数控期末考试知识点整理

数字控制优点：（数字控制：数字量信息模拟控制：模拟量信息）可用不同的字长表示不同精度的信息；可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作；可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，具有很大的“柔性”。数控系统的分类及特点A按照运动轨迹分类：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—个坐标移动，也可以二坐标同时移动，在移动过程个不进行切削。数控钻床、数控镗床，数控冲床等都属于点位控制系统。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45°进行斜线切削，但不能按任意斜率进行切削。简易数控车就属于直线切削控制系统。点位／直线切削控制系统将点位控制系统和直线切削控制系统结合在一起。数控车床、数控铣床、数控镗床属于这—类系统。（4）连续切削控制系统/轮廓控制系统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的数控铣床、数控车床、数控磨床采用连续切削控制系统。B按照伺服系统的控制方式分类开环控制系统典型的开环伺服系统采用步进电机的伺服系统。•开环系统的精度完全依赖于步进电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，对高精度的数控机床往往不能满足要求。•结构简单、调试容易、造价低，现在仍普遍采用。半闭环控制系统半闭环伺服系统采用直流/交流伺服电机的伺服系统。•采用装在丝杠上或伺服电机上的角位移测量元件测量丝杠或电机轴的转动量间接地测量工作台的移动量。•半闭环凋试方便，稳定性好，角位移的测量元件简单、价廉，所以配备传动精度较高的齿轮、丝杆的半闭环系统得到了广泛应用。闭环控制系统闭环伺服系统采用直流/交流伺服电机的伺服系统。采用直线位移测量元件，测量机床移动部件（工作台）的位置并反馈送回数控装置。从理论上讲，闭环伺服系统的精度取决于测量元件的精度，但实际上机床的结构、传动装置以及传动间隙等非线性因素都会影响精度，严重的还会引起振荡。C按照数控系统功能水平分类低档型/经济型（简易数控系统中档型/普及型（全功能数控系统高档型数控系统三、数控系统的发展我国国产机床目前30%的数控化率与发达国家60%-70%的水平差距不小。我国是世界第一大消费国、进口国和第四大生产国（2003年）。在国际市场上，中、高档数控系统主要由以日FANUC、德国SIEMENS为代表的少数企业所垄断。其中，FANUC占一半左右、两家合计占全球市场份额高达70%。在国内市场上，主要规模生产企业有20多家，以华中数控、广州数控、大连大森、北京凯恩帝、南京华兴等5家企业为代表。数控机床的原点A固定原点/机械原点：机床坐标系的原点，机床制造商设置在机床上的一个物理位置。具体位置是由机床制造厂家在各进给轴上用限位开关精确调整好，坐标值已输入数控系统中，在机床说明书上有说明。B工件原点/程序原点：工件坐标系原点，由编程者确定。编程人员在工件图纸上选定某一定点，编程时所有的尺寸都基于此坐标系计算。（为了编程的方便和提高加工程序的通用性而设立。）确定的原则是简化编程计算，故应尽量将工件原点设在零件图的尺寸基准或工艺基准处。C数控机床的零点偏置：确定工件原点与机床原点的距离。（1）工件原点的确定指令G92：通过程序来设定（2）G54~G59：通过CRT/MID在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一经设定，加工坐标原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与大的当前位置无关，除非再通过CRT/MID方式更改。数程序输入方式（1）手动输入方式：控制台手动输入键盘、波段开关等；（2）自动输入方式：穿孔带，穿孔卡片、磁带、磁盘等；（3）DNC（DirectNumericalControlorDistributedNumericalControl）系统输入方式：译码功能逐个读入字符，先识别出其中的文字码和数字码，再将具体的文字或辅助符号译出，最后根据文字码所代表的功能，将后续数字码送到相应译码结果缓冲器单元中。泽码中还要进行数控加工程序的错误诊断。点位控制与点位／直线切削控制的异同（1）对机床结构要求不同：•点位控制系统的机床常设有工作台夹紧机构；•允许直线切削的导轨要有足够的稳定性；（2）对运动速度的要求不同：•点位控制系统对运动速度的要求比较简单，在接近定位点时适当降速以求定位准确；•点位／直线切削控制系统具有多种速度控制的功能。有时还要与主轴转速相配合，用每转毫秒数设定进给速度。（3）机床机能设置不同：•点位控制系统机能设置比较简单，“自动”程度较低。（某些数控镗床在自动定位后手动操作镗孔等）•点位／直线切削控制系统机能设置较多，“自动”程度高。（除进给速度控制机能外，还有主轴转速选择、刀具的选择以及刀具长度补偿机能等）七：点位控制与点位／直线切削控制的实现补偿机能：原理及方法A齿隙补偿/反向间隙补偿：机械传动链在改变转向时，由于齿隙的存在，会引起伺服电机的空走，而无工作台的移动，这对开环系统和半闭环系统控制的机床加工精度影响很大，必须加以补偿。B螺距误差补偿：开环方式或半闭环的数控机床，其定位精度主要取决于进给丝杠的精度。一般在数控机床上采用高精度的滚珠丝杠，要进一步提高进给精度，则除了采用高精度滚珠丝杠外，还应采用螺距误差补偿的措施。对连续轮廓数控系统的要求（1）工作台准确定位（2）控制刀具相对工件以给定速度沿着指定的路径运动插补的定义和任务定义：机床上进行轮廓加工的各种工件，大部分由直线和圆弧这种简单、基本的曲线构成。若加工的轮廓由其他二次曲线和高次曲线组成，也可以采用一小段直线或圆弧来拟合，就可满足精度要求，这种拟合的方法就是“插补”。任务：根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。插补的种类（脉冲增量插补与数据采样插补）和各自的特点A脉冲增量插补：每走一“步”的行程是固定的，每走一“步”的时间由系统控制，从而控制系统的运行速度。多用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统中。每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出给步进电机。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。易用硬件实现，且运算速度很快。目前也有用软件来完成这类算法的，但仅适用于一些中等精度(0.01mm)或中等速度(1~3m/min)要求的CNC系统。插补算法：逐点比较法、数字积分法等多用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统中。B数据采样插补：每走一“步”的时间是固定的，每走一“步”的行程由系统控制，从而控制系统的运行速度。多用于以伺服电机为驱动装置的闭环/半闭环环数控系统中。插补程序以一定的时间间隔定时（插补周期）运行，在每个周期内根据进给速度计算出各坐标轴在下一插补周期内的位移增量（数字量）。可达到较高的进给速度（一般可达10m/min以上）。插补算法：时间分割法、扩展DDA数据采样法。多用于以伺服电机为驱动装置的闭环/半闭环环数控系统中。逐点比较法•判别函数及判别条件数字积分插补法工作原理DDA直线插补器DDA圆弧插补器改进DDA插补质量的方数据采样插补法基本原理时间分割法直线和圆弧插补实现扩展DDA数据采样插补法直线和圆弧插补实现椭圆插补—基本思想刀具补偿处理的目的目的：插补运算前必须完成的预备处理，通过刀具补偿将被加工零件的轮廓轨迹转换为刀具中心的运动轨迹。刀具补偿处理的内容（刀具长度补偿与刀具半径补偿）刀具半径补偿（1）刀具补偿方向（左补与右补）•当刀具中心轨迹在轮廓轨迹前进方向的左侧时，称为左刀补，用G41表示。•当刀具中心轨迹在轮廓轨迹前进方向的右侧时，称为右刀补，用G42表示。•G40为取消刀具补偿指令。（2）刀具补偿执行过程（建立、进行与撤销）•刀补建立：刀具由起刀点接近工件，在法线方向上偏移一个刀具半径；•刀具补偿进行：刀具始终沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径；•刀补撤销：刀具撤离工件，回到起刀点。（3）刀具补偿类型（B功能与C功能）•B功能半径补偿基本的刀具半径补偿，能根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，不能解决程序段之间的过渡问题，编程人员必须先估计刀补后可能出现的间断点和交叉点等情况，进行人为处理。要求编程轮廓的过渡为圆角过渡。•对于直线而言，刀补后的刀具中心轨迹为平行于轮廓直线的一条直线。因此，需要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标，刀具中心轨迹即可确定。•对于圆弧而言，刀补后的刀具中心轨迹为与指定轮廓圆弧同心的一段圆弧，因此，圆弧的刀具半径补偿，需要计算出刀具中心轨迹圆弧的起点、终点和半径。读一段，算一段，再走一段•C功能半径补偿在计算完本段程编轨迹后，提前将下段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情况，求得本段程序的刀具中心轨迹。要求编程轮廓的过渡主要为直线过渡。计算完本段程编轨迹后，提前将下段程序读入，据它们之间转接具体情况，求本段程序刀具中心轨迹。（4）C刀具补偿类型•连接类型：直线直线、直线圆弧、圆弧直线、圆弧圆弧•转接过渡类型：缩短型：180o≤＜360o伸长型：90o≤＜180o插入型：0o≤＜90进给速度控制的必要性对进给速度进行控制，不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。（3）在进给状态的变化，如启动、停止、轨迹转折、速度变化处保持平滑过渡，防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律完成升速和降速的过程。进给速度控制的目的（数控设备的进给速度要求）进给速度的控制方法--算法和特点基准脉冲法进给速度控制--开环数控系统•程序计时法（软件延时法）•时钟中断法数据采样法进给速度控制--闭环和半闭环数控系统进给速度的加减速控制方法基准脉冲法进给速度的加减速控制过程（曲线）数据采样法进给速度的加减速控制•前加减速控制：目的、优缺点、方法和过程（曲线）插补前进行插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。优点：仅对合成速度F进行控制，不会造成额外的轨迹误差；不影响插实际插补输出的精度进行控制，不会造成额外的轨迹误差；不影响插实际插补输出的精度•缺点：需要较复杂的沿弧长方向的路径计算；要根据实际刀具位置与程序段终点之间的距离预测减速点，预测工作的计算量较大。•后加减速控制：目的、优缺点、方法和过程（曲线）插补后进行插补后根据各轴到终点的坐标方向上的差值，对速度进行加减速控制。•优点：对各运动轴分别进行加减速控制，不需要专门预测减速点，而在插补输出为0时开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段的终点。•缺点：由于坐标轴分别控制，所以在加减速控制中各坐标轴的实际合成位置可能不准确，但仅在加速与减速过程才会有，匀速状态时，影响不存在。二次插补算法：目的、应用二次插补算法—实现•粗插补与精插补相结合的方法，粗插补由软件实现；精插补由硬件完成。•该方法可应用于步进开环数控系统和脉冲式全数字交流伺服系统，大大提高了系统的性能指标，即实时性和可靠性。•这种算法主要应用于多轴联动、机械手、机器人等运动控制的设计。•举例：为了提高刀具运动的线速度，节省CPU的时，FANUC6系统采用粗插补与精插补结合的方法，粗插补由软件完成，周期为8ms，硬件完成精插补。CNC数控系统的基本组成CNC装置的工作过程输入：输入零件程序、控制参数和补偿量等数据，并完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。译码：以一个程序段为单位，把其中的各种零件轮廓信息（如起点、终点、直线或圆弧等）、加工速度信息（F代码）和其它辅助信息（M、S、T代码等）按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。刀补处理：包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。（B刀具补偿orC刀具补偿）。速度预处理：根据合成速度来计算各运动坐标的分速度，以及进行机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等。插补处理：完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。（脉冲增量插补、数据采样插补与二次插补）位控处理：位置控制，可以由软件实现，也可以由硬件完成。主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。PLC控制：处理CNC装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制（如换刀、换挡、冷却等）、主轴的启停及速度控制等。CNC装置的数据转换流程中国及世界主要CNC系统发展简况我国国产机床目前30%的数控化率与发达国家60%-70%的水平差距不小。我国是世界第一大消费国、进口国和第四大生产国（2003年）。在国际市场上，中、高档数控系统主要由以日FANUC、德国SIEMENS为代表的少数企业所垄断。其中，FANUC占一半左右、两家合计占全球市场份额高达70%。在国内市场上，主要规模生产企业有20多家，以华中数控、广州数控、大连大森、北京凯恩帝、南京华兴等5家企业为代表。数控装置硬件结构类型A总体安装方式：整体式结构/分体式结•整体式结构把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模块板组成的电路板等安装在同一机箱内。–优点是结构紧凑，便于安装，但有时可能造成某些信号连线过长。•分体式结构CRT和MDI面板、操作面板等自成部件，而把功能模块板组成的电路板安装在一个机箱内，两者之间用导线或光纤连接。–便于更换、安装。BCNC装置中各印制电路板的插接方式：大板式结构/功能模板式结构C,CNC装置中微处理器的个数：单微处理器/多微处理器结构•单微处理器结构结构中只有一个微处理器，以集中控制，分时处理系