数控机床的控制系统概述
数控机床的位置控制系统
7050铝合金等通道多转角挤压过程的三维有限元模拟
吕哲;郑立静;于燕;李焕喜;高文理
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2008(37)12
【摘要】对7050铝合金等通道多次转角挤压(equal-channel angular pressing,简称ECAP)过程中的变形行为进行三维有限元模拟,并研究了挤压过程中等效应变的演化以及载荷-位移曲线变化。
为开发多道次ECAP工艺的模具设计、工艺参数提供理论指导依据。
【总页数】4页(P2125-2128)
【关键词】等通道多次转角挤压;有限元分析;等效应变;7050铝合金
【作者】吕哲;郑立静;于燕;李焕喜;高文理
【作者单位】北京航空航天大学,北京100083;湖南大学,湖南长沙410082
【正文语种】中文
【中图分类】TG371
【相关文献】
1.7050铝合金等通道转角挤压的有限元模拟及力学性能 [J], 徐尊平;程南璞;陈志谦
2.等通道转角挤压过程和参数的有限元模拟概述 [J], 袁玉春;马爱斌;江静华
3.等通道转角挤压过程和参数的有限元模拟概述 [J], 袁玉春;马爱斌;江静华
4.7050铝合金热挤压成形过程的有限元模拟 [J], 许柏华;张翔;王晓溪
5.7050铝合金等通道转角挤压过程中显微结构和力学性能演化的小角x射线散射研究 [J], 郑立静;李树索;李焕喜;陈昌麒;韩雅芳;董宝中
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数控机床控制系统设计
数控机床控制系统设计数控机床控制系统是现代机械加工中的重要设备，不仅减轻了人工操作的负担，还能够实现高效精确加工。
本文将从数控机床控制系统的设计原理、控制器的分类以及系统设计中需要考虑的因素等各方面进行详细阐述。
一、数控机床控制系统设计原理数控机床是一种以计算机控制的工具设备。
数控机床的工作原理是通过加工程序与自动化机床相连接，由计算机系统对机床运动进行控制。
数控机床的加工程序是一种由G代码和M 代码组成的程序，G代码主要用于控制机床的直线运动和圆弧运动、刀具半径、零点位置等，M代码则是用于控制机床的主轴转速、冷却液开关等控制信号。
基本上数控机床可以实现加工各种形状的物件，而且加工精度高，生产效率高。
二、控制器的分类数控机床控制器根据其构成和结构可以大致分为以下几个类型：1、点位控制器（P控制器）：点位控制器可以控制每一个轴单独移动到预定的位置后，马上停止这一轴的运动，使其它轴继续运动。
2、直线插补控制器（L控制器）：直线插补控制器是比点位控制器更为先进的控制器，它不仅在每个轴位置上进行控制，还可以控制各轴在不同的位置上同时启动或同时停止。
3、圆弧插补控制器（C控制器）：圆弧插补控制器是对圆弧运动进行控制的控制器。
它可以自动地计算和控制机床在坐标平面或变位平面上的转折点、曲线半径以及运动方向等，圆心和半径的计算完全由控制器来完成。
4、模态控制器（M控制器）：模态控制器是负责管理机床程序重复执行的控制器。
它只需输入一次程序，就可以重复地使用该程序。
换言之，它可以使用多个程序段，从而实现切换各种不同加工方式，同时还可以根据不同的工件要求随时更改程序的具体内容。
三、系统设计中需要考虑的因素在设计数控机床控制系统时，需要考虑如下因素：1、系统稳定性：稳定性是数控机床控制系统设计的重要指标，必须保证系统在加工过程中不会出现任何一个运动轴的失控。
系统设计时需要合理选用现代控制技术，同时要对硬件和软件进行完整测试，保证系统的稳定性。
数控机床的组成及基本工作原理
数控机床的组成及基本工作原理数控机床是一种利用数字编程控制工作的机床。
它由三个基本部分组成：机械系统、传动系统和控制系统。
下面将详细介绍数控机床的组成和基本工作原理。
一、机械系统机械系统是数控机床的基础，它由床身、主轴箱、伺服系统等组成。
1.床身：床身是数控机床的基础，主要承载着机床其他部件。
床身通常由铸铁或钢板焊接而成，具有较高的强度和刚性，以保证机床的稳定性。
2.主轴箱：主轴箱包含了主轴系统和进给系统，主轴通过驱动系统将切削工具与工件连接，实现切削加工。
进给系统控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，使切削工具能沿指定路线精确地切削工件。
3.伺服系统：伺服系统负责控制切削工具和工件的相对运动。
它由伺服电机、伺服控制系统、逆变器和编码器等组成。
伺服电机通过接受数控系统发送的控制信号，精确控制机床的位置和速度，从而实现精确的切削加工。
二、传动系统传动系统负责传递电能和运动，将数控机床的控制信号传递给各个运动部件。
主要由电源、变频器、伺服电机、传感器等组成。
1.电源：电源为数控机床提供所需的电能。
通常使用三相交流电源。
2.变频器：变频器将交流电源转换为直流电源，以满足数控机床的要求。
3.伺服电机：伺服电机是数控机床的关键部件，它负责实现机床的精准运动。
伺服电机通常由电动机、编码器和速度控制器组成。
4.传感器：传感器用于检测机床各个部件的状态，将检测到的信号转换为电信号，反馈给数控系统。
三、控制系统控制系统是数控机床的大脑，它由数控装置、软件系统、输入输出设备等组成。
1.数控装置：数控装置是数控机床的核心，主要负责数控程序的编写和生成。
它接收操作员输入的加工参数和控制命令，经过处理之后发送给伺服系统。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与数控装置进行交互。
常用的输入设备有键盘、鼠标和触摸屏；输出设备有显示器、打印机和数控机床本身。
基本工作原理：1.数控编程：操作员使用数控装置进行编程，编写出所需的加工程序。
数控机床的工作原理及工作过程
数控机床的工作原理及工作过程1. 工作原理数控机床是一种通过计算机控制的自动化机械设备，能够精确地加工各种复杂形状的工件。
它的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.1 输入指令：操作人员通过计算机界面输入加工工件的相关参数和加工路径等指令。
1.2 数据处理：计算机根据输入的指令，对加工工件进行分析和处理，生成相应的控制程序。
1.3 控制系统：控制程序通过数控系统将各种指令传递给数控机床的各个部件，控制其运动和加工过程。
1.4 传动系统：数控机床的传动系统由伺服机电、滚珠丝杠、齿轮传动等组成，通过控制信号驱动工作台、主轴等部件的运动。
1.5 传感器：数控机床配备了各种传感器，如位移传感器、速度传感器等，用于监测加工过程中的各种参数，并将其反馈给数控系统。
1.6 执行部件：根据数控系统的指令，执行部件包括工作台、主轴等，能够按照预定的路径和速度进行运动和加工。
2. 工作过程数控机床的工作过程可以分为以下几个阶段：2.1 加工准备：在开始加工之前，操作人员需要进行一系列的准备工作。
首先，根据工件的要求和加工工艺，编写相应的加工程序，并将其输入到数控系统中。
然后，根据工件的尺寸和形状，选择合适的夹具和刀具，并进行安装和调整。
2.2 加工设置：操作人员通过数控系统对加工参数进行设置，包括切削速度、进给速度、加工深度等。
同时，还需要调整工作台的位置和角度，以确保加工过程中工件的稳定性和准确性。
2.3 加工操作：在加工过程中，数控系统会根据预先编写的加工程序，控制工作台和主轴等部件的运动。
工作台按照指定的路径和速度进行挪移，主轴带动刀具进行切削。
同时，传感器会不断监测加工过程中的各种参数，并将其反馈给数控系统进行实时控制和调整。
2.4 加工检测：在加工完成后，操作人员会对加工件进行检测和测量，以确保其质量和尺寸的准确性。
这可以通过各种测量仪器和设备进行，如千分尺、三坐标测量机等。
2.5 加工调整：如果加工件不符合要求，操作人员可以根据检测结果对加工程序和参数进行调整，以达到预期的加工效果。
1 《数控机床控制技术基础》概述
2、输入/输出 、输入 输出 输出(I/O) 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、反转 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换， 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换，工件夹紧和放松及分度 工作台转位等。 工作台转位等。 第Ⅰ类：与驱动命令有关的连接电路，主要是与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接 电路。 第Ⅱ类：数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电路。 第Ⅰ类和第Ⅱ类接口传送的信息是数控装置与伺服驱动单元、伺服电动机、位置检 测和速度检测之间的控制信息及反馈信息，它们属于数字控制及伺服控制。 第Ⅲ类：电源及保护电路。由数控机床强电线路中的电源控制电路构成。强电线路 由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器、熔断器等连接而成， 以便为辅助交流电动机（如冷却泵电动机、润滑泵电动机等）、电磁铁、离合器、 电磁阀等功率执行元件供电。强电线路不能与低压下工作的控制电路或弱电线路直 接连接，只有通过断路器、中间继电器等器件，转换成直流低电压下工作的触点的 开合动作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反之亦然。 第Ⅳ类：开/关信号和代码信号连接电路。是数控装置与外部传送的输入、输出控 制信号。当数控机床不带PLC时，这些信号直接在数控装置和机床间传送。当数控 装置带有PLC时，这些信号除极少数的高速信号外，均通过PLC传送。
三、数控机床控制系统的构成
数控机床进行加工时， 数控机床进行加工时，首先必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 数控机床有以下优点： （1）数控系统取代了普通机床的手工操纵，具有充分的柔性，只要编制成零件程 序就能加工出零件。 （2）零件加工精度一致性好，避免了普通机床加工时人为因素的影响。 （3）生产周期较短，特别适合小批量、单件的加工。 （4）可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。 （5）易于调整机床，与其他制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调 整时间较少。 数控机床的任务主要有以下方面内容： 1、主轴运动 主轴运动和普通车床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70～80％。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中 心和有些数控车床还必须具有定向控制和C轴控制。
有关数控系统的一些基本概念
2023-11-06CATALOGUE目录•数控系统概述•数控系统的组成•数控系统的基本原理•数控系统的分类•数控系统的发展趋势和挑战•数控系统的应用实例01数控系统概述数控系统是一种采用数字控制方法的计算机控制系统。
它通过接收输入的程序信息，对信息进行计算、比较、处理等操作，控制各种机械运动，实现自动化加工。
数控系统主要由输入、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、伺服驱动装置、检测装置等组成。
数控系统的定义数控系统的特点数控系统具有高精度的控制能力，能够实现精确的加工和测量。
高精度高效性灵活性可靠性数控系统能够实现自动化加工，提高生产效率，降低人工成本。
数控系统具有多种控制模式和编程语言，可以根据不同的加工需求进行定制和调整。
数控系统具有稳定的性能和可靠性，能够保证长时间连续工作的稳定性和安全性。
数控系统的应用范围数控系统广泛应用于机床、刀具、夹具等制造设备的控制，能够实现高效、高精度的加工和测量。
机械制造业数控系统用于半导体制造、电子组装等领域的控制和监测，能够实现精密的加工和检测。
电子制造业数控系统用于飞机、火箭等航空器的制造和维修，能够实现高精度、高效率的加工和检测。
航空航天业数控系统还广泛应用于汽车制造、医疗器械、食品加工等领域，能够实现自动化、智能化的生产和加工。
其他领域02数控系统的组成数控装置是数控系统的核心，也称为CNC装置或NC装置。
它由计算机、输入/输出设备、可编程控制器等组成，负责处理各种加工数据，如零件的几何尺寸、工艺参数、加工轨迹等，并将其转化为控制机床运动的指令。
数控装置一般采用高性能的微处理器和计算机硬件，具备强大的计算和控制能力，能够实现高精度、高效率的加工控制。
数控装置伺服系统是数控系统的重要组成部分，负责将数控装置的电信号转换为机床的运动。
它由伺服驱动器、伺服电机和反馈装置组成。
伺服驱动器根据数控装置发出的指令，驱动伺服电机转动，实现机床的移动和转动。
反馈装置将机床的实际运动状态反馈给数控装置，形成闭环控制系统。
简述数控机床的加工原理
简述数控机床的加工原理
数控机床是根据数字信号控制的自动化加工设备，其加工原理主要包括以下几个方面：
1. 数控机床的控制系统：数控机床的控制系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理单元、输入输出设备、运动控制部分等，用于接收指令、处理数据、控制运动。
软件包括机床程序和工艺参数等，通过输入特定的代码和参数，确定加工路径和工艺要求。
2. 机床运动系统：数控机床的运动系统由主轴、进给轴和伺服系统组成，用于控制刀具和工件的运动。
主轴通过主轴驱动装置进行旋转，切削工具固定在主轴上，用于完成切削加工。
进给轴通过进给系统控制工件的相对移动，可以实现线性及旋转运动，以控制切削刀具的进给速度和位置。
3. 机床测量系统：数控机床的测量系统用于实时检测机床运动状态和工件尺寸，以保证加工质量。
常见的测量系统包括编码器、光栅尺、电容尺等，用于测量机床的位置、速度、角度等参数。
4. 加工过程控制：数控机床通过控制系统和测量系统实现对加工过程的监测和控制。
根据预设的工艺路径和参数，控制刀具的进给速度、切削深度、切削力等，以达到预期的加工效果。
总的来说，数控机床的加工原理是通过控制系统控制机床的运动和加工参数，实现对工件的精确切削加工。
通过数字化的控
制方式，可以提高加工精度和效率，扩大加工范围，提高生产自动化水平。
数控机床的控制系统概述
第七章数控机床的控制系统概述学习目的：1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？第一节数控机床的控制系统一、数字控制技术简介1．数字控制技术数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。
数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。
2．数控系统和数控机床用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。
数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。
最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。
现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。
计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。
数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。
顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。
数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。
数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
二、数控机床控制系统的组成序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。
输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。
输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。
常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。
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第七章数控机床的控制系统概述
学习目的：
1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？
2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？
3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？
4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？
第一节数控机床的控制系统
一、数字控制技术简介
1．数字控制技术
数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。
数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。
2．数控系统和数控机床
用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。
数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。
最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。
现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。
计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。
数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。
顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。
数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。
数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
二、数控机床控制系统的组成
序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。
输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。
输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。
常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。
2.计算机数控装置
计算机数控装置又称CNC装置，是数控系统的核心。
主要作用是根据输入的程序和数据，完成数值计算、系统诊断、逻辑判断、轨迹控制运算等任务，输出相应的指令脉冲信号，控制机床的运动。
组成：输入/输出接口、存储器、控制器和运算器等。
他将加工程序信息按两种控制量分别输出：一类是连续控制量，送往主轴驱动装置或伺服驱动装置；另一类是离散的开关量，送往可编程序控制器，从而控制机床各组成部分，实现各种数控功能。
3.可编程序控制器
可编程序控制器介于CNC装置和机床机械和液压部件之间，取代了传统机床电器逻辑控制装置，实现了数控机床的各种继电器逻辑控制。
作用是接收CNC装置输出的开关命令，进行机床和有关应答信号。
主要完成机床主轴的变速、变向，刀具的选择交换，工件的装夹，冷却、液压、气动，润滑系统的控制功能和其他辅助功能。
4.主轴控制模块
主要作用：接收CNC装置的控制信号，实现主轴的调速和主轴定向。
组成：主轴控制单元和主轴电动机等。
5.进给伺服控制模块
主要作用：将来自CNC装置的指令信号转换成机床移动部件的运动。
组成：进给电动机、速度控制单元等。
6.位置检测模块
主要作用：完成主轴、进给轴的位置检测、配合主轴控制模块、进给伺服控制模块完成位置的控制。
组成：检测装置和各种处理电路。
第二节数控机床的控制方式及其接口技术常识
一、数控机床的控制方式
1．开环控制的数控机床
该系统没有检测反馈装置。
伺服驱动装置通常为反应式步进电动机或混合步进电动机。
CNC装置每发出一个进给脉冲指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，通过丝杠转动使机床运动一个距离（该单位长度为脉冲当量）。
这类系统的流程是单向的，对机床移动部件的实际位移不作检验和反馈，机床的加工精度不高，所以称为开环控制。
优缺点：结构简单、成本较低、技术容易掌握；加工进度取决于伺服装置的性能。
适用场合：中小型的经济型数控机床，特别适用于旧机床改造的简易机床。
2．闭环控制的数控机床
该系统装有检测反馈装置。
伺服驱动装置通常为直流伺服电动机或交流伺服电动机。
在位置比较电路中与指令值进行比较，用比较差值进行控制，直到差值消除为止，最终实现确定位置。
这类系统将机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制系统。
优缺点：精度高、速度快，但调试维修较困难，系统复杂，成本高。
适用场合：精度较高的数控设备（数控静谧、镗铣床）
3．半闭环控制的数控机床
与闭环控制系统的区别是：将检测元件安放在伺服电动机的轴端或丝杠端，通过角度位移的检测测量间接计算出机床工作台的实际位置。
伺服驱动装置通常为宽频直流伺服电动机。
优缺点：结构简单，系统不易受机械传动装置干扰，工作稳定性好，精度虽没有闭环高，但调试比闭环方便。
适用场合：中等精度以上的数控机床大多数采用半闭环控制系统。
（加工中心）
二、数控机床的接口
借口电路的作用：进行电平转换和功率放大；将CNC装置和机床之间的信号在电器上加以隔离，防止噪声引起误操作；在CNC装置和机床电气设备间进行D/A和A/D转换。
数控装置和机床电器之间的接口分为四类：
第一类：与驱动有关的连接电路，主要是与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接电路。
第二类：数控装置与检测系统和检测传感器之间的连接电路。
第三类：电源及保护电路。
第四类：开/关信号和代码信号连接电路。