数控技术4
数控技术课后答案董玉红主编第4章习题解答
第4 章习题解答4.1 数控机床对机械结构的基本要求是什么？提高数控机床性能的措施主要有哪些？数控机床对机械结构的基本要求是：具有较高的静、动刚度和良好的抗振性；具有良好的热稳定性；具有较高的运动精度与良好的低速稳定性；具有良好的操作、安全防护性能成。
提高数控机床性能的措施主要有：合理选择数控机床的总体布局；提高结构件的刚度；提高机床抗振性；改善机床的热变形；保证运动的精度和稳定性。
4.2 数控机床采用斜床身布局有什么优点？斜床身布局的数控车床（导轨倾斜角度通常选择45°、60°和75°），不仅可以在同等条件下，改善受力情况；而且还可通过整体封闭式截面设计，提高床身的刚度。
特别是自动换刀装置的布置较方便。
4.3 卧式数控镗铣床或加工中心采用T 型床身和框架结构双立柱各有什么优点？T 型床身布局可以使工作台沿床身作X 向移动时，在全行程范围内，工作台和工件完全支承在床身上，因此，机床刚性好，工作台承载能力强，加工精度容易得到保证。
而且，这种结构可以很方便地增加X 轴行程，便于机床品种的系列化、零部件的通用化和标准化。
框架结构双立柱采用了对称结构，主轴箱在两立柱中间上、下运动，与传统的主轴箱侧挂式结构相比，大大提高了结构刚度。
另外，主轴箱是从左、右两导轨的内侧进行定位，热变形产生的主轴中心变位被限制在垂直方向上，因此，可以通过对Y 轴的补偿，减小热变形的影响。
4.4 什么叫“箱中箱”（box in box）结构？高速加工机床为什么要采用“箱中箱”结构？卧式布局高速数控机床采用了“内外双框架”即称为“箱中箱”（box in box）结构。
这两种布局型式在总体上的共同特点是：运动部件质量轻，结构刚性好。
机床进给系统的结构全部（或部分）移出工作台外，以最大限度减轻移动部件的质量和惯量，是高速加工机床结构布局设计的总原则。
4.5 什么叫虚拟轴机床？其结构特点是什么？与传统机床相比它具有哪些主要优点？虚拟轴机床的基座与主轴平台间是由六根杆并联地连接的，称之为并联结构。
数控4轴简单编程方法
数控4轴简单编程方法什么是数控四轴数控四轴是一种具有四个轴向运动控制功能的数控机床，通常用于加工复杂形状的工件或进行多面加工。
它具有高精度、高效率、高刚性、高可靠性等优点，已广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工等领域。
数控四轴编程基础1. 基本概念数控四轴编程是通过预先编写好的程序指令，将加工工艺参数转化为各轴运动的指令，从而实现工件的自动加工。
在四轴编程中，必须清楚以下几个概念：- 坐标系：数控系统中采用的坐标系一般为数学直角坐标系，由X、Y、Z、A四轴构成。
- 原点：数控四轴坐标系中的一个定义点，通常为工件与机床的交点。
- 绝对坐标和相对坐标：绝对坐标是以原点为参考点的坐标，相对坐标是以上一刀具结束位置点为起点的坐标。
2. 数控四轴编程指令数控四轴编程将加工工艺参数转化为各轴运动指令的方式有多种，其中最常用的是G指令和M指令。
- G指令：用于定义运动方式和轴的速度，例如G00表示快速移动，G01表示线性插补运动，G02表示顺时针圆弧插补运动，G03表示逆时针圆弧插补运动。
- M指令：用于定义机床的辅助功能，例如M03表示主轴正转，M04表示主轴反转，M05表示主轴停止。
3. 编程案例以下是一个简单的数控四轴编程案例：markdown程序号：O0001N10 G90 G54 G17 G40 G49 G80N20 S500 M03N30 G43 Z100. H01 M08N40 G01 X50. Y50. Z5. F200.N50 G02 X100. Y100. R50.N60 G03 X150. Y150. R50.N70 G01 Z-10. F100.N80 G00 X0. Y0. Z100.N90 M05N100 M304. 编程步骤进行数控四轴编程时，一般按照以下步骤进行：1. 分析工件图纸，确定加工过程和每个工序的加工要求。
2. 根据工序要求选择合适的刀具，确定坐标系原点和刀具尺寸。
数控技术专业《4.1.4透盖零件图绘制》
透盖零件图绘制
二、绘图步骤
1根据透盖的形状、结构、尺寸、视图的数量选定适宜的比例、 定出图幅，确定图形的中心位置及绘制图框和标题栏。
1
透盖零件图绘制
二、绘图步骤
2用细实线画出透盖的主视图和左视图〔使用H型铅笔〕，包括外 形轮廓、孔、槽等结构轮廓。
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透盖零件图绘制
二、绘图步骤
3检查无误后，描深中心线〔可以使用H型铅笔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，描深、描粗轮 廓线〔可以使用B型铅笔〕，并绘制剖面线。
透盖零件图绘制
一、绘制思路及方法
绘制一张完整的零件图首先应根据零件的形状和结构特点，
选 ，择再主根视据图主的视1放图置选位定置其、他投视影图方的向数，量考、虑表主达视方图案的，表最达后方根案据
视图的数量，尺寸标注、技术要求的标注及填写来确定合理 比例及图幅的大小。
透盖零件图绘制
一、绘制思路及方法
透盖零件属于盘盖类零件，由于该零件的加工以车削加工为
主 ，，将因反而映其轴主向1视的图方按向加作工为位主置视原图那的么投采影用方轴向线，水在平表位达置方放案置上
采用全剖视图〔这里采用两个相交的剖切平面来进行剖切〕 ，为表达透盖的径向形状和断面孔、槽的相对位置及分布情 况，决定增加左视图，左视图不采用剖视，根据尺寸的大小 及视图数量，决定采用1:1的绘图比例及A4的图幅。
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透盖零件图绘制
二、绘图步骤 4标注尺寸及公差，标注剖视符号。
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透盖零件图绘制
二、绘图步骤 5注明技术要求及填写标题栏，检查完成全图。
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数控加工技术(第4版)第一章
1. 1 数控加工的基本概念
• 1949 年, 帕森斯公司在麻省理工学院 ( MIT) 伺服机构试验室的协助 下开始从事数控机床的研制工作, 经过三年时间的研究, 于 1952 年试 制成功世界第一台数控机床试验性样机。 这是一台采用脉冲乘法器 原理的直线插补三坐标连续控制铣床, 即数控机床的第一代。 1955 年, 美在美国进入迅速发展阶段, 市场上出现了商品化数控机床。 1958 年, 美国克耐·杜列克公司 ( Keaney Trecker) 在世界上首先研 制成功带自动换刀装置的数控机床, 称为 “ 加工中心” ( Machining Center, MC)。
• 数控技术 ( Numerical Control Technology) 是指采用数字控制的方 法对某一个工作过程实现自动控制的技术。 在机械加工过程中使用 数控机床时, 可将其运行过程数字化, 这些数字信息包含了机床刀具的 运动轨迹、 运行速度及其他工艺参数等, 而这些数据可以根据要求很 方便地实现编辑修改, 满足了柔性化的要求。 它所控制的通常是位移、 角度、 速度等机械量或与机械能量流向有关的开关量。 数控的产生 依赖于数据载体及二进制形式数据运算的出现, 数控技术的发展与计 算机技术的发展是紧密相连的。
• 数控系统 ( Numerical Control System) 是实现数控技术相关功能 的软、 硬件模块的有机集成系统。 相对于模拟控制而言, 数字控制 系统中的控制信息是数字量, 模拟控制系统中的控制信息是模拟量, 数 字控制系统是数控技术的载体。
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1. 1 数控加工的基本概念
• 数控技术的发展过程见表 1 - 1。
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1. 1 数控加工的基本概念
数控技术第4章(步进电机)
一个进给脉冲，使步进电机旋转一个步距角α， 丝杆的转角θ是多少？工作台走多少位移δ？（脉 冲当量）
n丝杆 丝杆 传动比 : i i 0.5 0.9 0.45 n电机 电机
三相三拍通电方式，步距角为
360 /(mzk) 360 /(3 401) 3
三相六拍通电方式，步距角为
360 /(mzk) 360 /(3 40 2) 1.5
4.3 进给电机及驱动
例：步进电机转子有40个齿，采用五相十拍通电方式，步进电机直 接经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，滚珠丝杠导程为6mm 求：（1）步进电机的步距角；（2）工作台的脉冲当量。
360o 360 步距角: 0.9 mzk 5 40 2
一个进给脉冲，使步进电机旋转一个步距角α， 工作台走多少位移δ？（脉冲当量）
360 p 6 0.9 0.015mm P 360 360
2
例：步进电机转子有40个齿，采用五相十拍通电方式，步进电机通 过减速器减速后带动丝杠螺母，从而驱动工作台做直线运动，减速 器传动比i=0.5，滚珠丝杠导程为6mm求：（1）步进电机的步距角； （2）工作台的脉冲当量。
步进电机转子有40个齿采用五相十拍通电方式步进电机通过减速器减速后带动丝杠螺母从而驱动工作台做直线运动减速器传动比i0
4.3 进给电机及驱动
步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定 的角度，即步距角；
改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；
步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快， 即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；
数控技术第4章计算机数控系统(1)
位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。
准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率
主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程
基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。
河北工业大学 数控技术 第四讲 数控车床编程PPT共45页
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道 数控车床编程
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
数控技术—第4次作业
一、单选题1.数控机床的C轴控制属于( B )。
A. 进给轴功能B. 旋转轴功能C. 主轴功能D. 辅助功能2.数控机床的恒线速度控制是控制( B )为恒速。
A. 主轴转速B. 进给速度C. 切削速度D. 同步进给速度3. 以下( D)不属于多机系统。
A. 主从结构B. 多主结构C. 分布式系统D. 单CPU系统4. 中断型结构模型的任务调度机制为( B)。
A. 优先抢占调度和循环调度B. 优先抢占调度C. 循环调度D. 优先调度5. 前后台型结构模型的任务调度机制为( A )。
A. 优先抢占调度和循环调度B. 优先抢占调度C. 循环调度D. 抢占调度6. 数控机床的同步进给控制是实现( A )。
A. 主轴转速与进给速度B.切削速度与进给速度C. 切削速度与主轴转速D. 以上都不是C装置的软件包括( B )。
A. 译码、通信、诊断和显示功能B. 管理软件和控制软件C. 插补和刀具半径补偿功能D. I/O处理、译码、位置控制功能8. 数控机床规格指标中的联动控制轴数是指数控机床能同时控制的( B )轴数。
A. 主轴B. 进给轴C. 刀库轴D. 以上都是9. 对于加工中心，一般不需要( D )。
A. 主轴连续调速功能B. 主轴定向准停功能C. 主轴恒速切削控制D. 主轴电动机四象限驱动功能10.以下说法错误的是( D )。
A. 主从结构中，从CPU无权控制和使用系统资源B. 主从结构中，多个任务可以并行执行C. 单机系统中，多任务只能采用分时共享的方式D. 单机系统不能进行并行处理二、简答题1．在数控装置的软件设计中，如何解决多任务并行处理问题？答：资源分时共享并行处理;并发处理;流水处理。
2．数控系统要进行哪些方面的数据处理？最终输出哪些控制信号？答：数控系统要处理的数据主要是G&M代码，也就是平常说的G代码，数控系统中要对其进行译码、插补，按照一定的插补周期把电机的控制信号输出给伺服驱动器。
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§2.6 编程中的数学处理
(3) 等误差法:每个程序段误差相同 计算节点步骤: ①计算T，P两点坐标 ②计算直线斜率： ③计算节点坐标
①计算T，P两点坐标
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
②计算直线斜率：
§2.6
编程中的数学处理
③计算节点坐标：解方程组，为A点坐标
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
特点：计算方法简单 适合曲率半径变化不大的曲线
§2.6 编程中的数学处理
(2) 等步长法:每次逼近的直线段长度相等 (弦长相等)Leabharlann §2.6 编程中的数学处理
计算节点步骤: ①计算最小曲率半径 ②计算最小曲率半径处满足精度要求的 最大步长 ③计算节点坐标
§2.6 编程中的数学处理
①求得最小曲率半径：2mm ②计算最小曲率半径处满足精度要求的最大 步长0.4mm ③计算节点坐标: ( x 2) 2 ( y 1) 2 0.4 2
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
(1) 等间距法: 等插补法是在弦线逼近时，每个插补段长度相 等而误差不等（图1中BC、CD、DE段插补）。 计算处理时必须使△逼小于零件加工精度的五 分之一到十分之一.以满足零件加工的精度要求。 一般来说最大误差往往在曲线的最小曲率半径 处，所以比较容易对插补最大误差进行估算， 只要求出曲线上最小曲率半径处的插补段与该 处曲线的法向距离就可以了。
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
①计算最小曲率半径: 曲率半径 求：
求得最小曲率半径：
§2.6 编程中的数学处理
②计算最小曲率半径处满足精度要求的步长
△逼= △b
§2.6 编程中的数学处理
③计算节点坐标:解方程组求得（x，y）
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
确定△逼:一般按零件加工精度的五分之 一到十分之一. 既: △逼≦零件加工精度 X (0.1-0.2) 确定节点数的原则:在满足精度的前提下 节点数尽量少.
§2.6 编程中的数学处理
3. 直线逼近方法 直线逼近法就是弦线法。关键在于 插补段 长度及插补误差控制。由于各 种曲线上各点的曲率不同，如果要使 各插补段长度均相等，则各段插补的 误差大小不同。反之，如果要使个段 插补误差相同，则各插补段长度不等。 下面简单介绍常用的两种处理方法。
数控技术
尹明
§2.6 编程中的数学处理
1. 基点与节点的概念 。 基点: 零件的轮廓是由许多不同的几何要 素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等， 各几何要素之间的连接点称为基点。基点 坐标是编程中必需的重要数据。
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
例：图所示零件中，A、B、C、D、E为基点。A、B、 D、E的坐标值从图中很容易找出,C点是直线与圆弧切 点，要联立方程求解。以B点为计算坐标系原点，联立 下列方程： 直线方程： Y=tg(α+β)X 圆弧方程：（X-80）2 +（Y-14）2 =30 可求得C（64.2786，39.5507），换算到以A点为原点 的编程坐标系中，C点坐标为（64.2786，51.5507）。 可以看出，对于如此简单的零件，基点的计算都很麻 烦。对于复杂的零件，其计算工作量可想而知。
§2.6 编程中的数学处理
特点：等步长法和等误差法均实用于曲 率半径变化不大的曲线。
§2.6 编程中的数学处理
4. 圆弧逼近方法介绍
§2.6 编程中的数学处理
例：曲线
§2.6 编程中的数学处理
等步长法:零件加工精度 0.1mm △逼=0.01mm 起点（-2，1） ①计算最小曲率半径: 曲率半径
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
节点：
对于数控加工某些曲线时，曲线是用 无数小直线或圆弧去逼近被加工曲线。 逼近线段与被加工曲线的交点称为节 点。如图所示。
§2.6 编程中的数学处理
§2.6 编程中的数学处理
2、程序编制中的误差 程序编制中的误差△程是由逼近误差△逼、插补误差△插、 圆整误差△圆三部分综合形成。 即：△程=f(△逼+△插+ △圆) 其中： 逼近误差是在用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线的过程中产生， 如上图所示。圆整误差是在数据处理时，将坐标值四舍五入圆整 成整数脉冲当量值而产生的误差。脉冲当量是指每个单位脉冲对 应坐标轴的位移量。普通精度级的数控机床，一般脉冲当量值为 0.01mm；较精密数控机床的脉冲当量值为0.005mm或 0.001mm；插补误差是插补段逼近零件轮廓曲线时产生的误差。 要想缩小编程误差，就要增加插补段，这将增加数据计算工作量。 所以，合理选择编程误差是程序编制的重要问题之一。