数控技术与应用复习

第一章绪论1数控机床的组成:数控机床一般由程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床本体和其他辅助装置组成。

(1)程序载体:人和数控机床联系的媒介物。 (也称控制介质、输入介质、信息载体)

(2)数控装置:1数控机床的核心部分，也是区别于普通机床最重要的特征之一。

2数控装置完成加工程序的输入、编辑及修改，实现信息存储、数据转换、代码交换、插补运算以及各种控制功能。

3大多数具有网络通信功能，可以实现加工程序的高速、可靠传输和加工状态的实时反馈，以保证加工资源和加工信息的共享。

(3)伺服驱动系统: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，包括信号放大和驱动元件

(4)机床本体 :机床本体包括床身、主轴、进给机构、刀架及自动换刀装置等，是自动地完成各种切削加工的机械部分。

(5)辅助装置 :保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置。

2加工中心与普通数控机床的区别:1）能加工普通机床难以完成或不能加工的复杂零件加工。2数控加工可以获得更高的加工精度和质量。3具有更高的生产效率。 4具有广泛的适用性和较大的灵活性。 5监控功能强，具有故障诊断的能力。 6可实现较精确的成本核算和生产进度安排。

3数控机床的分类1）按运动轨迹分类：点位控制、直线控制与轮廓(连续轨迹)控制点位控制类：点-点位置精确控制，保证的是定位精度；特点：控制刀具对工件的点位，而对它们定位过程的运动轨迹及移动速度没有严格要求。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机

直线控制类：位置控制+速度和路线控制，只能沿某个坐标轴方向（平行或45°）切削加工；具有2-3个坐标轴，同时可控的坐标只有1个；具有刀具半径补偿功能、刀具长度补偿功能、主轴转速控制功能。应用范围：数控车床，数控铣床，

轮廓控制（连续控制）类：每点的位置+速度+路线控制，可对2坐标或2坐标以上坐标轴进行控制；特点：控制刀具对工件的点位，而对它们定位过程的运动轨迹及移动速度没有严格要求。适用范围：数控车床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心，数控电加工机床，数控绘图机等

2）按伺服系统控制方式分类：开环、闭环和半闭环伺服驱动系统

开环伺服系统：数控系统将零件程序处理后，发出指令脉冲信号，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构移动或转动。此控制系统没有来自位置检测元件的反馈信号，对执行结构的动作情况不进行检查，指令流向为单向。

特点：具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，其精度主要取决于伺服元件和机床传动元件的精度、刚度和动态特性，因此控制精度较低。一般用于经济型数控机床。以及对旧机床的改造。（图一）

数控机床按联动轴数分：2轴联动（平面曲线）、3轴联动（空间曲面，球头刀）、4轴联动（空间曲面）、5轴联动及6轴联动（空间曲面）

第二章数控机床的程序编制

移动目标：终点坐标值X、Y、Z；沿怎样的轨迹移动：准备功能字G；进给速度：进给功能字F；切削速度：主轴转速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；机床辅助动作：辅助功能字M

1坐标系统的确定Z坐标：平行于主轴轴线，刀具离开工件的方向为正向，X坐标：工件做旋转运动，刀具离开工件的方向为X坐标的正方向，Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方，Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方

Y坐标：根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向

2数控机床的坐标系统：1）机床坐标系：机床上固有的坐标系 2）工件坐标系 3）绝对坐标与增量（相对）坐标

3数控加工程序格式：程序是由程序号、程序段和程序结束指令组成

4加工路线确定的原则：1）必须保证零件加工精度和表面粗糙度2）应尽量缩短加工路线，以减少空行程时间，提高生产率 3）应尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以减少编程工作量

5工件的定位与夹紧方案的确定 1）力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一2）尽量减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后就能加工出工件上全部或大部分待加工表面

3）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率

6数控车刀的种类：1—切断刀 2—90°左偏刀 3—90°右偏刀 4—弯头车刀5—直头车刀 6—成型车刀 7—宽刃精车刀 8—外螺纹车刀 9—端面车刀 10—内螺纹车刀 11—内槽车刀 12—通孔车刀 13—盲孔车刀

7切入切出距离铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。

8车削螺纹引入距离δ1和δ2的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的螺距和螺纹的精度有关。一般δ1为2～5㎜，对大螺距和高精度的螺纹取大值；δ2一般取的1/4左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45°退刀收尾。（图二）

9准备功能G指令 G00：快速点定位指令，G01：直线插补指令，G02、G03：顺、逆圆弧插补指令，G04暂停功能，G32螺纹切削，G90，G91绝对坐标和相对坐标指令，主轴控制M指令 M02为程序结束， M03、M04控制主轴顺逆时针方向转动，M05主轴停止，M07—2号冷却液开。用于雾状冷却液开。M08—1号冷却液开。用于液状冷却液开。M09—冷却液关。M30指令除完成M02指令功能外，还包括将纸带倒回到程序开始的字符等

第三章计算机数控系统

1.在常规计算机数控系统（CNC)装置中，一般采用两种典型结构：中断型结构和前后台型结构。

第四章插补原理与刀具补偿技术

1、脉冲增量插补算法的进给速度控制通过软件延时法和中断控制法。

2、进给速度控制的意义：（1）与加工零件的表面粗糙度和精度、刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。（2）能根据零件的材料，切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求进行控制。

（3）应有手动调节进给速度的功能。（4）数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。

（5）应有一定的升速和降速的过程。

3加减速控制实现方法：前加减速控制：加减速控制放在插补前进行。后加减速控制：加减速控制放在插补后进行。

前加减速控制加速处理减速处理

后加减速控制控制算法:直线加减速和指数加减速

第五章半闭环进给伺服系统结构数控机床的驱动与位置控制

1伺服系统的组成：一般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置和伺服电机四部分组成

3.伺服系统的类型：按用途和功能（进给伺服系统，主轴伺服系统）按调节原理（开环伺服系统，闭环伺服系统，半闭环伺服系统）按反馈比较控制方式（脉冲数字比较伺服系统，相位比较伺服系统，幅值比较伺服系统，全数字私服系统）

4.步进电动机的工作原理：步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。

5.步进电动机按通电顺序不同，其运行方式有三相单三拍、三相双三拍和三相单双六拍三种

6.步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度：

M—定子相数；z—转子齿数；k—拍数与相数的比例系数

m相m拍，k=1, m相2m拍， k=2，当通电方式为单拍时k=1,为单双拍时k=2

常见的步距角0.60/1.20 , 0.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等。

步距角越小,控制越精确。步距误差直接影响执行部件的定位精度

7光栅

数控机床上用计量光栅。计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副(标尺光栅和指示光栅)、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。

光栅相对移动一个W，莫尔条纹移动一个B，当光栅移动方向变化时，莫尔条纹移动方向也变化。用光电元件检测莫尔条纹信号的变化就可以测量光栅的位移。

工作原理：

光栅测量系统

光栅测量系统及信号如图所示，由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光敏元件和信号处理电路组成。信号处理电路包括差动放大器、整形器和鉴向倍频电路。

1、数控机床有哪些部分组成？各有什么做用？答：数控机床一般由程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床本体和其他辅助装置组成。程序载体：人和数控机床联系的媒介物。数控装置：数控机床的核心部分，也是区别于普通机场的最重要的特征之一。数控装置完成加工程序的输入、编辑及修改、实现信息的储存、数据转换、代码交换、插补运算以及各种控制功能。大多数具有网络通信功能，可以实现加工程序的高速、可靠传输和加工状态的时实反馈，以保证加工资源信息的共享。伺服驱动装置：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，包括信号放大和

驱动原件。辅助装置：保证充分发挥数控机床功能所必须的配套装置。包括气动、液压装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护照明各种辅助装置。

2、加工中心与普通数控机床的区别？答：（1）能加工普通机床难以完成或不能加工的复杂件的加工。（2）数控加工可以或得更高的加工精度和质量，（3）更有更高的生产效率。（4）具有广泛的适用性和较大的灵活性。（5）监控功能强，具有故障诊断的能力。（6）可实现较精确的成本核算和生产进度的安排。

3、3、解释点位控制、直线控制、轮廓控制机床？有何特点及应用？答：1、点位控制：点、点位置精度的控制，保证的是定位精度特点：控制刀具对工件的点位，而对他们定位过程的运动轨迹及移动速度没有严格的要求。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。 2、直线控制：位置控制+速度和路线的控制，只能沿某个坐标轴方向切削加工；具有2—3个坐标轴，同时可控的坐标轴只有1个；具有道家园半径补偿功能、刀具长度补偿功能、主轴转速控制功能。（3）轮廓控制：每点的位置+速度+路线控制，可对2坐标或2坐标以上的坐标轴进行控制；特点：控制刀具对工件的点位，而对他们定位过程的运动轨迹及移动速度没有严格的要求。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装置的这种数控系统。

4、4、简述开环、闭环、半闭环伺服系统的区别。开环：无位置反馈，精度相对闭环系统讲不高，其精度主要取决于伺服系统和机械传动机构的性能及精度；一般以功率步进电机为伺服驱动元件；具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等特点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。开环数控系统没有位置检测装置，信号流是单向的，故系统稳定性好。半闭环：从驱动装置（常用伺服电机）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。半闭环环路内不包括或只包括少量的机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙机器的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环较差较开环较好。但可对这类误差进行补偿，因而可获得满意的精度。

闭环：直接对运动部件的实际位置进行检测。从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，是闭环系统的设定、安装和调试都相当困难。

5、图示并简述数控机床开环伺服系统的工作原理。

答：设有来自位置测量元件的反馈信号对执行机构的动作情况不进行检查，指令流向为单位。数控系统将零件程序处理后，发出指令脉冲信号，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动步轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构移动或转动。