数控机床插补原理范文1
[关键词]数控机床；误差分析；位置精度
1.数控机床误差分析
1.1数控机床误差来源
机床加工零件的过程就是刀具与毛坯或工作台相对运动的过程，因此两者之间相对运动的准确程度直接影响零件的精度。加工精度的产生是多种因素共同影响的结果。
机床的误差的影响因素涉及机床组成零部件的几何误差、工艺误差和安装误差等。其中，机床的几何误差对机床精度的影响权重比例达25%。因此，研究机床的几何误差对提高机床的精度有重要意义。
1.2传动精度对机床精度的影响
位置精度是衡量数控机床性能的重要指标，包括数控机床加工精度、定位精度和重复定位精度。影响数控机床精度的因素很多，主要取决于机床的静态特性、动态特性和热态特性。主要因素有以下几个方面：⑴组成机床的零部件加工时产生的尺寸误差和装配过程中产生的装配误差，统称为几何误差；⑵机床内外的热源引起的热变形误差；⑶机床的刚度、机床质量及切削力不足引起的振动误差；⑷机床主轴和进给伺服系统产生的伺服跟随误差；⑸数据插补运算过程中产生的插补误差；⑹其它误差，如检测误差、外界环境变化引起的环境误差。
机床中常用的传动机构有：带传动、齿轮传动、齿轮-齿条传动、滚珠丝杠螺母幅。这些传动机构引起的误差也是机床传动误差的主要影响因素。
1.3主要性能差距
就机床机械结构方面，国内外数控机床的差别并不大，采用的生产技术也相差无几，而其最大的差别体现在伺服控制系统和核心传动功能部件的转动和进给速度、位置精度和可靠性方面，以及整个机床的制造装配工艺水平与整体质量，这是国外产品占有相当份额的原因所在。
国内外此类产品的主要性能差距有如下几个方面：⑴主轴转速；⑵快速进给速度；⑶位置精度；⑷其他性能。
2.提高位置精度的主要方法
提高数控机床的位置精度通常采用误差防止和误差补偿两种方法。误差防止法是通过机床合理设计、零部件加工、合理装配、机床环境控制和正确使用来减少或消除可能存在的误差源，此方法是保证数控机床位置精度的最基本、最有效的手段。误差补偿法是通过分析影响机床加工精度的不同类型误差的来源，进行机床误差数学建模，通过对机床机械系统的误差进行修正，从而提高机床的加工精度。
2.1误差防止法
数控机床的几何尺寸误差主要来自于机床零件的形状和装配误差，因此在机床零件的加工和装配过程中，改进工艺方法和提高零件质量，以达到减少几何误差的目的。此外，对于机床热变形误差和振动误差，通过校核数控机床结构的刚度和热传导特性可达到减少误差的目的。与普通机床相比，数控机床有插补误差和伺服误差，采用合理的插补计算和伺服控制方法，可以减少该项误差。
⑴几何误差。机床组成零部件的几何误差直接影响机床的加工精度和加工工件的误差，其中机床主轴、导轨和进给系统零部件的几何精度等级影响最大。因此，可以通过提高机床组成零部件的几何精度来提高机床的加工精度，尤其要从主轴、导轨和进给系统这三个主要组成部分着手做深入研究。随着静压轴承、动压轴承、气压轴承等的研制和应用，数控机床的主轴回转精度可达0.01μm。另外，滑动导轨、液体和气体静压导轨、动压导轨的使用，机床的直线度误差0.005μm/1000mm。
⑵热变形误差。热变形误差是机床的发热部位产生热量，热量通过各种介质向外传递，导致机床关键零件变形从而产生误差。热变形误差是继几何误差之后影响机床加工精度的第二大影响因素，热变形误差补偿是提高机床精度的重要途径之一，对热变形误差补偿的研究晚于对几何尺寸误差研究，目前减小热变形误差的方法主要有硬补偿和软补偿两种方法。根据热变形误差产生的过程可以看出，减少和防止热误差变形有以下三个途径：减少热源和控制热流、优化机床结构设计和改善热传导性能。在精密和超精密零件加工中，这些机床的几何精度比较高，因此，降低热变形误差已经成为提高加工精度的主要途径。一方面采用空气静压轴承、磁悬浮轴承，减少摩擦，进而减少由此引起的热量；另一方面，合理布置机床结构，尽量采用对称布置，加快温度场热平衡，将相变理论应用到机床基础件的方法来减小热平衡也是近年来研究的新思路。
⑶伺服跟随误差。进给伺服系统是数控机床的一个重要组成部分，其性能直接影响零件的加工质量和生产效率。伺服系统静、动态特性对数控机床的定位精度、加工精度和位移速度有直接影响，对伺服系统的要求主要是精度、快速性和稳定性三个方面。数控机床伺服系统是按照数控装置的控制指令实现，由步进电动机或伺服电动机与传动机构结合来传动，因此，引起伺服系统的变化复杂，进而影响到加工误差。在数控机床的控制系统中，各坐标轴伺服系统准确跟踪数控指令的能力十分关键。目前对伺服系统跟随误差的研究主要集中在单轴伺服系统和多轴伺服系统性能的提高和改善两个方面。由于伺服控制系统根据反馈方式不同，分为开环控制和闭环控制系统两种控制方法。
⑷插补误差。在数控加工过程中，对于复杂零件的加工，由于刀具运行轨迹非常复杂，计算工作量大，很难准确地满足数控加工的实时性要求。因此在实际加工中，根据加工时进给速度的要求，采用插补运算的方法，完成在起点到终点的数据点密化工作，从而形成坐标轴的运动轨迹。针对插补运算过程中存在的误差问题，采用二维非参数曲线插补算法、弧长接近参数值的五次样条曲线、二次泰勒级数展开式基础上的参数补偿等方法，来减小插补误差，提高插补计算精度。
⑸其它误差。①环境误差；②检测误差。
2.2 误差补偿法
误差补偿法既要涉及机床各种误差的正确测量，而且也存在机床误差的运动学建模的问题。运用现代测量工具和技术测得机床几何误差比较容易，但机床热误差的精确测量相当困难。
运动学建模是对于与机床运动相关的误差成分来建立数学模型，所有的误差均需要通过实测获得，在补偿过程时，误差补偿系统则根据运动学和误差模型以及实时反馈得到机床的最终误差，再进行实时补偿。
误差补偿法主要分为硬件补偿和软件补偿。以前的机床误差补偿研究多集中在修改后台程序方面，随着现代微处理器技术、数字控制技术和传感测量技术的快速发展，数控机床软件误差补偿技术已逐渐发展成为提高机床位置精度的主要手段。
结论
现代制造业逐渐进入高效率，高精度方向，数控机床和其他设备的性能要求也在不断增加。误差补偿技术提高数控机床主要手段的准确性，这已经是当前迫切需要解决的问题。
参考文献
数控机床插补原理范文2
[关键词]：数控技术 机械加工 数控机床
1数控技术的基本原理
所谓的数控技术，简单来讲就是指采用电脑程序控制机器的方法。主要是指通过采用数字信息，按工作人员事先编好的程式对机械加工进行控制。它主要包括：计算机技术、传感检测技术、自动化控制技术、传统及现代的机械制造技术以及网络信息技术。
数控技术是一种综合性技术，把数控技术用于机械加工，能够有效地对机械设备进行数字化控制。这主要是运用计算机控制系统进行预先编程，在运行过程中利用计算机辅助软件执行繁琐的数据存储和运算处理，在很大程度上提高了机械加工的精准度与自动化，提高了机械加工的效率。
2数控技术在机械加工机床设备中的作用
2.1数控技术在机械加工中的作用
伴随着现代工业及信息技术的发展，机械加工技术和工艺不断进步，从而推动了机械加工设备的更新换代和机械加工控制系统的更新升级。由于数控技术在机械加工中的应用，出现了数控技术机械设备机壳的毛坯制造。数控气割技术的使用轻易地解决了单间下料等诸多问题，数控气割技术通过保持压缩接触面积的均匀，很好地满足了密封功能的要求。这些使得产品内外环凸凹曲面的加工精度得到提高，实现了毛坯料到成品过程的持续加工。因数控镗铣床编程加工已与机械设备有机结合起来，首先通过预先编程的齿形子程序，然后进行机械加工和结合角度偏置，这能使产品满足生产要求并进行无差异化生产，更好地满足各种精度要求，极大地提高了机械设备加工效率，还能实现生产计算机控制一体化。
2.2数控技术在机床设备中的作用
机床设备是机械加工中的重中之重，因此，在机械加工过程中机床设备的控制技术是非常重要的。为满足现代机械加工业的发展需求，拥有控制系统的机床设备是现代机电一体化的关键。数控技术是现代机床设备的灵魂和核心。通过在机床上使用计算机控制系统，能够对机床的加工过程进行控制，不仅保证了产品的高质量要求，还极大地提高了机床的使用效率与生产效率。它用数字化的代码来表示加工零件的工艺和几何信息，也就是运用计算机编程将刀具与工件间的相对位移以及进给速度编排在计算机控制系统上，由计算机发出控制指令使机床按控制要求运行。无需对机床进行人工参与与调整，只需向计算机控制系统编入新的加工程序，就能改变加工零件，这是数控机床的最大特点。
3数控技术在机械加工机床中的发展趋势
3.1数控技术的性能发展趋势
现如今，我国的数控技术在机械加工领域中得到了广泛的应用，数控技术的作用已不容置疑，它不仅推动了机械加工行业的持可续发展，还提升了我国的综合国力。数控机床的性能正朝着高速高精高效化、柔性化、实时智能化发展。高速高精高效化：随着高速RISC芯片、多CPU控制系统的运用以及机床性能的改善，明显提高了机床的高速高精高效化。柔性化：主要表现在数控技术具有较强的可塑性和较好的可操作性。模块化的设计，能满足生产流程的不同需求。实时智能化：利用实时系统和人工智能相结合实现人类智能行为的模拟，使高科技手段有效运用。
3.2数控技术的功能发展趋势
为解决数控技术发展中面临的多种技术与非技术问题，数控技术在功能上得到了很大的发展，主要表现在用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化以及内装高性能PLC。用户界面图形化：用户界面是使用者和数控系统的对话连接。能够根据客户的知识接受能力和要求，加大对客户界面的开发。用户界面图形化能够实现蓝图编程和快速编程、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放等功能。科学计算可视化：能够高效处理和解释数据，直接使用可视信息如动画、图像等。用于CAD/CAM，如参数自动设定、自动编程、刀具管理数据的动态处理等。插补和补偿方式多样化：有2D+2螺旋插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、极坐标插补等多种插补方式。补偿方式有极坐标插补、螺距和测量系统误差补偿、象限误差补偿、以及相反点计算的刀具半径补偿等。
内装高性能PLC：可用高级语言编程或梯形图，提供在线调试和在线帮助功能。用户在车床铣床的标准PLC用户程序基础上修改自己需要的程序，能够建立自己的应用程序。
4数控机床的主要增效途径
目前，我国数控机床的自动化生产设备及生产工艺还存在一定的问题，主要表现在：数控机床生产设备加工切削参数不太合理、与数控机床相关的知识库和工艺数据库缺乏、在自动化的制造中缺乏先进的管理系统。这些问题增加了数控机床加工过程中的准备时间、等待时间和故障调试时间，从而降低了数控机床的生产效率。通过对国内数控机床的现状了解，提出了提高数控机床效率的有效途径。
4.1提高数控机床的自动化程度
在数控机床加工过程中，通过柔性生产线，以及柔性制造单元等数控加工技术，逐步提高数控技术的自动化程度。这样可以减少数控机床加工中的准备时间、等待时间和故障调试时间，从而缩减了加工所需要的总时间。由此，在机械加工过程中加工零件的连续性以及自动化程度得到提高，进而提高了数控机床的生产总效率。
4.2逐步优化加工过程
通过机械加工生产过程的持续优化实现数控机床的加工，努力改进现有的生产和管理方式、刀具的自动配送、机械设备的管理以及机械零件的制造执行系统等，积极学习国外先进的数控技术水平，逐步优化加工过程。这能有效提高数控机床设备的完整性和开动率，使数控机床得到高效管理和有序运用。
4.3优化加工工艺以及加工设计
保证加工零部件的质量以及缩减机械加工的时间，是提高数控机床的加工效率，实现优化数控机床加工工艺的基础。通过使用较为先进的刀具或者性能高的数控机床设备能够完成数控加工机床的模拟仿真秀。运用先进的技术努力优化数控机床加工工艺和加工设计，实现优化控制系统装置。通过提高数控机床的切削效率和主轴的加工效率，能够保证数控机床的加工性能。
数控机床插补原理范文3
1非线性加工误差
数控加工用微小线段逼近编程曲线，因此实际加工中刀轨总是有一定的偏差[5]，根据引起的原因不同，分为线性误差与非线性误差。线性误差实质是数控加工用微小直线段来逼近编程曲线产生的偏差，与被加工表面的曲率及程序段长度等有直接关系。在有转动轴的数控系统通过分段非直线运动逼近加工曲面，照此进行插补运动时所需理想运动包络出来一段波纹起伏的曲面与光滑的编程曲面之间的偏差称为非线性误差[6]。其中，在与走刀方向垂直的平面内的非线性误差是由于旋转轴运动坐标（角度）与刀轴矢量之间的非线性关系使刀轴矢量在插补时偏离了编程曲面造成的，如图1所示，q为编程刀轴矢量，q'为插补刀轴矢量，θ为两者之间的偏差角。与线性误差的根本区别是非线性误差产生在插补程序段内，而不是在整条刀轨上。
2旋转轴插补运动引起的非线性误差分析
2.1A、C五轴机床运动学模型
五坐标加工时，CAM编程软件生成的刀位数据包括刀位矢量p和刀轴矢量q。其中，刀位矢量表示刀具刀尖点的位置，刀轴矢量表示当前刀具的空间姿态。
2.2旋转轴角度线性插补及非线性误差分析
在编程后处理阶段，CAM根据刀位数据按照式（2）计算进给轴的运动坐标，并生成加工程序。数控系统根据加工程序，在相邻刀位点之间进行插补计算，由伺服驱动器根据插补值驱动旋转轴电机控制刀具在刀位点之间运动时的空间姿态。线性插补通过控制旋转角度的线性变化完成旋转轴的插补运动，因此旋转轴转速变化平滑。但是由于旋转轴角度与刀轴矢量之间的非线性关系，在线性插补运动过程中，刀轴矢量不是线性变化的，即插补过程中的刀轴矢量不在由相邻刀位点的始点刀轴矢量和终点刀轴矢量确定的矢量平面内，该平面是通过将终点刀轴矢量进行平移，保证终点刀轴矢量与始点刀轴矢量的起点重合时两者形成的平面。因此，线性插补时，刀轴矢量会偏离加工表面产生非线性误差。如图3所示是加工型腔内表面时刀轴矢量的变化示意图，由于内表面为斜平面，此时矢量平面即为该斜面，图中虚线为线性插补运动过程中刀轴矢量与零件上表面的交线。
2.3平面矢量插补及非线性误差分析
平面矢量插补算法是旋转轴在相邻刀位点之间插补时，保证刀轴矢量按线性变化，即始终在程序段始点刀轴矢量和终点刀轴矢量所确定的矢量平面（该平面定义同上）内。矢量插补原理如图4所示，矢量插补由于保证插补过程中刀轴矢量不会偏离编程平面，完全修正了旋转轴角度线性插补产生的非线性误差。但是由公式（2）可知，当刀轴矢量均匀变化时，旋转轴角度按非线性变化，容易产生冲击，且刀轴矢量在奇异点（0,0,1）附近（如j0，c∞）的微小变化，可导致旋转轴角度和转速发生急剧变化、产生跨象限等问题，引起机床剧烈震动，导致伺服报警，甚至破坏机床运动机构。矢量插补控制策略如图5所示。以表1中的加工程序段为例，使用MATLAB分别对线性插补和矢量插补过程进行仿真，重点分析旋转轴插补运动过程中刀具姿态误差、旋转轴角位移和角速度的变化情况，仿真结果对比如图6~11所示。由图6、7可知，矢量插补很好地修正了线性插补引起的非线性加工误差，能够有效解决五轴加工曲面过程产生圆弧型过切或欠切现象，但是旋转轴角位移（见图8、9）和转速（见图10、11）的仿真结果表明，矢量插补时旋转轴角位移变化显著，转速波动明显，为严重非线性变化，影响零件表面加工质量，尤其是在奇异点附近转速急剧变化甚至突变，易引起机床剧烈振动，导致伺服驱动或系统报警，甚至破坏机床运动机构。
3结论
数控机床插补原理范文4
论文关键词：自动焊接,数学模型,控制
为保证焊接产品质量的稳定性、提高生产效率、适应先进制造技术的发展要求，实现焊接自动化生产已经成为必然的趋势。本研究课题针对目前在实际生产中复杂空间取消焊缝焊接任务所占比重较大、而且难以人工焊接实现，以及国内相关技术研究较少的现状，对多功能自动焊接伺服控制技术进行了研究。
1自动焊接开放式数控系统
基于开放式数控系统的焊接数控系统是一个结构开放，功能模块化、标准化性能强大的焊接数字化系统，将改变传统的焊接数控系统结构封闭的局面，解决变化频繁的需求与封闭控制系统之间的矛盾，从而建立一个统一的可重构的系统平台，增强系统的柔性。同时，自动焊接开放式数控系统具备以下有点：成本低，软件开发环境完备，软件资源丰富，可移植性可扩展性互补性均较好等。
本文所设计的自动焊接机床，可焊接多种类型的工件，实时控制系统各模块之间保留了统一的接口，根据用户的需要可随时添加所需的模块，既满足了用户的需要，又提高了该机床的实用性。
2 设计
2.1机床本体的设计
自动焊接机床主要包括机床本体和焊接设备两部分。机床本体由机械部分和控制柜(硬件及软件)组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源(包括其控制系统)、送丝机(弧焊)、焊枪(钳)等部分组成。本研究以复杂空间曲线接缝(如管与管之间以任何角度连接接缝)自动焊接实现为目标，研制开发一台可实现五轴联动的多功能自动焊接床的机械及伺服执行机构。
2.2构建伺服控制硬件系统
该机床利用计算机和普通的I/O卡加步进电机和驱动器构成伺服控制系统。采用“通用I/O卡+专用计算机软件”来实现对步进电机的控制，不仅经济实惠，而且具有非常好的灵活性和友好的软件用户界面，必要的时候可以实现一台电脑同时对几十个步进电机的直接控制，或发挥它的网络功能应用于复杂的工程系统控制。采用通用“I/O卡+专用计算机软件”控制的步进电机的数量取决于I/O卡的位数和驱动器所需的控制信号数。通常情况下，步进电机驱动器的细分设置由硬件来完成，所以一般的驱动器只需要两个信号：脉冲信号和正反转信号，当需要实现软件方式控制驱动器的细分数时，还需要细分控制信号。系统各部件原理如图1所示。输入设备包括键盘、控制杆等，通用数字输入输出卡采用AC4161型，有16路的输入输出通道，因此最多可以同时控制五个步进电机，其中三个采用75BF001型号，分别控制X、Y、Z三个方向的位移，保持转矩为0.39N*m，最大相电流3A，步距角1.5度，空载启动频率为1.75Hz。
3 关键技术及实现
3.1建立三维空间中的数学模型及插补算法
在机床的硬件平台搭建后之后，如何控制焊枪及工作台的精确运动从而实现相贯线焊缝的焊接就成为需重点解决的问题。本文采取了首先建立数学模型，并在保证插补误差和焊接精度的基础上，将工件相交而成的连续焊缝采用等时间间隔的插补方法离散成一系列的微小直线段，然后将所获得的位移量通过精插补算法转换成可以通过开关量卡发送的脉冲数据，最终控制步进电机驱动执行机构完成对相贯线焊缝的焊接。
以相交圆柱管相贯线接缝焊接为例，数学模型的建立：
设相交两圆柱管(主管和支管)的半径分别为R和r，且R>r，如图2所示，坐标原点O是两圆柱管轴线的交点，两圆柱管轴线OV和OW的交角为α。焊接时，工件固定在工作台上，工作台沿x、y轴移动，焊枪沿z轴上下移动，同时还可以O′为定点绕X轴和Y轴转动，通过这五个轴向的运动控制，就可实现相贯线焊缝的自动焊接。由此可得半径分别为R和r的两个圆柱管相交所形成的相贯线接缝φ(θ)在O′XYZ坐标系中的方程：
其中，θ是支管上的旋转角。
完成实时焊接的伺服控制的首要任务就是对焊接轨迹进行插补运算。插补就是按给定曲线生成相应逼近轨迹的方法，其实质是对给定曲线进行数据点的密化。本文采用等长直线段逼近相贯线焊缝，即在保证给定逼近误差的前提下，用等长直线段代替圆弧段，这种插补方法的计算简单，虽然加工精度不如采用圆弧段逼近的方式，但却完全能够满足焊接加工的精度要求。
3.2 自动焊接软件系统平台的开发
该系统的精插补过程由软件和硬件共同实现，由软件计算出控制信号的输出时间间隔和应该向步进电机发送的高低电平数据，由硬件接口板实现数据的输出。编制运动控制软件实现精插补的过程有两个关键环节：一是如何得到比较精确的延时时间间隔；二是如何将单个电机的控制脉冲序列进行合并，最终实现自动焊接机床五个轴的联动。本研究利用Delphi软件构建操作软件系统平台，以界面友好为设计目标，按照功能进行模块化设计，实现自动焊接数据处理、制等需要的各种操作。
4 系统精度的分析与改善
本文所设计自动焊接数控机床是采用步进电机作为驱动源，与相应的驱动电路结合组成的开环控制系统。在步进电机驱动系统中，影响伺服精度的主要因素有以下几个方面： 步进电机误差、齿隙误差、导轨误差及热变形影响等。
对于步进电机误差可采取减小步距角的方法来改善。当传动比一定时，随着步距角的减小，脉冲当量也随之减小，从而提高机床的精度。当电机选定之后，驱动器细分电路可进一步降低机床的脉冲当量，当步进电机运行在细分模式下时，步距角显著减小，转子达到新的稳定点之后所具有的动量变小，振动变小，提高了步进电机低速段运行的平滑性；在软件方面，通过对插补周期和插补步长的控制，使步进电机的运行频率尽量避开其低频振荡区间，保证步进电机的运行平稳性。
对于齿隙误差，主要采取以下两种改善措施：将中心距设计为可调机构，调节中心距消除齿隙；双片齿轮加载扭簧消除齿轮本身误差引起的间隙。可通过提高导轨精度来改善导轨误差。
参考文献
[1] 邹增人，焊接材料、工艺及设备手册[M]，北京：化学工业出版社，2001。
[2] 佟欣，焊接自动化技术的开发[J]，焊接技术，2000。
[3] 周骥平，林岗，机械制造自动化技术[M]，北京：机械工业出版社，2001。
数控机床插补原理范文5
关键词: 机械制造;数控技术;有效运用
1 机械制造现状
机械制造就是机械产品从原材料的选材,加工,调试,制成,检测,包装运输的整个过程。目前,我国无论是从生产实力还是企业的规模都已经进入了世界的先进行列,但是整体的技术生产水平还是落后于西方发达国家。虽然有的品牌已经实现了国产化,但是该技术还是依赖进口,我国的机械制造对外国的技术需要要求较高,而企业制造产品打着国外进口技术的口号,当消费者购买国产机械制造品的时候,首先想到的是进口的一定比国产的要好,久而久之,国产机械制造在质量,科技技术含量以及品牌力量都远远落后于进口机械,对于企业之间的竞争产生了不利的影响。这种情况下,机械制造技术水平的提高成为机械制造发展的必然途径。
2 数控技术
数控技术是指在信息时代的背景下通过对计算机编程,以及通过现代光机电技术,网络技术对机械制造的利用,在能够保证质量和加工效率更快的前提下完成产品的制造。在机械制造中,数控技术已经越来越受到重视,传统的制造很难满足现代产品的多样化的发展,随着计算机技术为主流的现代科技的产生,数控技术能够灵活的,以最大限度的应用在制造行业当中,满足市场的需求,也将机械设备的功能,效率,可靠性和产品质量提升到一个新的水平线上。
2.1 数控技术的特点
数控技术是用计算机进行控制,预先编程然后利用控制程序来对设备进行控制。它主要是为了适应高精度,高速度,复杂零件的加工而产生的,也是机械制造为了实现自动化,数字化,信息化,网络化,集成化,和柔韧化的基础,数控技术代替了早期的电路组成装置,从而可使用现场编辑的软件来完成,更加大了机械的灵活性,更加强了机械的处理,运算,判断的功能。数控技术对于机械制造有着举足轻重的作用,已经成为现代机械制造中不可缺少的一部分。
2.2 数控技术的原理
数控技术的主要核心就是装置,其实所谓的装置也就是计算机,只不过不是普通的计算机,是系统中专用的计算机,就是在普通计算机的基础上,关联上一些数字控制机床的一些功能,也就是CNC系统,这一系统就是依靠存储程序来实现机床的控制要求。只需输入机床加工的各种信息,经过计算机处理之后,输出到各个驱动电路,进行实时控制,实现操作的准确性和精确化。为了维持切削过程中每一点的精确度和粗糙度,CPU速度和插补算法的影响,现在的数控技术大多采用软件插补和硬件插补相结合的方法。插补器主要是数控系统中负责插补工作中的装置,包括分立元件,集成电路,主要是硬件插补器,在编程上相对固定,不容易更改。而软件插补器通过编程实现的,能够灵活运用,但是受到CPU速度和插补算法的影响。因此,企业在购买数控设备时,要考虑到装备的实际要求来对插补功能进行综合分析。
2.3 数控技术的装备
为了保证数控加工的精确化,有效率,就必须要有有效的数控装备,而在此基础上,数控技术也正向着自动化和智能化的方向发展。主要包括几个方面:
自动化就是自动控制技术的应用,而智能化的应用取代了传统的微处理器控制的应用,这样就使得数字化控制成为一种必然的趋势。加之光电机的配套,更加完善了数控技术装备在机械制造中的应用。
虽然智能化技术在机械制造中占据了重要的作用,但传统机械制造的技术是无法被辅助技术代替的,精密机械设计和精密机械加工仍然占据着机床的绝大部分,而他们也是保证机械数控机床能够高效率工作的重要部分。
数控技术中的关键技术应该就是智能化的传感技术和精密检测,对于自动化的控制有着巨大的作用。传感器是关键技术的关键元件,传感器能够在各种环境下获得精确的信息,进而使得整个机床能够有效的运行。精密检测能够检测出机械产品的精确度,也使得数控技术在精准度上有很大的发展。因此,该技术是整个数控技术的关键,应该随着计算机技术的发展一同发展。
3 数控技术在机械制造中的应用
3.1 工业生产中的应用
传统工业主要是人工作业,需要较多工作人员在生产线上“亲力亲为”,这样不仅人员众多,而且生产成本也会加大,生产效率和生产水平都有一定限度。而数控技术的出现,解决了人员众多的问题,并且提高了生产力,生产效率和生产质量得到了进一步提高,生产成本降低。数控技术只要输入编程或编入程序码,计算机系统能够实现自动化生产制造操作,在生产的同时计算机系统也能够同步检测,这样即便生产过程中出现了故障或者错误,相应的控制单元会按照相应的程序进行运行,及时的发送给计算机控制系统,发现问题并作出警报,同时采用有关的保护性措施。
3.2 汽车生产工业
随着经济的不断发展,我国的汽车生产工业也逐渐得到了提高,汽车发展的过程中,汽车的零部件生产也不断的快速发展,而数控技术的出现,更是加强了零部件的精确度和生产速度,以往的汽车生产工业讲求的是规模与效益,数控技术的出现,打破了这一规律,从而实现了小规模,小批量,高质量,高效率的生产方式,数控技术中的柔韧制造技术。
3.3 机床设备
机床设备是机械制造中最关键性因素,面对现在的机械制造,机床设备是机电一体化的重要组成部分。
数控技术的出现,就是把计算机装置到机床上,对机床的加工实施控制,就是数控机床。运用计算机编程或顺序动作号
码发出指令来控制机床进行工作,使机床能够加工出更好的机械零件。
4 总结
机械制造技术是衡量一个国家综合实力和工业生产水平的标志,同时也是各个国家竞争的主要项目之一。随着我国经济实力的发展,自主创新也应当日益加强,拥有完全的自主知识产权,才能够在国际竞争中保持优势。数控技术的发展不仅能够推动机械制造行业,也能够让一个国家的工业达到先进的生产水平,从而促进人们的生活水平。
数控机床插补原理范文6
笔者学校现有一批南京数控设备有限公司生产的21DM液晶显示铣床，根据教学需要和安排，数控铣床手工编程操作教学将在此类数控系统的基础上进行。笔者在长期的教学生产过程中，发现、归纳并解决了手工编程的一些难点，对计算机生成的程序进行了有效改进，提高了加工效率，优化了加工工艺。
一、常见问题分析
理想的数控程序不仅能加工出符合零件图样要求的合格零件，还可使数控机床的功能得到合理应用与充分发挥。数控编程是指从零件图样到获得数控加工程序的全部工作过程，包括分析图样和制定工艺方案、数学处理、编写程序、程序校验、程序修改等步骤。
将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。在正式加工之前，一般要对程序进行检验。通常采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序；在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查；对于形状复杂和加工要求高的零件，也可先用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切，以检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。
在华中21DM液晶显示铣床的操作手册和编程手册中，对于编程的指令有全面的介绍，但对于程序编写过程中的具体注意事项和经验等却很少提及，其他资料也比较
有限。
二、改进方法与步骤
1.编程方式（G91，G90）的切换
在编程中有绝对值编程（G91）与增量值编程（G90）两种方式,这两种方式下所连接的编程坐标系是不同的。在使用G90和G91两种方式进行混合编程时，编程者经常会由于粗心大意，忘记切换编程方式，或者虽切换了方式，后续的编程坐标值却没改，导致编程坐标出错，机床不能执行程序，严重时甚至会引发撞机事故（见表1）。
2.直线插补（G01）与圆弧插补（G02，G03）的切换
绝大部分工件的轮廓线是由直线与圆弧构成的，有直线与直线、直线与圆弧、圆弧与圆弧三种连接。对于复杂轮廓，编程者在编程中经常忘记切换直线插补（G01）与圆弧插补（G02，G03），导致编程格式混淆出错，程序不能执行。
3.刀具半径补偿（G41，G42，G40）使用错误
编程者编写一个用铣刀加工工件轮廓的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后在半径补偿寄存器里设置半径补偿值。无论是更换铣刀还是进行粗精加工，只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，基本上不用修改程序。
在刀具半径补偿建立（G41，G42）和取消（G40）中，常见的错误操作有5种。
（1）建立或取消半径补偿的区域错误，导致过切。在编程中应正确建立或取消补偿的区域，图1中阴影部分代表正确区域。
特别需要注意三点：整个刀具轮廓应在阴影部分内；切入建立刀补与切出取消刀补原理一致，避免过切；某些特定轮廓不在此范畴。
（2）建立和取消半径补偿的直线距离不够。建立和取消半径补偿的格式是G41（G42，G40）G01X__Y__，如果刀具直线插补G01X__Y__走过的实际距离小于刀具半径，则不能有效建立和取消半径补偿。
（3）没有取消刀补，多次补偿，导致加工轨迹偏移。这种情况在使用跳转加工或用子程序进行循环加工时经常出现。如果在循环中建立刀补后没有使用G40有效取消，那么循环几次就补偿几次，使刀具偏离正确轨迹，加工轨迹偏移（见表2）。
（4）切入切出设计路线不合理。考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑。应避免刀具在工件轮廓面上垂直上、下移动而划伤工件表面，应尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。在数控加工中，经常会用到倾斜线或圆弧切入切出，应减少刀具在工件轮廓某位置的停顿时间，避免出现表面缺陷。虽然大部分操作者都做到了在程序中加入切入和切出的程序段，但路线设计不合理，或者程序根本不能执行（见表3、表4）。
