数控技术思维导图

数控技术思维导图，包括：绪论、位置检测装置、数控加工工艺、数控机床的伺服系统四部分内容。

数控技术

• 绪论
  • 数控技术的产生及特点
    • 数控技术的产生：1946年：第一台电子计算机面世，掀开了信息自动化的新篇章 1948年：美国帕森斯公司在制造飞机框架及直升飞机的转动机翼时，提出了采用电子计算技机对加工轨迹进行控制和数据处理的设想
    • 数控加工的特点
      • 数控加工的特点：可以加工具有复杂型面的工作 加工精度高，质量稳定 生产率高 改善劳动条件 有利于生产管理现代化 数控技术是 CAD/CAM技术和先进制造技术的基础
      • 数控加工的主要对象：多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制的零件 几何形状复杂的零件 精度及表面粗糙度要求高的零件 加工过程中需要进行多工序加工的零件 用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具、模具）的零件
  • 数控技术的组成及分类
    • 数控技术的基本概念：数字控制：利用数字化信号对机械运动及加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（Numerical Control,CNC) 计算机数控:（Computer Numerical Control,CNC) 数控系统：用实现数字化信息控制的硬件和软件的整体（Numerical Control System) 数控装置：数控系统的核心（Numerical Controllor) 数控机床（NC机床）：指运用数控技术对加工过程进行控制的机床 数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程
    • 数控系统的组成：Z轴伺服电机、变频主轴、行程开关、机床主体、数控系统及其操作面板、控制电柜、x-y数控拖板
    • 数控基本原理
      • 子主题
      • 子主题
      • 通过把数字化了的刀具移动轨迹信息(通常指 CNC 加工程序）传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件
    • 按加工方式分类：1.切削机床类： 如数控车床、铣床、镗床、钻床和加工中心等 2.成型机床类： 如数控冲压机、弯管机、折弯机等。 3.特种加工机床类： 如数控电火花、线切割、激光加工机床等 4.其它机床类： 如数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等
    • 按数控系统的分类：1. 点位控制数控机床： 实现一个位置到另一 位置的精确移动，移动和过程中不加工。只需精确控制行程终点的坐标值，而不控制点与点之间的运动轨迹。未神工用于加工孔的数控机床，如数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等 2. 点位直线控制数控机床、实现一个位置到另一位置的精确移动，移动和过程中加工。除精确控制行程终点的坐标值外还要控制点与点之间的运动轨迹，要求该运动轨迹为一条直线、（平行与坐标轴的直线或沿着与坐标轴成 45° 角度的斜线。数控车床、某些数控镗铣床和加工中心等，都具有直线控制功能 3. 轮廓控制数控机床，能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。、加工时不仅要控制起点和终点位置，而且要控制两点之间每一点的位置和速度，使机床加工出符合图纸要求的复杂形状（任意形状的曲线或曲面）的零件，
  • 数控技术的发展：第一代机床：1952年三坐标立式数控铣床美国帕森斯与麻省理工学院合作控制系统采用电子管三坐标联动、利用脉冲乘法器原理考虑刀具半径对加工路径的影响，加工精度达 +0.0015in+0.0381mm 第二代机床：1959年加工中心一带自动换刀装置的数控美国克耐 •杜列克公司控制系统采用晶体管和印刷电路板 第三代1961年采用小规模集成电路提高可靠
• 位置检测装置
  • 概述
    • 对检测元器件的要求：1可靠性高、抗干扰能力强 2精度、速度满足要求 3对环境适应性强、维护方便 4成本低、寿命长 5便于数控系统链接
    • 检测传感器分类:一、从检测信号分：1.直线型：直线感应同步器、长光栅、长磁栅、激光干涉仪 2.回转型：旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅、编码盘 二、从传感器输出信号分:1.模拟式：旋转变压器、感应同步器 2.数字式：光栅检测装置、脉冲编码盘
    • 检测元件特点:1.感应同步器：抗千扰能力强，对环境要求低，维护简单价格低，寿命较长，具有一定精度、应用较广 2.光栅：抗干扰能力强，高分辦率、大量程、测量精度高、应用广泛，但成本较高，制造工艺要求高 3磁栅：抗千扰能力强，对环境条件要求低，安装调整方便，精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题，有应用 4.旋转变压器：抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求、维护方便应用广泛 5.脉冲编码盘：工作可靠、精度高、结构紧凑、成本低、是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元件、但抗污染能力差、易损坏 6.激光干涉仪：精度很高、但抗震性、抗干扰能力差，价格较贵，应用较少
  • 旋转变压器
    • 结构和工作原理:1、旋转变压器是一种常用的转角检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此被广泛地应用在数控机床上。 2、旋转变压器在结构上由定子和转子组成。定子组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出 3、根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分有刷式和无刷式两种结构
    • 旋转变压器的应用
      • 旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：鉴相方式和鉴辐方式：1、鉴相方式:在该工作方式下旋转变压器定子的两相正向绕组（正弦绕组S 和余弦绕组C）分别加上幅值相同，频率相同、而相位相差90°的正弦交流电压Us= Vm sinwt Uc=Vm coswt.这两相励磁电压在转子绕组中会产生感应电压，根据线性叠加原理，在转子上的工作绕组中的感应电压 2、鉴幅方式：在这种工作方式中，在旋转变压器定子的两相正向绕组（正弦绕组S 和余弦绕组C）分别加上频率相同，相位相同，而幅值分别按正弦、余弦变化的交流电
  • 感应同步器：特点：1、精度高，2、工作可靠、抗干扰能力强。3、测量距离长。4、维护简单、寿命长.5、成本低易于生产。6、输出信号比较微弱。
  • 脉冲编码器：1、工作原理：光源接通，圆光栅旋转， 光线透过两个光栅的 A,B 两组线纹，每转过一个光 栅节距，便在光电元件上 形成明一暗一明变化一 个 周期的光信号，并被转化 为两组近乎于正弦波的电 压信号，连续旋转便得到 A 和B两路正弦电压信.2、特点：电源切除后位置信息不会丢失，只要通电就能品示出所在 的绝对位置信号，因此在事故停机检修后， 可以根据加工 程序章上标明的停机时的绝对位置，或停机时记录下来的 绝对位置，用绝对位移指令直接找回原机位置进行继续加 工
  • 光栅测量装置：在高精度的数控机床上，可以使用光栅作为位置检测装置 ，将机械位移转换为数字脉冲，反馈给 CNC 装置，实现闭 环控制。由于激光技术的发展，光栅制作精度得到很大的 提高，现在光栅精度可达徽米级，再通过细分电路可以做 到0.1um 甚至更高的分辦
• 数控加工工艺
  • 数控工艺特点和加工工序
    • 数控加工工艺特点：1、工艺详细。2、工序集中。3、工序内容复杂
    • 加工方法的特点：1、对于一般简单表面的加工方法，数控加工与普通加工无大的差异。2、对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控 加工与传统加工有这根本不同的加工方法
    • 数控加工工艺的主要内容：① 分析零件图样，明确加工内容、精度及技术要求。 ② 制订工艺过程，确定加工方案。 ③ 设计工序内容，如工步的划分、工件的定位与夹紧、刀具 的选择及切削用量的确定等。 ④ 图形的数学处理及加工路线的确定等，如基点、节点的计 算，对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定等。 ⑤ 编制工艺文件，包括工艺过程卡、工序卡、刀具卡及加工 路线图等等。
  • 数控机床用刀具
    • 确定走刀线和安排加工顺序：1、寻求最短加工路线，2、最终轮廓一次走刀完成，3、选择切入切出方向，4、选择使工件在加工后变形小的路线
    • 确定定位和夹紧方案：1、外轮廓：立铣刀侧刃切削，2内轮廓：立铣刀侧刃切削，3、内槽：平底立铣刀切削，4、边界敞开的曲面：球头铣刀切削
    • 确定刀具与工件的相对位置：1、所选的对刀点应使用程序编制简单，2、对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置，3、对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置，4、对刀点的选择应有利于提高加工精度
    • 确定切刀用量：背吃刀量、主轴转速、进给量、粗加工、半精加工和精加工
  • 典型工件的工艺分析：1装夹图和零件设定卡、2装夹图和零件设定卡，3、数控加工走刀路线图
• 数控机床的伺服系统
  • 概述：1、调速范围要宽，2、精度要高，3、相应要快，4、低速大转矩，5、稳定性好，可靠性高
  • 开环伺服系统：1、由步进电机及其驱动电路构成，没有位置检测装置，2、数控系统发出指令脉冲经过驱动线路变换与放大，传给步进电机。步进电机每接受一个指令脉冲，就旋转一个角度，再通过齿轮副和丝杠螺母副带动机床工作台移动。步进电机的转速和转过的角度取决于指令脉冲的频率和数目，反映到工作台上就是工作合的移动速度和位移大小3、由于没有检测和反馈环节，精度取决于步进电机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度，难于实现高精度加工；4、但它结构简单、成本较低，调试维修方便，5、适用于对精度、速度要求不十分高的经济型、中小型数控
  • 伺服驱动系统分类：1、驱动方式：液压伺服驱动、气压伺服驱动、电气伺服驱动，2、伺服电机类型：直流电动机伺服系统：直流电动机伺服系统、交流电动机伺服系统、步进电机伺服系统，3、位置控制：开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统，4、输出被控制量的性质：位置伺服系统、速度伺服系统，5、反馈比较控制方式：相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统、脉冲式伺服系统、全数字比较伺服系统
  • 闭环伺服系统：1、这种系统由比较环节、驱动线路(位置控制和速度控制）、伺服电机、检测反馈单元等组成。2、安装在工作台的位置检测装置，将工作合的实际位移量测出并转换成电信号，经反馈线路与指令信号进行比较，并将其差值经伺服放大控制伺服电机带动工作台移动，直至差值消除时才停止修正动作1、该系统精度理论上仅取决于测量装置的精度，消除了放大和传动部分的误差，间隙误差等的直接影响，2、但系统较复杂，调试和维修较困难，对检测元件要求较高，且有一定 的保护措施、成本高。3、适用于大型或比较精密的数控设备。
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