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《机床数控技术》总复习提要
一、基本理论
1)位置控制理论
数控机床是高速和高精度的加工设备,是机械和电子技术相结合的产物,应用于机械加工的
实质是位置控制。
位置控制的理论,包含了自然科学和应用科学的研究成果,也包含了重要基础件的设计制造
及应用过程中形成的经验。
从理论的组成,可归纳为位置的检测、运动参数的确定、指令位置的反馈、目标位置的控制
等四大部分;
对应数控机床实际,从主轴系统的位置控制反映在对主轴定向的要求;从进给系统看,反映
在对各坐标轴位置的精确控制,从而实现尺寸精度和形位精度及粗糙度要求。
从机械结构看就有主传动系统、进给传动系统、基础支撑件、刀架和自动换刀装置、辅助装
置;从控制系统看就有数控系统、检测系统和伺服驱动系统等。
随着位置控制理论的发展,对数控机床提出了更高的要求。这包括了高精度机械基础件的设
计制造、控制方法和控制元件及线路的研究与开发等等。
从控制系统构成,就有开环、半闭环和闭环系统的概念。
从伺服系统类型,就有鉴相式、鉴幅式和脉冲比较式。
从控制原理,位控需要解决位移、速度和方向的自动控制。
(1)位移控制:
从数控检测装置的使用特征,有
鉴相式:
鉴幅式:
脉冲比较式:由插补方法确定的指令脉冲与检测装置的反馈
脉冲信号叠加产生位置环信号。(φ=Nα)
(2)调速原理:由转角检测产生速度信号进入速度环控制,转
化为对执行元件电气参量的控制。
步进电机:进给脉冲频率由RC振荡器将D/A转换器输出的电
压信号进行压-频(V-F)转换为定子绕组电平信号变化频率;
直流伺服电机:由SCR或PWM调速改变电枢直流电压;
交流伺服电机:定子绕组采用交-交或交-直-交变频变速;
(3)方向控制:依据不同的执行元件及控制原理有:
步进电机:根据进给脉冲的方向改变定子通电顺序,采用
环形分配器实现。
直流伺服电机:采用可控桥式电路改变电枢电流的流动
方向;
交流伺服电机:改变定子绕组通电电源的相序。
主轴电机的控制
主轴性能控制要求:低速恒转矩、高速恒功率;范围宽;
主轴的位置控制:定向控制和旋转进给(C)轴控制。
主轴的速度控制:
(1)直流电机—两个回路的调速(低速调Ua,高速调If)。
(2)交流电机—变频器(两种变频方式)
◆矢量变换控制:在确保产生等量同向旋转磁场的条件下通
过绕组等效来实现φ、I2、cosψ2等转子参量的变换。
进给控制中直线电机的直接驱动
满足高速加工的要求(100m/min,2-10g,0.1-0.01μm)
2)数控编程中的数值计算与误差分析
描述零件轮廓中的基点和节点的概念。
基点计算—几何关系或联立方程组,计算机辅助编程。
节点计算—算法模型(等间距、等弦长、等误差、迭代)
编程中的误差:
其中:逼近误差针对列表曲线表示的零件轮廓。
当逼近方程式与插补功能曲线相同时无插补误差。
圆整误差≦脉冲当量的1/2
数控加工中的误差构成:程编误差、控制误差、进给误
差、零件定位误差、对刀误差等。—综合误差;
其中:允许的程编误差为数控加工误差的(1/5—1/10)。
缩小该项误差的方法—增加插补段密化数据点。
3)插补与刀补理论
插补理论-脉冲增量和数据采样两大类。
刀补理论-刀具补偿的概念,零件轮廓与刀心轨迹。
相关知识点:B刀补与C刀补,刀补过程三个阶段;编程时
的路径考虑→用G00/G01在直线段建立和撤销刀补;刀补与
插补的次序→先刀补后插补;
逐点比较法
偏差函数:,
比较过程:(以第一象限直线、逆圆为例)
数字积分法(DDA法)
迭代函数(直线与圆弧):
比较积分法
判别函数:
一般算法:
脉冲增量法的速度分析
1、进给速度与插补轨迹的关系
2、DDA法均匀插补速度的措施(左移规格化)
研究对象:被积函数寄存器;
操作方法:直线插补时最高位为1;圆弧插补时次高位为1;
3、DDA法提高插补精度的措施(预置数—半加载法)
研究对象:余数寄存器(积分累加器);
操作方法:最高有效为1,其余为0;2→容量1/2;
2、数据采样插补:
时间分割插补算法——把加工一段直线或圆弧的整段时间分为许多相等的时间间隔,该单位
时间间隔T称为插
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