数控技术知识点总结

《数控技术》总结
NC--数字控制，简称数控，采用数字化信息对机床运动及其加工过程进行自动控制的方法。

也称数控技术。

属于硬件数控。

CNC--计算机数控系统，是以计算机系统作为数控装置构成的数控系统。

CNC系统的数字信息处理主要有软件实现，因而十分灵活，并可以处理数字逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统功能大大提高。

数控加工的特点:
高柔性，适应性强高精度、质量稳定高度自动化、高生产效率劳动强度低、劳动条件好有利于现代化生产与管理使用维护要求高
数控系统组成：CNC装置、伺服驱动装置、检测装置、PLC
CNC装置：是一台专用的控制计算机，包括计算机系统、必要的硬件及其接口，相应的功能软件。

根据输入的零件加工程序进行相应的处理（译码、数据处理、插补、位控），输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。

伺服驱动装置：1.主轴伺服单元和主轴电机 2.进给伺服单元和进给电机伺服单元：信号转换、放大、控制
检测装置——用于伺服执行部件的位置和速度检测,以实现进给伺服系统的闭环控制，保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令。

——常用检测装置：旋转变压器、感应同步器、编码器、光栅、磁栅等。

坐标数：采用数字控制的运动方向的个
联动数：数控系统能同时控制的坐标数
直线、圆弧类零件的数学处理
基点直线、圆弧类零件的轮廓一般由直线、圆弧组成。

相邻几何元素间的交点或切点称之为基点非圆曲线：数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式y=f（x）表达的平面轮廓曲线
节点：用若干直线段或圆弧段去逼近给定的非圆曲线，相邻逼近线段的交点或切点称为节点用直线段逼近非圆曲线时节点的计算:弦线逼近（等间距法等步长法等误差法），切线逼近，割线逼近
用圆弧段逼近非圆曲线时节点的计算：曲率圆法、三点圆法、相切圆法、双圆弧法等
CNC系统工作过程
1.输入信息零件程序控制参数刀补数据
2.译码以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、翻译成计算机能识别的数据形式，并对程序段进行语法错误检查和逻辑错误检查，发现错误立即报警
3.数据处理刀具补偿和速度处理
4.插补在给定轮廓线上的起点和终点之间，插入多个中间点位置坐标
5.位置控制每个位置反馈采样周期，将插补给定值与反馈值进行比较，用差值去控制电机。

6.开关量控制：处理CNC装置与机床之间强电信号的输入和输出。

7.诊断：检查非正常的程序、操作和其他错误状态。

插补：数控系统根据零件轮廓线型上的已知点，按进给速度、刀具参数和进给方向的要求等，计算出轮廓线条上中间点位置坐标值的过程。

插补的实质是根据有限的信息对起点与终点之间的空间进行“数据密化”。

插补方法：.基准脉冲插补（脉冲增量插补、行程标量插补），数据采样插补（数据增量插补、时间分割法）
1.基准脉冲插补每次插补结束时向各运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动各坐标轴进
给电机的运动。

优点：基准脉冲插补运算简单，易用硬件电路实现，运算速度快。

适用于由步进电机驱动的、中等精度或中等速度要求的开环数控系统。

有的数控系统将其用于数据采样插补中的精插补
2.数据采样插补采用时间分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期
的进给直线段（又称轮廓步长）进行数据密化，以此来逼近轮廓曲线。

适用于闭环、半闭环系统刀具半径补偿：在轮廓加工中，由于刀具半径的存在，若让刀具中心沿着设计的零件轮廓移动则必将产生过切。

为此，应使刀具中心轨迹偏离零件轮廓一个半径的距离
B刀具半径补偿采用圆角过渡，加工外轮廓尖角，圆弧轮廓尖角时始终处于切削状况，使零件的轮廓尖角被加工成小圆角。

加工内轮廓时，产生过切现象。

C刀具半径补偿能自动处理两相邻程序段间连接（即尖角过渡的各种情况，并直接求出刀具中心轨迹的转接交点，然后再对原来的刀具中心轨迹作伸长或缩短修正
伺服系统（Servo System）是一种以机械位置和速度为控制量的自动控制系统
驱动电机：步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机。

驱动装置：功放电路、驱动信号产生电路等。

检测装置：感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器等
按伺服系统控制方式：
开环系统：步进电机，无位置反馈，成本低，精度低。

闭环系统：直接测量实际位移进行反馈，精度高
半闭环系统：间接测量位移进行反馈，精度低于闭环
按被控对象和使用目的：
进给驱动：控制各坐标轴的切削进给运动
主轴驱动：控制主轴的旋转运动
辅助伺服系统：控制刀库、料库等辅助系统的运动，多采用位置
数控机床进给伺服系统的要求
1．高精度（一般定位精度要求达到微米级
2．响应速度快（通常升降速过渡时间<0.2s，系统跟踪精度）
3．电机调速范围宽
4．低速大转矩（便于直接驱动，满足低速重切削需求）
5．稳定性好、可靠性高（性能稳定，环境适应性好，使用寿命长）
步进电机：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。

每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度
优点：结构简单，价格便宜，工作可靠
缺点：1.容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；2.低速时容易产生振动；
步进电机的原理；按电磁吸引原理工作，步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。

主要性能参数；步距角α，矩角特性，最大静态转矩，启动转矩，起动频率
驱动控制：由环形分配器和功率放大器组成
环形分配器：将数控装置送来的一串指令脉冲，按步进电机所要求的通电顺序分配给步进电机驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断，实现步进电机的运行及换向。

功率放大电路：将环形分配器送来的弱电信号放大，以得到步进电机绕组所需的脉冲电流及脉冲波形
为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。

在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降
数控机床上常用的直流电机：
永磁式直流伺服电机——进给驱动；
小惯量直流伺服电机——快速运动的伺服系统；
大惯量宽调速直流电机——直接驱动负载，过载能力强；
无刷直流伺服电机——低噪音、高可靠性伺服系统
直流电机调速方法：
晶闸管（可控硅）调速系统：利用晶闸管的单向导电可控性，输出可控制的电压；利用可控硅整流器提供直流电源；通过改变晶闸管触发角，改变外加电压，从而达到调速的目的。

晶体管脉宽调制（PWM）调速系统利用大功率晶体管的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，加到直流电机的电枢上；通过调整控制方波脉冲宽度来改变电枢的平均电压，从而调
节电机转速优点：控制电路简单，不需附加关断电路，开关特性好。

广泛应用中、小功率直流伺服系统。

PWM功放的特点：1.元件工作在开关状态，效率高；
2.主电路简单，功率器件少；
3.低速性能好，调速范围宽（闭环1:1000－1:10000）；
4.开关频率高，电机微振，有利于克服静摩擦；
但是，电磁干扰大，常用于中、小功率（<数十千瓦）。

NC 程序的常用功能字：
【1】准备功能字：规定刀具与工件相对运动轨迹、机床坐标系、坐
标平面、刀具补偿、坐标偏置等加工操作。

【2】坐标功能字：用来设定机床各坐标的位移量。

【3】进给功能字：用来指定刀具相对工件的速度。

【4】主轴功能字：用来指定主轴速度。

【5】刀具功能字：用来选择刀具。

【6】辅助功能字：用来控制数控机床各种开关量，如主轴正、反转、
切削液、工件夹紧、程序结束等。

常用插补算法：
【1】脉冲增量插补法：每插补运算一次，最多给主轴进给一个脉冲，
产生一个移动量，主要有：逐点比较法和数字积分法。

【2】数据采样插补法：位置伺服通过计算机及测量装置构成闭环。

8.加工中心适用于复杂、工序多、精度要求较高，需用多种类型普通
机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的零件，
与数控铣、数控镗的主要区别是加工中心的刀库存放着不同数量的刀
具与检具，在加工过程中由程序控制自动选用和更换。

9.数控机床的特点：【1】适应性强【2】加工精度高，质量稳定
【3】生产率高，经济效益好【4】减轻劳动者的劳动强度，操作简单
【5】有利于生产管理的现代化【6】具有故障诊断和监控能力
【7】贵【8】调试维修复杂【9】对编程人员技术水平要求较高。

10.莫尔条纹产生的条件：
【1】P 指示=P 标尺【2】平行放置【3】有θ角【4】有光照射。

莫尔条纹与光栅线几乎成垂直方向排列，严格地说，是与两片光栅线
纹夹角θ的平分线相垂直。

特点（作用）：【1】放大作用【2】均化误差作用【3】莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例。

W=P/θ。