机床数控原理与系统
机床数控原理与系统试题
机床数控原理与系统试题
1. 描述数控机床的分类和应用领域。
2. 什么是数控机床的坐标系？并解释绝对坐标和相对坐标的概念。
3. 请解释数控机床的插补运动方式及其原理。
4. 简要解释数控机床的加工路径规划。
5. 数控机床的伺服系统是什么？它的作用是什么？
6. 解释数控机床的工件坐标系和机床坐标系之间的转换关系。
7. 什么是数控机床的刀具补偿？它如何实现？
8. 描述数控机床的自动换刀系统的工作原理。
9. 解释数控机床的程序控制方式。
10. 数控机床的进给系统是什么？它的作用是什么？
11. 请简要解释数控机床的通信系统及其作用。
12. 描述数控机床的自动测量功能及应用。
13. 什么是数控机床的零件坐标系？并解释绝对坐标和相对坐
标的概念。
14. 解释数控机床的角度插补运动方式及其原理。
15. 简要解释数控机床的自主切换系统的工作原理。
16. 描述数控机床的宏指令编程及其应用领域。
17. 请解释数控机床的直线插补运动方式及其原理。
18. 数控机床的伺服系统是什么？它的作用是什么？
19. 解释数控机床的工件坐标系和机床坐标系之间的转换关系。
20. 什么是数控机床的刀具补偿？它如何实现？。
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一、工作原理数控机床是一种通过数字信号来控制机床运动和加工过程的机床。
它采用计算机控制系统，通过预先编程的方式来控制机床的运动轨迹、速度和加工参数，从而实现零件的加工。
数控机床的工作原理主要包括以下几个方面：1. 数字信号生成：首先，通过计算机编程软件编写加工程序，将加工过程中需要的各种指令和参数转化为机床能够识别和执行的数字信号。
2. 控制系统：数控机床的控制系统由硬件和软件组成。
硬件包括计算机、数控装置、伺服驱动器等，用于接收和处理数字信号，并将其转化为机床的运动控制信号。
软件则负责编写加工程序和控制机床的运动轨迹、速度等参数。
3. 运动控制：数控机床的运动控制主要包括位置控制、速度控制和加速度控制。
通过数控装置和伺服驱动器，将数字信号转化为电信号，控制机床各个轴向的运动，实现零件的加工。
4. 加工过程监控：数控机床能够实时监测加工过程中的各项参数，如刀具位置、切削力、加工速度等，并将监测结果反馈给控制系统。
控制系统根据反馈信息进行调整，保证加工过程的准确性和稳定性。
二、工作过程数控机床的工作过程通常包括以下几个步骤：1. 加工程序编写：操作人员使用计算机编程软件，根据零件的加工要求编写加工程序。
加工程序包括刀具路径、切削参数、加工顺序等信息。
2. 加工程序传输：将编写好的加工程序通过网络或存储介质传输到数控机床的控制系统中。
控制系统接收到加工程序后，进行解析和处理。
3. 机床准备：操作人员根据加工程序的要求，安装合适的刀具和夹具，并进行机床的调整和校准。
确保机床处于正常工作状态。
4. 参数设置：操作人员根据加工程序的要求，设置加工参数，包括切削速度、进给速度、切削深度等。
这些参数会影响到加工过程中的切削质量和效率。
5. 启动机床：操作人员将加工程序加载到数控机床的控制系统中，并启动机床。
控制系统会根据加工程序的要求，控制机床各个轴向的运动，实现零件的加工。
6. 加工监控：在加工过程中，操作人员需要实时监控机床的运行状态和加工质量。
机床数控原理与系统
机床数控原理与系统简介机床数控原理与系统是机械制造领域中的重要内容之一。
随着科技的不断发展，机床数控系统在工业生产中起着至关重要的作用。
本文将介绍机床数控原理的基本概念、发展历程以及常见的数控系统构成和工作原理。
机床数控原理的基本概念机床数控原理是指通过计算机控制机床的运动进行加工的一种加工方式。
其基本概念包括：1.机床数控系统：由计算机硬件、软件和相关元件组成的一套用于控制机床运动和加工加工工件的系统。
2.数控编程：将加工工艺和运动控制命令转化为机床数控系统可以理解和执行的指令序列。
3.数控加工：根据数控编程生成的指令序列，通过机床数控系统的控制，实现工件的加工、切削、钻孔等工艺过程。
机床数控原理的发展历程机床数控原理的发展经历了多个阶段：1.1950年代：数控技术开始出现，并逐渐应用于大型机床上。
2.1960年代：随着计算机技术的发展，数控系统逐渐进入实用化阶段，小型机床上开始应用。
3.1970年代：数控系统开始普及，并逐步取代传统的机床操作方式，提高了生产效率和加工精度。
4.1980年代：数控技术进一步发展，出现了多轴、多功能的数控系统和高速加工中心。
5.1990年至今：数控技术与计算机技术、传感器技术的融合，使得机床数控系统更加智能化和自动化。
机床数控系统的构成机床数控系统主要由以下几个部分构成：1.数控设备：包括数控控制器、电机驱动器、传感器等。
2.数控编程和操作界面：用于输入和编辑数控程序，控制机床的运动和加工过程。
3.运动控制系统：负责根据数控程序控制机床各个轴向的运动，如进给轴和主轴。
4.刀具和刀库系统：负责刀具的选取、刀具换装以及刀具状态的监测。
5.冷却液系统：用于冷却和润滑工件和切削刀具。
机床数控系统的工作原理机床数控系统的工作原理可以总结为以下几个步骤：1.数控编程：根据加工工艺和要求，编写数控程序，并通过数控编程软件输入到数控系统。
2.数控系统解释和执行：数控系统解释数控程序中的指令，并根据指令执行相应的运动控制和加工操作。
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。
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一、工作原理：数控机床是一种通过计算机控制系统来实现工件加工的机床。
其工作原理主要包括以下几个方面：1. 程序控制：数控机床通过预先编写的加工程序来控制工件的加工过程。
这些程序包含了工件的几何形状、尺寸、加工工艺等信息。
2. 信号传递：计算机控制系统将加工程序转化为相应的电信号，并通过数控装置传递给各个执行部件，如伺服机电、液压系统等。
3. 运动控制：数控机床通过控制伺服机电的运动来实现工件的加工。
伺服机电通过接收数控装置传递的指令，控制工件在各个坐标轴上的运动。
4. 反馈控制：数控机床通过传感器来实时监测工件的位置、速度等参数，并将这些信息反馈给数控装置，以便及时调整运动控制。
二、工作过程：数控机床的工作过程可分为以下几个步骤：1. 加工程序编写：根据工件的几何形状、尺寸等要求，使用专门的编程软件编写加工程序。
程序中包含了工件的加工路径、切削参数等信息。
2. 加工程序输入：将编写好的加工程序通过外部存储设备（如U盘）或者网络传输等方式输入到数控机床的控制系统中。
3. 工件装夹：根据加工程序的要求，将待加工的工件装夹在数控机床的工作台上，并进行固定。
4. 加工参数设置：根据加工程序的要求，设置切削速度、进给速度、切削深度等加工参数，以确保工件能够按照预定的要求进行加工。
5. 启动机床：按照操作规程启动数控机床，使其进入工作状态。
6. 运行加工程序：通过数控装置控制伺服机电的运动，使工件按照加工程序中定义的路径进行加工。
同时，数控装置会实时监测工件的位置、速度等参数，并根据反馈信息进行调整。
7. 加工完成：当工件按照加工程序的要求完成加工后，数控机床会自动住手运行，并发出相应的提示信号。
8. 工件取出：将加工完成的工件从数控机床上取出，进行下一步的处理或者检验。
总结：数控机床通过计算机控制系统实现工件的精确加工。
其工作原理包括程序控制、信号传递、运动控制和反馈控制等。
工作过程包括加工程序编写、加工程序输入、工件装夹、加工参数设置、启动机床、运行加工程序、加工完成和工件取出等步骤。
数控原理与系统复习文档
第一章A.什么是数控系统？机床数控系统的组成及各部分作用如何？1.数控系统的基本概念：数控是数字控制的简称。
从广义上讲，是指利用数字化信息实控制，也就是利用数控控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。
狭义上理解也就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制。
2.数控系统的组成：输入/输出装置、数控装置、伺服系统、机床电器控制装置、机床本体。
3.输入装置的作用：将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状态可以通过输出装置观察。
4.数控装置的作用：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理。
5.伺服系统的作用：按照数控装置发出的位置控制命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。
6.机床电器控制装置的作用：接受数控装置发出的开关，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制功能，换刀功能，工件装夹功能，冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。
7．机床本体的作用：B.简述数控机床坐标系的定义8.标准的数控机床坐标系统采用右手直角笛卡尔坐标系。
C.试简速数控系统的分类及各自的显著特点9.按数控机床运动轨迹分类：点位数控系统、直线数控系统、轮廓数控系统按数控机床伺服系统分类：开环数控系统、全闭环数控系统、半闭环数控系统按数控机床功能水平分类：经济型数控系统、普及型数控系统、高档型数控系统D.简述计算机数控系统的基本工作过程10.输入、译码、诊断、刀补计算、速度处理、插补计算、位置控制E．名词解释CNC---计算机数字控制装置 PLC---可编程逻辑控制器ISO（Internation Standard Organization）---国际标准化组织WOP---面向车间的编程 DNC---分布式数字控制 FMC---柔性制造单元FMS---柔性制造系统CIMS(Computer integrated Manufacturing System)---计算机集成制造系统CAD---计算机辅助设计 CAM---计算机辅助制造 CAPP---计算机辅助工艺过程设计CAQ---计算机辅助质量管理 LAN---工业局域网络TCP/IP ---传输控制协议/网际协议 MAP---制造自动化协议MRP---物料需求计划 ERP（Enterprise Resource Planning）SOSAS(Specificatiao for an Open System Architecture Standard)OSACA（Open System Architecture For Control Within Automation）---开放式系统应包括一组逻辑上可分的部件，部件间的接口及部件与执行平台间的接口要定义完备，并可实现不同开发商开发的部件可协调工作并组成一个完整的控制器OSEC（OSE for Controller）---第二章F．什么是内码？内码是按属性加编码构成的内部代码。
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数控机床是一种通过计算机控制的自动化机械设备，它能够根据预先编写的程序来控制工作过程。
它的工作原理是将计算机生成的指令转化为机床能够理解和执行的信号，从而实现加工工件的目的。
一、数控机床的工作原理1. 数控机床的控制系统数控机床的控制系统是整个设备的核心部份，它由硬件和软件两部份组成。
硬件部份包括主控制器、输入输出设备、伺服机电等；软件部份包括编程软件和控制程序。
控制系统接收操作人员输入的指令，经过处理后将控制信号发送给机床的各个执行部件，从而实现加工工件的动作。
2. 数控机床的传动系统数控机床的传动系统主要由机电、传动装置和传感器组成。
机电负责提供动力，传动装置将机电的转速和转矩传递给工作台或者刀具，传感器用于检测工件和刀具的位置和运动状态。
3. 数控机床的执行系统数控机床的执行系统包括工作台和刀具。
工作台负责固定工件并进行相应的运动，刀具则负责切削工件。
根据加工需求，工作台和刀具的运动轨迹可以通过控制系统进行编程调整。
二、数控机床的工作过程1. 编写加工程序在进行数控加工之前，需要编写加工程序。
加工程序是一系列的指令，描述了工件的几何形状、加工路径、切削参数等信息。
编写加工程序通常使用专门的编程软件，根据加工要求进行参数设置和路径规划。
2. 载入加工程序编写好的加工程序需要通过输入输出设备载入到数控机床的控制系统中。
通常可以通过U盘、网络等方式将程序传输到机床的主控制器中。
3. 设置加工参数在开始加工之前，需要根据加工要求设置相应的加工参数，如刀具的切削速度、进给速度、切削深度等。
这些参数的设置会影响到加工的效果和质量。
4. 加工工件设置好加工参数后，数控机床会根据加工程序的指令开始加工工件。
控制系统会根据预先设定的路径和参数控制工作台和刀具的运动，实现对工件的切削、钻孔、铣削等加工操作。
5. 监测加工过程在加工过程中，数控机床会通过传感器实时监测工件和刀具的位置和状态。
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•a •A •b
•c
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•O •D •h
•C 法的进给速度控制
脉冲增量插补的输出形式是脉冲，其频率与进 给速度成正比。因此可通过控制插补运算的频率 来控制进给速度。常用的方法有：软件延时法和 中断控制法。
1. 软件延时法
数据采样法进给速度控制和加减速控制
前加减速控制 插补前的加减速控制，对合成速度—编程 指令速度F进行控制
后加减速控制 插补后的加减速控制，对各运动分别进行 控制
前加减速控制
1. 稳定速度和瞬时速度
fs——稳定速度，mm/min
T——插补周期，ms F——指令速度，mm/min K——速度系数，包括快速倍率、切削进给倍率
根据编程进给速度，可以求出要求的进给脉冲 频率，从而得到两次插补运算之间的时间间隔， 它必须大于CPU执行插补程序的时间程，与时间 程之差即为应调节的时间延，可以编写一个延时 子程序来改变进给速度。
例 设某数控装置的脉冲当量δ=0.01mm，插 补程序运行时间t程=0.1ms，若编程进给速度 F=300mm/min，求调节时间t延。
该方法速度控制比较精确，控制速度不会因 为不同计算机主频的不同而改变，所以在很多数 控系统中被广泛应用。
加减速控制
目的： 1. 保证在启动或停止时不产生冲击、失
步、超程或振荡 2. 为了保证加工质量 在启动或速度突然升高时，应保证加
在伺服电动机上的进给脉冲频率或电压逐 渐增大；当速度突降时，应保证加在伺服 电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐减小
解 由v=60 δf 得
（1/s）
则插补时间间隔
调节时间t延=t-t程=（2-0.1）ms=1.9ms
用软件编一程序实现上述延时，即可达 到进给速度控制的目的。
2.中断控制法
由进给速度计算出定时器/计数器（CTC）的 定时时间常数，以控制CPU中断。定时器每申请 一次中断，CPU执行一次中断服务程序，并在中 断服务程序中完成一次插补运算并发出进给脉冲 。如此连续进行，直至插补完毕。
分新配的。瞬时速度fi+1参加插补计算，对各坐标轴进行
当上一个插补周期稳定速度fs大于当前稳定速度fs时，则要减
速。减速时，首先计算出减速区域长度S，当稳定速度fs和设 定的加速度确定后，S可由下式求得
减速时，Si<S，则设置减速状态标志，开始减速。减速时瞬 时速度为：
若要提前一段距离开始减速，需预先设置提前量△S
，调节范围在0~200%之间 稳定状态： fi= fs 加速（减速）状态： fi< fs (或fi > fs ）
2. 线性加减速处理 设进给速度为F(mm/min)，加速到F所需时间
为t (ms)，则加（减）速度为
加速时，系统每插补一次都要进行稳定速度 、瞬时速度和加速处理。当上一个插补周期的稳定 速一度次f，s小瞬于时当速前度稳为定速度fs时，则要加速，每加速
1
1
Ⅰ
缩短
对应图号 2-59（a）
1 G41G01/G41G01 G41
0
0
Ⅱ
缩短
2-59（b）
0
Ⅲ
插入
2-59（d）
0
1
Ⅳ
伸长
2-59（c）
1
1
Ⅰ
伸长
2-60（a）
1 G42G01/G42G01 G42
0
0
Ⅱ
插入
2-60（b）
0
Ⅲ
缩短
2-60（c）
0
1
Ⅳ
缩短
2-60（d）
C功能刀具半径补偿实例
名称
原 理 插补公 式
数字脉冲乘法 比例乘
器
法
逐点 比较法
区域判 别
Sx=mx Sy=my
第1象限直线插补： Fij≥0时，走+x, Fi+1,j= Fij-ye Fij<0时，走+y, Fi,j+1= Fij+xe （其中xe, ye为终点坐标） 第1象限逆圆弧插补： Fij≥0时，走-x, Fi+1,j= Fij-2xi+1 Fij<0时，走+y, Fi,j+1= Fij+2yi+1
读入OA，判断出是刀补 建立，继续读下一段。
读入AB，因为90o<α＜ 180o，且又是右刀补（ G42），由表可知，此时 段间转接的过渡形式是插 入型。则计算出a、b、c 的坐标值，并输出直线段 oa、ab、bc，供插补程序 运行。
•E •O
•D •C
•a •A
•B
•b •c
读入BC，因为90o<α＜180o ，同理，由表可知，段间转 接的过渡形式是插入型。则 计算出d、e点的坐标值，并 输出直线cd、de。
0<Vc-Vi-1<KL 改变输出速度，使其与输入相等： Vi=Vc
c. 匀速过程
Vi=Vi-1
d. 减速过渡过程
输入速度Vc小于输出速度Vi-1，但差值小于KL时，
0<Vi-1-Vc<KL
则
Vi=Vc
e. 减速过程
若输，入速度Vc与输Vi出=V速i-1度-KVLi-1差值大于 KL时，即Vc-Vi-1>KL，则
读入CD，因为270o<α<360o ，由表可知，段间转接的过 渡形式是缩短型。则计算出f 点的坐标值输出直线段ef。
•a •A •b
•c
•E •O
•D •C •f
•B •e
•d
读入DE（假定由撤消刀补 的G40命令），因为α ＜90o ，由于是刀补撤消段，由表 可知，段间转接的过渡形式 是伸长型。则计算出g、h点 的坐标值，然后输出直线段 fg、gh、hE。
后加减速控制
1. 指数加减速控制 目的——启动或停止时速度突变为随时间按指数
规律上升或下降。
加速时
匀速时
减速时
2. 直线加减速控制算法
a. 加速过程
若输入速度Vc与输出速度Vi-1差值 大于 KL时，即Vc-Vi-1>KL，则，
Vi=Vi-1+KL
b. 加速过渡过程
输入速度Vc大于输出速度Vi-1，但差值小于KL时，
机床数控原理与系统
2020年5月31日星期日
根据前后两段编程轨迹，转接类型有：直 线与直线转接，直线与圆弧转接，圆弧与 圆弧转接等。
根据两段程序轨迹的矢量夹角和刀具补偿 方向，过渡方式有：缩短型、伸长型、插 入型
编程轨迹的连接
刀具补 偿方向
sina>=0 cosa>=0 象限 转接类型
数字积分法（ 数字累
DDA）
加
直线：x=∫xedt y=∫yedt （xe, ye为终点坐标） 圆弧： x=-∫ydt
y=∫xdt 椭圆： x=-∫a2ydt（a,b分别为长短轴） y=∫b2xdt 双曲线：x=∫a2ydt y=∫b2xdt 抛物线：x=∫a2dt