机床数控技术习题讲解本

数控技术考前复习（本）,1、常用名词术语2、基本概念1）数控机床与数控编程2）CNC装置、位置检测与伺服驱动系统3）刀补、插补、进给速度控制3、数控编程4、插补算法,数控技术术语,1、NC、CNC、MC、FMC、FMS、CIMS2、对刀点、起刀点、换刀点、刀位点、切削点3、基点、曲线逼近与节点4、功能指令、模态指令与非模态指令5、程序段、尺寸字、非尺寸字6、机床零点、参考点与机床坐标系7、工件原点与工件坐标系8、脉冲当量、插补、“半加载”9、刀具补偿,对刀点、起刀点、换刀点,对刀点：在数控机床上加工零件时，刀具相对零件运动的起始点。也称起刀点。换刀点：换刀的位置，可以是加工零件之外的任意一点。,刀位点、切削点,对刀点的位置是以刀具的“刀位点”来表示的，刀位点是刀具上的一点，是刀具定位的基准点。不同的刀具形状，其刀位点的规定不同，如立铣刀和端铣刀，刀位点为其底面中心；球头铣刀为球头球心；车刀、镗刀和钻头则为刀尖或钻尖。编程时，控制的刀具轨迹即刀位点的轨迹。刀位点不一定是切削点。加工过程中，如果刀具上的切削点与刀位点重合则可以不考虑刀具补偿。如：车圆柱外圆时，切削点与刀位点一致，固定不变；车锥形或球形外圆时，切削点的位置则是变化的，如不进行刀尖半径补偿，则会引起加工误差。,数控技术基本概念A,1、数控机床的组成及其分类（运动方式、控制方式）2、曲线逼近的方法及其特征3、零件加工程序结构与格式4、数控机床坐标系坐标方向的确定5、G00、G01、G02、G03、G04、M00、M01、M02、M03、M04、M05、M306、CNC装置的功能7、开放式CNC装置及其特征8、CNC装置的硬件结构与软件结构,数控机床的组成,输入装置,输出装置,计算机数控装置,PLC,主轴控制单元,主轴,机床辅助,伺服电机,速度控制单元,工作台,位置检测反馈装置,CNC系统,机械主体,伺服驱动系统,CNC系统（CNC装置+输入输出设备）,CNC装置：计算机：执行管理软件（图形、数据显示、参数输入、I/O处理、故障诊断、状态显示）、控制软件（译码、刀具补偿、插补运算、速度处理、位置控制等）、以及与外部设备的通讯。PLC：实现对数控系统中开关量的逻辑运算、联锁控制。接口：系统内部各输入输出设备间及与上位机通讯接口。输入输出设备：程序编程、存储、打印、显示设备。,伺服驱动系统：精确、高速、稳定,检测装置对执行机构的位置进行实时检测，为伺服控制提供反馈信息。伺服执行装置按照数控装置输出的数字指令（和反馈信息）对执行机构的运动进行实时控制，使工作台或刀具的运行轨迹与数控指令一致。,机械系统,结构件：如机座、机身、机架等刚度高抗振热变形小运动副：导轨、传动结构、轴承等间隙小摩擦系数小,CNC装置的功能,控制功能：可控动力单元、联动轴数准备功能：坐标设定、平面选择、刀具补偿、程序暂停等插补与固定循环：直线、圆、其他曲线的插补运算进给控制功能：切削进给速度、同步进给速度等主轴控制功能：转速、恒线速度、C轴控制辅助功能：即M指令功能。包括主轴正转、反转、停止，冷却泵的打开、关闭，工件夹紧、松开，换刀等功能。刀具管理显示、诊断、通讯在线自动编程,开放式CNC装置,CNC装置开放化的表现：1、系统内部硬件、软件的公开化2、各组成部件间接口的边准化标准化开放式CNC装置的组成形式：1、PC连接型CNC；建立在串口通讯上的开放2、PC内藏型CNC；非通用PC、程序开发受限3、CNC内藏型PC；专用CNC、编程灵活4、全软件型NC：实时性差,数控技术基本概念B,1、刀具补偿的执行过程2、B功能刀具半径补偿及实现方法3、C功能刀具半径补偿及实现方法（流程）、转接方式4、直线和园弧逐点比较法插补的偏差计算5、直线数字积分法插补的计算过程、左移规格化、“半加载”处理6、软件数字积分法的特点7、数字增量法插补：插补周期与采样周期的关系、稳定速度、插补周期与精度、进给速度的关系,刀具补偿的执行过程,1、在G00、G01程序段中，由G41、G42建立刀补；刀补值在D存储器或H存储器设定。2、刀补期间，CNC根据指令自动进行刀具中心轨迹计算；3、在G00、G01程序段中，由G40注销刀补。,B功能刀具半径补偿,B功能刀具半径补偿：根据零件轮廓尺寸和刀具半径值，求刀具中心运动轨迹的计算。B功能刀具半径补偿要求编程轮廓的过渡为圆角过渡，所谓圆角过渡是指轮廓线之间以圆弧连接，并且连接处轮廓线必须相切。切削内角时，过镀圆弧的半径应大于刀具半径。编程时将外尖角看成半径为0的圆角、内尖角处理成圆弧半径大于刀具半径的圆弧。编程轮廓圆角过渡，则前一段程序刀具中心软迹终点即为后一段程序刀具中心的起点，系统不需要计算段与段之间刀具轨迹交点。其对编程限制的主要原因是在确定刀具中心轨迹时，都采用了读一段，算一段，再走一段的控制方法。,C功能刀具半径补偿,C功能刀具半径补偿：解决在刀具半径补偿后，相邻两程序段的刀具中心轨迹之间可能出现的间断点或交叉点，对于这种情况，使用B功能刀补的CNC装置编程需要人工干预。C功能刀补的CNC装置可以自动处理这种情况，计算出刀具中心轨迹之间的过渡圆弧（或其他方法）。本段刀程序的刀具中心轨迹，需根据本段程序与下段程序的具体转接情况来确定。这样C功能刀补的CNC装置应设置多个数据寄存器。,C功能刀补的转接方式,伸长/缩短型转接,插入型转接,插入型转接,C功能刀具半径补偿不采用过渡圆弧转接。,C功能刀补流程,刀补流程中的四个寄存器：缓冲寄存器BS：i+2段编程轨迹刀补缓冲区CS：i+1段编程轨迹工作寄存区AS：i段刀具中心轨迹数据输出寄存区OS：插补计算CNC装置内总是同时存在有三个程序段的参数，程序参数在寄存器间同步传送。,插补周期与精度、速度的关系,用弦线迫近圆弧，会产生逼近误差:err2/8=(TF)2/8r数控机床允许的插补误差要求小于其分辨率，即一个脉冲当量。插补周期短，则在小半径圆弧插补时允许较大的进给速度。即在进给速度、圆弧半径一定的条件下，插补周期越短，逼近误差就越小。插补周期是固定的，误差取决于进给速度和圆弧半径。,=l/r=TF/r,降低进给速度，可以减少弦线误差。,数控技术基本概念C,1、开环CNC的进给速度和加减速度控制方法2、闭环CNC的进给速度和加减速度控制方法3、数控机床对伺服驱动系统的要求4、伺服驱动系统的分类4、位置检测装置的系统精度、分辨率5、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅、编码器的工作原理6、步进电机的工作原理、主要参数及其驱动电路7、主轴伺服驱动的特点8、直流伺服电机及PWM调速与交流伺服电机及SPWM调速9、闭环（半闭环）脉冲比较伺服系统的组成及其工作原理,开环CNC装置的进给速度控制,开环CNC装置一般采用脉冲增量插补，控制输出脉冲的频率即可实现对进给速度的控制。程序延时法：在插补、输出、显示等相关处理时间段后插入延时程序。（简单灵活）时钟中断法：利用变频震荡器输出中断请求信号，在中断服务程序中完成插补、输出、显示等相关处理。,闭环CNC装置的进给速度控制,闭环CNC装置具有速度环，可通过软件方法实现速度控制，有两种方法：（在粗插补前进行的）前加减速控制：通过控制编程指令F（合成速度）实现速度控制。位置精度高，需计算确定减速点。（在粗插补后进行的）后加减速控制：通过分别对各个运动轴的独立加减速控制。在加减速过程中合成位置可能不准确，不需计算减速点。,前加减速控制方法,1）按线性加减速度处理速度指令F；2）每次插补改变一次进给速度F；3）每次插补均瞬时点与终点的剩余距离；4）设置减速区以进行减速处理。,后加减速控制方法,1）按线性或指数加减速度处理各运动轴速度控制；2）每个采样周期比较输入速度指令与输出速度，并增加输出速度至设定指令；3）恒速运行至插补结束；4）加速少走位移量作为减速位移量。*减速段在无插补输出，所以不需设置减速点。,数控机床对进给伺服系统的要求,高精度：微米级以上快速响应、无超调：几十毫秒100毫秒调速范围宽：1000以上低速转矩大：适应低速重切削，无爬行现象，过载能力强。可靠，环境适应性强、性能稳定。,步进电机的功率放大器,单电压驱动电路简单，但电流响应慢，高频下负载弱。斩波驱动输出转矩恒定，但高频工作时响应不够快；高低压驱动响应快、但过冲、低频工作时振荡、失步。调频调压驱动：综合高低压驱动和斩波驱动的优点，低频时低压驱动、使电流上升变缓，避免过冲，高频时高压驱动，提高电流上升速度，保证带载能力。,主轴驱动,一般要求*宽调速、恒功率；*正反转、快速制动。特殊要求主轴驱动与进给驱动的同步（螺纹加工）；主轴的恒线速度切削（车床、磨床）；高停位精度、角度控制（自动换刀）。,脉冲（数字）比较伺服系统,系统按功能模块大致可分为三部分：采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲P；实现指令脉冲Pc与反馈脉冲P的脉冲比较，以取得位置偏差信号e；以位置偏差e作为速度调节系统。偏差e是数字量，需经数模转换后才能成为模拟给定电压。将此偏差电压值加到速度控制单元的输入端，由速度控制单元向伺服电机输送电压信号，驱动伺服电机和执行部件向着消除位置误差的方向运转，以完成某一方向上的一定速度和位移量的运动。,插补算法应用举例,理解并熟悉：逐点比较法的象限与脉冲分配规律,不过原点直线的逐点比较法插补,修正偏差计算公式：（直线方程Y=AX+B）F=Yi-V/U*XiWV=Ye-Y0U=Xe-X0,初始：F=0走+X，则F=F-V；走-X，则F=F+V走+Y，则F=F+U；走-Y，则F=F-U,AB段：U=3，V=5BC段：U=7，V=-4,上例中BC段（四象限）的逐点比较法插补计算。,用4位DDA完成直线（0，0）-（3，8）的插补计算并根据计算结果绘制加工轨迹。,不过原点直线的数字积分法插补,修正被积数：VX=Xe-X0VY=Ye-Y0图中AB段：VX=3VY=5图中BC段：VX=7VY=-4,用4位DDA完成直线（-3，-1）-（0，4）的插补计算。,用4位DDA完成第一象限逆圆弧：（6，0），终点坐标（0，6）。,编程举例,N10G00G90G41D01X-40Y-20Z1N20M03S800F50G01Z-10N30Y20N40X-6.195Y39.517N50G02X40I6.195J-39.517N60X-20Y-20I-20N70G01X-40N80G00Z100N90G00G40X0Y0M05N95M02,编程举例,关键：计算两个圆的交点，两侧可以按连续圆弧处理。,编程举例,建立工件坐标系直径编程顺圆逆圆判