1第一章数控系统概述.doc

第一章 数控系统概述1-1机床数字控制的基本原理目的要求:数控原理、概念、结构、分类、发展重点难点:工作过程、轨迹控制、操作过程一、数字控制的基本概念1、数字控制简称数控，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。数字控制是相对于模拟控制而言的，数值控制系统中的控制信息是数字量，而模拟控制系统中的控制信息是模拟量。2、数控机床的定义：是一种装了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。二、数控机床的组成数控机床是典型的数控化设备，一般由信息载体、计算机数控装置、伺服系统和机床本体四部分组成。1、信息载体信息载体又称控制介质，用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息，如零件加工的位置数据、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。2、计算机数控装置计算机数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。3、伺服系统伺服系统是数控系统的执行部分，包括驱动机构和机床移动部件，用于接受数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。4、机床机床是用于完成各种切削加工的机械部分，是在普通机床的基础上经过改进和提高发展规律而来的： 采用高性能主轴及伺服传动系统； 机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小。 采用高效传动部件，如滚珠丝杆副、直线滚动导轨。 采用刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率。三、数控机床的工作过程数控机床的工作过程包括以下几个方面：1、输入2、译码：计算机依靠译码程序来识别代码，将加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。3、数据处理：数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算和辅助功能的处理。4、插补：计算轨迹的过程称为插补，即根据给定的曲线类型、起点、终点以及速度，在起点和终点之间进行数据点的密化。5、伺服控制将计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后转化为伺服电动机的转动，从而带动机床工作台移动。6、管理程序四、数控系统中轨迹控制的基本原理1、插补的原理和常用的插值法类似，只是插值法一般只求一个中间点，而插补求的是很多中间点，而且这些中间点的坐标值与理想轨迹的误差应不超过机床的分辨率。2、沿用NC系统脉冲当量的概念，一个脉冲当量与二进制的bit等价，所以bit=P=BLU。即在所有CNC系统中，二进制的每一位、脉冲及基本长度单位实际上是等效的。3、软件插补方法可分为基准脉冲插补和数据采样插补两类。4、基准脉冲插补法模拟硬件插补的原理，把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，驱动工作台运动。常用的有逐点比较插补法、数字积分插补法。5、数据采样插补的数控系统，其位置伺服通过计算机及测量装置构成闭环，插补结果输出的不是脉冲而是数据，计算机定时对反馈回路采样，得到的采样数据与插补程序所产生的指令数据比较后，输出用误差信号去驱动电动机。五、数控系统中的辅助功能及实现1、用户输入的加工程序代码必须经过译码、刀具补偿、速度处理和辅助功能处理等一系列的数据处理过程，才能得出插补所需的数据。2、除轨迹控制外，在加工过程中还需执行一些辅助控制，如主轴的停、开、正转、反转，主轴的转速控制，切削液的开关和换刀控制等。六、数控机床加工零件的操作过程1、数控程序的编制2、控制介质的制作和程序的输入3、加工信息的处理与计算和控制指令的发出4、控制指令的执行1-2机床数控系统的分类一、按机床的运动轨迹分类1、点位控制系统点位控制系统只控制机床移动部件的终点位置，而不管移动所走的轨迹如何，可以一个坐标移动也可以两个坐标同时移动，在移动过程中不进行切削。（数控钻床、数控冲床）2、直线切削控制系统直线切削控制系统控制刀具或工作台以适当的速度，按平行于坐标轴的方向直线移动并可对工件进行切削；这类系统也能按450进行斜线切削，但不能按任意斜率进行切削。（数控镗床）3、轮廓控制系统轮廓控制系统又称连续切削控制系统，它能对刀具与工件相对移动的轨迹进行连续控制，能加工曲面、凸轮、锥度等复杂形状的零件。（数控铣床、数控车床、数控磨床）二、按伺服系统的控制方式分类伺服系统包括驱动机构和机床移动部件，是数控系统的执行部分，按其控制原理可分为三类：1、开环伺服控制系统如图1-10所示；开环系统的精度完全依赖步进电动机的步距精度及齿轮、丝杠的传动精度，没有测量反馈矫正措施，所以对高精度的数控机床加工往往不能满足要求。2、半闭环伺服控制系统如图1-11所示；半闭环就是用丝杠（或电动机轴）的转动量与数控装置的命令相比较（闭环），而另一部分丝杠-螺母-工作台的移动量不受闭环控制（开环），故称为半闭环。3、闭环伺服控制系统如图1-12所示；采用直线位移测量元件，测量机床移动部件工作台（或主轴箱）的位置并将测量结果送回。与数控装置命令的移动量相比较，两者不相等有差值时，将此差值放大控制伺服电动机带工作台继续移动，直到测量值与命令值相等，差值为0或接近0时停止移动。三、按数控系统功能水平分类1、经济型数控系统2、普及型数控系统3、高档型数控系统1-3机床数控技术的发展一、数控机床的产生和数控技术的发展过程1、第一代电子管数控系统2、第二代晶体管数控系统3、第三代集成电路数控系统4、第四代小型计算机数控系统5、第五代微型计算机数控系统6、第六代开放式数控系统定义：能够在不同厂商的多种平台上运行，可以和其他系统的应用程序相互操作，并能够给用户提供一致性的人机交互方式。二、我国机床数控技术的发展1、数控产业基本情况航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控北京法那科、西门子2、数控技术状况三、机床数控技术的发展趋势1、高速度、高精度2、高可靠性3、多功能化4、智能化 引进自适应控制技术附加人机会话自动编程 具有设备故障自诊断功能引进模式识别技术5、集成化从点的控制、线的控制向面的控制、体的控制的方向发展CAD/CAPP/CAM/CNC的集成发展方向。6、具有开放性7、网络化数控系统CNC系统在Internet/Intranet技术支持下直接联网构成基于Web网络环境的站点，通过