4.数控机床进给伺服系统的主要分类.
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基本概念1.NC机床的含义是数控机床,CNC机床的含义是计算机数字控制机床,FMS的含义是柔性制造系统, CIMS的含义是计算机集成制造系统。
2.数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制等几种。
按控制方式又可分为开环控制、闭环控制和半闭环控制等。
3.数控机床的进给伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。
4机电一体化系统的设计过程,主要包括系统总体设计、机械结构设计、控制系统设计、软件设计等几个方面。
编程1.数控机床坐标系三坐标轴X、Y、Z及其正方向用右手定则判定,X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋判断。
2.在数控机床坐标系中,绕平行于X、Y和Z轴的回转运动的轴,分别称为 A 轴、B轴和 C轴。
3.以下常用G代码含义分别是:(1)G01 直线插补指令,G02 顺时针圆弧插补(2)G17 XY平面选择(3)G42 刀具右补偿(2)G41 刀具左补偿6.数控铣床中以下常用G代码含义分别是:(1)G00 点定位(2)G18 ZX平面选择(3)G41 刀具左补偿数控车床中以下常用G代码含义分别是:(4)G98 指定每分钟移动量(5)G50 主轴最高转速设置4.数控机床的坐标联动数是指数控装置控制的坐标轴同时到达空间某一点的坐标数若G01X50Y126Z200A60F90S500是一合法程序段,说明此机床数控系统能控制的联动坐标数为4轴以上。
5.在数控编程时,使用刀具半径补偿指令后,就可以按工件的轮廓尺寸进行编程,而不需按照刀具的中心线运动轨迹来编程。
7.轮廓控制中,为了保证一定的精度和编程方便,通常需要有刀具半径和长度补偿功能。
8.APT(自动编程系统)中,刀具运动轨迹由1)零件面 2)驱动面 3)检查面三个面控制。
1.数控加工的编程方法主要有_手工编程_和__自动编程_两大类。
3.编程时的数值计算,主要是计算零件的__基点和__节点__的坐标,或刀具中心轨迹的__对刀点_和__换位点__的坐标。
江苏开放大学形成性考核作业学号徐贺姓名2014070500077课程代码110042课程名称数控机床及应用技术评阅教师第 1 次任务共 4 次任务江苏开放大学《数控机床及应用技术》形成性考核作业1一、选择题(将正确选项填入表格对应题号下)1.闭环控制系统的位置检测装置装在( D )A.传动丝杠上 B.伺服电动机轴上 C.数控装置上 D.机床移动部件上2.数控钻床一般常采用( C )A.直线控制系统B.轮廓控制系统C.点位控制系统D.曲面控制系统3.数控车床一般有2根数控轴,通常是( B )轴。
A.X、Y B.X、Z C.Y、Z D.A、B4.下面哪个部分是数控机床的核心部分?( B )A. 控制介质B.数控装置C.伺服系统D. 测量装置5.将数控系统分为金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、特种加工机床和其它类数控机床,是按照下面哪种分类方法进行分类的?( A )A.加工功能B.工艺路线C.有无检测装置D.是否计算机控制6.下列哪种数控系统没有检测装置?( A )A.开环数控系统B.全闭环数控系统C.半闭环数控系统D.以上都不正确7.闭环与半闭环控制系统的区别主要在于( D )的位置不同。
A.控制器B.比较器C.反馈元件D.检测元件;8. 数控机床的传动系统比通用机床的传动系统( B )。
A.复杂B.简单C.复杂程度相同D.不一定;二、填空题1.数控机床是采用了数字控制技术的机械设备,就是通过数字化的信息对机床的加工过程进行控制,实现要求的机械动作,自动完成加工任务。
2.数控机床与普通机床不同,数控机床加工零件的过程完全自动进行,是用数控代码和规定的程序格式正确地编制出数控程序,输入到数控装置,数控装置按程序要求控制机床,对零件进行加工。
3.数控机床按控制刀具与工件相对运动方式分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和连续控制数控机床。
4.数控机床按进给伺服系统的类型分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。
机床加工,大多是低速时进行切削,即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。
二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。
从图中可以看出,它是一个双闭环系统,内环是速度环,外环是位置环。
位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号,这个反馈是一个负反馈,即与指令信号的相位相反。
指令信号是向位置环送去加数,而反馈信号向位置环送去减数。
位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。
它们或者直接对位移进行检测,或者间接对位移进行检测。
开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统,无位置反馈环节。
如图所示,这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。
由数控系统发出的指令脉冲,经驱动电路控制和功率放大后,使步进电动机转动,通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。
闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。
系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。
与开环进给系统最主要的区别是:安装在执行部件上的位置检测装置,测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲,反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较,求得误差,依此构成闭环位置控制。
由于采用了位置检测反馈装置,所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。
闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm~±0.005 mm。
半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。
将检测元件安装在中间传动件上,间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。
闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差,而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差,因此,半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些,但是它的结构与凋试都比较简单。
全数字伺服系统随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
伺服系统按其驱动元件划分,有步进式伺服系统、直流电动机(简称直流电机)伺服系统、交流电动机(简称交流电机)伺服系统。
按控制方式划分,有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等,实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型,就是与伺服系统这3种方式相关。
主要特点
1.精确的检测装置:以组成速度和位置闭环控制。
2.有多种反馈比较原理与方法:根据检测装置实现信息反馈的原理不同,伺服系统反馈比较的方法也不相同。
目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。
3.高性能的伺服电动机(简称伺服电机):力辉用于高效和复杂型面加工的数控机床,伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。
要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大,以产生足够大的加速或制动力矩。
要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳,以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。
4.宽调速范围的速度调节系统,即速度伺服系统:从系统的控制结构看,数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统,其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后,再通过调速系统驱动伺服电机,实现实际位移。
数控机床的主运动要求调速性能也比较高,因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统;按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。
1.按用途和功能分:(1)进给驱动系统:是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统,控制机床各坐标轴的切削进给运动,并提供切削过程所需的力矩。
主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。
进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。
(2)主轴驱动系统:用于控制机床主轴的旋转运动,为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围;它只是一个速度控制系统。
2.按使用的执行元件分:(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。
其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩,刚性好,时间常数小、反应快和速度平稳;其缺点是液压系统需要供油系统,体积大、噪声、漏油等。
(2)电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机(如步进电机、直流电机和交流电机等)。
其优点是操作维护方便,可靠性高。
其中,1)直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机;主运动系统采用他激直流伺服电机。
其优点是调速性能好;其缺点是有电刷,速度不高。
2)交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机(一般用于主轴伺服系统)和永磁同步伺服电机(一般用于进给伺服系统)。
优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作;动态响应好、转速高和容量大。
3.按控制原理分(1)开环伺服系统系统中没有位置测量装置,信号流是单向的(数控装置→进给系统),故系统稳定性好。
开环伺服系统的特点:1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
2. 无位置反馈,精度相对闭环系统来讲不高,机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。
步进电机步距误差,齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上,影响零件的精度。
数控机床伺服系统的分类及其应用要求数控机床伺服系统又称为位置随动系统,简称为伺服系统。
数控机床伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构,在许多自动化控制领域广泛应用。
数控机床伺服系统的种类繁多、技术原理各具特色,这对其应用带来很大的困扰,本文就数控机床伺服系统的分类及其应用要求做简单介绍。
一、数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统,控制机床各坐标轴的切削进给运动,并提供切削过程所需的转矩。
主轴驱动控制机床主轴的旋转运动,为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
一般地,对于进给驱动系统,主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低,以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统,主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。
2.开环控制和闭环控制数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构,即开环控制和闭环控制,如图5--1所示。
由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。
闭环控制系统又可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同,进一步分为半闭环伺服驱动控制系统和全闭环伺服驱动控制系统。
若位置检测装置安装在机床的工作台上,构成的伺服驱动控制系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上,构成的伺服驱动控制系统则为半闭环控制系统。
现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。
开环控制系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与交流伺服驱动70年代和80年代初,数控机床多采用直流伺服驱动。
直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能,输出转矩大,过载能力强,而且,由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当,构成闭环后易于调整。