数控系统的工作原理(一)
数控系统工作原理
数控系统工作原理
数控系统是一种通过计算机程序来控制机床运动的自动化设备。
它能够精确地控制机床的运动，实现复杂的加工操作。
数控系统的工作原理是将加工工艺的要求通过计算机编程转换成数学模型和控制命令，然后将这些命令传输给数控系统的主机。
主机根据接收到的控制命令，将其转化为相应的电信号，通过伺服驱动系统将电信号转换为适合机床执行的运动信号。
数控系统主机通过数学运算和逻辑控制，根据加工工艺要求来判断机床的运动轨迹，然后控制伺服驱动系统将机床的坐标轴移动到相应的位置。
在机床运动的过程中，数控系统主机会不断接收反馈信号，通过与目标位置进行比较，实时调整控制命令，使机床保持在预定的运动轨迹上。
在数控系统中，还需要进行坐标转换、速度控制、插补计算等操作，以使机床能够按照工艺要求进行精确的加工。
数控系统还可以实现自动工件换刀、自动测量、自动修正等功能，提高了加工的自动化程度和加工精度。
总之，数控系统通过计算机编程和控制命令，实现对机床运动的精确控制，使得机床能够按照预定的轨迹进行加工操作，提高了加工效率和精度。
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种先进的自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。
它通过计算机程序控制机床的运动和操作，实现高精度、高效率的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理，包括数控系统、数控编程和机床控制等方面的内容。
一、数控系统数控系统是CNC工作的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、控制柜、操作面板、伺服电机等设备，软件则是运行在主机上的程序。
数控系统的主要功能是接收和解释用户输入的加工程序，并将指令转化为机床运动的控制信号。
数控系统的工作原理是将加工程序中的指令逐行读取，并按照预定的顺序执行。
每条指令包含了机床运动、刀具切削和加工参数等信息。
数控系统根据这些信息，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
二、数控编程数控编程是将零件的几何形状和加工要求转化为机床可识别的指令的过程。
数控编程语言有多种，常用的包括G代码和M代码。
G代码用于定义机床的运动轨迹，如直线、圆弧等；M代码用于定义机床的辅助功能，如切削液开关、主轴启停等。
数控编程的基本步骤包括：确定加工顺序、选择合适的刀具、绘制零件的几何图形、确定刀具路径、计算切削参数、生成加工程序等。
编写好的加工程序可以通过U盘、网络或直接输入到数控系统中。
三、机床控制机床控制是指数控系统对机床运动的控制。
数控系统根据加工程序中的指令，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
机床控制的主要参数包括进给速度、进给方式、切削速度、切削深度等。
机床控制的实现方式有多种，常见的包括点位控制和连续控制。
点位控制是指机床在每个加工点上停留一段时间，然后再移动到下一个加工点；连续控制则是机床在加工过程中连续运动，不停留在每个加工点上。
四、CNC工作流程CNC工作的基本流程包括：设计零件几何形状和加工要求、编写加工程序、设置机床和工件、调试和运行加工程序、检查加工结果。
数控车床工作原理
数控车床工作原理
数控车床工作原理是通过将加工工件和刀具固定在主轴上，由计算机控制系统发出指令，控制主轴的移动和工具的运动，从而实现对工件的精确加工。
其基本工作原理如下：
1. 轴向控制：数控车床的主轴可以沿着工件的轴向进行移动。
计算机控制系统通过发送指令，控制主轴的移动距离和方向。
2. 径向控制：数控车床的刀具可以在主轴的径向方向上进行移动。
计算机控制系统通过发送指令，控制刀具的径向位置和移动速度。
3. 同步控制：数控车床的主轴和刀具的运动需要进行同步控制，以确保对工件的精确加工。
计算机控制系统会根据加工要求，精确计算主轴和刀具的运动速度和位置，以实现加工精度的要求。
4. 加工参数控制：数控车床的加工参数，包括进给速度、主轴转速、刀具切入切出位置等，都是通过计算机控制系统进行设定和调整的。
根据工件的材料、形状和加工要求，可以调整这些参数，以实现不同类型的加工。
5. 编程控制：数控车床需要根据加工要求进行编程，编程可以通过手动输入指令、编写加工脚本或使用CAD（计算机辅助
设计）软件等方式完成。
编程是数控车床操作的核心部分，它决定了加工过程中的各种参数和运动。
总之，数控车床工作原理是通过计算机控制系统对主轴和刀具的运动进行精确定位和控制，以达到对工件的精确加工要求。
这种工作方式使得加工过程更加高效、准确，并能够满足不同类型工件的加工需求。
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、数控机床的工作原理数控机床是一种利用数字控制系统来控制机床运动和加工过程的机床。
其工作原理主要包括以下几个方面：1. 数字控制系统：数控机床的核心是数字控制系统，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器、存储器、输入输出接口等，软件则包括数控程序和操作界面。
数字控制系统能够接收用户输入的加工程序，并根据程序指令控制机床的运动和加工过程。
2. 伺服系统：伺服系统是数控机床中的重要组成部分，它通过控制电机的转速和位置来实现机床的运动。
伺服系统由伺服电机、编码器、放大器等组成，通过接收数字控制系统发送的指令，控制电机的转速和位置，从而实现机床的定位和运动控制。
3. 传感器：传感器用于检测机床的运动状态和加工过程中的工件位置。
常用的传感器包括光电开关、接近开关、编码器等。
传感器将检测到的信号传输给数字控制系统，系统根据信号进行判断和控制，保证机床的准确运动和加工。
4. 机床结构：数控机床的工作原理还与机床的结构密切相关。
常见的数控机床包括铣床、车床、钻床等，它们的结构和工作原理各不相同。
但无论是哪种类型的数控机床，都需要通过数字控制系统控制伺服系统，实现机床的运动和加工。
二、数控机床的工作过程数控机床的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 加工程序编写：操作人员根据工件的要求和加工工艺，编写加工程序。
加工程序是一段由数字控制系统识别的代码，它包含了机床的运动路径、切削参数等信息。
2. 加工程序输入：将编写好的加工程序输入到数字控制系统中。
可以通过键盘、U盘等方式将程序传输到数字控制系统中。
3. 机床准备：操作人员根据加工程序的要求，对机床进行准备工作。
包括安装夹具、刀具、工件等，调整机床的工作台和刀具的位置。
4. 数控机床设置：操作人员根据加工程序的要求，对数字控制系统进行设置。
包括设定加工速度、进给速度、切削深度等参数。
5. 启动机床：操作人员启动数字控制系统，机床开始按照加工程序进行工作。
数控机床的工作原理及应用
数控机床的工作原理及应用
一、数控机床的工作原理
1. 数控机床通过计算机控制,按照加工程序对工件进行自动化加工。
2. 在计算机存储器内预先编制加工程序,并将程序以数字信号的形式输入数控设备。
3. 数控设备将数字信号解码,变换为机床可以执行的位置、速度等控制信号。
4. 这些信号通过执行机构驱动机床的主轴、Fixture等进行自动加工。
5. 在加工程序控制下,机床精确执行各种turning、drilling、milling等动作。
6. 通过程序可以重复加工复杂工件,不需要人工直接操作。
二、数控系统的组成
1. 程序存储器:存储加工程序,如打孔程序、铣槽程序。
2. 程序译码器:将程序转换为机床可执行的控制信号。
3. 驱动器:控制主轴转速、进给速率等。
4. 执行机构:带动主轴、Fixture等机械运动。
5. 反馈系统:监测执行效果,除错。
三、数控机床的应用
1. 高效自动化加工,提高加工精度。
2. 可连续不断地24小时运行,提高产量。
3. 加工复杂工件,实现多轴联动加工。
4. 编写灵活的加工程序,满足多品种和变批量需求。
5. 降低加工成本,广泛应用于航空、航天、汽车等制造业。
6. 一台数控机床可替代多台普通机床,降低设备投资。
综上所述,数控机床通过执行存储的数字化程序实现自动化加工,可连续高效加工复杂工件,大幅提高加工效率和质量,是现代制造业不可缺少的先进设备。
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。
数控机床主轴系统工作原理
数控机床主轴系统工作原理
数控机床主轴系统是数控机床中的核心部件之一，它起到传动功率、转速调节
和位置控制的重要作用。
主轴系统由主轴、主轴驱动装置、主轴轴承和主轴控制系统等组成。
下面将介绍数控机床主轴系统的工作原理。
主轴是数控机床主轴系统的核心部件，它负责传递功率和转速调节。
主轴通常
由电机驱动，通过传动装置将驱动力传递给工件。
主轴采用精密的轴承支撑，并能够承受较大的径向和轴向载荷。
主轴的转速可以根据加工要求进行调节。
主轴驱动装置负责将电机的输出转矩传递给主轴。
通常使用的主轴驱动装置包
括皮带驱动和齿轮传动。
皮带驱动采用皮带传递转矩，具有结构简单、噪音低的优点，适用于低速加工。
而齿轮传动则采用齿轮组将转矩传递给主轴，具有承载能力强、传递效率高的特点，适用于高速加工。
主轴轴承起到支承主轴的作用，保证主轴的稳定运转。
主轴轴承通常使用滚动
轴承，如角接触球轴承和圆柱滚子轴承。
这些轴承具有高速运转和较高刚度的特点，能够满足高速加工的需求。
主轴控制系统是数控机床主轴系统的关键部分，它能够对主轴的转速进行控制。
主轴控制系统通常通过变频器或伺服控制系统来实现转速调节。
变频器能够通过控制电机的供电频率来调节主轴的转速，精度较低。
而伺服控制系统则通过控制电机的转矩来调节主轴的转速，具有较高的控制精度。
总之，数控机床主轴系统是数控机床的重要组成部分，它能够实现工件的传动、转速调节和位置控制。
主轴系统的工作原理包括主轴、主轴驱动装置、主轴轴承和主轴控制系统的协同工作，确保数控机床的高效加工。
简述数控机床工作原理
简述数控机床工作原理
数控机床是一种利用数字信号控制工作过程的机床，它通过计算机程序来控制机床运动和加工过程。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 数字信号生成：通过输入控制指令，计算机生成相应的数字信号，用来控制机床的各个运动轴。
2. 运动控制：计算机将生成的数字信号发送给伺服系统，经过滤波和放大等处理后，控制伺服电机的转动。
伺服电机带动机床各个运动轴的运动，例如工作台的上下移动、主轴的旋转等。
3. 位置检测：在机床的各个运动轴上安装有位置传感器，用于实时检测运动轴的位置，并反馈给计算机。
计算机通过比较实际位置与期望位置之间的差别，可以调整控制信号，达到精确的位置控制。
4. 加工过程控制：计算机根据预先编写好的工艺程序，控制机床进行具体的加工操作。
例如，在铣床上，计算机发送合适的指令来控制铣刀的进给速度、切削深度、切削方向等参数，实现加工操作。
5. 刀具管理：数控机床通常配备自动换刀系统，计算机可以通过控制自动刀库，实现刀具的自动更换和选择。
这使得数控机床可以在不同的加工需求下，灵活选择合适的刀具。
总的来说，数控机床工作原理就是通过计算机的控制，利用数
字信号控制伺服系统，使得机床的各个运动轴按照预定的规律移动，从而实现精确的加工操作。
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三、实训内容
1．用逐点比较法插补圆弧AB，画出动点轨 迹图。 2．实训自测题课堂练习，各大题中的后五 小题。
四、课堂小结
通过本次课的教学，必须学会用逐 点比较法来插补任一象限的圆弧，能独 立推导不同象限的插补函数。
教 师 课 时 授 课 计 划
教师姓名
ห้องสมุดไป่ตู้授课日期
课程名称 数控原理与编程实训授课时数0.5天 累计 2.5天
四、课堂小结(建议用时：10分钟)
重 难 教 作
点 刀具半径补偿 点 刀具长度补偿 具
计算机
业 实训报告
数控加工技术
参 考 书 数控加工实训
课后小记
(一)刀具半径补偿
1．刀具半径补偿的概念 1)用铣刀铣削工件的轮廓时，刀具中心的运动 轨迹并不是加工工件的实际轮廓。如图2.5所示； 由于数控系统控制的是刀心轨迹，编程时要根 据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。 2)注意到零件轮廓可能需要粗铣、半精铣和精 铣三个工步，由于每个工步加工余量不同，因 此它们都有相应的刀心轨迹。 3)另外刀具磨损后，也需要重新计算刀心轨迹，这样势必增加编程的复杂性。 编程工作简化成只按零件尺寸编程，将加工余量和刀具半径值输入系统内存 并在程序中调用 。这样既简化了编程计算，又增加了程序的可读性。 4)以按照零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置为依据，自动生成刀具中心 轨迹的功能即称为刀具半径补偿功能。
①直线的刀具补偿计算
如图2.7，正在加工的直线终点坐标为A（X， Y）。假设上段程序加工完成后，刀具中心位于O′， 现需要计算刀具半径（R）补偿后直线O′A′的终点 ′的 A′（X′，Y′）。设终点刀具半径偏置矢量 AA X ' X X 坐标投影为（Δ X，Δ Y），则有 Y ' Y Y
1．计算机数控系统的组成 计算机数控系统（Computer Numerical Control）由零件 加程序，输入输出设备，计算机数字控制装置，可编程序控 制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
2．计算机数控系统的工作过程
（1）CNC装置的组成 CNC装置由硬件和软件组成。软件包括管理软件和控制 软件两大类。管理软件由输入输出程序、I/O处理程序、显示 程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计 算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组 成，如图2.2所示。
因为
Y X R sin R X 2 Y 2 X Y R cos R X 2 Y 2
故A′点的坐标为
Y X ' X R X 2 Y 2 X Y ' Y R X 2 Y 2
第二、三、四象限的刀具半径补偿计算可以类似推导， 所差仅为Δ X与Δ Y的符号。
刀具半径补偿的执行过程
①刀补建立 即刀具以起刀点接近工件，由刀补方向G41/G42决定刀具中心轨 迹在原来的编程轨迹基础上是伸长还是缩短一个刀具半径值。 见图2.6所示。 ②刀补进行 一旦刀补建立则一直维持，直至被取消。在刀补进行期间，刀 具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。在转接 处，采用伸长、缩短和插入三种直线过渡方式。 ③刀补撤消（G40） 即刀具撤离工件，回到起刀点。和建立刀具补偿一样，刀具中 心轨迹也要比编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离。 刀具半径补偿仅指在指定的二维坐标平面内进行，平面的指定 由G17（XY平面），G18（YZ平面），G19（XZ平面）表示。
教 学 过 程 一、旧课复习(建议用时：10分钟)
二、新课的教学内容 ( 建议用时： 100 分 钟) 1．刀具半径补偿 2．刀具长度补偿
班
课
次
题
课题二 数控系统的工作原理（三）
1 、理解刀具半径补偿和刀具长度补偿的概 教学目的 念 2、掌握刀具半径补偿和刀具长度补偿原理
三、实训内容(建议用时：60分钟)
1 、了解 CNC 装置的组成 , 熟悉 CNC 装置的 工作流程 教学目的 2、掌握插补的概念, 熟悉逐点比较法中的 直线插补原理
重 点 难 点 教 具 作 业 参考书
刀具补偿原理及直线插补原理 直线插补原理 计算机
实训报告 数控加工实训 数控加工技术
课后小记
二、教学内容
(一)计算机数控系统的工作流程
2．刀具半径补偿的计算
1)编程人员在程序中指明何处进行刀具半径补 偿，指明是进行左刀补还是右刀补，并指定刀 具半径，刀具半径补偿的具体工作由数控系统 中的刀具半径补偿功能来完成。 2)根据ISO规定，当刀具中心轨迹在程序规定 的前进方向的右边时称为右刀补，用G42表示； 反之称为左刀补，用G41表示。
插补周期T
相邻两次插补之间的时间间隔称为插补周期T； 向硬件插补器送入插补位移的时间间隔称为采样周期。 微小的进给直线段（进给步长）ΔL： ΔL与编程速度代码F和插补周期T密切相关， 即ΔL = FT 插补周期T的选择十分重要。正确选择插补周期，要考虑许 多因素，主要有下面三个影响因素。 ①插补运算时间 ②位置反馈采样周期 ③插补精度和速度
图2.6 刀补建立
3．B功能刀具半径补偿
1) B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿， 它仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补 偿，计算刀具中心的运动轨迹。 2) 对于直线而言，只要计算出刀具中心轨迹的 起点和终点坐标，刀具中心轨迹即可确定；
3) 对于圆弧而言，圆弧的刀具半径补偿，需要 计算出刀具中心轨迹圆弧的起点、终点和圆心 坐标。
（3）CNC装置可执行的功能
1）CNC装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实 现部分或全部数控功能。 2）CNC装置的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能 是CNC系统必备的数控功能，选择功能是供用户根据机床特 点和工作途径进行选择的功能。
①控制功能 ②准备功能 ③插补功能 ④进给功能 ⑤刀具功能 ⑥主轴功能 ⑦辅助功能 ⑧字符显示功能 ⑨自诊断功能 ⑩补偿功能及固定循环功能
•
图2.7 直线刀具半径补偿
图2.8 圆弧刀具半径补偿
(二)刀具长度补偿的概念
1) 刀具长度补偿是非常重要的概念。
2) 刀具长度补偿故名思义，它是用来补偿刀具长度差额的一种功能。
3) 当刀具磨损或更换后，加工程序不变，实际刀具长度与编程长度 不一致时，只须更改程序中刀具补偿的数值，通过刀具长度补偿这 一功能实现对刀具长度差额的补偿。 4) 在实际加工过程中，每一把刀的长度都不同，由于刀具长度补偿 的存在，零点Z坐标会自动向Z＋(或Z-)方向补偿刀具的长度，从而 保证加工零点的正确性。
②数字增量插补
第一步是粗插补，即在给定起点和终点的曲线之间插入若干 点，用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段 的长度ΔL相等，且与给定的进给速度有关。每一微小直线段 的长度ΔL与进给速度F和插补周期T有关，即ΔL=FT。粗插补 的特点是把给定的一条曲线用一组直线段来逼近。 第二步为精插补，它是在粗插补时算出的每一微小直线段上 再做“数据点的密化”工作，这一步相当于对直线的脉冲增 量插补，这种插补算法可以实现高速、高精度控制，因此适 于以直流伺服电机或交流电机为驱动装置的半闭环或闭环数 控系统。
逐点比较法的
四个工作节拍
第一个节拍——偏差判别 第二个节拍——坐标进给
第三个节拍——偏差计算
第四个节拍——终点判别
3．数字增量插补
在以直流伺服电机或交流伺服电机为驱动 元件的闭环CNC系统中，一般都会采用不同类 型的数据采样插补算法，数据采样插补一般分 粗、精两步完成插补运算。 第一步是粗插补，由软件实现， 第二步是精插补，由硬件实现。 用软件粗插补计算出一定时间内加工动点 应该移动的距离，送到硬件插补器内，再经硬 件精插补，控制电机驱动运动部件，达到预定 的要求。
教 师 课 时 授 课 计 划
教师姓名
授课日期 班 次 课 题
课题二 数控系统的工作原理（一）
课程名称 数控原理与编程实训授课时数0.5天 累计 1.5天
教学过程
一、旧课复习(建议用时:10分钟) 二、新课的教学内容 ( 建议用时 :60 分 钟) 1．计算机数控系统的工作流程 2．直线插补原理 三、实训内容(建议用时:100分钟) 四、课堂小结(建议用时:10分钟)
2．逐点比较法
逐点比较法：就是通过逐点比较刀具与所加工曲线的相对位置， 从而确定刀具的进给方向，以加工出所需的零件轮廓。 基本原理是：计算机在控制加工轨迹的过程中， 每走一步都要和规定的轨迹相比较，由比较结果 决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以做直 线插补又可以做圆弧插补。 特点是：运算直观，插补误差小于一个脉冲当 量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化 小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较 为普遍，这种方法每控制机床坐标进给一步，都 要完成四个工作节拍。
（二）插补原理
1．概述 （1）插补的基本概念 按规定的函数曲线或直线，对其起点 和终点之间，按照一定的方法进行数据 点的密化计算和填充，并给出相应的位 移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的 误差小于一个脉冲当量，这个过程称为 插补。
（2）插补方法的分类
①脉冲增量插补
1）脉冲增量插补亦称行程增量插补，它适应 于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。 2）这种插补的实现方法较简单，只需进行加 法和移位就能完成插补。 3）易用硬件实现，且运算速度很快。因此， 脉冲增量插补算法只适合于一些中等精度 （0.01mm）和中等速度（1～3m/min）的机床 控制。