数控技术

elecfans.comPID调节的实质是什么.doc1第一章概论本章介绍了数控技术的一些概念以及数控机床的特点、工作原理及组成，同时也介绍了数控机床的分类方法，最后简要介绍了数控技术和数控机床的发展、技术水平。一、内容要点1、数控技术、数控系统、数控机床1)数控技术：用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程的自动控制技术；2)数控系统：实现数控技术相关功能的软硬件系统。它是数控技术的载体；3)数控机床：应用数控技术对机床加工过程进行控制的机床。2、数控机床的特点、组成及工作原理特点：1）能适应不同零件的自动加工；2）加工精度高、加工质量稳定3）尤其能优质高效地完成复杂零件的加工；4）工序集中，一机多用5）高技术设备，购买、使用、维护和维修费用相对较高；组成：由输入装置、数控装置、伺服驱动系统、辅助控制及强电控制系统和机床等部分组成。工作原理：将被加工零件的形状、尺寸、工艺要求等信息按规定编程，并记录在输入介质上，输入到数控装置。数控装置对输入信息进行处理和计算，根据计算的结果向各执行机构（进给系统、主轴系统等）分配进给指令。执行机构对来自数控装置的各种指令进行处理、转换和放大，驱动机床的运动部件（工作台、刀具及主轴等）运动，按照要求的形状和尺寸完成零件的加工任务。而辅助控制则是为了保证机床安全、方便、有效工作而必不可少的一些操作，如冷却、润滑、工件刀具的的自动松夹，排屑，限位，各种保护，联锁互锁等。3、数控机床的分类1）按工艺用途分类：切削加工类：数控铣床、数控钻床、加工中心等成型加工类：数控折弯机、数控弯管机特种加工类：数控线切割、激光加工机其它类型：数控装配机、数控测量机2）按控制系统的特点分类（或称按加工方式分类）点位控制系统：仅能控制刀具相对于工件的精确定位控制系统，而在相对运动的过程中不能进elecfans.comPID调节的实质是什么.doc2行任何加工。点位直线控制系统：不仅具上述功能，而且还能实现沿某一坐标轴或两轴等速的直线移动和加工的功能的控制系统。轮廓控制系统：能实现两轴或两轴以上的联动加工，即具有实现对曲线或曲面轮廓零件的加工能力控制系统。所谓联动，就是机床上各坐标轴的运动之间有着确定的函数关系，这个函数就是零件的轮廓曲线（曲面）。3）按进给伺服系统的特点分类：开环控制系统：没有位置反馈装置的进给控制系统，信息流为单向，机床的位置精度相对闭环要差一些，但结构简单，系统稳定性易于整定，价格便宜，驱动元件主要是步进电机。闭环控制系统：利用直接从执行部件上引入的位置反馈信息（实际位移量）与来自数控装置的指令信息进行比较，利用比较的结果（误差）对执行部件实施控制的系统，其控制精度较高，但调试比较复杂，多用于高精度的数控机床。半闭环控制系统：与闭环系统相比，该系统位置反馈是从中间某个环节（如电机轴或丝杆轴）引入的，其结构、性能、精度均介于开环与闭环之间。4、数控机床的特点和应用范围数控机床的主要特点是适应性强，加工精度高，经济效益好，生产率高，有利于生产管理的现代化。数控机床适合于加工多品种小批量的零件，结构形状复杂的零件以及价格昂贵的零件。二、基本要求1、掌握数控技术、数控系统和数控机床等基本概念2、掌握数控机床的工作原理以及它的组成。3、了解数控机床可以按几种方式进行分类（工艺用途、运动方式、控制方式）。4、知道数控机床的特点及其应用范围。5、了解数控机床目前发展的趋势和技术水平。第二章数控加工程序的编制本章介绍了数控编程的一些基本概念，以及编程的方法与步骤，并且介绍了工艺分析的方法与加工方法的选择。重点讨论了用标准G、M等代码等进行手工编程的方法。并给出了相应的例子。同时，也介绍了数控机床坐标系的确定方法。最后讨论了程序编制中的数值计算及自动编程有关的概念。elecfans.comPID调节的实质是什么.doc3一、内容要点1、程序编制的概念将零件加工的工艺过程（经工艺分析得到的），即工艺顺序、运动轨迹和方向、工艺参数（主轴转速、进给速度、切深）以及辅助控制（变速、冷却液开/停、换刀等），按数控系统规定的代码和格式，编制成加工程序单，经检验校核后以数字信息的形式记录在控制介质上（磁盘或纸带），用它来控制数控机床零件加工的全部过程，这种从零件图纸的分析开始到制成控制介质的过程为程序的编制。程序编制的内容包括：分析零件图纸，确定工艺过程，计算运动轨迹的坐标，编写程序单和初步校核，制备控制介质、首件试切等过程。2、数控加工的工艺分析及加工方式的选择1）工艺分析的内容选择合适的对刀点：对刀点：刀具与工件相对运动的起点；刀位点：用于确定刀具在机床上坐标系中位置的刀具上的点；对刀点确定之后，机床座标系和工件坐标系的相对位置关系就确定了。所谓“对刀”操作就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。选择对刀点的原则：尽可能选在零件的设计基准、工艺基准或与之相关的位置上，同时还要考虑对刀方便，便于测量和便于编程计算。选择合理的加工线路加工线路就是加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹，在确定加工线路时应从以下几个方面考虑。尽量缩短加工线路，减少空刀行程，以提高生产率；尽量实现对工件的切向切入和切出，以保证零件的粗糙度要求；加工线路还应考虑加工受力对零件的影响，以避免由于加工中的过大变形引起加工误差。减少程序编制中的误差零件的加工误差包括两部分：一部分是整个工艺系统（包括数控系统、机床、工装及工件毛坯）本身各种因素所产生的误差，另一部分就是编程误差。编程误差由三部分组成。),,(cbafSp式中：pS----编程误差a----算法误差b----插补误差c----圆整误差在编程中要尽可能减少上面的误差，特别是不能使它们有累积效应。2）数控加工方法平面孔系零件：选择仅具有点位控制能力的数控钻床或数控镗床即可。旋转类零件：选用数控车床或磨床进行加工，这类机床的控制系统是轮廓控制系统。平面轮廓零件：选用2座标或2座标以上的具有轮廓控制功能的数控铣床。elecfans.comPID调节的实质是什么.doc4空间曲面轮廓：至少要选用212轴或212轴以上的数控镗铣床或加工中心，三轴联动以上零件的加工通常只能采用自动编程系统进行编程。3、数控机床的座标系统一机床座标轴及运动方向，可使编程方便，并可使编制的程序对同类型的机床具有通用性，同时也给维护维修和使用带来极大的方便。1）座标轴的方向及命名数控机床的坐标轴分移动轴和回转轴两类。移动轴为x、y、z，它是一个互为垂直的座标系统（笛卡尔座标系统），其相互关系可用右手定则确定。回转轴为A、B、C分别绕x、y、z轴回转，其正方向可用右手螺旋法则确定。数控机床座标系中各轴的方向总是假定刀具相对于静止的工件运动而规定的，常用+x、+y、+z表示各轴的正方向，这样可使编程人员仅按规定的座标系编程即可，而不必关心具体坐标轴是刀具移动还是工件移动。各坐标轴的方向和命名方法已有国际标准和国家标准。具体见教材38～41页。2）机床坐标系与工件坐标系机床坐标系是以机床原点为坐标系参考点的坐标系，它是机床固有的坐标系，在一台数控机床上它具有唯一性，其它工件坐标系均以此坐标系为参考。工件坐标系是为方便编程而建立的坐标系，编程人员通常在工件、零件图纸或夹具上选取一个编程较方便的点（即工件原点）来建立一个坐标系以简化编程计算。在加工时，只要找出工件原点与机床原点的偏置关系便可按程序进行正确的加工。另外，此功能还可以用来补偿工件在工作台上的安装误差。4、数控代码（指令）和编程方法在数控加工程序中，用各种准备功能G指令和辅助功能M指令，来描述工艺过程的各种运动和操作，ISO和我国都制定了相应的G、M指令的标准。G指令是使机床建立起某种加工方式的指令，共计100种，即G00~G99。M指令是控制程序运行和机床辅助动作及状态的指令，共计100种，即M00~M99。除G、M指令外，还有进给速度F、主轴转速指令S、刀具选择指令T、尺寸指令X，Y，Z,A,B,C,I,J,K,R以及程序段标号指令N等。数控加工程序就是上述指令有机的集合，即程序由若干程序段（完成一个工步的操作）组成，而程序段是由若干指令组成的。指令是编程的最小功能单位。另外还可利用子程序来简化具有许多重复操作的编程工作。二、基本要求1、掌握手工编程的方法与步骤，特别是工艺分析及加工方式选择的方法。2、正确理解机床座标系的确定方法。elecfans.comPID调节的实质是什么.doc53、学会如何用G、M等代码进行程序的编制。4、了解自动编的概念。第三章计算机数控装置本章先介绍了有关数控装置的一些基本概念，如数控装置的组成、功能及其所具有的特点等。然后从硬件和软件两方面介绍了数控系统的结构特点。最后分别讨论了数控装置的几个重要功能（插补、刀具半径补偿等）的原理和方法。本章是该课程的重点之一。一、内容要点1、计算机数控装置的功能和轨迹控制原理1）功能：控制功能：CNC能控制和能联动控制的进给轴数。联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编程也越困难。准备功能：G功能——指令机床动作方式的功能。插补功能：实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能。固定循环功能：用G代码定义的实现一些典型加工工艺过程的功能。进给功能：数控系统的进给速度的控制功能（进给速度、同步进给速度、进给倍率）。主轴功能：数控系统的切削速度的控制功能（主轴转速、恒线速度控制、主轴定向控制、C轴控制以及主轴倍率）。辅助功能：M功能——用于指令机床辅助操作的功能。刀具管理功能：实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理功能。补偿功能：刀具半径和长度补偿功能、传动链误差以及智能补偿功能。人机对话功能：实现人与数控系统交互的功能。自诊断功能：系统的故障诊断和故障定位功能通讯功能：CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能elecfans.comPID调节的实质是什么.doc62）轨迹控制原理CNC装置对输入加工程序的运算和处理的核心部分有三步：逼近处理：对零件轮廓根据程序规定的速度、精度以及数控系统插补周期要求，用小直线段进行逼近处理；插补运算：将小直线段依次分解各进给轴（如X、Y、Z轴）的在数控系统插补周期内的位移量。指令输出：将各进给轴（如X、Y、Z轴）的位移量作为位置控制指令同时输出给各进给轴的控制单元，以控制它们联动。2、计算机数控装置的组成计算机数控装置（CNC）是由硬件和软件组成的，硬件在软件的作用下发挥作用，软件在硬件的支持下工作，两者缺一不可。1）计算机数控（CNC）的硬件结构CNC装置的硬件主要由下列模块组成计算机主板：它的主要作用是输入和存储零件加工程序，并对输入的信息进行处理，然后根据处理结果，向数控装置各部分发出操作指令，以控制机床进行自动加工。显示模块（显示卡）：它是人机交互的接口板，其主要作用是将系统的运行状态、参数、零件加工程序等信息显示在CRT上，以使操作者能方便地进行操作。输入/出模板（多功能卡）：它是CNC装置与外界进行信息交换的接口板。存储模块（电子盘）：它是存放数据、系统参数，以及系统控制程序的地方。设备辅助控制接口模块：它是控制面板、机床I/O以及主轴速度的控制模板。其实现方式有：简单I/O接口板和可编程逻辑控制器PLC（内装型和独立型）模板：位置控制模块：它是实现进给轴位置控制的模块，它有开环模块和闭环模块之分。其主要作用是接受CPU的位移指令，经相应调节运算后，去控制伺服电机，驱动进给轴严格按指令运行。扩展功能接口模块：这类接口是针对具体数控机床的特殊功能而设置的，如激光加工工机中浮动控制接口等。2）计算机数控（CNC）装置的软件结构计算机数控装置的软件系统是一个多任务的实行操作控制系统。它主要由两部分组成：系统管理软件和系统控制软件。系统管理软件的主要功能是管理系统的输入/出、机床I/O、显示处理、诊断处理等操作。系统控制软件的主要功能是实现与控制机床运动有关的操作，如编译、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等。系统软件的结构模式有前后台型、中断型和基于实时多任务操作