数控编程第三十六讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数 控 技 术,主讲教师：仇晓黎,东南大学远程教育,第 三十六 讲,1,二、相位控制,相位伺服系统是采用相位比较方法实现位置闭环（及半闭环）控制的伺服系统，是数控机床常用的一种位置控制系统。,1、相位伺服系统的组成框图,它由基准信号发生器、脉冲调相器、鉴相器、直流放大器、速度控制单元、检测元件及信号处理线路等组成。,2,2、相位伺服系统的工作原理,（1）基准信号发生器,基准信号发生器输出一列具有一定频率的脉冲信号，其作用是为伺服系统提供一个相位比较基准。,（2）脉冲调相器,它的作用是将来自数控装置的进给脉冲信号转换为相位变化的信号，该相位变化信号可用正弦波或方波信号表示。,若数控装置无进给脉冲输出,脉冲调相器的输出与基准信号发生器的基准信号同相位,两者无相位差。,反之,数控装置每输出一个正向或反向进给脉冲,脉冲调相器的输出将超前或滞后基准信号一个相位角。,3,脉冲调相器的控制线路就是脉冲相位变换器，也叫数字移相器。,它是把脉冲数变换为相位移的一种数字模拟变换器。,原理如图。,4,（3）测量元件及信号处理线路,该线路和元件的作用是将工作台的位移量检测出来，并表达成与基准信号之间的相位差。,（4）鉴相器,鉴相器的输入信号有两路，一路是来自脉冲调相器的指令信号；,另一路是来自测量元件及信号处理线路的反馈信号，它代表了工作台的实际位移量。,这两路信号都是用它们与基准信号之间的相位差来表示，且同频率、同周期。,5,（5）驱动和执行元件,鉴相器的输出信号一般比较微弱，需要放大，再经过速度控制单元驱动电动机带动工作台运动。,6,三、幅值控制的组成和工作原理,幅值系统以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环控制系统。,7,幅值伺服系统的组成如图所示，该系统由检测元件及信号处理电路、比较器、数模转换器、位置调节器和速度控制单元等组成。,8,四、数字脉冲比较伺服系统,这种系统主要优点是机构比较简单，采用光电编码器作位置检测装置，以半闭环的控制结构形式构成脉冲比较伺服系统。,1、数字脉冲比较系统的构成,9,2、数字脉冲比较器的工作原理,略。,3、主要功能部件,（1）数字脉冲数码转换器,1）数字脉冲转换为数码，如图所示。,10,2）数码转换为数字脉冲,如图所示。,（2）比较器,如图所示。,11,五、数字伺服系统,1、数字伺服系统的特点,数字伺服系统是用计算机软件来实现伺服控制的。,数字伺服系统较多的采用专用硬件数字电路，20世纪90年代起采用,DSP,和,CPU,构成的微机作为控制器，甚至直接采用工业,PC,机作为控制器的软件伺服系统得到充分发展。,其特点包括：,（1）采用现代控制理论，通过计算机软件实现最佳最优控制。,12,（2）数字伺服系统是一种离散系统，其校正环节的比例(,P)、,积分(,I)、,微分(,D),控制，即,PID,控制可由软件实现。,（3）数字伺服系统在检测灵敏度、时间漂移小、降噪、温度漂移小及抗外部干扰等方面都优于模拟伺服系统和模拟数字混合伺服系统。,（4）高速度、高性能的微处理器的运用，使运算速度大幅度提高，也使得数字伺服系统具有较高的动、静态精度。,（5）伺服控制技术的软件化和硬件的通用化使伺服控制装置的成本大大降低，互换性提高。,13,2、数字伺服控制原理,（1）数字伺服系统的组成,数字伺服系统是一种离散系统，如图所示，由采样器和保持器两个基本环节组成。,14,（2）离散系统中的,PID,控制,为改善伺服系统的静态与动态特性，最基本的方法是加入校正环节，以校正系统的传递特性（或频率特性）。,校正环节的常用形式是比例(,P)、,积分(,I)、,微分(,D),调节器。如图。,15,3、软件伺服控制的发展,传统的模拟式伺服系统在高速切削中减小误差的方法主要是增大位置环增益，位置环增益的过大会影响系统的稳定性。,数字式软件伺服系统采用许多现代控制技术来改善伺服系统的性能。主要方法有：,（1）前馈控制（,Feedforword,Control）,实际上构成了反馈和前馈复合的系统，如图。,16,（2）预测控制（,Predictive Control）,这是目前用来减小伺服误差的一种方法。,这种方法通过预测整个机床的伺服传递函数，再改变伺服系统的输入量，以产生复合要求的输出。,17,（3）学习控制（,Learning Control）,或重复控制（,Repetitive Control）,这种控制方法适用于周期性重复操作指令情况下的数控加工，可获得高速，高精度的效果。,其原理如图所示。,18,根据,FANUC,公司在高精度交流数字式伺服系统（以分辨率为0.1,um,的绝对位置编码器为检测元件）的实验数据表明，,带学习控制器的系统要比不带学习控制器的系统在响应周期性指令的过程中，位置误差减小到原来的1/100。如图,19,作业：,P314,思考题1、3、4、5,20,第七章 数控机床的使用和维修,数控机床具体涉及到微电子、计算机、自动控制、自动检测、以及精密机械等方面最新技术成果，其使用、维修也不尽相同。,第一节 数控机床的选用,第二节 数控机床的安装和调试,第三节 数控机床的验收,第四节 数控机床的维修,21,第七章第一节数控机床的选用,一、确定典型加工工件,二、数控机床规格的选择,三、机床精度的选择,四、数控系统的选择,五、工时和节拍的估算,六、自动换刀装置的选择及刀柄的配置,七、数控机床驱动电动机的选择,八、机床选择功能及附件的选择,22,一、确定典型加工工件,考虑到数控机床品种多，而且每一种机床的性能只适用于一定的使用范围，,只有在一定的条件下，加工一定的工件才能达到最佳效果。,因此选购数控机床首先必须确定用户所要加工的典型工件。,用户单位在确定典型工件时，应根据添置设备部门的技术改造或生产发展要求，确定有哪些零件的哪些工序准备用数控机床来完成，然后采用成组技术把这些零件进行归类。,一般在工厂车间设备配置中，卧式机床占60-70%，立式机床占30-40%。,23,二、数控机床规格的选择,数控机床的规格应根据确定的典型工件进行。,数控机床的最主要规格就是几个数控坐标的行程范围和主轴电机功率。,机床的三个基本直线坐标(,X,Y,Z),行程反映该机床允许的加工空间。,一般情况下加工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围之内；,选用工作台面比典型零件稍大一些是考虑到安装夹具所需的空间。,工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。,24,主轴电动机功率反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床在切削时的刚性。,功率较大的直流或交流调速电机可用于高速切削，但在低速切削中转矩受到一定限制。,在选择规格时应考虑产品发展趋势，尺寸大一点，对产品开发的适应能力也强一些。,对少量特殊工件仅靠三个直线坐标加工的数控机床还不能满足要求，要另外增加回转坐标(,A,B,C)，,或附加坐标(,U,V,W),等。,25,三、机床精度的选择,选择机床的精度等级应根据典型零件关键部位加工精度的要求来定。,国产加工中心精度可分为普通型和精密型两种。,如表，为加工中心精度项目中的关键项目。,26,定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动元部件的综合精度。,重复定位精度反映了该控制轴在行程内任意定位点的定位稳定性。,铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。,从机床的定位精度可估算出该机床在加工时的相应有关精度。,普通型数控机床进给伺服驱动机构大都采用半闭环方式，对滚珠丝杠受温度变化造成的位置伸长无法检测，因此会影响工件的加工精度。,27,四、数控系统的选择,为了能使数控系统与所需机床相匹配，在选择数控系统时应遵循以下译本原则：,1、根据数控机床类型选择相应的数控系统,数控系统有适用于车、铣、镗、磨、冲压等加工。,2、根据数控机床的设计指标选择数控系统,在可供选择的数控系统中，它们的性能高低差别很大。,不宜片面地追求高水平、新系统，而应该对性能和价格等作一个综合分析，选用合适的系统。,28,3、根据数控机床的性能选择数控系统功能,一个数控系统具有很大功能，有的属于基本功能，有的属于选择功能。,对选择功能一定要根据机床性能需要来选择，如果不加分析的都要，许多功能就用不上，会大幅度增加产品成本。,4、订购数控系统时要考虑周全,订购时把需要的系统功能一次订全，不能遗漏，避免由于漏订而造成的损失。,29,五、工时和节拍的估算,选择机床时必须作可行性分析，一年之内该机床能加工出多少典型零件。,对每个典型零件，可根据准备给机床配置的刀具情况来确定切削用量，,并计算每道工序的切削时间,t,切,及相应辅助时间,t,辅,（,t,辅,10%-20%,t,切,）。,中小型加工中心每次的换刀时间约为10-20,s，,这时单工序时间为,t,工序,=,t,切,+,t,辅,+（10-20,s）,按300个工作日，两班制，一天有效工作时间14-15,h,计算，可算出机床的年生产能力。,30,六、自动换刀装置的选择及刀柄的配置,自动换刀装置（,ATC）,是加工中心、车削中心和带交换冲头数控冲床的基本特征。,自动换刀装置的工作质量直接关系到加工中心的整机质量，其投资往往占整机的30%-50%。,用户在满足使用要求的前提下，尽量选用结构简单和可靠性高的,ATC，,也可相应降低整机的价格。,ATC,刀库中储存刀具的数量，有十几把到40、60、100把等。,如果选用的加工中心不准备用于柔性加工单元或,FMS,中，刀库容量不宜选得太大。,31,用户一般应根据典型工件的工艺分析算出需用的刀具数，来确定刀库的容量。,一般加工中心的刀库只考虑能满足一种工件一次装卡所需的全部刀具（即一个独立的加工程序所需的全部刀具）。,在立式加工中心上选用20把左右刀具容量的刀库，在卧式加工中心上选用40把左右刀具容量的刀库。,对于复杂工件，如果考虑一次完成全部加工则所需刀具数会超过刀库容量，但全面考虑综合工艺因素，把一个复杂工件分为两个或三个加工程序进行加工，每个程序所需刀具数就不一定超过40把。,主机和,ATC,选定后，就要选择所需的刀柄和刀具。,32,加工中心使用专用的工件系统，我国由成都工具研究所制订了,TSG,工具系统刀柄标准。,选择刀柄需注意的问题为：,标准刀柄与机床主轴连接的结合面是7:24锥面。,选择刀柄必须了解该机床主轴用的规格，机械手夹持尺寸及刀柄的拉钉尺寸。,在,TSG,工具系统中有相当部分产品是不带刃具的，这些刀柄相当于过渡的连接杆。,它们必须再配置相应的刀具（如立铣刀、钻头、镗刀头和丝锥等）和附件（如钻夹头、弹簧卡头和丝锥夹头等）。,33,用户根据典型工件工艺所需的工序及其工艺卡片填制所需工件卡片，如表所示。,刀柄的选择要慎重对待，它直接影响机床的开动率和设备投资大小。,34,选用模块式刀柄和复合刀柄要有综合考虑，模块式刀柄必须按一个小的工件系统来考虑。,与非模块式刀柄比较，使用单个普通刀柄是不合理的。,对一些批量较大，而年生产几千到上万件，又反复生产的典型工件，应尽可能考虑选用复合刀具。,尽管复合刀柄价格要贵得多，但在加工中心上采用复合刀具加工，可把多道工序并成一道工序，由一把刀具完成，大大减少了机加工时间。,采用复合刀具可以充分发挥数控机床的切削功能，提高生产率和缩短生产节拍。,35,选用刀具预调仪。,用于测定刀具径向尺寸和轴向尺寸，测量装置有光学编码器、光栅或感应同步器等。,检测精度：径向为0.005,mm，,轴向为0.01,mm,左右。,刀具预调仪对刀精度的要求必须与刀具系统综合加工精度全面考虑。,因为预调仪上测得的刀具尺寸是在光屏投影下或接触测量下，没有承受切削力的静态的结果，如果测定的是镗刀精度，它并不等于加工出的孔能达到此精度。,36,七、数控机床驱动电动机的选择,机床的驱动电动机包括进给伺服电动机和主轴电动机两大类。,1、进给驱动伺服电动机的选择,原则上应根据负载条件来选择伺服电动机。,在电动机轴上所加的负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载。其值应满足以下条件：,当机床作空载运行时，加在伺服电动机轴上的负载转矩应在转矩速度特性曲线的连续工作区。,最大负载转矩、加载周期及过载时间都应在提供的特性曲线的允许范围以内。,37,电动机在加速或减速过程中的转矩应在加减速区（或间断工作区）之内。,对要求频繁起、制动及周期性变化的负载，必须检查它在一个周期中的转矩均方根值，并应小于电动机的连续额定转矩。,加在电动机轴上的负载惯量大小对电动机的灵敏度和整个伺服系统精度将产生影响。,推荐对电动机惯量,J,M,和负载惯量,J,L,之间的关系为：,38,2、主轴电动机的选择,选择主轴电动机功率的原则按以下几条原则，综合考虑来选择主轴电动机的功率。,所选择电动机应能满足机床设计切削功率要求。,根据要求的主轴加减速时间计算出的电动机功率不应超过电动机的最大输出功率。,在要求主轴频繁起、制动的场合，必须计算出平均功率，其值不能超过电动机连续额定输出功率。,在要求有恒表面速度控制的场合，则恒表面速度控制所需的切削功率和加速所需功率两者之和应在电动机能够提供的功率范围之内。,39,八、机床选择功能及附件的选择,选择选择件、选择功能及附件的基本原则是：全面配置、长远综合考虑。,对一些价格增加不多，但对使用带来很多方便的，应尽可能配置齐全，附件也应配置成套。,用户单位选用的机床，数控系统不宜太多太杂，否则会给维护修理带来极大困难。,对可以多台机床合用的附件，只要接口通用，应多台机床合用，可减少投资。,要选择与生产能力相应的冷却、防护及排屑装置。,40,作业：,P348,思考题1、2、3、5、6,41,