第3章数字程序控制技术.ppt

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1、第3章数字控制技术本章主要内容：1．数字控制基础2.插补原理3．步进电机控制技术1能根据输入的指令和数据，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的自动控制，称为数字控制。数字控制主要应用于机床的自动控制，如用于铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等的自动控制系统中。什么是数字控制？数字控制的应用2数控系统一般由数控装置，驱动装置，检测装置等构成。数控装置包括输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。3采用数字程序控制的机床叫做数控机床，数控机床具有能加工形状复杂的零件、加工精度高、生产效率高、便于改变加工零

2、件品种等许多特点，它是实现机床自动化的一个重要发展方向。数控机床早期的数控(numericalcontrol,CN)以数字电路技术为基础，随着小型和微型计算机的发展，70年代初在数控系统中用计算机代替控制装置，从而诞生了计算机数控CNC(ComputerNumericalControl)为了满足高精度和高效率加工复杂零件的需要，1952年MIT伺服机构实验室开发出第一台数控机床。4数控立式铣床卧式数控铣床数控机床的种类车床磨床5数控技术的发展1）数控机床的产生生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂，而且改型频繁，需要机床满足高性能、高精度和高自动化。1946

3、年第一台电子计算机问世，奠定了数控机床产生的基础1947年产生数控机床的设想1949年美国开始研制1952年第一台三坐标镗铣床试制成功62）数控机床的发展史（1）硬件直接数控（NC）：1952年电子管1959年晶体管1965年集成电路（2）计算机软件数控：1968年小型计算机1974年微处理器基于工控PC机的通用型CNC系统我国1958年研制了第一台数控机床3）数控机床的产量情况在数控系统不断更新换代的同时，数控机床的品种得以不断发展完善，几乎所有品种的机床都实现了数字化。7数控机床与普通机床相比，具有以下一些特点。（1）可以加工具有复杂型面的工件（2）加工

4、精度高，质量稳定（3）生产率高（4）改善劳动条件（5）有利于生产管理现代化数控机床加工的特点8从数控机床加工的特点可以看出，数控机床加工的主要对象有：（1）多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件；（2）几何形状复杂的零件；（3）精度及表面粗糙度要求高的零件；（4）加工过程中需要进行多工序加工的零件；（5）用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件。由此可见，数控机床和普通机床都有各自的应用范围,数控机床的适用范围9数控技术的发展趋势与研究方向1）高精度化数控机床制造的几何精度和机床使用的几何精度两个方面。普通加工和精密加工的精度将提高几

5、倍，超精度加工进入纳米时代。2）高可靠性衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障时间（MTBF）数控系统的MTBF值的提高,数控机床整机的可靠性水平的提高103）高柔性化适应加工对象变化的能力。向单元柔性化和系统柔性化发展。4）复合化工序复合化和功能复合化车、铣、镗、钻工序集中到一台机床冲孔、成形与激光切割复合机床等离子加工与冲压复合机床115）高速度化提高切削速度和减少辅助时间提高主轴转速，减少非切削时间，提高快速移动速度、缩短换刀时间及工作台交换时间。缩短换刀时间和工作台交换时间。6）设计CAD和宜人化设计方案选择，整机的静、动态特性的分析，计算，预测和优化设计

6、，对整机各工作部件进行动态仿真。将功能设计与美学设计有机地结合在一起，技术与经济、文化、艺术的协调统一。127）制造系统自动化提高自动编程，自动换刀，自动上下料，自动加工、自动检测，自动监控，自动诊断，自动对刀，自动传输，自动调度，自动管理，提高标准化和进线的适应能力，达到“无人化”管理正常生产的目标。133.1数字程序控制基础3.1.1.运动轨迹插补的基本原理曲线分段（1）将曲线划分成若干段，分段线段可以是直线或弧线。－分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内。（2）确定各线段的起点和终点坐标值等数据，并送入计算机。14（3）根据各线段的性质，

7、确定各线段采用的插补方式及插补算法。插补就是按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点之间，按照一定的方法进行数据点的密化计算和填充，并给出相应的位移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的误差小于一个脉冲当量，这个过程称为插补。－插补计算：给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法。－插补计算原则：通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段。－插补：直线插补(在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近)二次曲线插补－圆弧、抛物线、双曲线(在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近)15（4）将插补运算过程中定出的各中间

8、点，以脉冲