清华大学出版社 数控技术及应用 第1章

1.3.5 适应控制系统
1. 如前所述的闭环控制 系统
为了提高切削效率和加 工精度,机床的数控系 统最好能在加工过程中 改变机床的切削用量, 以适应在一瞬间实际发 生的加工情况.这种控 制方法称为适应控制 (Adaptive Control简称 AC),如图1.5所示.
2. 适应控制铣床
图1.6为适应控制铣床的 框图.
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1.3 数字控制系统
1.3.1 数字控制系统的组成和分类
1. 数字控制系统的组成
数控系统是一种能够控制机器运动的装置,它是由输入和输 出设备,CNC装置,可编程控制器(PLC),主轴驱动装置和 进给驱动装置等组成的一个系统.
2. 机床数控系统的类型
机床数控系统有不同的类型,以适应不同用途的需要.
(1) 根据伺服系统的控制原理, 根据伺服系统的控制原理,机床数控系统可分为开环 控制系统和闭环控制系统,根据检测装置安装的位置不同, 控制系统和闭环控制系统,根据检测装置安装的位置不同,闭 环控制系统又可分为全闭环控制系统和半闭环控制系统. 环控制系统又可分为全闭环控制系统和半闭环控制系统. (2) 根据控制运动方式的不同, 根据控制运动方式的不同,可分为点位控制系统和连 续控制系统.另外点位/直线 或称直线)控制系统也归类于连续 直线(或称直线 续控制系统.另外点位 直线 或称直线 控制系统也归类于连续 控制系统中. 控制系统中. (3) 根据数控功能,可分为经济型数控系统, 根据数控功能,可分为经济型数控系统,普及型数控 系统和高级型数控系统. 系统和高级型数控系统.
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1.1 数控技术的产生和特点
数字控制(Numerical Control)技术,简称为数 技术, 数字控制 技术 技术, 控(NC)技术,是一种自动控制技术,它能够对 技术 是一种自动控制技术, 机器的运动和动作进行控制.采用数控技术的 机器的运动和动作进行控制. 控制系统称为数控系统. 控制系统称为数控系统.装备了数控系统的机 床称为数控机床.由于数控机床的种类多, 床称为数控机床.由于数控机床的种类多,数 量大, 量大,因此是促进数控技术发展的重要实践领 如今, 域.如今,数控技术已不仅应用于金属切削机 而且还应用于其他多种设备, 床,而且还应用于其他多种设备,如电火花加 工机床,剪切机,折弯机,坐标测量机, 工机床,剪切机,折弯机,坐标测量机,机器 人等. 人等.
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1.3.2 开环和闭环控制系统
1. 开环控制系统
图1.2所示为开环控制 系统的框图.
2. 全闭环控制系统
针对开环控制系统的缺 点,闭环控制系统在机 床工作台运动方向上增 加了测量工作台实际位 移量的位置传感器,如 图1.3所示.
3. 半闭环控制系统
半闭环控制系统的控制 方式与闭环控制系统相 类似,它们之间的主要 区别在于前者的电动机 轴上装有表示其角位移 的编码器.
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1.3.3 点位控制系统与连续控制系统
1. 点位控制系统 点位控制系统仅控制刀具相对于工件的 位置.同时,移动的途径和速度原则上 没有规定. 点位控制系统多采用于孔加工的数控机 床. 2. 连续控制系统 (1) 插补运算原理 (2) 连续控制系统的工作特点
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1.3.4 多功能与经济型数控系统
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1.1.2 数控技术的特点
数控机床是采用数控技术的机械设备中最具有代表性的一种. 数控机床是采用数控技术的机械设备中最具有代表性的一种. 从数控机床具有的许多优点中,可以看出数控技术的特点, 从数控机床具有的许多优点中,可以看出数控技术的特点,例 如:
提高了加工精度和同一批工件尺寸的重复精度,保证了加工质量的稳 定性. 具有较高的生产效率.与普通机床相比,生产效率大致可提高2~3倍. 增加了设备的柔性,可以适应不同品种,规格和尺寸以及不同批量的 工件加工. 操作人员的劳动强度大为减轻. 具有较高的经济效益.这是因为数控机床能一机多用,代替多台普通 机床,减少了工序间工件的运输时间,节省厂房面积,减少工夹具数 量和投资. 能加工普通机床所不能加工的复杂型面. 可向更高级的制造系统发展.
2. 加工中心
(1)铣削加工中心 铣削加工中心 (2)车削加工中心 车削加工中心
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1.4.2 数控技术在电加工机床中的应用
数控电加工机床主要有 两类: 两类:数控电火花成形 机床和数控线切割机床. 机床和数控线切割机床. 1. 数控电火花成形机床 图1.8所示为数控电 火花成型机床的工作 原理. 2. 数控线切割机床 图1.9所示为数控线 切割机床的工作原理 图.
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1.4.3 数控技术在工业机器人中的应用
所示为一工业机器人系统的示意图, 图1.10所示为一工业机器人系统的示意图,它由执行 所示为一工业机器人系统的示意图 机构,动力部分和控制部分组成. 机构,动力部分和控制部分组成.对于较高级的机器 还有检测传感系统,感觉系统. 人,还有检测传感系统,感觉系统.
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1.2.2 数控机床各组成部分的作用
行的.加工程序存放在软,硬 磁盘等程序载体中,通过数控机床的输入装置,将加工程序信息读入 CNC装置中.
2. 输入装置
输入装置的作用是将加工程序的信息读入CNC装置内.
3. CNC装置
CNC装置主要由信息的输入,处理和输出三部分组成.
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1.3.6 直接数控系统
直接数控系统(Direct Numerical Control,DNC), 直接数控系统 , , 可以理解为用一台计算机直接控制一群机床, 可以理解为用一台计算机直接控制一群机床,所以它 又称为群控系统. 又称为群控系统. DNC系统的特点为: 系统的特点为: 系统的特点为
4. 伺服系统
伺服系统由伺服电动机以及伺服驱动控制装置和有关软件构成.
5. 位置反馈系统
位置反馈系统的作用是将机床运动部件的实际位置信息反馈给CNC装 置.
6. 机床的机械部件
数控机床的机械部件,除了主运动系统以及辅助部分(如液压,气动, 冷却和润滑部分)以外,尚有一些特殊部件,如储备刀具的刀库,自动 换刀装置(ATC)和自动托盘交换装置等.
到20世纪80年代随着我国实行改革开放政策引进了日本美国等先进的数控技术开始批量生产数控系统和伺服系统进的数控技术开始批量生产数控系统和伺服系统使我国数控机床在质量和数量上有了很大的提高
第1章 绪
论
数控技术经过几十年的发展, 数控技术经过几十年的发展,已经广 泛地应用于现代工业的诸多领域之中, 泛地应用于现代工业的诸多领域之中, 成为制造业现代化的基础. 成为制造业现代化的基础. 本章将重点围绕数控技术的特点, 本章将重点围绕数控技术的特点,分 组成及各组成部分的作用, 类,组成及各组成部分的作用,介绍 有关数控技术的基本知识及发展趋势. 有关数控技术的基本知识及发展趋势.
(1) 可实现非实时分配数控数据,它可和车间的编程机 结合起来,便于实现车间的监控和管理. (2) DNC系统采用了局域网络(LAN)技术进行通信,所 以DNC系统成为一种"开放式"系统,可以向上级机和下 级设备扩展延伸. (3) DNC系统与数据采集系统相结合,可以采集机床的 工作状态,在线检测数据,对加工质量和机床状态进行实 时控制. (4) DNC系统既可独立使用,也可作为工厂的计算机集 成制造系统的一个层次.
它的不足之处是: 它的不足之处是:
提高了起始阶段的投资. 增加了电子设备的维护. 对操作人员的技术水平要求较高.
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1.1.3 计算机数控
随着电子技术和计算机技术的发展, 随着电子技术和计算机技术的发展,数控系统 经历了采用电子管,晶体管,集成电路, 经历了采用电子管,晶体管,集成电路,直到 将计算机引进数控系统的过程. 将计算机引进数控系统的过程.将微型计算机 (简称微机 引入数控系统后,使其在质的方面 简称微机)引入数控系统后 简称微机 引入数控系统后, 完成了一次飞跃.计算机数控(Computer 完成了一次飞跃.计算机数控(Computer Numerical Control,CNC)系统有许多优点: 系统有许多优点: , 系统有许多优点
多功能机床数控系统的功能比较齐全,适用于功率较大, 多功能机床数控系统的功能比较齐全,适用于功率较大, 动作较复杂,定位精度较高的大,中型数控机床.这种 动作较复杂,定位精度较高的大,中型数控机床. 数控系统大多是在专业工厂生产.由于批量较大, 数控系统大多是在专业工厂生产.由于批量较大,质量 较稳定,所以可靠性高. 较稳定,所以可靠性高.配置这种系统的数控机床价格 较贵. 较贵. 有的工厂为了提高生产率和稳定加工质量, 有的工厂为了提高生产率和稳定加工质量,在普通机床 基础上,对机械部分作必要的改造, 基础上,对机械部分作必要的改造,配上功能较为简单 的数控系统,使之具备某些必要的数控功能. 的数控系统,使之具备某些必要的数控功能.这种数控 系统就叫作经济型数控系统. 系统就叫作经济型数控系统.配置经济型数控系统的数 控机床,一般采用控制较简单, 控机床,一般采用控制较简单,成本较低的步进电动机 伺服系统.为了提高加工精度,防止步进电动机丢步, 伺服系统.为了提高加工精度,防止步进电动机丢步, 较高档的经济型数控机床在步进电机端部装有回转编码 器进行补偿.计算机的CPU一般采用 系列的单片机, 一般采用51系列的单片机 器进行补偿.计算机的 一般采用 系列的单片机, 13 以增强抗干扰能力,提高工作的可靠性. 以增强抗干扰能力,提高工作的可靠性.
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1.4 数控技术的应用
1.4.1 数控技术在金属切削机床中的应用
数控技术在金属切削机床上应用的最多.根据数控 机床用途的不同,大致可分为以下几类.
1. 普通数控机床
(1)数控车床 数控车床 (2)数控铣床 数控铣床 (3)数控钻床 数控钻床 (4)数控磨床 数控磨床 (5)数控齿轮机床 数控齿轮机床
(1) (2) (3) (4) (5) 柔性好 功能强 可靠性高 易于实现机电一体化 经济性好
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1.2 数控机床的组成和作用
虽然数控技术能用来控制多种机 械,但用得最多的和最典型的是 数控机床, 数控机床,所以先来简单地介绍 数控机床. 数控机床.
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1.2.1 数控机床的组成部分
如前所述,数控机床配备有数控系统, 如前所述,数控机床配备有数控系统,可以按照事 先编好的加工程序实现机床的运动和动作. 先编好的加工程序实现机床的运动和动作.数控机 床由程序载体,输入装置, 装置, 床由程序载体,输入装置,CNC装置,伺服系统和 装置 机床的机械部件构成,如图1.1所示 所示. 机床的机械部件构成,如图 所示.
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1.1.1 数控技术的产生
1952年,MIT研制成功了三坐标数控系统,并在 年 研制成功了三坐标数控系统, 研制成功了三坐标数控系统 并在Cincinnate铣 铣 床上装备了这种控制系统.它采用预制穿孔带作为信息载体, 床上装备了这种控制系统.它采用预制穿孔带作为信息载体, 可以控制多种机床. 可以控制多种机床. 我国从1958年开始研制数控机床.到20世纪 年代末共生产 年开始研制数控机床. 世纪70年代末共生产 我国从 年开始研制数控机床 世纪 台数控机床, 是数控线切割机床; 了4108台数控机床,其中 台数控机床 其中86%是数控线切割机床;到20世纪 是数控线切割机床 世纪 80年代,随着我国实行改革开放政策,引进了日本,美国等先 年代, 年代 随着我国实行改革开放政策,引进了日本, 进的数控技术,开始批量生产数控系统和伺服系统, 进的数控技术,开始批量生产数控系统和伺服系统,使我国数 控机床在质量和数量上有了很大的提高. 控机床在质量和数量上有了很大的提高. 近十年来,我国开发并生产了数控铣床,车床,磨床, 近十年来,我国开发并生产了数控铣床,车床,磨床,立式和 卧式加工中心等40多个新品种 多个新品种; 卧式加工中心等 多个新品种;引进和自行开发了多条柔性制 造系统(FMS)生产线,并开始进行计算机集成制造系统 生产线, 造系统 生产线 并开始进行计算机集成制造系统(CIMS) 的研究及探索其在生产中的应用. 的研究及探索其在生产中的应用. 到了20世纪 年代初,我国生产的数控机床已达300余种,一 世纪90年代初 余种, 到了 世纪 年代初,我国生产的数控机床已达 余种 些较高档次的五轴联动数控系统也已开发出来. 些较高档次的五轴联动数控系统也已开发出来.