高級(jí)數(shù)控機(jī)床課件

第1章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與工作原理

第1章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與工作原理11.1數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，也稱NC機(jī)床數(shù)控機(jī)床一般由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)(包含伺服電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)反饋裝置)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、強(qiáng)電控制柜、機(jī)床本體和各類(lèi)輔助裝置組成。1.1數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，也稱2數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心。主要有操作系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類(lèi)輸入輸出接口等組成。伺服系統(tǒng)主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及位置檢測(cè)反饋裝置等組成主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、主軸電動(dòng)機(jī)以及主軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成強(qiáng)電控制柜主要用來(lái)安裝機(jī)床強(qiáng)電控制的各種電氣元器件輔助裝置主要包括ATC刀具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、APC工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、液壓控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、限位保護(hù)功能等部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心。主要有操作系統(tǒng)、主控制系3機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，同樣由主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動(dòng)構(gòu)、工作臺(tái)、床身以及立柱等部分組成。

機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，41.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

按工藝用途劃分金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床：普通類(lèi)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心機(jī)床金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床：數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)特種加工及其他類(lèi)型數(shù)控機(jī)床：數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

按工藝用途劃分5按運(yùn)動(dòng)方式劃分?jǐn)?shù)控機(jī)床按運(yùn)動(dòng)方式可劃分為：

點(diǎn)位控制系統(tǒng)

點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)

輪廓控制系統(tǒng)

按運(yùn)動(dòng)方式劃分6按控制方式劃分?jǐn)?shù)控機(jī)床按運(yùn)動(dòng)方式可劃分為：

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)按控制方式劃分7按功能水平劃分按照數(shù)控系統(tǒng)的功能水平通?？砂褦?shù)控機(jī)床劃分為低、中、高檔三類(lèi)。高、中檔一般稱為全功能數(shù)控機(jī)床或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床。低檔數(shù)控機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，是由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。按功能水平劃分8

點(diǎn)位控制系統(tǒng)：指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)，從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)的軌跡不需要嚴(yán)格控制的系統(tǒng)。

返回點(diǎn)位控制系統(tǒng)：9點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)：指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)從一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而且保證在兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線的控制系統(tǒng)。

返回點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)：10

輪廓控制系統(tǒng)：指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制的系統(tǒng)。它不僅能控制移動(dòng)部件從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而且還能控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。

返回輪廓控制系統(tǒng)：11開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指不具有反饋裝置的控制系統(tǒng)。它是根據(jù)數(shù)控程序指令，經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)，輸送到伺服驅(qū)動(dòng)裝置（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）使伺服驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過(guò)減速齒輪和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的位移。

返回開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)12

半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。

返回半閉環(huán)控制系統(tǒng)13閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線位置檢測(cè)裝置，將檢測(cè)到的實(shí)際位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入的原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值控制移動(dòng)部件作補(bǔ)充位移，直到差值完全消除為止，達(dá)到精確定位的控制系統(tǒng)。

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閉環(huán)控制系統(tǒng)141.3機(jī)床數(shù)字控制的基本原理

“數(shù)字控制（NumericalControl，NC）簡(jiǎn)稱數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlSystem）簡(jiǎn)稱CNC。1.3機(jī)床數(shù)字控制的基本原理

“數(shù)字控制（Numeric15數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面：

（1）輸入（2）譯碼（3）數(shù)據(jù)處理（4）插補(bǔ)（5）伺服控制（6）管理程序輸入：給數(shù)控系統(tǒng)輸入的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。譯碼：輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等）、要求的加工速度以及其他的輔助信息（換刀、換檔、切削液開(kāi)關(guān)等），計(jì)算機(jī)依靠譯碼程序來(lái)識(shí)別這些代碼，將加工程序翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算和輔助功能的處理。刀具半徑補(bǔ)償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心軌跡。速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。加工速度的確定是一個(gè)工藝問(wèn)題。數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保證這個(gè)編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面：（1）輸入（2）譯16插補(bǔ)：計(jì)算軌跡的過(guò)程稱為插補(bǔ)，即根據(jù)給定的曲線類(lèi)型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及速度，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。伺服控制：將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺服電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。管理程序：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開(kāi)始插補(bǔ)時(shí)管理程序即著手準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼、數(shù)據(jù)處理，即由它調(diào)用各個(gè)功能子程序且保證一個(gè)數(shù)據(jù)段加工過(guò)程中將下一個(gè)數(shù)據(jù)段準(zhǔn)備就緒，一旦本數(shù)據(jù)段加工完成即開(kāi)始下一個(gè)數(shù)據(jù)段的插補(bǔ)加工。整個(gè)零件加工就是在這種周而復(fù)始的過(guò)程中完成。插補(bǔ)：計(jì)算軌跡的過(guò)程稱為插補(bǔ)，即根據(jù)給定的曲線類(lèi)型（如直線、17數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程如圖所示，其中信息輸入、信息處理和伺服執(zhí)行是數(shù)控系統(tǒng)的三個(gè)基本工作過(guò)程。數(shù)控機(jī)床必須具備信息輸入、信息處理、伺服執(zhí)行以及機(jī)床本體四個(gè)基本組成部分。數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程如圖所示，其中信息輸入、信息處理和伺服執(zhí)行18輸入介質(zhì)（有形的信息載體）一般是穿孔紙帶、磁帶、磁盤(pán)等。信息處理是數(shù)控裝置的核心任務(wù)，由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。作用是識(shí)別輸入介質(zhì)中每個(gè)程序段的加工數(shù)據(jù)和操作命令，并對(duì)其進(jìn)行換算和插補(bǔ)計(jì)算；根據(jù)程序信息計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡上的許多中間點(diǎn)的坐標(biāo)，這些中間點(diǎn)坐標(biāo)以前一中間點(diǎn)到后一中間點(diǎn)的位移量形式輸出，經(jīng)接口電路向各坐標(biāo)軸執(zhí)行部件送出控制信號(hào)，控制機(jī)床按規(guī)定的速度和方向移動(dòng)，以完成零件的成形加工。輸入介質(zhì)（有形的信息載體）一般是穿孔紙帶、磁帶、磁盤(pán)等。19

伺服執(zhí)行部分的作用是將插補(bǔ)輸出的位移信息轉(zhuǎn)換成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)要求伺服執(zhí)行部件準(zhǔn)確、快速地跟隨插補(bǔ)輸出信息執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這祥數(shù)控機(jī)床才能加工出高精度的工件。數(shù)控機(jī)床常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)等。伺服執(zhí)行部分的作用是將插補(bǔ)輸出的位移信息轉(zhuǎn)換成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)20與傳統(tǒng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)：(1)具有充分的“柔性”，只需編制零件程序就能加工零件。(2)在切削速度和進(jìn)給行程的全范圍內(nèi)均可保持精度且一致性好。(3)生產(chǎn)周期較短。(4)可以加工復(fù)雜形狀的零件。(5)機(jī)床易于調(diào)整，與其他制造方法（如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線）相比，調(diào)整所需的時(shí)間較少。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)：(1)具有充分的“柔性”，只21數(shù)控機(jī)床也存在以下缺點(diǎn)：(1)造價(jià)相對(duì)較高，特別是設(shè)備初期投資大。(2)維護(hù)比較復(fù)雜，需要專(zhuān)門(mén)的維護(hù)人員。(3)需要高度熟練和經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的零件編程人員。數(shù)控機(jī)床也存在以下缺點(diǎn)：22數(shù)控機(jī)床加工零件的操作過(guò)程

(1)數(shù)控程序的編制：先根據(jù)零件圖樣的要求設(shè)計(jì)數(shù)控加工工藝過(guò)程，如工步、加工路線、切削用量、行程等，再按編程手冊(cè)的有關(guān)規(guī)定編制數(shù)控加工程序單。(2)控制介質(zhì)的制作和程序的輸入：由加工程序單制作控制介質(zhì)，如穿孔帶、磁帶、磁盤(pán)等，再將控制介質(zhì)記錄的加工信息通過(guò)輸入裝置輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床加工零件的操作過(guò)程

(1)數(shù)控程序的編制：先根據(jù)零件23(3)加工信息的處理與計(jì)算和控制指令的發(fā)出：當(dāng)加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)后，在控制系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)程序支持下，系統(tǒng)程序?qū)庸こ绦蜻M(jìn)行必要的處理與計(jì)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令。(4)控制指令的執(zhí)行：運(yùn)動(dòng)部件按控制指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)零件的數(shù)控加工。

(3)加工信息的處理與計(jì)算和控制指令的發(fā)出：當(dāng)加工程序輸入到24第1章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與工作原理

第1章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與工作原理251.1數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，也稱NC機(jī)床數(shù)控機(jī)床一般由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)(包含伺服電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)反饋裝置)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、強(qiáng)電控制柜、機(jī)床本體和各類(lèi)輔助裝置組成。1.1數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，也稱26數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心。主要有操作系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類(lèi)輸入輸出接口等組成。伺服系統(tǒng)主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及位置檢測(cè)反饋裝置等組成主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、主軸電動(dòng)機(jī)以及主軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成強(qiáng)電控制柜主要用來(lái)安裝機(jī)床強(qiáng)電控制的各種電氣元器件輔助裝置主要包括ATC刀具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、APC工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、液壓控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、限位保護(hù)功能等部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心。主要有操作系統(tǒng)、主控制系27機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，同樣由主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動(dòng)構(gòu)、工作臺(tái)、床身以及立柱等部分組成。

機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，281.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

按工藝用途劃分金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床：普通類(lèi)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心機(jī)床金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床：數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)特種加工及其他類(lèi)型數(shù)控機(jī)床：數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

按工藝用途劃分29按運(yùn)動(dòng)方式劃分?jǐn)?shù)控機(jī)床按運(yùn)動(dòng)方式可劃分為：

點(diǎn)位控制系統(tǒng)

點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)

輪廓控制系統(tǒng)

按運(yùn)動(dòng)方式劃分30按控制方式劃分?jǐn)?shù)控機(jī)床按運(yùn)動(dòng)方式可劃分為：

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)按控制方式劃分31按功能水平劃分按照數(shù)控系統(tǒng)的功能水平通?？砂褦?shù)控機(jī)床劃分為低、中、高檔三類(lèi)。高、中檔一般稱為全功能數(shù)控機(jī)床或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床。低檔數(shù)控機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，是由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。按功能水平劃分32

點(diǎn)位控制系統(tǒng)：指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)，從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)的軌跡不需要嚴(yán)格控制的系統(tǒng)。

返回點(diǎn)位控制系統(tǒng)：33點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)：指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)從一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而且保證在兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線的控制系統(tǒng)。

返回點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)：34

輪廓控制系統(tǒng)：指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制的系統(tǒng)。它不僅能控制移動(dòng)部件從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而且還能控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。

返回輪廓控制系統(tǒng)：35開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指不具有反饋裝置的控制系統(tǒng)。它是根據(jù)數(shù)控程序指令，經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)，輸送到伺服驅(qū)動(dòng)裝置（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）使伺服驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過(guò)減速齒輪和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的位移。

返回開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)36

半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。

返回半閉環(huán)控制系統(tǒng)37閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線位置檢測(cè)裝置，將檢測(cè)到的實(shí)際位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入的原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值控制移動(dòng)部件作補(bǔ)充位移，直到差值完全消除為止，達(dá)到精確定位的控制系統(tǒng)。

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閉環(huán)控制系統(tǒng)381.3機(jī)床數(shù)字控制的基本原理

“數(shù)字控制（NumericalControl，NC）簡(jiǎn)稱數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlSystem）簡(jiǎn)稱CNC。1.3機(jī)床數(shù)字控制的基本原理

“數(shù)字控制（Numeric39數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面：

（1）輸入（2）譯碼（3）數(shù)據(jù)處理（4）插補(bǔ)（5）伺服控制（6）管理程序輸入：給數(shù)控系統(tǒng)輸入的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。譯碼：輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等）、要求的加工速度以及其他的輔助信息（換刀、換檔、切削液開(kāi)關(guān)等），計(jì)算機(jī)依靠譯碼程序來(lái)識(shí)別這些代碼，將加工程序翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算和輔助功能的處理。刀具半徑補(bǔ)償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心軌跡。速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。加工速度的確定是一個(gè)工藝問(wèn)題。數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保證這個(gè)編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面：（1）輸入（2）譯40插補(bǔ)：計(jì)算軌跡的過(guò)程稱為插補(bǔ)，即根據(jù)給定的曲線類(lèi)型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及速度，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。伺服控制：將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺服電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。管理程序：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開(kāi)始插補(bǔ)時(shí)管理程序即著手準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼、數(shù)據(jù)處理，即由它調(diào)用各個(gè)功能子程序且保證一個(gè)數(shù)據(jù)段加工過(guò)程中將下一個(gè)數(shù)據(jù)段準(zhǔn)備就緒，一旦本數(shù)據(jù)段加工完成即開(kāi)始下一個(gè)數(shù)據(jù)段的插補(bǔ)加工。整個(gè)零件加工就是在這種周而復(fù)始的過(guò)程中完成。插補(bǔ)：計(jì)算軌跡的過(guò)程稱為插補(bǔ)，即根據(jù)給定的曲線類(lèi)型（如直線、41數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程如圖所示，其中信息輸入、信息處理和伺服執(zhí)行是數(shù)控系統(tǒng)的三個(gè)基本工作過(guò)程。數(shù)控機(jī)床必須具備信息輸入、信息處理、伺服執(zhí)行以及機(jī)床本體四個(gè)基本組成部分。數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程如圖所示，其中信息輸入、信息處理和伺服執(zhí)行42輸入介質(zhì)（有形的信息載體）一般是穿孔紙帶、磁帶、磁盤(pán)等。信息處理是數(shù)控裝置的核心任務(wù)，由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。作用是識(shí)別輸入介質(zhì)中每個(gè)程序段的加工數(shù)據(jù)和操作命令，并對(duì)其進(jìn)行換算和插補(bǔ)計(jì)算；根據(jù)程序信息計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡上的許多中間點(diǎn)的坐標(biāo)，這些中間點(diǎn)坐標(biāo)以前一中間點(diǎn)到后一中間點(diǎn)的位移量