工业分析仪|继电器模组|硫含量测定仪-泰州市汉唐自动化设备有限公司

数控是数字控制或数值控制的简称,它是以数字的形式实现控制的一门技术。如果一种设备的操作命令是以数字的形式来描述,工作过程是按照规定的程序自动地进行,那么这种设备就称为数控设备。数控机床、数控火焰切割机、数控绘图机、数控冲剪机等都是属于这个范畴内的自动化设备。在实际采用数控设备时,一定要充分考虑其技术经济效果。目前,选用数控设备主要考虑三种因素,即单件,中小批量的生产;形状比较复杂,精度要求高的加工;产品更新频繁、生产周期要求短的加工。凡是符合上述三种因素之一的情况,采用数控设备,对于改进产品质量、减轻工人劳动强度,提高经济效益等,都什获得显著的效果。
目前,数控技术已在机床行业、造船行业、飞机制造业以及其它军用、民用行业。获得了广泛的应用。

1. 数控的分类
数控化的设备在使用上虽然各自控制的对象不同,但是在原理上却都是由数据处理和控制电路,以及伺服机构等组成的数控系统。按照数控系统的基本原理,可以进行下述分类。
（1）按工具运动轨迹分类
1) 点位控制。这类控方式只要求控制工具从一点移到另一点的准确位置,而对运动轨迹原则上不加控制。采用这种控制系统的机床如钻床、镗床和冲床等。
2) 直线控制。这类控制方式除了控制点与点之间的准确位置外,还要保证被控制的两点之间移动的轨迹是一条直线,而且移动的速度是按照给定的速度进行控制的。采用这类控制系统的机床如加工中心机床、车床、铣床和磨床,以及数控火焰切割机和线切割机等。
3) 连续控制（或称轮廓控制）。这类控制方式能够对两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断控制。采用这类控制系统的机床如铣床、车床、磨床、齿轮加工机床和加工中心机床,以及线切割机和数控绘图机等。
（2）按伺服机构的控制方式分类
1) 开环控制。这种控制方式通常不带有位置测量元件,伺服驱动元件为步进电机或电脉冲马达。输入的数据经过数控系统的运算,分配出指令脉冲,每一个脉冲送给步进电机或电脉冲马达,它就转过一个角度,再通过传动机构便被控制的工作台移动。这种方式对实际传动机构的动作情况是不进行检查的,没有被控制对象的反馈值。指令发送出去不再反馈回来,称为开环控制。图3-54为开环控制的框图。这种控制方式容易掌握、调试方便、维修简单,但控制精度和控制的速度受到限制。
2) 闭环控制。这种控制方式必须具备测量元件。如图3-55所示,（A）为速度测量元件,（C）为位置测量元件。当指令值发送到位置比较电路时,此时若工作台没有移动,没有反馈量,指令值使得伺服电机转动,通过（A）将速度反馈信号送到速度控制电路,通过（C）将工作实际位移量反馈回去,在位置比较电路中与指令值进行比较,用比较的差值进行控制,直到差值消除为止,这就是闭环控制。这种控制方式的优点是精度高、速度快,但是调试和维修比较复杂。
3) 半闭环控制。如图3-56所示,这种控制方式对工作台的实际位置不进行检测,而是与伺服电机有联系的测量元件,如测速发电机（A）和光电编码器或分解器（B）等间接检测出伺服电机的转角,推算出工作台的实际位移量,用此值与指令值进行比较,用差值来实现控制。由图上可以看出,由于工作没有完全包括的控制回路内,因而称之为半闭环控制。这种控制方式介于开环与闭环控制之间,精度虽然没有闭环高,但调试却较闭环方便。
4) 混合控制。如果将以上三种控制方式的特点有选择地集中起来,可以组成混合控制方案。

2. 数控功能的基本概念
数控设备的核心是数控系统,就是用一台控制计算机来进行运算,指挥数控设备进行自动控制。关于它的一些基本概念和常用功能是学习数控技术所必须知道的。
（1）APT语言
这是一种接近英文的符号语言,是对工件和刀具的几何形状及刀具相对工作的运动进行定义时所用的语言。将用此语言描写的零件程序输给计算机,就能自动地作出穿孔带。作为数控加工用的软件来说,APT是一种代表性的语言。
（2）最小设定单位
这是指编写程序者和操作者对数控系统内一个脉冲当量的规定值,并规定是公制还是英制。
（3）最小移动单位
这是指一个与指令对应的输出脉冲的移动当量,由输出电路和测量元件所决定,一般在设计时或操作时要预先选定好。
（4）程序段格式
又叫数控纸带的格式。这是指一种数控系统对输入给它的程序的文字和地址数据的排列格式。
（5）ISO代码及EIA代码
这是世界上常用的两种标准代码,适用于以输入二进制来表示的控制系统。都规定有孔表示1,无孔表示0。ISO代码为国际标准,我国出选用此代码为国家代码。EIA代码是美国电子工业协会规定使用的代码。
（6）插补与插补器
插补原理可用图3-57来说明。如图中要描写一直线段AB,假设有几种方式可以来逼近AB,其中第一条和第二条折线误差较大,而用第三条折线与AB比较误差较小,我们所进行数据点的密化工作,用一个一个的脉冲,把起点和终点之间的空白填补起来,且逼近的误差要小于一个脉冲当量。插补器是指能完成上述功能的电路。
（7）工具位置偏移
工具在控制轴平行的方向进行位移运动,其位移量是在原有位置的基础上,加上或者减去一个补偿量。
（8）刀尖R的补偿
车刀的刀尖有一个很小的半径R值。为了在加工中实现补偿,可沿着假设的刀尖方向,在刀尖的半径值上加上一个刀尖偏移量。
（9）自动加减速
为了避免数控设备在变速时（如起动、停止和加速等）产生冲击,而自动地进行平滑的加速和减速的功能。加减速可以针对每一移动指令,按直线或指数曲数方式进行,它的斜率与进给速度的快慢无关,而是对所有轴的公共参数有关,由操作者在事先设定。
（10）手动数据输入（MDI）
这是数控系统的一种操作功能。它是指程序段的内容不用纸带输入,而是用手指在键盘上用按键方式,将程序输入数控系统。
（11）通用显示器（DPL）
它通常指由七段显示器或十六段显示器或等离子显示器组成的字符显示装置。通常,既可以显示NC指令,又可以显示坐标值、寄存器数值,参数值和诊断结果等。
（12）视频显示器（CRT）
它是由阴极射线管为主体组成的显示器。能显示文字、数字、符号以及图形。可以通过键盘输入信息,将字符显示在荧光屏上,还可以进行删改、隔行、增字等功能,是人机对话的主要工具。
（13）进给率数（FRN）
这是进给功能的表示形式之一,表示进给速度的代码化数。它用跟在地址符号F后面的数字来表示。
（14）程序中停、重新启动功能
在实际加工中,当系统出现故障或刀具损坏时,为了不使已在加工中的工件报废,系统应具有自动返回到暂停（加工中停）前位置的功能。
（15）进给保持
在自动或手动运转中,能使所有轴的进给暂时停止或解除。
（16）程序保护功能
指系统具备此功能时,能禁止数据再次写入程序存贮器,以防止误操作而破坏存储器中的程序或参数。
（17）固定循环功能
在操作中,对于象钻孔、镗孔、攻丝等具有多次反复动作的过程,编制成一连串的顺序程序,用一个G代码来代表,当读到此代码时,系统能自动循环工作,称之为固定循环。根据其循环路线的不同,又有单一固定循环和多重循环之分。
（18）纸带存储和编辑功能
这个功能包括以下特点
1) 数控输入纸带上的程序可以通过输入机全部送到纸带存贮器中存储备用,断电后不什破坏,再次通电后可再次调用。
2) 可以用手动操作键盘,调出、修改、删除或增加在纸带存贮器中的原程序。
4) 可以用MDI方式重新编写入新的程序。
（19）录返功能
用手动操作数控设备对加工件坐标点进行模拟的实际操作,将其动作内容依次记录在系统的存储器中,然后用反演方式自动控制设备加工同样工件。这种方式不需要再次编制零件加工程序。

3. 数控的程序编制
任何一台数控设备,都必须将动作的顺序编成有规律的加工程序,然后输入数控设备去控制加工。对于比较复杂的工件,还需要进行计算或借助于计算机来处理,然后输出必要的数据。我们把从零件图纸到制成数控系统输入纸带数据处理的全部过程,称之为程序编制。程序编制分为手工编程和自动编程两大类。图3-58所示是从一张零件图到穿孔纸带的两种数据处理流程图。
（1）手工编程
手工编程的顺序如图3-59所示。编程过程如下:
1) 计算工具的位置。求出每一线段相交点的坐标值,按照数控系统的规定字长,将长线分段,并得到数据值:
2) 列出程序单:
3) 按程序单进行纸带穿孔;
5) 对穿孔的纸带进行检查。
（2）自动编程
图3-60是自动编程的顺序图。自动编程是解决手工编程力所不及的复杂程序的方法,当然也可以用来解决简单的图形。自动编程的要点是采用简单、习惯的语言去描述工件的几何形状和加工过程,由计算机接受、翻译、并根据指定的要求进行分段、计算,最后处理成自动编程的过程如下:
1) 计算数据的给出、定义和预处理,把输入的原始数据翻译成机器语言;
2) 计算机进行计算和数据处理;
3) 将计算结果按照某系统给定的后置处理程序,变成一串适用的数字程序控制（简称NC）,能识别的程序格式;
4) 穿孔输出及打印程序单。

（3）自动编程的语言系统
目前国外成熟和完善的自动编程语言系统是美国的APT系统。APT语言系统很庞大,需要大型通用计算机,对中小用户不适用。现在许多国家和企业,在借用APT的基础上发展了面向加工、具有一定适用范围和使用方便的小型编程系统。随着电子工业的发展,集成电路的集成程度的提高,价格降低,目前已能制作针对某些数控系统的专用小型编程机。这种小型自动编程机工作稳定、价格低廉,而且软件功能十分丰富,针对不同的系统,可以依靠更换磁盘来满足各种用户的需要,因此,这种小型自动编程机推动了APT语言系统的大普及。

4 数据机床简介
数控机床就是把对机床的各种控制、操作要求、动行尺寸等,都用数字和文字编码的形式表示出来,再通过信息载体（如穿孔纸带、）送给专用电子计算机或数控装置,经过计算机的变换处理,发出各种指令,控制机床按照人们预先要求的操作顺序依次动作,自动地进行加工。
数控机床的主要优点如下:
1) 对零件的适应性强;
2) 具有较高的生产率;
3) 有较高的加工精度和稳定的加工质量;
4) 能减轻工人的劳动强度,缩短生产准备时间。
数控机床的应用范围,原则上可以不受限制,但在实际应用时,必须充分考虑其经济效果。
（1）数控机床的工作原理
数据机床是由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。图3-61的实线所示为开环控制的数控机床框图,加入虚线所示的测量装置,就构成了闭环控制的数控机床框图。
控制介质就是由穿孔带或磁盘等存贮的数控程序。数控装置是数控机床的中枢,一般由输入装置、控制器、运行器和输出装置组成。它根据输入的数控程序去控制机床动作。伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号,转换成机床移动部件的运动。机床的作用和通用机床相同,只是操作由数控系统去自动地完成全部工作。
（2）数控机床的分类
1) 按工艺用途分为一般数控机床、带自动换刀装置的数控机床和多坐标数控机床。
2) 按加工路线分为点位控制数控机床,点位直线控制机床和轮廓控制数控机床。
3) 按有无控制装置分为开环控制和闭环控制的数控机床。
（3）简易数控机床
图3-62所示为简易数控机床闭环控制系统。这是一台完成直线运动切削功能的机床控制系统。工件放在工作台上A的位置,由电动机拖动齿轮装置使进给丝杆转动,带动工作台向右移动到B点,将工件的斜线部分切削掉。
在进给丝杆右端连接着一个回转编码器,丝杆带动它回转产生电脉冲。从回转编码器来的脉冲加在计数器的输入脉冲计数端,由计数器来计算工作台的移动量。计数器一开始工作首先要清零,使其输出端D0～D15皆处于“0” 。计数器的输出端D0～D15连接在微型机的输入端口上。
图示控制系统是由事先定入到微型机存贮器内的程序来控制的。微型机首先从输出端口输出计数器清零信号,使计数器复位,然后微型机把控制信号输出到连接在电机上输出端口,使电动机起动。完成这个控制输出之后,微型机立即查询一下输入端口状态。电动机转动,回转编码器产生相应的脉冲,计数器对这些脉冲进行计数,再通过微型机读取指令,把计数器的数值取入输入端口。
微型机读取来自输入端口的那些脉冲。当工作台从A点移动到B点,假定回转编码器产生了250个脉冲,当微型机从输入端口读取的脉冲数少于250个时,继续读取,并进行比较判断。随着工作台向B 点接近,当从输入端口读取的脉冲数接近250个时,进行变速控制,改变行程。微型机读取输入端口数值,是以高速方式进行比较判断处理,并重复进行的。利用时序控制软件对脉冲数进行比较判断,在这里基本上是利用减法运算的。当工作台最后到达B点,计数器的内容变成250时,微型机停止输出电机转动的信号,电机停止转动,一次工作循环完成。