數(shù)控技術(shù)華僑大學(xué)

1、數(shù)控技術(shù)謝明紅 研究員 1第一部分 緒論數(shù)控技術(shù)涉及學(xué)科 機(jī)械、控制、計(jì)算機(jī)、電子 涉及課程：數(shù)控技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、控制工程、匯編語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C語(yǔ)言、數(shù)字電路、模擬電路、機(jī)床、工藝 2數(shù)控系統(tǒng)概況 1）國(guó)外數(shù)控系統(tǒng) FUNUC SIMENS 三菱 NUM HAAS FAGOR 2）國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng) 凱恩帝 華興 廣州數(shù)控 華中數(shù)控 藍(lán)天數(shù)控 航天數(shù)控3FANUC0iMODELC系列 最大控制軸數(shù)/最大同時(shí)控制軸數(shù)：4軸 FANUC Series 160i / 180i / 210i / 160is / 180is 4567步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器42、57、86、90、110、130相數(shù) 2、

2、3、52相，步距角1.8度，3相，1.2度5相，步距角0.72度8交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器三菱J3S安川YSKAWA 9三洋伺服、富士伺服東源伺服、華中伺服10數(shù)控機(jī)床組成輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體測(cè)量反饋裝置數(shù)控機(jī)床組成圖111.2 數(shù)控機(jī)床分類(lèi)按機(jī)械加工的運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)(1)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床(2)輪廓控制數(shù)控機(jī)床按伺服系統(tǒng)的控制原理分類(lèi)(1)開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床(2)半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床(3)閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床12工作臺(tái)減速器開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電機(jī)控制電路數(shù)控裝置輸入數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)速度檢測(cè)元件轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度反饋位置反饋輸入13工作臺(tái)數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)

3、閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測(cè)元件 位置檢測(cè)元件位置反饋速度反饋輸入14按功能水平分 (1)高檔型 (2)普及型 (3)經(jīng)濟(jì)型按工藝用途分 (1)金屬切削機(jī)床 (2)金屬成型機(jī)床 (3)特種加工機(jī)床 (4)其它類(lèi)型機(jī)床151.3 數(shù)控加工的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用1.3.1數(shù)控加工原理加工程序譯碼刀補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算伺服控制和PLC控制1.3.2 數(shù)控加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍適應(yīng)不同零件生產(chǎn)效率和加工精度高功能復(fù)合程序高，一機(jī)多用161.4.1 數(shù)控的指標(biāo)與功能1.數(shù)控機(jī)床的指標(biāo) 1）行程范圍 2）工作臺(tái)面尺寸 3）承載能力 4）主軸功率和進(jìn)給軸扭矩 5）控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2.數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo) 1）幾何精度 2）位

4、置精度 3.數(shù)控機(jī)床的性能指標(biāo) 1）最高主軸轉(zhuǎn)速和最大加速度 2）最高快移速度和最高進(jìn)給速度 3）分辨率和脈沖當(dāng)量1.4 數(shù)控指標(biāo)和功能171.4.2 數(shù)控系統(tǒng)的指標(biāo)與功能1.數(shù)控系統(tǒng)指標(biāo)1）插補(bǔ)精度 2）位置指令范圍 3）通道數(shù)（控制軸數(shù)）4）最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 5）可靠性指標(biāo) 6）其它2.數(shù)控系統(tǒng)功能1）控制功能 2）準(zhǔn)備功能 3）插補(bǔ)功能4）進(jìn)給功能 5）主軸功能 6）輔助功能18數(shù)控車(chē)床19數(shù)控銑床20加工中心2122五軸加工中心2324機(jī)器人控制25數(shù)控激光加工機(jī)26數(shù)控水切割機(jī)27CNCCADCAMCAD/CAM軟件FMSCIMSCAPPCAE28第二部分 數(shù)控編程1. 手工編程和自動(dòng)編

5、程2. 對(duì)刀點(diǎn)原則 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)，如孔中心對(duì)刀方便位置，便于觀察和檢測(cè)便于坐標(biāo)計(jì)算安全換刀位置3. 加工路徑減少空行程切向切入和切出，引刀線走刀路線（水平，垂直，環(huán)形等）4. 編程誤差（徑向允差）（一）工藝分析29平面孔系加工旋轉(zhuǎn)體類(lèi)零件加工平面輪廓零件加工立體輪廓表面加工 二軸半加工 三軸聯(lián)動(dòng) 四軸聯(lián)動(dòng) 五軸聯(lián)動(dòng)（二）加工方法30機(jī)床坐標(biāo)系 機(jī)床原點(diǎn)工件坐標(biāo)系 工件零點(diǎn)絕對(duì)編程相對(duì)編程重復(fù)精度定位精度脈沖當(dāng)量軸名的確定 Z坐標(biāo)軸 X坐標(biāo)軸 Y坐標(biāo)軸（二）數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系31G代碼G00 空行程 G01直線 G02順園 G03逆園G90 絕對(duì)編程 G91相對(duì)編程 G04G41左刀補(bǔ) G42

6、 右刀補(bǔ) G40取消刀補(bǔ)G17(XY) G18(XZ) G19(YZ)G54 G55 G56 定坐標(biāo)系G73,G80G83,G88,G8932其它指令M00 程序停止 M01 計(jì)劃停止M02 程序結(jié)束 M03 主軸順時(shí)針M04 主軸逆時(shí)針 M05 主軸停止M07，M08 2號(hào)，1號(hào) 冷卻液開(kāi)M09 冷卻液關(guān)T, S, F, N,% ( )R, U V W 33起刀點(diǎn)刀補(bǔ)建立刀補(bǔ)進(jìn)行刀補(bǔ)撤銷(xiāo)編程軌跡刀具中心軌跡刀具半徑補(bǔ)償 直線與直線 園弧與直線 直線與園弧園弧與園弧縮短型：矢量夾角180 刀具中心軌跡短于編程軌跡的過(guò)渡方式。伸長(zhǎng)型：矢量夾角90180 刀具中心軌跡長(zhǎng)于編程軌跡的過(guò)渡方式。插入型

7、：矢量夾角90 在兩段刀具中心軌跡之間插入一段直線的過(guò)渡方式。34絕對(duì)編程G00X0Y0G42G01X10Y10G01X30G03X40Y20J10G02X30Y30J10G01X10Y20G01Y10G40G00X0Y0相對(duì)編程G00X0Y0G42G91G01X10Y10G01X20G03X10Y10J10G02X-10Y10J10G01X-20Y-10G01Y-10G40G90G00X0Y035N01G00X-20Y-20N02G00X0Y0N03G01X0Y39.57N04G02X10Y49.57I10J0N05G01X31.09N06G03X64.92Y46.95I-18.83J-23

8、.36N07G02X 89.06Y 43.77I10J-17.32N08G01X103.2Y29.63N09G01Y10N10G02X93.2Y0I-10J0N11G01X74.92N12G03X24.92I-25J-54.54N13G01X10N14G02X0Y0I0J10N15G00G40X0Y0 36%O0000(PROGRAM NAME - 3軸連動(dòng)環(huán)掃 )(DATE=DD-MM-YY - 22-09-08 TIME=HH:MM - 15:26 )N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90( TOOL - 0 DIA. OFF. - 0 LEN. - 0 D

9、IA. - 3. )N104 T0 M6N106 G0 G90 G54 X36.019 Y-36.79 A0. S0 M5N108 G43 H0 Z63.531N110 Z4.531N112 G1 Z3.531 F0.N114 X36.102 Y-36.707 Z4.032 F.3N116 X36.366 Y-36.443 Z4.566N118 X36.477 Y-36.332 Z4.7N9676 G0 Z4.531N9678 Z63.531N9680 M5N9682 G91 G28 Z0.N9684 G28 X0. Y0. A0.N9686 M30%,MX-,G00 G53 Z-3S1500

10、0M03M09G17G90G71;This post is for cimatron;(D = 0.6, R=0.3)G54G43D1G04K500G51E0.01G00X0.Y0.G01Z0.1F300X51.857Y17.57Z0.098X51.9Y17.499Z0.091X51.97Y17.453Z0.083X52.054Y17.442Z0.076X52.133Y17.469Z0.069.G03X42.334Y19.446I0.154J1.279G02X42.616Y19.43I0.133J-0.15G53Z-5M05M09G53X-5Y-5M30%,MX-,37CAM38394041第

11、四部分 插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法數(shù)字積分法時(shí)間分割法目標(biāo)跟蹤法42逐點(diǎn)比較法直線 43偏差判別進(jìn)給新偏差計(jì)算終點(diǎn)判別XYOoutportb(sInputData.wOutPort,bOutputValue);for(i=0;iiMotorTime;i+);outportb(sInputData.wOutPort,0);4445圓弧若若4647時(shí)間分割法(數(shù)據(jù)采樣法) XA(Xe,Ye)YX Y O l l l粗插補(bǔ)：采用時(shí)間分割思想，根據(jù)進(jìn)給速度F和插補(bǔ)周期T，將廓型曲線分割成一段段的輪廓步長(zhǎng)L,L=FT(一個(gè)插補(bǔ)采樣周期的輪廓步長(zhǎng))，然后計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)周期的坐標(biāo)增量。 精插補(bǔ)：根據(jù)位置反饋采樣周期

12、的大小，由伺服系統(tǒng)完成。 48PA(Xi,Yi)B(Xi+1,Yi+1)EXYFHMii+1CDO49目標(biāo)跟蹤法 初始化 B_AXIE，A_AXIE; R_OUT+=A_AXIE; 長(zhǎng)軸輸出 if(B_AXIE-2*R_OUT)J Fx=Fy*J/R; IJ Fy=Fx*I/R; 51第二部分 電氣接線52步進(jìn)電機(jī)接線53輸入信號(hào)接口54交流伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖55編碼器565758晶體管，繼電器596061工業(yè)控制卡PCL730(I/O卡)6263強(qiáng)電接線64弱電接線65PCL726卡（D/A）66711B卡（A/D）_711b_init: /_711b_AD_Set_Mode(7,0); Ou

13、tportb(0 x220,0 x70);/_711b_AD_Set_Gain(0); Outportb(0 x220+0 x09,0);/711b_AD_Aquire: /_711b_AD_Set_Channel( 0 ); Outportb(0 x220+0 x0a,0) for(i=0;i=0) F=F-Ye; if(dirx=1)xi+; else xi-;else F=F+Xe; if(diry=1)yi+; else yi-;位置控制outportb(0 x20,0 x20); enable();void G01_Init(void) bGCode_End_Status=FALSE

14、; xi=0;yi=0;f=0; dirx=0;diry=0;Xe=labs(x);Ye=labs(y); if(x0)dirx=1; else dirx=-1; if(y0)diry=1; else diry=-1; 76void interrupt G02_Interpolation(void) disable(); if(bGCode_End_Status=TRUE)return; temp=labs(count0)+labs(count1); if(temp=0) /終點(diǎn)判斷 bGCode_End_Status=TRUE;return; if(Interpolation_decide(

15、)=-1)return; if(temp5) for(m=0;m0) bDirection=1; Interpolation_send_pulse(m); if(m=0)i+; else j+; else if(countm0) bDirection=-1; Interpolation_send_pulse(m); if(m=0)i-; else j-; return; 四個(gè)象限判斷，調(diào)整i,j 位置控制 outportb(0 x20,0 x20); enable();77PLC控制橋式組合切石機(jī) 下一頁(yè)7860個(gè)點(diǎn)，36個(gè)輸入，24個(gè)輸出 出7980818283848586878889909

16、192返回93第五章 機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與典型部件9495帶有簡(jiǎn)單變速機(jī)構(gòu)通過(guò)皮帶傳動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)5.2.2 主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)形式5.2.3 主軸部件1.主軸部件主要性能要求旋轉(zhuǎn)精度 剛度要求溫升要求可靠性要求精度保持性要求962 主軸部件的組成和軸承選型前端定位后端定位兩端定位975.2.4 主軸典型控制功能1. 主軸準(zhǔn)停裝置 機(jī)械式 電氣式（接近開(kāi)關(guān)） 編碼器2. 自動(dòng)換刀夾緊裝置3. C軸控制與同步速度控制裝置98995.2.5 電主軸概述 特點(diǎn)： 內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，振動(dòng)小，精度高可在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)無(wú)級(jí)變速可實(shí)現(xiàn)精確的主軸定位及C軸傳動(dòng)高速化，動(dòng)態(tài)精度和穩(wěn)定性更好動(dòng)平衡，溫度控制和冷卻是關(guān)鍵100影響促進(jìn)了高速切削技術(shù)與機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化發(fā)展降低了成本，縮短了機(jī)床研制周期 改善了機(jī)床性能，提高了機(jī)床可靠性滿(mǎn)足了部分高檔數(shù)控機(jī)床要求2. 類(lèi)型 根據(jù)控制方式分為交流變頻和交流伺服兩類(lèi)根據(jù)輸出特性分為恒轉(zhuǎn)矩和恒功率3 解決振動(dòng)措施 高精度對(duì)稱(chēng)性101動(dòng)平衡4 散熱風(fēng)冷水冷5 支承6 潤(rùn)滑油脂油霧油氣1027 發(fā)展趨勢(shì)高速高剛度高速大功率，低速大轉(zhuǎn)矩高精度高可靠性，壽命長(zhǎng)新形式快速啟停多功能，智能化1035.3 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求：提高傳動(dòng)部件的剛度減少傳動(dòng)部件的慣量減小傳動(dòng)部件間的間隙減小系