数控技术 数控（Numerical Control） 是利用数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。

Presentation on theme: "数控技术 数控（Numerical Control） 是利用数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。"— Presentation transcript:

1 数控技术 数控（Numerical Control） 是利用数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控机床 用数控技术实现加工控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。 较好解决了复杂、精密、小批量、多品种的加工问题。 是一种柔性的、高效能的自动化机床。

2 1952年，Parsons & MIT 合作研制了第一台三座标数控铣床
发展至今，相继出现 加工中心MC、直接数值控制系统DNC、| 自适应控制系统AC、柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS等

3 数控机床的控制原理 测量 装置 数控装置 CNC 伺服系统 存储器 驱动 装置 执行 机构 图样 程序载体 机床主机 输入 输出 CPU
控制器 切削驱动装置

4 数控装置 1）输入装置： 键盘、磁盘、CAD/CAM通信、DNC…… 2）信息处理 处理内容：轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、加工速度以及其他辅助加工信息（换刀、变速、冷却等） 数据处理的目的：完成插补运算前的准备工作。具体处理程序应包括刀具半径补偿、速度计算及辅助动能的处理等

5 伺服系统和测量反馈 用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。作用是把接收来自数控装置的指令，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的运动。

6 数控机床的分类 按加工功能分类： 1）点位控制数控机床 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。 2）直线控制数控机床 3）轮廓控制数控机床 具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。 a.平面轮廓 b.空间轮廓

7 按所用进给伺服系统的类型分类 1）开环: 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。
按所用进给伺服系统的类型分类 1）开环: 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。 2）闭环 直接对运动部件的实际位置进行检测 3）半闭环 采样点是从驱动装置或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。 按所用数控装置类型分 1）硬线数控 ）计算机数控

8 数控编程步骤 分析零件图样和工艺处理： 对零件图样进行分析以明确加工内容及要求，选择加工方案、确定加工顺序、走刀路线、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的切削用量。 数学处理： 根据零件的几何形状、尺寸、走刀路线及设定的坐标系，计算粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据。 编写零件加工程序单 按数控系统的指令代码和程序段格式，逐段编写 输入数控系统 程序检验和首件试工

9 数控编程的方法 手工编程：Manual Programming 从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、程序输入、程序校验等各步骤都由人手工完成。整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 自动编程：Automatic Programming 是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。包括数控语言编程和图形交互式编程

10 数控编程的代码 准备功能G指令 用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（规定插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。
辅助功能M指令 程序启停、正负运动、夹紧松开、更换工件等 F、S、T指令 F指令为进给速度指令。 S指令为主轴转速指令。 T指令为刀具号指令。

11 数控加工程序的结构 程序的组成 一个完整的加工程序，由若干程序段组成；一个程序段由若干代码组成。
主程序和子程序 作用：用于指定子程序名和在主程序中调用子程序指令组成：子程序名字符Q后带两位数字，如Q01,Q21，因此子程序在一 个程序最多只100个。子程序调用字符<后带四位数字。其中，前两 位数字被调用和子程序名后两位数字为调用次数。 程序段格式 目前广泛采用字-地址可变程序段格式 就是在一个程序段内数据字的数目以及字的长度（位数）都是可变化的格式

12 ●. 数控加工程序的结构 程序的组成： 对刀点选为,刀具半（D01）=5mm 程序名：O2000
程 序 段 N01 G91 G17 G00 G42 D01 X85 Y-25* N02 Z-15 S400 M03 M08 * N03 G01 X85 F300 * N04 G03 Y50 I25 * N05 G01 X-75 * N06 Y-60 * N07 G00 Z15 M05 M09 * N08 G40 X75 Y35 M02 *

13 数控机床的坐标系 直线进给和圆周进给运动坐标系 规定直线进给运动用右手直角笛卡尔坐标系XYZ表示，称基本坐标系 Z坐标： 规定平行于主轴轴线的坐标。正方向是使刀具离开工件的方向。 X坐标： 规定为水平方向，垂直于Z轴且平行于工件的装夹面。

14 机床坐标系与工件坐标系 机床坐标是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。
工件坐标系是编程人员在编程时所使用的，由编程人员以工件图纸上的某一定点为原点（工件原点）所建立的坐标系

15 分辨率（Resolution） 分辨率：两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。 分辨率对控制系统而言，它是可以控制的最小位移量。 数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机））是指数控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.0001~0.01mm，视具体机床而定。） 脉冲发量——对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量。

16 程序编制中的数学处理 非圆曲线的节点计算 数控系统一般都只有直线和圆弧插补功能，对于非圆曲线轮廓，只有用直线和圆弧去逼近。 “节点”就是逼近线段与非圆曲线的交点。一个已知曲线方程的节点数主要取决于所用逼近线段的形状、曲线方程的特性以及允许的逼近误差。 求得一系列的节点坐标后，就按节点划分程序段

17 一、等间距的直线逼近的节点计算 计算简单，但由于取定步长应保证曲线曲率最大处的逼近误差小于允许值，所以程序可能过多

18 二、等弦长直线逼近的节点计算 1）确定允许的弦长： 由于曲线各处的曲率不等，等弦长逼近后，最大误差必在曲率半径最小处。 2）求出最小曲率半径 3）以起点为圆心，做半径为选定弦长的圆，和原曲线交点，就是新的节点。再从这个新节点依次重复以上。 等弦长法对于曲线各处的曲率较大时，所求得的节点数过多，所以适合曲率变化不大的曲线节点计算。

19 三、等误差的直线逼近的节点计算 即使所有的逼近线段误差都相等 曲率变化小大时，节点数少，计算量稍大
四、圆弧逼近的节点计算 圆弧逼近有曲率圆法、三点圆法和相切圆法等方法。 三点圆法是通过已知三个点求圆作为一个圆程序段。 相切法是通过已知四个节点分别作两个相切的圆，编出两个圆程序段。都先用直线法求出节点，再求圆。 曲率圆法，是一种等误差圆弧逼近法。

20 列表曲线的数学计算 当只给出很少几点时，为了保证精度，就要增加新的节点。 一般方法是根据已知列表点推导出插值方程（第一次曲线拟合），再根据插值方程进行插值点加密求新的节点（第二次曲线拟合）。

21 样条曲线拟合 样条是指模拟弹性梁弯曲变形的方法模拟出曲线方程。所拟合的曲线通过所有给定的列表点，而且具有连续的曲率。 三次样条函数一阶二阶导数都连续，拟合效果好，整体光滑。
圆弧样条 圆弧样条曲线是指用圆弧这一简单的二次曲线和样条的思路来拟合而产生的曲线。 NURBS ISO推荐描述自由曲线曲面的唯一工具

22 计算机数控装置 CNC装置的组成 从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。 从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。

23 CNC系统硬件的层次结构 由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。

24 CNC系统软件的功能结构 从本质特征来看，CNC系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统，从功能特征来看，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC系统活的灵魂。 操作系统 管理软件 控制软件 零 人 输 故 刀 机 ... ... 件 显 机 入 障 编 具 速 插 位 床 主 程 示 交 输 诊 译 半 度 补 置 输 轴 序 处 互 出 断 处 径 处 运 控 入 控 管 理 交 管 处 理 补 理 算 制 输 制 理 互 理 理 偿 出

25 CNC硬件软件的作用和相互关系 数控加工程序
操作系统 管理软件 应用软件 控制软件 数控加工程序 接 口 被控设备 机 床 机器人 测量机 ...... 硬件是基础，软件是灵魂。

26 CNC装置的优点 具有灵活性和通用性 数控功能丰富： 插补功能、补偿功能、人机对话功能、编程功能 可靠性高 使用维护方便 易于实现机电一体化

27 CNC装置的功能 控制功能：CNC能控制和能联动控制的进给轴数 准备功能（G功能）：指令机床动作方式的功能。 插补功能和固定循环功能
进给功能：进给速度、同步进给速度、进给倍率。 主轴功能：主轴转速、恒线速度控制、主轴定向控、 C轴控制、主轴修调率。 辅助功能（M功能）：用于指令机床辅助操作的功能。 刀具管理功能：实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能 补偿功能：刀具半径和长度补偿功能、传动链误差、 非线性误差补偿功能 人机对话功能 自诊断功能 通讯功能：CNC与外界进行信息和数据交换的功能

28 CNC装置的硬件体系结构 单机系统：整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种NC功能。
主从结构：系统中只有一个CPU(称为主CPU)对系统的资源有控制和使用权其它带CPU的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。即它是处于以从属地位的，故称之为主从结构。 多机系统：CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即系统中的某些功能模块自身也带有CPU。 细分为：多主结构、分布式结构

29 单机或主从结构模块的功能介绍 CNC装置是按模块化设计的方法构造的 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化 I/O设备
计算机主板 显 示 卡 功能模板m 功能模板1 存储模块 多功能卡 位置控制板n 位置控制板1 PLC模块 主轴控制模板 机床I/O 控制面板 速度控制单元1 速度控制单元n 功能驱动1 功能驱动m … 系 统 总 线（BUS） 标准PC计算机 CNC装置 CNC系统 CNC装置是按模块化设计的方法构造的 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化

30 多主结构的CNC系统硬件简介 多主CPU结构中，有两个或两个以上的CPU部件，部件之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(由硬件和软件组成)来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。结构形式有：共享总线和共享存储器 特点： 以系统总线为中心，所有的主、从模块都插在严格定义的标准系统总线上 采用总线仲裁机构(电路)来裁定多个模块同时请求使用系统总线的竞争问题。 FANUC BUS 操作面板 图形显示 模块(CPU) 通讯模块 (CPU) 自动编程模块 主存储 器模块 插补模块 PLC模块 位置控制模块 主轴控 制模块 CRT/MDI I/O单元 伺服驱动单元 主轴单元 共享总线结构

31 面向共公存储器来设计的，即采用多端口来实现各主模块之间的互连和通讯
显示CPU 键盘 中央CPU 插补CPU 串口和收发器 CTRC 并 行 接 口 反馈脉冲和处理 EPROM RAM/EPROM 512 RAM RAM 512 字符 发生器 CRT 模拟量输出 机床接口 反馈信号收发器 XYZCW 共享存储器结构CNC系统硬件结构 面向共公存储器来设计的，即采用多端口来实现各主模块之间的互连和通讯 采用多端口控制逻辑来解决多个模块同时访问多端口存储器冲突的矛盾

32 CNC装置软件和硬件的功能界面 软件和硬件的功能界面 输 入 预处理 位置检测 插补运算 位置控制 速度控制 伺服电机 程序 硬件 软件
输 入 预处理 位置检测 插补运算 位置控制 速度控制 伺服电机 程序 硬件 软件 软件和硬件的功能界面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

33 CNC装置的软件系统特点 CNC系统是典型的实时控制系统。CNC装置的系统软件则可看成是一个专用实时操作系统。由于其应用领域是工业控制领域（多任务性、实时性），因此，分析和了解这些要求是至关重要的，因为它既是系统设计和将来软件测试的重要依据，也是确定系统功能和性能指标的过程。同时，这些要求也应是CNC系统软件的特点。

34 CNC装置的插补原理 插补(Interpolation)：根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法，这种方法称为插补方法或插补原理。 插补算法：对应于每种插补方法(原理)的各种实现算法。 评价插补算法的指标: 稳定性指标、合成速度的均匀性指标 插补运算是实时性很强的运算，若算法太复杂，计算机的每次插补运算的时间必然加长，从而限制进给速度指标和精度指标的提高，所以插补算法要尽可能简单，要便于编程

35 插补方法的分类 脉冲增量插补(行程标量插补) 特点：每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）。以一个一个脉冲的方式输出给步进电机。其基本思想是：用折线来逼近曲线（包括直线）。 这类插补算法有：逐点比较法；最小偏差法；数字积分法；目标点跟踪法；单步追综法等 数字增量插补(时间标量插补) 特点：插补程序以一定的时间间隔定时(插补周期)运行，在每个周期内根据进给速度计算出各坐标轴在下一插补周期内的位移增量（数字量）。其基本思想是：用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）来逼近曲线（包括直线）。 这类插补方法有：数字积分法(DDA)、二阶近似插补法、双DDA插补法、角度逼近插补法、时间分割法等。这些算法大多是针对圆弧插补设计的。

36 脉冲增量插补算法 偏差判别 终点判别 进给输出 偏差计算 终点到退出 逐点比较法工作过程图（四节拍）

37 脉冲增量插补算法 逐点比较法加工的原理（直线）
直线: Fm = Xe *Ym - Ye * Xm Fm＞0 在直线上方，+X向输出一步 Fm＝0 在直线上 +X向输出一步Fm＜0 在直线下方，+Y向输出一步 (Xe，Ye) (Xm，Ym) Y 直线 X

38 脉冲增量插补算法 逐点比较法加工的原理（圆弧） 圆弧: Fm = Xm2 +Ym2 - R Fm＞0 在圆外， -Y向输出一步
圆 弧

39 数字增量插补 . 插补周期的选择 插补周期Δt 与精度δ、速度F 的关系 δ Y X ρ △L

40 数字增量插补 直线插补算法 Pe (Xe,Ye) △L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) △Yi △Xi α X Y O β 在设计直线插补程序时，通常将插补计算坐标系的原点选在被插补直线的起点，如图所示，设有一直线OPe，O(0,0)为起点，Pe (Xe,Ye)为终点，要求以速度F(mm/min)，沿OPe 进给。

41 数字增量插补 园弧插补算法 采用时间分割插补法进行园弧插补的基本方法是用内接弦线逼近圆弧。设计圆弧插补程序时，通常将插补计算坐标系的原点选在被插补圆弧的圆心上 Y δ X R △L A G02 Pi(Xi,Yi) Pi+1(Xi+1,Yi+1) O 顺圆插补（G02）和逆圆插补（G03） 所用的公式不同，查表

42 刀具半径补偿原理 基本概念：根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。
A’ B’ C” C B A G41 刀具 G42 编程轨迹 刀具中心轨迹 C’

43 刀具半径补偿的常用方法 B刀补：有R2 法，比例法，该法对加工轮廓的连接都是以园弧进行的。如图示，其缺点是：
在外轮廓尖角加工时，由于轮廓尖角处，始终处于切削状态，尖角的加工工艺性差。 在内轮廓尖角加工时，由于C”点不易求得(受计算能力的限制)编程人员必须在零件轮廓中插入一个半径大于刀具半径的园弧，这样才能避免产生过切。 这种刀补方法，无法满足实际应用中的许多要求。因此现在用得较少，而用得较多的是C刀补。

44 刀具半径补偿的常用方法 C刀补 它的主要特点是采用直线作为轮廓之间的过渡，因此，它的尖角性好，并且它可自动预报(在内轮廓加工时) 过切，以避免产生过切。

45 刀具半径补偿的工作原理 刀具半径补偿的工作过程 1．刀补建立 2．刀补进行 3．刀补撤销 刀具中心轨迹 编程轨迹 刀补撤销 刀补进行
起刀点 刀补建立 刀补进行 刀补撤销 编程轨迹 刀具中心轨迹

46 数控系统中的可编程控制器 可编程控制器(Programmable Controller)是一种用于工业环境、可存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令、并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程的可编程数字控制系统。 CNC系统 数 控 装 置 可编程控制器 操作面板 主轴控制 辅助动作 换刀动作 冷却排屑 ......

47 CNC系统故障自诊断功能 CNC系统故障自诊断的概念 系统故障： 指系统的组成单元处于非正常状态或劣化状态，并可导致系统相应功能丧失、或系统性能和品质下降，使系统的行为（输出）超出允许范围、或不能在规定的时间内和条件下完成预定功能的事件 在CNC系统中编程错误也是故障。当用户编制的零件加工程序发生错误（语法错误、非法代码、精度超差、过切削预报等）时，CNC系统在运行前或运行中也会发出报警，从广义上来讲，也可称其为故障。

48 故障的诊断包括两方面的内容：诊和断。 诊：对是客观状态作检测或测试。 断：确定故障的性质、程度、类别、部位，并指明故障产生的原因，提供相应的处理对策等。 故障自诊断技术：在硬件模块、功能部件上各状态测试点（在系统设计制造时设置的）和相应诊断软件的支持下，利用数控系统中计算机的运算处理能力，实时监测系统的运行状态，并在预知系统故障或系统性能、系统运行品质劣化动向时，及时自动发出报警信息的技术。

49 平均无故障时间：指CNC系统在可修复的相领两次故障间能正常工作的时间的平均值。也可视为在CNC系统寿命范围内总工作时间和总故障次数之比：
显然，MTBF越长越好。 总工作时间 MTBF = 总故障次数 平均修复时间是指CNC系统从出现故障开始直到能正常工作所用的平均修复时间： 显然，MTTR越短越好。 总故障停机时间 MTTR = 总故障次数

50 CNC系统故障诊断的基本要求 故障诊断方法对故障的覆盖率应尽可能高，即系统的故障应能尽可能多的被其诊断系统检测出来。
诊断出的故障定位应尽可能准确，范围应尽可能小，通常要求定位到容易快速更换的模块或印刷线路板这一级，以缩短修理时间。 故障诊断所需时间应尽可能短。尤其对那些破坏性严重的故障，更应快速诊断快速响应，以尽量减少故障对系统的破坏程度。 进行故障诊断所需的附加设备尽可能减少，尽量利用软件实现诊断功能，以降低数控系统的诊断成本。

51 CNC系统的故障分类及故障报警方式 故障分类
1.硬故障 这类故障主要是指CNC装置、PLC控制器、伺服驱动单元，位置和速度检测装置等电子器件，以及继电器、接触器、开关、熔断器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元件失效引起的故障，它们的发生往往与上述元器件的质量、性能、组件排列以及工作环境等因数有关。这类故障一旦发生，必须对失效的元器件进行维修或更换，系统才能恢复工作。 2.软故障 这类故障是指由于软件内容变化或丢失、系统配置参数的误设置或因干扰出错、丢失等原因而产生的故障，它们的发生主要与操作失当、存放系统配置参数的RAM（通常是带后备电池的RAM）掉电（电池失效）、系统电源干扰脉冲串入总线引起时序错误，导致数控计算机进入死锁状态等因数有关。这类故障发生后，只要退出故障状态或修正错误的参数或软件，然后按复位键或重新启动，系统就能恢复工作。 3.编程和操作错误引起的故障 这类故障不是CNC系统的故障，而是由于加工程序的编制错误或操作错误导致的故障。这类故障不须进行维修，只要将报警信息所指出的错误进行修改后，系统即可进行正常的工作。

52 故障报警方式 硬件报警方式 它通常是指由各单元装置上的警示灯（一般由红色的LED发光管或警灯组成）来提示故障的报警方式。 软件报警方式
它是指在CRT显示器上显示出来的报警号和报警信息。数控系统在运行过程中，一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以报警号的形式显示该故障信息。

53 CNC系统基本故障诊断方法 开机自诊断 又称为开机自检，它是指CNC系统从开始通电到进入正常运行准备状态为止，由其内部诊断程序自动执行的系统诊断。目的是检查整个系统是否具备正常工作的条件。 运行自诊断 是指CNC系统在运行过程中，对CNC系统的各硬件模块、伺服驱动单元、运行状态、运行环境等进行的实时自动监测和诊断，一旦发现故障，即刻发出报警信号并实施相应的保护措施。它是数控系统故障自诊断功能的最主要部分。 离线诊断 离线诊断或称脱机诊断是指当系统出现故障要判定系统是否真有故障时。将数控系统与被控设备脱离作检查，以便对故障做进一步定位，力求把故障定位在尽可能小的范围内。

54 数控机床的伺服驱动与监测 数控机床伺服系统是以机械位移为直节控制目标的自动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系统。
数控机床伺服系统主要有两种： 一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以直线运动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。

55 数控机床的伺服驱动与监测 CNC装置是数控机床发布命令的“大脑”，而伺服驱动则为数控机床的“四肢”，是一种“执行机构”，它能夠准确的执行来自CNC装置的运动指令。驱动装置由驱动部件和速度控制单元组成。驱动部件由交流或直流电动机、位置监测元件及相关的机械传动和运动部件组成。 伺服系统的控制方法主要分为开环、闭环和半闭环三种控制方法。它实际上是指伺服系统实现位置伺服控制的三种方式。

56 开环控制只有从发出的位置指令输入到最后的位置输出的前向通道控制，而没有测量实际位置输出的反馈通道。它的结构简单、调整维护方便、工作可靠、成本低，但每一指令脉冲的进给误差、传动链的误差间隙、导轨滑动时摩擦力的不均衡等造成的误差等最终都反映到实际位移中去，使得定位精度较低。此外，它的速度低，低速平稳性差，效率也较低。 电机 机械执行部件 A相、B相 C相、… f、n CNC 插补指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环形分配变换 功率放大

57 半闭环系统，提高了精度，但它检测的反馈信号来自于系统中某一个非最终输出的环节，使得系统无法对这一环节到最终控制目标之间的误差自动进行补偿。
位置控制调节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单元 位置控制单元 速度控制单元 + - 电机 机械执行部件 CNC插补 指令 实际位置反馈 实际速度反馈

58 在前向控制通道的基础上在加上直接检测最终输出的反馈控制通道就形成了闭环控制伺服系统。检测元件通常为直线感应同步器和光栅等直线行位检元件，安装在最终的移动目标工作台上。
位置控制调节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单元 位置控制单元 速度控制单元 + - 电机 机械执行部件 CNC插补 指令 实际位置反馈 实际速度反馈

59 进给伺服系统的要求 精度高 伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。 调速范围宽
精度高 伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。 调速范围宽 快速响应 为了保证轮廓切削形状精度和表面粗糙度，除了保证 较高的定位精度外，还要求跟踪指令信号响应快 低速大转矩 切削加工的特点一般是在低速时进行重切削。为 适应加工要求对伺服系统要求低速大转矩。 高性能的伺服电动机 从最低速度到最高速度能平滑运 转，具有大的、较长时间的过载能 力、响应快，还要求能承受频繁的 启动、制动和反转。

60 常用位置检测装置 位置检测装置的要求 在闭环数控系统中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来，与给定的控制值进行比较，从而控制驱动元件正确运转，使工作台（或刀具）按规定的轨迹和坐标移动。因此，位置检测装置是数控机床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的影响。为此，对位置检测装置提出如下要求： (1) 在机床工作台移动范围内，能满足精度和速度的要求。 (2) 在机床的工作环境下，能可靠地工作，亦即受温度影响小，抗干扰能力强，并能长期保持精度。 (3) 使用、维护简单方便，成本低

61 位置检测装置的分类 绝对值测量方式和增量测量方式 绝对值测量方式是任一被测量点位置都由一个固定的零点（即坐标原点）算起，每一测量点，都有一个相应的对原点的测量值。而增量测量方式检测的是相对位移量，有多个测量基准，任何一个对中点都可作为测量起点，因而检测装置比较简单，在轮廓控制数控机床上大都采用这种测量方式。典型的检测元件有感应同步器、光栅、磁尺等。 数字式测量和模拟式测量 数字式测量是将被测量以数字形式表示。数字测量输出信号一般是电脉冲，可以把它直接送到数控装置（计算机）进行比较、处理。其典型的检测装置如光栅位移测量装置。

62 刀库 首先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调整后，插入刀库中。换刀时根据选刀指令在刀库谁选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀具装入主轴，将用过的刀放回刀库。 这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增加主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工。刀库中刀具的数目可根据工艺要求和机床的结构布局而定，数量可较多以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。此外，刀库可布置在远离加工区的地方，从而消除了它与工件相干扰的可能性。 采用这种自动换刀系统，需要增加刀具的自动夹紧、放松机构、刀具运动及定位机构，常常还需要有清洁刀柄及刀孔、刀座的装置，因而结构复杂。换刀过程动作多、换刀时间长。同时，影响换刀工作可靠性因素是也较多。

63 刀库类型及刀具的选择与识别 刀库类型 盘形刀库： 盘形刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可存放一把刀具。
链式刀库： 这种刀库是在环形链条上装有许多刀座，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支撑链轮数目，使链条折叠回饶，提高空间利用率。 格子式刀库： 这种刀库具有纵横排列十分整齐的很多格子，每个格子中均有一个刀座，可储存一把刀具，这种刀库可将其单独安置于机床外，由机械手进行选刀及换刀。这种刀库选刀及取刀动作复杂，应用最少。

64 选刀方式 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序所需要的刀具的操作，称为自动换刀。
顺序选择方式 是将刀具按加工工序的顺序，依次放人刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。已经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以按顺序放入下一个刀座内。 任意选择方式 采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置。这种方式是根据程序指令的要求来选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，并将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。

65 刀具识别装置 接触式刀具识别装置 结构简单，但由于触针有磨损，故寿命较短、可靠性较差，且难于快速换刀。 非接触式刀具识别装置 常用的有磁性识别和光电识别法。 无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快。适应于高速、换刀频繁的工作场合。 利用PC实现随即换刀 这种方法主要由软件完成选刀，从而消除了由于识刀装置的稳定性、可靠性带来的选刀失误。

66 thank you ！