數(shù)控技術(shù)是什么

1、什么是機(jī)床的數(shù)字控制

機(jī)床依靠各個(gè)部件的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)各種零件的加工。在普通機(jī)床上按手動和機(jī)動兩種方式進(jìn)行控制：手動靠手工搖動手把帶動機(jī)床部件進(jìn)行運(yùn)動和停止；機(jī)動時(shí)，用按鈕接通動力源(電動機(jī))經(jīng)機(jī)械傳動系統(tǒng)使機(jī)床部件運(yùn)動，運(yùn)動的停止也是靠按鈕或行程開關(guān)碰到檔鐵后切斷電路而實(shí)現(xiàn)。數(shù)字控制機(jī)床則是以數(shù)字指令方式控制機(jī)床各部件的相對運(yùn)動和動作。例如：要求機(jī)床執(zhí)行如下一條指令程序段：

    N003 G90 G01 X+325.927 Y+279.346Z-429.732 S1000 T02 F500 M07;

其含義為：第三個(gè)程序段，用2號刀具加工一條空間直線段，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)或上一程序段指令點(diǎn)，終點(diǎn)為程序段中給定的點(diǎn)(+325.927，+279.346,-429.732)。坐標(biāo)值的計(jì)算以坐標(biāo)原點(diǎn)為基準(zhǔn)。還指明機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min，進(jìn)給部件的運(yùn)動速度為500mm/min，且需將冷卻液打開。從上面的程序段可以看出，它由數(shù)字0—9，文字X、Y、Z、S、T、F、M…、符號“+”“-”“.”等組成，而這些都要轉(zhuǎn)換成“二進(jìn)制”數(shù)字代碼輸入機(jī)床的數(shù)字控制裝置〔即控制機(jī)床的專用計(jì)算機(jī))中去，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的計(jì)算處理、伺服控制、驅(qū)動機(jī)床各部件運(yùn)動，完成上述空間直線段的加工，由于指令運(yùn)動過程是以”二進(jìn)制”“數(shù)字”代碼進(jìn)行的，所以稱這種控制為數(shù)字控制(Numerical Control縮寫為NC)；數(shù)字控制是與機(jī)床控制密切結(jié)合而發(fā)展起來的，因此，人們習(xí)慣把“機(jī)床數(shù)控”簡稱為“數(shù)控”或“NC“，用這種控制技術(shù)控制的機(jī)床就稱為“數(shù)控機(jī)床”(Numerrically Controiied Machine Tool)或“Nc機(jī)床”。數(shù)控裝置和伺服控制部分統(tǒng)稱為“數(shù)控系統(tǒng)”。機(jī)床的數(shù)字控制是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制一種方法。

2、機(jī)床數(shù)字控制的原理

數(shù)控機(jī)床的加工，首先要將被加工零件圖紙上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序，然后將加工程序輸入數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、分配，使各坐標(biāo)移動若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，完成零件的加工。

在鉆削、鏜削或攻螺紋等加工(常稱為點(diǎn)位控制Poid to point Control)中，是在一定時(shí)間內(nèi)，使刀具中心從P點(diǎn)移動到Q點(diǎn)(圖1.1a)，即刀具在X、y軸移動以最小單位量計(jì)算的程序給定距離，它們的合成量為P點(diǎn)和Q點(diǎn)間的距離。但是，對刀具軌跡沒有嚴(yán)格的限制，可先使刀具在X鈾上由P點(diǎn)移動到R點(diǎn)，然后再沿Y軸從R點(diǎn)移動到Q點(diǎn)：也可以兩個(gè)坐標(biāo)以相同的速度．使刀具移動到K點(diǎn)，再沿X軸移動到Q點(diǎn)，這樣的點(diǎn)位控制,是要嚴(yán)格控制點(diǎn)到點(diǎn)之間的距離，而與所走的路徑無關(guān)。因?yàn)檫@種距離通常都用最小的位移(0.001mm)表示，而且要準(zhǔn)確地停在到達(dá)點(diǎn)處(誤差以0.001mm計(jì)算)，所以這種要求實(shí)際上是很高的。

在輪廓加工控制(Contouring Control)中，包括加工平面曲線和空間曲線兩種情況。對于平面(兩維)的任意曲線L，要求刀具T沿曲線軌跡運(yùn)動．進(jìn)行切削加工,如圖1.1b所示，將曲線L分割成：L0、L1、L2...Li等線段。用直線(或圓弧)代替(逼近)這些線段，當(dāng)逼近誤差δ相當(dāng)小時(shí)，這些折線段之和就接近了曲線。由數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置進(jìn)行計(jì)算、分配，通過兩個(gè)坐標(biāo)軸最小單位量的單位運(yùn)動(△x、△y)的合成，不斷連續(xù)地控制刀具運(yùn)動，不偏離地走出直線(或圓弧)，從而非常逼真地加工出平面曲線：對于空間(三維)曲線(如圖1.1c)中的f(x,y,z),同樣可用一段一段的折線(△Li)去逼近它，只不過這時(shí)△Li的單位運(yùn)動分量不僅是△x和△y,還有一個(gè)△z。

這種在允許的誤差范圍內(nèi)，用沿曲線(精確地說，是沿逼近函數(shù))的最小單位移動量合成的分段運(yùn)動代替任意曲線運(yùn)動，以得出所需要的運(yùn)動，是數(shù)字控制的基本構(gòu)思之一。輪廓控制也稱連續(xù)軌跡控制(Continuous Path Control)，它的特點(diǎn)是不僅對坐標(biāo)的移動量進(jìn)行控制，而且對各坐標(biāo)的速度及它們之間的比率都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便加工出給定的軌跡。

通常把數(shù)控機(jī)床上刀具運(yùn)動軌跡是直線的加工．稱為直線插補(bǔ)；刀具運(yùn)動軌跡是圓弧的加工,稱為圓弧插補(bǔ)。插補(bǔ)(Interpolation)是指在被加工軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，插進(jìn)許多中間點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作，然后用已知線型(如直線、圓弧等)逼近。一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有直線、圓弧插補(bǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家，逐漸推出了具有拋物線插補(bǔ)，螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)、曲面直接插等豐富功能的數(shù)控系統(tǒng)，以滿足用戶的不同需要。

機(jī)床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置，伺服驅(qū)動裝置、可編程控制器和檢測裝置等。數(shù)控裝置能接收零件圖紙加工要求的信息，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)時(shí)地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令。伺服驅(qū)動裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動機(jī)床各坐標(biāo)袖運(yùn)動，同時(shí)能提供足夠的功率和扭矩。伺服控制按其工作原理可分兩種控制方式：關(guān)斷控制和調(diào)節(jié)控制。關(guān)斷控制是將指令值與實(shí)測值在關(guān)斷電路的比較器中進(jìn)行比較，相等后發(fā)出信號，控制結(jié)束。這種方式用于點(diǎn)位控制。調(diào)節(jié)控制是數(shù)控裝置發(fā)出運(yùn)動的指令信號，伺服驅(qū)動裝置快速響應(yīng)跟蹤指令信號。檢測裝置將坐標(biāo)位移的實(shí)際值檢測出來，反饋給數(shù)控裝置的調(diào)節(jié)電路中的比較器，有差值就發(fā)出運(yùn)動控制信號，從而實(shí)現(xiàn)偏差控制；不斷比較指令值與反饋的實(shí)際值、不斷發(fā)出信號，直到差值為零，運(yùn)動結(jié)束：這種方式適用于連續(xù)軌跡控制。

在數(shù)控機(jī)床上除了上述軌跡控制和點(diǎn)位控制外，還有許多動作，如：主軸的啟停、刀具更換、冷卻液開關(guān)、電磁鐵的吸合、電磁閥啟閉、離合器的開合、各種運(yùn)動的互鎖、連鎖，運(yùn)動行程的限位、急停、報(bào)警、進(jìn)給保持、循環(huán)啟動、程序停止、復(fù)位等等。這些都屬于開關(guān)量控制，一般由可編程控制器(Programmable controller簡稱PC，也稱為可編程邏輯控制器PLC，又稱為可編程機(jī)床控制器PMC，下文均稱為PLC)來完成，開關(guān)量僅有“0”和“1”兩種狀態(tài)，顯然可以很方便地融人機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床各種運(yùn)動協(xié)調(diào)的數(shù)字控制。

3、數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床的組成

圖1.2是一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床的組成圖，它是由X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)刀具和工件間的相對運(yùn)動的立式數(shù)控銑床。從圖中可以看出包括信息輸入，運(yùn)算控制（數(shù)控裝置），伺服驅(qū)動及檢測反饋，機(jī)床本體，機(jī)電接口等部分。

(1)信息輸入

這一部分是數(shù)控機(jī)床的信息輸入通道．加工零件的程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(數(shù)控裝置)。早期的輸入方式為穿孔紙帶，磁帶。目前較多采用磁盤；在生產(chǎn)現(xiàn)場，特別是一些簡單的零件程序都采用按鍵、配合顯示器(CRT)的手動數(shù)據(jù)輸入(MDI)方式；手搖脈沖發(fā)生器輸入多用于調(diào)整機(jī)床和對刀時(shí)使用；通過通訊接口，可由上位機(jī)輸入。

(2)數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是由中央處理單元(CPU)、存儲器、總線和相應(yīng)的軟件構(gòu)成的專用計(jì)算機(jī)，它接收到輸入信息后，經(jīng)過譯碼、軌跡計(jì)算(速度計(jì)算)、插補(bǔ)運(yùn)算和補(bǔ)償計(jì)算．再給各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)分配速度、位移指令。這一部分是數(shù)控機(jī)床的核心。整個(gè)數(shù)控機(jī)床的功能強(qiáng)弱主要由這一部分決定。它具備的主要功能如下：

1)多軸聯(lián)動、多坐標(biāo)控制。

2)實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)(直線、圓弧、拋物線、螺旋線、極坐標(biāo)、樣條等)。

3)多種程序輸入功能(人機(jī)對話、手動數(shù)據(jù)輸入、由上級計(jì)算機(jī)及其它輸入設(shè)備的程序輸入)，以及編輯和修改功能。

4)信息轉(zhuǎn)換功能：包括EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換，公制／英制轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、絕對值／增量值轉(zhuǎn)換等。

5)補(bǔ)償功能：刀具半徑補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、傳動間隙補(bǔ)償、螺距誤羌補(bǔ)償?shù)取?/font>