机床数控技术PPT课件

1 杜国臣2007年1月7日 机床数控技术 总复习 2 第一部分基本概念 1 名词解释脉冲当量 数控系统每发出一个脉冲信号 机床执行件移动的位移 它是刀具或工作台的最小位移量 定位精度 数控机床工作台等移动件在确定的终点所达到的实际位置精度 它受伺服系统误差 检测系统误差和进给系统误差的影响 重复定位精度 在同一台数控机床上 应用相同的程序加工一批零件 所得到连续结果的一致程度 它受伺服系统特性 反向间隙 摩擦变形等影响 数值计算 根据零件图纸 按照已确定的加工路线和允许的编程误差 计算数控系统所需输入的数据 基点 一个零件轮廓往往由许多不同的几何元素组成 如直线 圆弧 二次曲线等 各几何元素的连接点 切点 交点 3 第一部分基本概念 节点 将组成零件的轮廓曲线 按数控系统插补功能的要求 在满足允许的编程误差的条件下进行分割 即用若干直线或圆弧来逼近给定的曲线 逼近线段或圆弧的交点或切点 插补 机床数控系统依据一定的方法确定刀具运动轨迹 进而产生基本廓形曲线 如直线 圆弧等 其他需要加工的复杂曲线由基本廓形曲线逼近 这种拟合的方法 DDA插补 又称数字积分法插补 它是利用数字积分的方法 计算刀具沿各坐标轴的位移 以便加工出所需要的线形 4 第一部分基本概念 并行处理 指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作 它的优点是提高运行速度 并行处理分为 资源重复 时间重叠 资源共享 处理方法 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 数控伺服系统的传感器要求迟滞小 开环伺服系统 只有指令信号的前向控制通道 没有检测反馈控制通道 其驱动元件主要是步进电机的伺服系统 起动频率 空载时 步进电机由静止状态突然起动 并进入不丢步的正常运行的最高频率 又称突跳频率 5 第一部分基本概念 可编程序逻辑控制器及其代码机床的参考零点 工件坐标系的原点刀半径左 右补偿基点 节点机床的主参数RAM存储器与ROM存储器联动轴数与可控轴数主轴转速调速范围 进给速度调速范围贴塑导轨及其位置并行处理及特点 并行处理及其三种处理方法鉴幅测量与相位测量 什么原理测量 数字式测量和模拟式测量 其含义 特点 直接测量和间接测量 其含义 特点 步距角与步距误差 影响因素C轴控制 6 模态指令计算机集成制造系统 直接数控 FMC FMS恒线速控制B机能和C机能刀具补偿点位控制系统 直线控制系统 轮廓控制系统刀具补偿过程 7 第一部分基本概念 2 简答题数控机床有那些特点 加工精度高 生产率高 适应性强 经济效益高 自动化程度高 对使用人员要求高 对夹具刀具要求高等 数控系统按运动方式分几类 各有何特点 数控系统按运动方式分三种 点位控制系统 工作台或刀具只能实现从一个位置到另一个位置的精确移动 在移动或定位过程中不进行任何加工 系统只控制行程终点的坐标值 点位直线控制系统 工作台或刀具以要求的速度 沿着平行于坐标轴 或45度 方向进行直线移动和切削加工 轮廓控制系统 系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行连续控制 每时每刻都对各坐标位移和速度进行严格的不间断的控制 8 第一部分基本概念 开环 半闭环 全闭环三种控制系统控制机床的各有何特点 1 开环控制系统没有反馈检测装置 伺服元件通常使用步进电机或电液脉冲马达 结构简单 稳定性好 调试维修方便 成本底 控制精度较差 对进一步提高定位精度受限 2 半闭环控制系统反馈检测装置安装在电机端 或丝杠上 伺服元件通常为直流或交流伺附电机 稳定性好 调试方便 但没有全闭环控制精度高 3 全闭环控制系统反馈检测装置安装在工作台上 或刀架上 伺服元件通常为直流或交流伺附电机 定位精度高 调速快 但稳定性差 调试维修困难 成本高 可控轴数与联动轴数区别 系统能够控制的坐标轴数目称为可控轴数 它与系统运算处理能力 运算速度及内存量有关 系统控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目称为联动轴数 它们与系统运算处理能力 运算速度及内存量有关 9 第一部分基本概念 数控加工工序划分的三大原则 基准先行原则 按零件装夹定位方式划分工序 先粗后精原则 按零件粗精加工划分工序 刀具集中原则 按所用刀具划分工序 机床切削参数有那些 分别与那些因素有关 1 切削深度 与机床 夹具 刀具 工件的刚度有关 2 主轴转速 与切削速度 工件或刀具的直径有关 切削速度与刀具的耐用度有关 3 进给量 进给速度 与加工精度 表面粗糙度 刀具工件材料性质有关 10 第一部分基本概念 经济型数控系统的软件结构包括那些方面 1 输入数据处理程序 完成程序输入 译码 数据处理等 2 插补运算程序 经济型数控系统通常采用基准脉冲插补方式 3 速度控制程序 决定着插补运算的时间间隔 4 系统管理诊断程序 包括管理程序和诊断程序 基准脉冲插补法和数据采样插补法各有什么特点 基准脉冲插补法在插补计算过程中不断地向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲 驱动各坐标轴进给电动机的运动 实现方法比较简单 既可以用硬件来实现 也可以用软件来实现 数据采样插补法采用软件插补法 其输出的插补结果不是脉冲 而是数据 数控系统定时地对位置检测进行采样 采样数据与插补程序所产生的指令数据相比较以后 得到位置偏差 经伺服驱动控制伺服电动机 11 第一部分基本概念 标准型数控系统软件多任务并行处理和实时中断处理各有什么特点 CNC系统的多任务并行处理是指计算机在统一时刻或统一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作 主要采用资源分时共享和资源重叠的流水线处理技术 其最大优点是提高了运算速度 CNC系统软件结构的另一个重要特征是实时中断处理 数控系统有些控制任务具有较强的实时性要求 在系统软件中只能通过中断服务程序来完成 系统中断是整个系统必不可少的重要组成部分 主要有前 后台软件结构的中断模式与中断型软件结构中断模式 在前 后台软件结构中 整个控制软件分为前台程序和后台程序 即背景程序 在背景程序的运行中 前台实时中断程序不断插入 与背景程序相配合 共同完成零件的加工任务 中断型结构的特点是除了初始化之外 系统软件中所有任务模块均被安排在不同级别的中断服务程序中 何谓步进电动机的步距角 步距角的大小与那些参数有关 步进电动机有转子 定子和定子绕组组成 当某相定子绕组由脉冲电流励磁后 便能吸引转子 使转子转一角度 该角度称步进电动机的步距角 用 表示 360 mzK 由公式可以知道步进电动机的步距角 与定子相数m 转子齿数z 控制方式确定的拍数与相数的比例系数K有关 12 第一部分基本概念 光电编码器安装在滚珠丝杠驱动前端和末段有何区别 光电编码器在数控机床中用于工作台或刀架的直线位移测量有两种安装方式 一是和伺服电机同轴连接在一起 内装式 伺服电机再和滚珠丝杠连接 光电编码器在进给传动链的前端 二是光电编码器安装在进给传动链的末端 由于后者包含的进给传动链误差比前者多 因此 在半闭环伺服系统中 后者的位置控制精度比前者高 绝对值式测量和增量式测量的特点有什么不同 增量式测量的特点是只测位移增量 即工作台每移动一个基本长度单位 检测装置便发出一个测量信号 此信号通常是脉冲形式 通过脉冲计数便可得到位移量 其检测装置均有零点标志 作为基准起点 绝对值式测量的特点是被测的任一点的位置都从一个固定的零点算起 每一被测点都有一个对应的测量值 常以数据形式表示 13 第一部分基本概念 步进电动机有那些使用特性 1 步距误差 一转内各实际步距角与理论值之间的误差 2 静态距角特性 静态时转子的静态转距T与失调角 的关系 3 启动频率 空载时步进电动机由静止状态突然启动 并进入不丢步的正常运行的最高频率 4 连续运行频率 步进电动机启动以后 其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率 5 距频特性与动态特性 距频特性T与f描述步进电动机连续稳定运行时 输出转距与连续运行频率之间的关系 6 加减速特性 描述步进电动机由静止到工作频率或由工作频率到静止的加减速过程中 定子绕组通电状态的频率变化与时间的关系 14 第一部分基本概念 直接测量和间接测量各由何特点 若位置检测装置所测量的对象就是被测量本身 即直线式测直线位移 旋转式测量角位移 这种测量方式为直接测量 用直线式检测装置可直接反映工作台的直线位移 但检测装置要和行程等长 直接测量组成位置闭环伺服系统 位置精度由检测装置精度及安装精度决定 若用旋转式检测装置反映工作台的直线位移 即通过角位移与直线位移之间的线性关系求出工作台的直线位移的测量方式为间接测量 间接测量组成位置半闭环伺服系统 位置精度取决于检测装置和机床传动链两者的精度 但间接测量无长度限制 滚珠丝杠螺母副有那些特点 1 传动效率高 滚珠丝杠螺母副传动效率 0 92 0 94 是普通丝杠传动效率的3 4倍 2 摩擦力小 滚珠丝杠螺母副动静摩擦系数小 传动灵敏 运行平稳 低速不易爬行 定位精度高 3 可预紧 滚珠丝杠螺母副经预紧可消除轴向间隙 刚度高 4 有可逆性 滚珠丝杠和螺母的运动是可逆的 即可作为主动件或从动件 5 使用寿命长 6 制造工艺复杂 成本高 不能实现自锁 15 第一部分基本概念 交流伺服电动机与直流伺服电动机各有何特点 直流伺服电动机 优良的调速性能 电刷和换向器易磨损 需要经常维护 换向器换向时会产生火花 使电机的最高转速受到限制 也是应用环境受到限制 结构复杂 制造困难 所用铜铁材料消耗大 制造成本高 交流伺服电动机 不用电刷和换向器 且转子惯量较直流小 使得动态响应好 输出功率比直流伺服电机高10 70 可达到更高的电压和转速 在数控机床上应用广 并取代了直流伺服电动机 16 何为数控加工路线 编程时如何选择数控加工路线 简述滚珠丝杠螺母副的特点与功用 定位精度和重复定位精度分别受哪些因素影响 数控机床最适合加工哪几种类型的零件 第一部分基本概念 17 第一部分基本概念 3 解释题N10G40G97M04S150T0700 G40 关闭刀具补偿代码G97 关闭恒进给速度代码N30G50S1500 G50 设定主轴最高转速代码S1500 设定主轴最高转速值代码N80G32W 40F1 5S600 G32 公制螺纹切削加工指令F1 5 指定车削螺纹的螺距为1 5mmN70M98P11000 M98 调用子程序指令P11000 调用一次子程序O1000 18 第一部分基本概念 WL3006 P3W 外循环 L 螺母预紧 30 公称直径30mm 6 螺距6mm P3 定位类型为P 3级精度 CL2504LH P2C 外循环插管式 L 螺母预紧 25 公称直径25mm 4 螺距4mm LH 左旋 P2 定位类型为P 2级精度 19 第二部分基本原理 1 插补题第一象限的一段直线 如图所示 试用逐点比较法进行插补 写出插补过程 画出插补轨迹 解 总插补步数n 3 5 8 插补起点在原点 插补过程如下表所示 插补轨迹如图 20 第二部分基本原理 第二象限的一段直线OA 如图所示 A点坐标 3 5 试用逐点比较法进行插补 写出插补过程 画出插补轨迹 解 总插补步数n 3 5 8 插补起点在坐标原点 插补过程如表所示 插补轨迹如图 21 第二部分基本原理 设第一象限逆圆弧AB 如图所示 坐标圆点在圆心上 试用逐点比较法推导出第一象限逆圆弧插补公式 设第一象限顺圆弧AB 如图所示 坐标圆点在圆心上 试用逐点比较法推导出第一象限顺圆弧插补公式 第一象限逆圆弧AB 如图所示 A 4 0 B 0 4 坐标圆点在圆心上 试对AB圆弧用逐点比较法插补 写出插补过程 画出插补轨迹 22 第二部分基本原理 如图为光电脉冲编码器将位置检测信号反馈给CNC装置的电路原理图及其输出信号A B波形图 试画出光电脉冲编码器正转 反转时c d e f点的波形图 23 第二部分基本原理 旋转变压器在鉴相工作状态下 若定子两相绕组Vs Vmsin t Vc Vmcos t 则 转子绕组产生的感应电势E2是多少 旋变是按照什么原理工作的 它是如何检测角位移的 24 第二部分基本原理 旋转变压器在鉴幅工作状态下 若定子两相绕组Vs Vmsin 电sin t Vc Vmcos 电sin t 则 转子绕组产生的感应电势E2是多少 旋变是按照什么原理工作的 它是如何检测角位移的 25 第二部分基本原理 如图为反应式步进电机工作原理图 试问 步进电机是按什么原理工作的 图示步进电机步距角是多少 若控制方式改为双三拍方式步距角是多少 通电顺序如何 反应式步进电机的转速 角位移 转向是如何控制的 26 第三部分编程题 精密轧辊 主要用于轧制冷凝管 淬火硬度HRC55 58 材料为Cr12MoV 其工作面常规的精加工工艺是磨削 现在我们使用FD22型 6圆形陶瓷刀具在MJ460数控车床上进行快速车削加工 实现了以车代磨 加工精度高 加工效率提高了5倍以上 已知加工余量1mm 直径量 下面介绍这种精密轧辊外圆工作面的加工程序 27 第三部分编程题 已知毛坯直径 70mm 材料为45号钢 T0101为90 外圆车刀 T0202为刀宽3mm的切断刀 加工零件如下图所示 槽尺寸为 50 3 试采用调子程序方式完成该零件加工程序 28 指出下列划线部分程序字的含义1 TRANSX Y Z 2 ATRANSX Y Z 3 ROTRPL 604 AROTRPL 305 G1AP RP F 6 G2X Y I J F 7