数控技术：数字控制实现工作过程的技术

这是一篇关于数控技术：数字控制实现工作过程的技术的思维导图，主要内容包括：数控加工特点，数控机床。总结全面细致，适合做为复习资料。

数控技术： 数字控制实现工作过程的技术

• 数控加工特点：
  • 高柔性
  • 高精度
  • 高自动化，生产率
  • 劳动强度低，劳动条件好
  • 利于现代化管理
  • 使用维护要求高
• 数控机床
  • 组成
    • 机床本体
      • 组成：
        • 1
          • 基础件：床身，立柱，工作台，导轨
          • 配套件：刀库，刀架
          • 辅助装置：冷却装置，自动排屑装置
        • 2
          • 主运动部件
          • 进给运动部件
          • 支承部件
      • 特点：
        • 高刚度，高抗振性
        • 热变形小
        • 高效率，无间隙，低摩擦传动
        • 简单的机械结构
    • 数控系统
      • • 计算机数控系统：在硬件数控的基础上发展起来的
          • 组成：
            • 按性质：
              • 硬件+软件：计算机+硬件电路+伺服系统+数控机床
                • 硬件结构
                  • 单微处理器结构：单个处理器控制
                  • 多微处理器结构：集中控制分时处理，处理速度好于单处理结构，采用松紧耦合结构
                  • 大板结构和功能模块结构
                  • 专用型结构和个人计算机式结构
                • 软件结构：
                  • 前后台式
                  • 中断式
                  • 功能模块式
                • 软件特点：
                  • 多任务并行处理
                    • 资源实时共享
                    • 资源重叠处理
                      • 流水处理：关联度不高
                      • 顺序处理：关联度高时使用
                  • 多重实时中断处理
            • 按功能模块：
              • 核心：CNC装置
                • 功能：
                  • 主轴功能：正反转，转速设定，准停等
                  • 进给功能：各坐标轴的进给速度和主轴每转的进给量
                  • 准备功能（G功能）：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
                  • 插补功能：软件插补或软硬结合插补
                  • 控制功能和工作台分度功能：控制或联动控制的轴数
                  • 辅助功能（F功能）
                  • 选刀功能（T功能）
                  • 补偿功能（2种补偿）
                  • 固定循环功能
                  • 显示功能
                  • 诊断功能
                  • 通讯功能
                  • 在线自动编程功能
          • 工作原理：
            • 输入：
              • 内容：零件程序，控制参数，补偿数据
              • 形式：纸带，键盘，磁盘，通信接口
              • 工作方式
                • 储存工作模式，先存后工作
                • NC工作模式，一边输入一边加工
              • 其他：无效码删除，代码校验，代码转换
            • 译码：1）将零件 程序中的各种轮廓信息，加工信息，辅助代码信息按一定语法规则解释称二进制机代码段，并按一定格式存储在专用内存区间；2）任何系统均已一个程序段为单位进行处理；3）语法检查和报错
            • 刀具补偿：
              • 作用：将编程中的零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹
              • 两种形式：
                • 半径补偿：由于刀具半径的存在，零件轮廓轨迹与刀具中心轨迹不重合，为了加工出符合图纸要求的零件轮廓，必须进行刀具半径偏移。加工外轮廓时应向外偏移一个刀具半径，加工内轮廓时应向轮廓内偏移一个刀具半径，这种偏移叫做刀具半径补偿。
                  • B刀补：仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，所能实现的控制仅限于直线和圆弧
                  • C刀补：为了解决一段加工轨迹和下一段加工轨迹之间的过渡问题，在计算完本段刀具中心轨迹后，提前将下段程序读入根据转接过渡的具体情况再对本段刀具中心轨迹作出适当修正，得到正确的本段刀具中心轨迹
                    • 缩短型
                    • 伸长型
                    • 插入型
                    • 刀补建立，进行，撤销
                    • 判断相应的刀补形式
                • 长度补偿： 对刀具长度差额的补偿
              • 功用： 1）实时将编程轨迹转化为道具中心轨迹 2）减少程序编制的工作量
            • 进给速度处理：进给速度与加工精度，表面粗糙度和生产率有密切关系
              • 分量速度计算：编程给出的是和速度，速度处理首先要根据和速度计算出各个方向的分量速度
              • 软件自动加减速处理
                • 开环系统加减速控制：式中 δ—为脉冲当量(mm/脉冲)；f—脉冲源频率(Hz)； F—进给速度(mm/min)。
                  • 程序计时法
                  • 时钟中断法
                • （半）闭环系统加减速控制
                  • 前加减速控制：在插补前计算，需预测减速点，位置精度高
                  • 后加减速控制：插补后计算，不需预测减速点，位置精度低
            • 插补技术
              • 概念：几个坐标协调运动组合出所需轮廓曲线的过程
              • 实质：数据的密化和逼近
              • 要求：
                • 原始数据少
                • 计算速度快
                • 速度变化小
                • 累计误差无
              • 分类
                • 数据输出类型
                  • 脉冲增量插补
                    • 特点：CNC运算后向每个轴伺服系统输出进给脉冲，输出脉冲的频率，数量，相序分别控制运动轴的速度，位移，方向
                    • 适用范围：适用于开环控制的步进电机驱动系统和闭环控制伺服系统的精插补
                    • 常见算法：
                      • 数字脉冲乘法器：会画图，脉冲不均可以先倍频后分频
                      • 逐点比较法：
                        • 直线插补
                        • 圆弧插补
                      • 数字积分法
                        • 直线插补
                        • 圆弧插补
                      • 矢量判别法
                      • 比较积分法
                      • 直接函数法
                      • 加密判别法
                  • 数据采样（数字增量）插补
                    • 特点：CNC运算后输出二进制数字坐标，然后分为粗插补和精插补两个阶段
                    • 适用范围：闭环和半闭环交直流伺服驱动系统
                    • 常见算法
                      • 时间分割法
                      • 直线函数法
                      • 扩展数字积分法
                      • 二阶递归扩展数字积分法
                      • 双数字积分插补法
                      • ITM法
                • 按数学模型
                  • 一次插补
                  • 二次插补
                • 插补器的类型
                  • 硬件插补
                  • 软件插补
            • 位置控制
              • 主要任务是在每个采样周期内将插补计算出的理论位置和实际位置进行比较用偏差控制进给电机（CNC 是闭环系统，靠差值驱动）
              • 次要任务：位置回路的增益调整，各坐标方向误差补偿和反向间隙补偿，通过软件来弥补硬件误差提高精度
            • 输入输出处理
              • 处理CNC装置和机床之间的信号传递
            • 显示
              • 零件程序显示
              • 参数显示
              • 道具位置显示
              • 机床状态显示
              • 报警显示
              • 刀具加工动静态图形显示
              • 在线编程时图像显示
              • ……
            • 诊断
              • 联机诊断
              • 脱机诊断
        • 数控检测技术
          • 数控位置测量装置
            • 概述：位置检测装置由检测元件（传感器）和信号处理装置组成，一般安装在机床工作台，丝杠或电机上，相当于机床刻度盘和人的眼睛
            • 分类：
              • 1
                • 位移
                • 速度
                • 电流
              • 2
                • 直接测量
                • 间接测量
              • 3
                • 增量式
                • 绝对式
              • 4
                • 模拟式
                • 数字式
              • 5
                • 回转型
                • 直线型
              • 6
                • 光电效应式
                • 光栅效应式
                • 电磁感应效应式
                • 压电效应
                • 压阻效应
                • 磁阻效应式
            • 性能指标
              • 精度
              • 分辨率
              • 灵敏度
              • 迟滞
              • 测量范围和量程
              • 零漂和温漂：零漂指无信号时传感器输出的稳定性，温漂指温度变化对传感器参数的影响，都是越小越好
            • 要求
              • 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。
            • 常见位置检测装置
              • 旋转变压器
                • 结构
                  • 两极绕组
                  • 四极绕组：主要用于高精度检测系统
                  • 多极式旋转变压器：用于高精度绝对式检测系统
                • 工作原理：电磁感应原理——定子转子绕组的电磁耦合
                • 应用：
                  • 鉴相方式：定子的两相上通相位相差90°的交流电
                  • 鉴幅方式：定子的两相上通幅值相差90°的交流电
                  • 两个定子交流电利用叠加原理得到转子的电压信息
              • 感应同步器
                • 分类：
                  • 直线式：用于测量线位移
                    • 工作原理：电磁感应
                  • 旋转式：用于测量角位移
                • 特点：精度较高，抗干扰性能强，寿命长，维护简单，长距离测量，成本低，工艺好
                • 应用：
                  • 鉴相方式
                  • 鉴幅方式
              • 光栅传感器
                • 原理：光栅衍射原理
                • 光栅分类
                  • 计量光栅：光源，光栅副（标尺光栅和指示光栅），光敏元件组成
                    • 1
                      • 反射光栅
                      • 透射光栅
                    • 2
                      • 长光栅：线位移
                      • 圆光栅：角位移
                • 莫尔条纹
                  • 形成：
                  • 作用
                    • 放大
                    • 均化误差
                    • 辩向和测量位移
              • 脉冲编码器
                • 工作原理：将旋转的角位移进行编码，，转换为脉冲
                  • 分类
                    • 按工作方式：
                      • 增量式
                      • 绝对式：
                        • 优点：
                          • 无接触磨损
                          • 可直接读出角度坐标绝对值；故障处理后可回到故障断点
                          • 无累积误差
                          • 电源切除后位置信号不丢失
                          • 允许最高转速较高
                    • 按读取方式
                      • 光电式
                      • 接触式
                      • 电磁感应式
                • ABZ三相的作用：
                  • AB：根据脉冲频率，个数，相序检测角速度，角位移，旋转方向。后续利用AB两相相位差进行细分处理
                  • Z：周向定位和记录圈数
                • 几种码盘：
                  • 二进制
                  • 循环二进制（格雷码）
        • 数控伺服系统
          • 组成：伺服电机+驱动器
            • 一般伺服系统为三环结构：电流环，速度环，位置环
          • 分类：
            • 按电机
              • 步进电机
                • 步距角选择
              • 直流电机
              • 交流电机
            • 按调节理论
              • 开环
              • 半闭环
              • 闭环
            • 按使用执行元件
              • 电液
              • 电气
            • 按被控对象
              • 进给伺服
              • 主轴伺服
            • 按反馈比较控制方式
              • 脉冲数字比较伺服
              • 相位比较伺服
              • 幅值比较伺服
              • 全数字比较伺服
          • 基本要求：
            • 精度高
            • 稳定性好
            • 快速响应
            • 调速范围宽
            • 低速大转矩
            • 对电机的要求：
              • 调速范围宽且有良好稳定性，低速时速度平稳性好
              • 电机具有大的较长时间过载能力，以满足低速大转矩的要求
              • 反应速度快，即电机具有较小的转动惯量和较大的转矩，尽可能小的机电时间常数，很大的加速度
              • 能承受频繁的启动制动和正反转
    • 外围技术
      • 工具系统
      • 管理系统
      • 编程技术
  • 工作原理：多个执行部件通过专用控制系统的指挥协调运动工作的控制系统
  • 要求：
    • 大功率
    • 高精度
    • 高速度
    • 高可靠性
  • 分类
    • 按运动轨迹：
      • 点位控制
        • 点到点，轨迹任意不加工，如数控钻床，数控冲床，数控焊床
      • 直线控制
        • 直线运动或45°直线运动，阶梯车削数控车床
      • 轮廓控制
        • 多坐标联动的速度和轨迹控制，例如普通数控车床，数控铣床，加工中心等
    • 按伺服系统控制方式：
      • 开环
      • 半闭环
      • 闭环
    • 按数控装置：
      • 硬件数控：速度快，灵活性差
      • 软件数控：模块化易于扩展
    • 按工艺用途：——
  • 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
  • 优势：
    • 复杂形状加工适应力
    • 高质量，高精度
    • 高效率
    • 高柔性
    • 生产条件好，劳动强度低
    • 利于现代化生产管理
  • 产生：1952年美国第一台数控机床，硬件数控
  • 发展趋势：
    • 加工高速高精化
    • 控制智能化
    • 加工网络化
    • 系统开放化
    • 机床本体并联化
    • step-nc
  • 应用:
    • 金属切削
    • 金属成型
    • 特种加工
    • 其他