数控技术总复习 PPT课件

三 数控机床的结构特点1 高性能的主轴及伺服传动系统 机械结构得到简化 传动链较短 2 机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性 热变形小 3 采用高效率 高精度的传动部件 如滚珠丝杠 直线滚动导轨等 4 加工中心带有刀库 自动换刀装置5 采用辅助装置 冷却 排屑 防护 润滑 储运等装置 第一章概述 四 数控机床分类 1 按控制轨迹的特点分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床 第一章概述 四 数控机床分类 2 按伺服系统的类型分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 区别 位置检测装置及安装位置 性能比较 精度 成本 调试和维护 第一章概述 2 脉冲增量插补就是通过向各坐标分配脉冲 来控制机床坐标轴作相互协调的运动 从而实现刀具和工件之间的相对运动 3 数据采样插补法就是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近给定曲线 由于这些微小线段是根据程编进给速度 按系统给定的时间间隔来进行分割 所以又称为 时间分割法 第二章插补原理 假设某闭环数控系统插补周期为Ts 8ms 编程进给F 300mm min 进给倍率为80 1 求进给速度 L mm 插补周期 2 若插补第三象限的直线OE 求每个插补周期内的坐标增量 Xi Yi 3 若要插补逆圆SE 且稳定进给时某动点Ni 1 6mm 8mm 请用割线法插补出下一个动点Ni的坐标值 数据采样插补法 第3章计算机数控 CNC 系统 1 主轴功能包括主轴转速的设定 正 反转及准停等 2 进给功能各坐标轴的进给速度和主轴每转的进给量 3 准备功能即G功能 包括机床的基本移动 平面的选择 坐标设定 程序暂停 基准点返回等 第一节CNC装置所具备的功能 4 插补功能现代CNC装置多采用软件插补或软硬件相结合实现插补 5 控制功能及工作台分度功能指控制的轴数及联动控制的轴数 控制轴数 和 联动控制轴数 3 1CNC装置所具备的功能 第一节CNC装置所具备的功能 6 辅助功能即F功能7 选刀功能即T功能8 补偿功能包括刀具的长度补偿和半径补偿 9 固定循环功能 3 1CNC装置所具备的功能 第一节CNC装置所具备的功能 10 字符 图形显示功能实现零件程序 参数和刀具位置显示 机床状态及报警显示等 现代CNC装置还可以进行刀具轨迹的动静态显示及三维小图形显示 11 诊断功能随时检查不应该发生的事件 如故障等 12 通讯功能通过串行通讯接口 DNC接口及网卡与上位机及周围的机床通讯 13 在线自动编程功能 3 1CNC装置所具备的功能 第一节CNC装置所具备的功能 1 单微处理器结构的CNC装置 并非只有一个微处理器 有的CNC装置虽然有两个或两个以上的微处理器 而是 只有一个微处理器能够控制系统总线 占有总线资源和访问主存储器 2 由于只有一个微处理器能够控制系统总线和访问主存储器 多采用 集中控制 分时处理 的方式来完成各项数控功能 3 2CNC装置的硬件结构 1单微处理器结构的CNC装置 2 与单微处理器CNC装置相比 多微处理器CNC装置的运算速度显著提高 它适用于多轴控制 进给速度 精度和效率要求高的CNC装置 3 多微处理器CNC装置一般采用两种结构型式 即紧耦合结构和松耦合结构 2多微处理器结构的CNC装置 常见的软件结构形式有 有前后台式软件结构 中断式软件结构 功能模块式软件结构 3 3CNC装置的软件结构 3CNC装置的软件结构 第 章计算机数控系统第四节刀具半径补偿原理 实时将编程轨迹变换成刀具中心轨迹 可避免在加工中由于刀具半径的变化 如由于刀具损坏而换刀等原因 而重新编程的麻烦 只须修改相应的偏置参数即可 减少粗 精加工程序编制的工作量 由于轮廓加工往往不是一道工序能完成的 在粗加工时 均要为精加工工序预留加工余量 加工余量的预留可通过修改偏置参数实现 而不必为粗 精加工各编制一个程序 1刀具半径补偿功能的必要性 B功能刀具半径补偿为最基本的刀具半径补偿 它仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿 计算本段程序刀具中心的运动轨迹 对于一般的CNC装置 所能实现的轮廓控制仅限于直线和圆弧 2B功能刀具半径补偿 3 1C刀补的基本设计思想为了解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响 在计算完本段刀具中心轨迹后 提前将下一段程序读入 然后根据它们之间转接的具体情况 再对本段刀具中心轨迹作适当的修正 得到正确的本段刀具中心轨迹 3C功能刀具半径补偿 第 章计算机数控系统第五节进给速度和加减速控制 在闭环CNC装置中 加减速控制多数都采用软件来实现 可放在插补前 也可放在插补后进行 放在插补前的加减速控制称为前加减速控制 放在插补后的加减速控制称为后加减速控制 2 闭环CNC装置的进给速度及加减速控制 放在插补前的加减速控制称为前加减速控制 前加减速控制仅对程编指令速度进行控制 其优点是不会影响实际插补输出的位置精度 但需预测减速点 2 闭环CNC装置的进给速度及加减速控制 放在插补后的加减速控制称为后加减速控制 后加减速控制是对各运动轴分别进行控制 这种控制无需预测减速点 但容易造成各坐标轴合成位置不准确 2 闭环CNC装置的进给速度及加减速控制 第4章数控检测技术 1 组成 位置测量装置是由检测元件 传感器 和信号处理装置组成的 一般安装在工作台 丝杠或电机上 形成闭环或半闭环控制 1 位置检测装置组成和作用 2 作用 实时测量执行部件的位移和速度信号 并变换成位置控制单元所要求的信号形式 将运动部件实际位置反馈到位置控制单元 以实施闭环控制 1 位置检测装置组成和作用 2 作用 它是闭环 半闭环进给伺服系统的重要组成部分 它的精度对闭环数控机床的加工精度起着决定性的作用 1 位置检测装置组成和作用 1 系统精度是指在一定长度或转角内测量积累误差的最大值 目前一般直线位移测量精度已达到 0 002 0 02mm m 回转角位移测量精度已达到 10 360 2 系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量 目前直线位移的分辨率为0 001 0 01mm 角位移分辨率为2 3 灵敏度是传感器对信号的响应能力 灵敏度越高越好 3位置检测装置的性能指标 4 迟滞对某一输入量 传感器的正行程的输出量与反行程的输出量的不一致 称为迟滞 迟滞越小越好 5 测量范围和量程能满足机床加工的要求 6 零漂与温漂零漂是指没有信号时传感器输出的稳定性 温漂是指温度变化时对传感器参数的影响 零漂与温漂越小越好 3位置检测装置的性能指标 1 工作可靠 抗干扰能力强 2 满足精度 分辨率 测量范围的要求 3 对高速动态信号能实现不失真测量和处理 4 使用维护方便 5 易于实现自动化 6 成本低 4进给伺服系统对位置检测装置的要求 第4章数控检测技术第二节编码器 编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器 并将角位移用数字 脉冲 形式表示 故又为脉冲编码器 可作为位置检测和速度检测装置 它是数控机床上使用最为广泛的位置检测装置 也可以用于速度检测 第二节编码器 根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移 根据脉冲的频率可得被测轴的转速 根据A B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向 后续电路可利用A B两相的90 相位差进行细分处理 四倍频电路实现 A B两相的作用 被测轴的周向定位基准信号 被测轴的旋转圈数记数信号 Z相的作用 码盘按其所用码制可分为二进制码 循环码 格雷码 十进制码 六十进制码等 绝对式脉冲编码器 000000 000010 000001 001111 码盘按其所用码制可分为二进制码 循环码 格雷码 十进制码 六十进制码等 绝对式脉冲编码器 1 某绝对式脉冲编码器的码盘采用纯二进制 共有4个码道 当某位置输出的编码数为001111时 请计算该位置相对0位置转过了多少度 光栅尺指的是标尺光栅和指示光栅 根据制造方法和光学原理的不同 光栅可分为透射光栅和反射光栅 1光栅检测装置的结构和分类 2 莫尔条纹的形成形成亮带的间距B与线纹夹角 的关系为 2直线透射光栅的工作原理 1 放大作用 B 2 误差均化作用 3 利用莫尔条纹测量位移 3 莫尔条纹有如下特点 第5章伺服驱动系统第一节概述 伺服驱动系统简称伺服系统 Servosystem 是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统 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 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部件 最终转化为直线或旋转运动 1 数控机床伺服系统及其组成 1 精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度 包括定位精度和轮廓加工精度 2 稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下 能在短暂的调节过程后 达到新的或者恢复到原来的平衡状态 直接影响数控加工的精度和表面粗糙度 3 数控机床对伺服系统的基本要求 3 快速响应快速响应是伺服系统动态品质的重要指标 它反映了系统的跟踪精度 4 调速范围宽调速范围是指生产机械要求伺服系统能提供的最高转速和最低转速之比 0 24m min 3 数控机床对伺服系统的基本要求 5 低速大转矩进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制 在整个速度范围内都要保持这个转矩 主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制 能提供较大转矩 在高速时为恒功率控制 具有足够大的输出功率 3 数控机床对伺服系统的基本要求 第二节步进电机及其驱动 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机 步进电机的角位移 或线位移 取决于脉冲数 转速取决于脉冲频率 旋转 或移动 的方向取决于分配脉冲的相序 步进电机的运动状态是步进形式的 故称为步进电机 2 步进电机的工作方式 1 步距角步距角和步进电机的相数 通电方式及电机转子齿数的关系如下 式中 步进电机的步距角 m 电机相数 Z 转子齿数 K 系数 相邻两次通电相数相同 K 1 相邻两次通电相数不同 K 2 2 步进电机的主要性能指标 2 最大静转矩该矩角特性上的静态转矩最大值称为最大静转矩 2 步进电机的主要性能指标 3 最大启动转矩图5 8为三相单三拍矩角特性曲线 它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启动转矩 2 步进电机的主要性能指标 4 启动频率空载时 步进电机由静止状态突然起动 并进入不失步的正常运行的最高频率 称为启动频率或突跳频率 加给步进电机的指令脉冲频率如大于启动频率 就不能正常工作 2 步进电机的主要性能指标 4 启动频率步进电机在带负载 尤其是惯性负载 下的启动频率比空载要低 而且 随着负载加大 在允许范围内 启动频率会进一步降低 2 步进电机的主要性能指标 5 启动矩频特性当步进电动机带着一定负载转矩启动时 作用在电动机轴上的加速转矩为电磁转矩与负载转矩之差 负载转矩越大 加速转矩越小 电动机就越不易转起来 只有当每步有较长的加速时间 采用较低的脉冲频率 时 电动机才能启动 2 步进电机的主要性能指标 5 启动矩频特性因此 当启动时间确定时 其启动频率随着负载的增加而下降 描述步进电动机启动频率与负载力矩的关系曲线称做启动矩频特性 2 步进电机的主要性能指标 6 运行矩频特性运行矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系 见图5 20 该特性上每一个频率对应的转矩称为动态转矩 2 步进电机的主要性能指标 1 步距角选择脉冲当量 用下式计算 式中S 丝杠导程 mm 步距角 i 传动比 第五章伺服驱动系统 第三节步进电机及其驱动 3 步进电动机的选择 1 步距角选择 例 在图示开环伺服系统中 传动比i Z2 Z1 2 5 步进电机与丝杠之间有一级变速 丝杠导程为p 6mm 该系统的脉冲当量 0 01mm 求步进电机的步距角 如果工作台的最大移动速度为6m min 求步进电机的最高工作频率 3 步进电动机的选择 2 最大静态转矩的选择Tjmax 选择步进电动机时 必须保证步进电动机的转矩大于机械系统的负载转矩TF 如此才能保证步进电动机可靠地运行 步进电动机最大静态转矩选择必须满足 TF 0 2 0 4 Tjmax 3 步进电动机的选择 2 最大静态转矩的选择Tjmax步进电动机的负载转矩TF由切削力F和工作台运动时的摩擦力组成 负载转矩的计算公式为式中 F 运动方向的切削抗力 u 导轨摩擦系数 W 工件及工作台重量 kg 齿轮和丝杠的传动总效率 i 减速比 3 步进电动机的选择 3 启动频率fq的选择依据机床要求的启动频率fqF 根据下式可选择步进电机的启动频率fq 若负载参数无法确定 可按fqF 0 5fq 3 步进电动机的选择 步进电动机的连续运行频率fmax应能满足机床工作台最高运行速度的要求 vmax nmax fmax满足电机矩频特性要求 4 连续运行频率fmax的选择 3 步进电动机的选择 将逻辑电平信号转换成电动机绕组所需的具有一定功率的电脉冲信号 并使其定子绕组顺序通电 如A B C AB BC CA AB 4 步进电机驱动电源 2 驱动电源通常由环形分配器和功率驱动器组成 4 步进电机驱动电源 CH250三相步进电机环配芯片 软环形分配器 3 环形分配器 功率驱动器 或称功率放大电路 的作用是将环形分配器输出的脉冲信号放大 以用足