀具补偿：刀具位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿37、 B功能刀具半径补偿：基本的刀具半径补偿，仅根据本段程序