30455数控机床考点复习整理.doc

学习资料收集于网络，仅供参考第一章 绪论考核知识点与考核要求一.机床数控技术的基本概念识记：数控机床的工作流程：1. 数控加工程序的编制（根据零件的图样规定的零件的形状、尺寸、材料、技术要求确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数，然后根据规定的代码和程序格式编程）2. 输入（把零件程序、控制参数、补偿数据输入到数控装置中去，工作方式：边加工变输入、一次性将整个零件程序输入）3. 译码4. 刀具补偿（作用：把零件轮廓轨迹换成刀具中心轨迹运动，加工所要求的零件轮廓。包括：刀具半径补偿&刀具长度补偿）5. 插补（作用：控制加工运动，使刀具相对于工件做出符合零件轮廓轨迹的相对运动，只有辅助功能完成后才允许插补）6. 位置控制和机床加工（在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值控制伺服电机，使运动部件带动工具相对于工件进行加工）理解：数字控制以及数控技术的概念。1. 数字控制：利用数字化的信息对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床称为数控机床2. 数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动、进给装置二、数控机床的组成和分类识记：数控机床的各组成：数值控制机床的工作母机总称1. 输入输出设备(实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印)2. 数控装置（接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制功能），机床控制器的作用：实现对机床辅助功能M、主轴功能S、刀具功能T的控制。补偿包括：刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿3. 伺服系统（接受数控装置的命令，驱动机床执行机构运动的驱动部件）4. 测量反馈装置（检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置构成闭环控制系统）5. 机床本体（用于完成各种切削加工的机械部分）理解：a) 点位控制数控机床指刀具从某一位置移到下一个位置的过程中，不考虑其运动轨迹，只要求刀具最终能准确地到达目标位置。有数控钻床、数控镗床、数控冲床b) 直线控制数控机床不仅要保证点与点之间的准确位定位，而且要控制两相关点之间的位移速度和路线。有简易数控车床、简易数控铣床，一般有23个可控制轴，但同时可控制的只有一轴。c) 轮廓控制数控机床能同时控制两个及以上的轴，对位置和速度进行严格的不间断控制。具有直线圆弧插补功能、刀具补偿功能等，有数控车床、车削中心、加工中心d) 开环控制数控机床（用于经济型中小型数控机床）这类机床不带有位置检测装置，数控装置将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。指令信号流时单向的e) 闭环控制数控机床。（用于精度要求很高数控铣床、超精车床、超精铣床）这类机床带有检测装置，随时接受在工作台断测得的实际位置反馈信号，将其与数控装置发来的指令信号向比较，由其差值控制进给轴运动，直到差值为0，进给轴停止运动。闭环控制可以消除包括工作台传动链在内的误差，从而定位精度高，速度调节块，但由于工作台惯量大，给系统的设计和调整带来很大的困难f) 半闭环控制数控机床其与闭环控制的数控机床的区别在于检测的反馈信号不是来自工作台，而是来自电动机端或丝杠端连接的测量元件。控制精度没有闭环高，但机床的稳定性却由于大惯量工作台被排除在控制环外而提高，调试方便，广泛用于数控机床中应用：用框图描述数控机床的组成及各部分之间的控制关系。三、数控机床的特点及适用范围理解：数控机床的特点：1. 加工零件的适应性强，灵活性好（能完成普通机床难以胜任，或根本不能加工出来的复杂型面的零件）2. 加工精度高，产品质量稳定（按照预定的程序自动加工，不受人为因素的影响，精度由机床保证）3. 生产率高（数控机床能合理选用切削用量，机加工时间短）4. 减少工人劳动强度（能自动换刀、开关切削液、自动变速，大部分操作无需人工）5. 生产管理水平提高应用：数控机床的适用范围：当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；当生产批量较大时，宜采用专用机床；当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床本章重点、难点数控机床的组成、特点和分类。第二章 数控加工编程基础考核知识点与考核要求一、数控加工编程的基本概念和编程的内容识记：1. 数控编程的概念将零件图样到制成控制介质的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程2. 数控编程的方法手工编程：用人工完成程序编制的全部工作。几何形状简单的零件、数值计算简单，程序段不多自动编程：程序大部分或全部由计算机来完成理解：数控编程的内容和步骤1. 确定工艺过程2. 数值计算（按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需的输入数控装置的数据数据，主要内容：在规定的坐标系内计算零件的轮廓和刀具运动的轨迹坐标值。）3. 编写零件加工程序单4. 制备控制介质（把编制好的程序单上内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息）5. 程序校验和蚀切削（程序单和制备好的控制介质必须经过校验和试切削，才能用于正式加工）应用：认识工艺对于编程人员的重要性编程人员要根据图样进行工艺分析，然后选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装卡方式、刀具、工装以及切削用量等工艺参数，综合考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥数控机床的效能二、编程的基础知识识记：1. 数控加工程序的结构完整的零件加工程序由程序号和若干个程序段组成，每个程序段由若干个指令字组成，每个指令字由字母、数字、符号组成。O0600，O为程序号地址码，0600程序的编号。每个程序段易程序段序号N开头，以“；”结束2. 控制介质及代码的概念。1） 载有数控机床加工所用全部信息的介质，称为控制介质2） 代码：功能代码描述了程序段的各种操作和运动特征，是程序段的重要组成部分理解：1. 数控程序段的格式指一个程序段中字的排列顺序和表达方式。广泛采用的是字地址程序段格式，这种格式的程序段长短、字数、字长都是可变的，字的排列顺序没有要求，其程序简短、直观、可读性强，易于检验和修改。字地址程序段的一般格式：N G X Y Z F S T M；N程序段序号字； G准备功能字；X Y Z尺寸字；F进给功能字；S主轴转速功能字；T刀具功能字；M辅助功能字；“；”程序段结束符2. 机床坐标系的建立1) 直线运动用直角坐标系X、Y、Z表示，围绕X、Y、Z旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C，其正向根据右手螺旋定则确定，以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。2) Z坐标，平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z坐标。取刀具远离工件的方向为+Z3) X坐标，规定X坐标轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工装的装夹面。对于工件旋转的机床，X坐标的方向是在工件的径向上，远离工件方向+X；当刀具旋转的机床：当Z轴水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，向右方为+X，当Z轴垂直时，对于单立柱机床，面对主轴向立柱看，向右为+X4) Y坐标，Y坐标垂直于X、Z5) A、B、C坐标分别为绕X、Y、Z坐标的回转进给运动坐标，确定X、Y、Z坐标正方向后，根据右手螺旋定则来确定A、B、C坐标正方向6) 附加运动坐标：X、Y、Z坐标为机床的主坐标或第一坐标，平行于主坐标系的其他坐标系为附加运动坐标，第二坐标为U、V、W，第三坐标P、Q、R3. 常用编程代码的种类和意义。1） 准备功能G代码：使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。分为续效代码（表示该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，直到出现同组中的其他任一G代码时才失效。同一组续效代码在同一程序段中不能同时出现，否则只有最后的代码有效）和非续效代码（只在该代码的程序段中有效）2） 辅助功能M代码：控制机床辅助动作的指令，主要用作机床加工时工艺性指令。3） 进给功能F代码：为续效代码，用来指定进给速度，一般为mm/min，当进给速度与主轴转速有关时（加工螺纹），单位为mm/r。直接表示法：F100为100mm/min4） 主轴速度功能S代码，指定主轴的转速，S100为100r/min5） 刀具功能T代码，用以选择所需的刀具号和刀补号。T01 02，指1号刀选用2号刀补值应用：1. 常用M指令的使用1） M00：程序停止，在完成该程序段其他指令后，用以停止主轴转动、进给、切削液，以执行某一固定的手动操作，当程序运行停止时，全部现存的模态信息保持不变，操作完成后，按“启动键”便可继续执行下一段程序段2） M01：计划（任选）停止，只有在面板上的“任意停止”按键被按下时，M01才有效，用于工件关键尺寸停机检查及其他要临时停车的场合，完成后，按“启动键”继续执行以后的程序3） M02：程序结束。程序全部结束后，机床所有动作停止，系统处于复位状态，该指令必须出现在程序的最后一个程序段中4） M03主轴正传、M04主轴反转、M05主轴停转（该程序段其他指令执行完成后才能执行）5） M06：换刀指令6） M07（切削液开雾状）、M08（切削液开液状）7） M09：切削液停8） M10（夹紧）、M11（松开）：运动部件9） M30：与M02类似，但程序结束，使程序返回开始状态（换工件使用）2. 常见数控机床坐标系的描述1） 机床坐标系和机床原点：机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。机床原点是固有的点，不能随意更改2） 工件坐标系和工件原点：工件坐标系是编程人员编程时使用的，由编程人员以工件图样上的某一点为原点所建立的坐标系。工件原点可以设置和改变的，根据需要可以一次或多次设定或改变工件原点3） 工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴相平行，方向也相同，但原点不同。工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点和机床原点之间的距离，称为工件原点偏置，偏置值需预存到数控系统中4） 绝对坐标系：所有的坐标点均以固定的坐标原点为起点确定坐标值5） 增量坐标系：在坐标系中，运动轨迹的终点坐标值以起点开始计算的，用U、V、W表示三、常用准备功能指令的编程方法识记：功能指令：是程序段组成的基本单位，是编制加工程序的基础理解：常用G指令及其格式：1. 与坐标系相关的指令1） 绝对坐标与增量坐标BCG90绝对坐标，G90 G01 X30 Y40G91增量坐标，G91 G01 X-50 Y-30与G01 U-50 V-30等效2） 坐标系设定指令G92，规定工件原点到起刀点（可放置在机床原点、换刀点上、任意一点）的距离，或者说以工件原点为基准确定起刀点的的坐标值，本指令只设定坐标原点位置，刀具或机床不产生运动，仍在原来位置，在执行指令前，刀具必须放在程序所要求的位置上。坐标系设定程序：G92 X320 Z200，X为刀尖相对于回转中心的直径的值，只能使用绝对坐标，不能使用增量坐标，可根据需要重复设定或改变编程原点3） 坐标平面选择指令G17（XY）、G18(ZX)、G19(YZ)，由于XY平面最常用，固G17省略，车床总在XZ平面内运动，无需使用平面指令。2. 运动控制指令1） 快速点定位指令G00，刀具从当前位置以系统设定的速度快速移动到坐标系的另一点，只是快速到位，不进行切削加工。格式：G00 X_ Y_ Z_，XYZ为绝对或增量坐标，G00无需指定速度，即F指令无效；2） 直接插补指令 G01 是直线运动控制指令，该指令一般作为轮廓切削。编程格式：G01 X_ Y_ Z_F_，XYZ为直线终点的决定或增量坐标，F为沿插补方向的插补速度。G01即可双坐标联动插补，也可三坐标联动插补，其程序段中必须含有F，否则机床不动作，G01和F均为续效指令3） 圆弧插补指令 G02(顺时针)、G03（逆时针） 车床平面XZ的-Y方向由纸面指向观察者，铣床平面XY 的-Z方向由观察者指向纸面，由正方向向负方向看。程序段格式：车床，程序段中的平面指令可省略；铣床，G17可省略。终点坐标XYZ，可以为绝对坐标，也可为增量坐标，还可用增量坐标字UVW指定。圆心坐标IJK一般用圆弧起点指向圆心的矢量在坐标系中的分矢量来决定，且不受G90控制。用R编程时，R带有 “”，若圆弧对应的圆心角180，取，若180360，取。用半径值编程时，不能描述整圆。4） 暂停（延迟）指令 G04 可使刀具做短时间的无进给运动，进行光整加工，可用于车槽、镗平面、锪孔等场合。格式：G04 ，为地址符，常用：X、U、P表示，为数字，表示暂停时间（单位s或ms），G04为非续效指令，只在本程序段有效。3. 刀具补偿指令1) 刀具半径自动补偿指令G41、G42、G40G41表示刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边G42表示刀具右偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边G40为注销左右偏置的指令，取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合G40与G41或G42配合使用，G41、G42为续效指令格式：与G00、G01配合使用 与G02、G03配合使用D功能字指定刀具半径补偿值寄存器的地址号，如D01,D02等，加工时由G调用应用：1.刀具磨损或重磨后半径变小，这时只要手工输入新的刀具半径值到程序的D功能字指定的储存器即可，不必修改程序；2.利用刀具半径补偿能做粗精加工余量补偿，欲留加工余量，则在粗加工前输入数值r+的偏置量；3.利用改变输入R值的大小，可以控制轮廓尺寸的精度，对加工误差进行补偿；4.利用刀补功能进行凹凸模具加工，用G41可以得到凸模轨迹，用G42可以得到凹磨轨迹2) 刀具长度补偿指令G43、G44用于刀具轴向（Z方向）的补偿，它可使刀具在Z方向上的实际位移大于或小于给定值，即：正偏置G43 Z实际值=Z指令值+（H-），负偏置G44 Z实际值=Z指令值-（H-）格式：Z是程序中给定的坐标值，H值是刀具长度补偿值寄存器的地址号，该寄存器中存放着补偿值。注销也用G40。四、数控编程的工艺处理识记：1. 工艺处理的重要性及内容重要性：关系到所编零件加工程序的正确性和合理性内容：数控加工的合理性分析，零件的工艺性分析，工艺过程和工艺路线的确定，零件安装方法的确定，选择刀具和确定切削用量2. 工艺文件的概念1） 是数控加工、产品验收的依据2） 是操作者要遵守、执行的规范3） 是产品零件重复生产在技术上的工艺资料积累和储备理解：1. 加工路线的选择数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向1） 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求2） 应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间3） 应使数值计算简单、程序段数量少，以减少编程工作量注意点举例：为避免铣刀沿法向直接切入切出零件时在轮廓处直接抬刀而留下刀痕，应采用外延法；在轮廓铣削过程中应避免停顿，否则会引起切削力突然变化，会在停顿处轮廓留下刀痕；当切削余量较大时，采用多次进给逐渐切削的方法，最后留精加工余量0.20.5mm2. 一些“点”的概念和选择1） 对刀点：数控机床加工零件时，刀具相对于工件运动的起点对刀点可在工件上，也可在工件外，但必须与零件的定位基准有尺寸关系，应尽量选择零件的设计基准或工艺基准上。选择原则:要便于数学处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中检查方便；引起的加工误差小2） 换刀点：刀架转位换刀时的位置可为某一固定点，也可为任意设定的一点，应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件为准3） 刀位点：表示刀具在机床上的位置，各刀位点：车刀、镗刀是刀尖，钻头是钻尖，立铣刀、面铣刀为底面中心，球头铣刀为球心3. 工艺装备及工艺参数刀具的选用影响机床的加工效率和加工质量，选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、机床加工能力、工序内容切削用量包括：主轴转速、背吃刀量、进给速度、切削宽度应用：针对不同类型的加工，如何合理的选择加工路线、工艺装备和工艺参数1） 选择加工路线 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求 应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间 应使数值计算简单、程序段数量少，以减少编程工作量2） 选择工艺装备 尽量选用组合夹具、可调整夹具等标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具 工件的装卸要快速、方便、可靠，减少机床停机时间 零件上加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工3） 选择工艺参数（切削用量） 粗加工时，以提高生产率为主，也应考虑经济性和加工成本 半精加工和精加工时，应在保证质量的前提下，兼顾切削率、经济性和加工成本五、程序编制中的数值处理识记：数值处理的目的根据工件图样的要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。包含：基点和节点的计算；刀位点轨迹的计算；辅助计算理解：1. 基点的概念把各几何元素（直线、圆弧、二次曲线等）相互间的连接点称为基点2. 节点的概念任一轮廓的曲线均用连续的直线来逼近，这时根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其相邻两直线交点称为节点3. 非圆曲线的节点计算方法。1） 用直线段逼近非圆曲线时的节点计算等间距法、等步长法、等误差法2） 用圆弧段逼近非圆曲线时的节点计算圆弧分割法、三点作圆法应用：具有简单轮廓的零件的基点的计算1） 基点计算时，首先选定坐标系原点，列出各直线和圆弧的数学方程，求出交点2） 直线方程，圆弧方程3） 刀位点轨迹的基点坐标值，直线的等距线方程，圆的等距线方程本章重点、难点数控编程的内容和步骤、数控机床的坐标系、常用准备功能G指令及其使用、加工路线的选择以及基点的计算。第三章 数控加工程序的编制考核知识点与考核要求一.数控车床的程序编制识记：数控车床的编程特点1) 在一个程序段中，根据图样上标准的尺寸，可以采用绝对值编程、增量编程或混合编程2) 由于图样尺寸和测量值都是直径值，直径方向绝对值编程时，X以直径值表示。增量坐标编程时，以径向实际位移量的二倍值表示3) 为提高工件径向尺寸精度，X向脉冲当量取Z向的一半4) 数控装备具备不同形式的固定循环功能，可以进行多次重复循环切削5) 大多数数控车床都具有刀具补偿功能（G41、G42），可直接按工件轮廓尺寸编程6) 许多车床用X、Z表示绝对坐标指令，用U、W表示增量指令，不用G91、G907) 第三坐标指令I、K在不同的程序段中作用不相同，在圆弧切削时表示圆心相对于圆弧起点的坐标位置，在自动循环指令的程序中则表示每次循环的进给量理解：车削编程中使用的循环指令、车削加工的工艺分析。应用：给定零件，进行车削加工的编程。二.数控铣床以及加工中心的程序编制识记：数控铣床以及加工中心的编程特点。数控铣床编程特点：1） 铣削是机械加工中最常用的方法之一，包括平面铣削和轮廓铣削2） 数控铣床的数控装置具有多种插补方式3） 编程时要充分利用数控铣床齐全的功能4） 由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单加工中心的编程特点：1） 首先应进行合理地工艺分析2） 根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手工换刀3） 自动换刀要流出足够的换刀空间4） 为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调5） 对于编好的程序，必须进行认真检查并于加工前安排好试运行6） 尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中7） 一般使一把刀具尽可能担任较多的表面加工，且进给路线得设计合理理解：铣削及加工中心编程中常用的功能指令、加工中心换刀程序的编制。应用：给定零件，进行铣削加工的编程。三.自动编程简介识记：1. 自动编程的概念是指用计算机来代替手工编程2. 常见的自动编程系统CAXA-ME、UG、Pro/E、CATIA、Master CAM、CIMATRON理解：图像交互式自动编程系统的处理过程1. 几何造型 利用图形交互自动编程软件的图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等有关功能2. 刀具路径产生 图形交互自动编程的刀具轨迹的生成是面向屏幕上的图形而交互进行的3. 后置处理 目的是形成数控加工程序本章重点、难点数控车床的编程、数控铣床的编程。第四章 计算机数控装置考核知识点与考核要求1.CNC装置的组成及功能识记：CNC系统的组成:数控程序、输入输出设备、CNC装置（核心）、PLC、主轴驱动装置、进给驱动装置CNC装置组成：硬件（具有一般计算机的基本结构和特殊功能的模块与接口）、软件（管理软件和控制软件）理解：CNC装置的主要功能（基本功能和选择功能）1） 控制功能 指CNC装置能够控制的并且能够同时控制联动的轴数2） 准备功能 又称G功能，用来指明机床下一步如何动作3） 插补功能 对零件轮廓加工的控制（有直线插补、圆弧插补）4） 固定循环加工功能 将典型动作事先编好程序并存储在内存中，用G代码进行指定。使编程工作得以简化5） 进给功能 用F指令给出各进给轴的进给速度6） 主轴功能 三个方面：指令主轴转速，设置恒定线速度，主轴准停7） 辅助功能 用于指定主轴的正转、反转、停止、切削液泵的打开和关闭、换刀等动作8） 刀具功能 用来选择刀具并且指定有效刀具的几何参数的地址9） 补偿功能 把刀具的长度或半径的相应补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入到期内部存储器，在控制机床时按一定的方法将这些补偿量补上10） 显示功能 11） 通信功能12） 自诊断功能应用：能用图表的方式表达CNC装置的软、硬件的构成：书P80图4-2&图4-32.CNC装置硬件结构识记：CNC装置的分类：1） 按体系结构分：专用体系结构（单微处理机和多微处理机）、开放式体系结构2） 按功能分：经济型CNC装置(采用单微处理机)、高级型CNC装置(采用多微处理机和开放式体系结构)开放式数控系统及其特点：定义：必须提供不同应用程序协调地运行于系统平台之上的能力，提供面向功能的动态重构工具，同时提供标准化的应用程序界面特点：1） 开放性：运行不同的功能、开发商的软硬件模块介入2） 可移植性：不同的应用程序模块可以运行于不同供应商提供的CNC系统平台上；系统的软件平台可运行于不同类型、不同性能的硬件平台上3） 扩展性：添加或减少系统的功能仅表现为特定功能的装载与卸载4） 相互替代性：不同性能、可靠性和不同功能能力的模块可以相互替代，不影响系统协调运行5） 相互操作性：提供标准化的接口、通信和交互模型系统的实时性：指执行任务有严格的时间要求，必须在系统规定的时间内完成，否则将导致执行结果错误和系统故障。理解：单微处理器、多微处理器结构的区别和各自的特点；1） 在单微处理器结构的CNC结构中只有一个CPU，采用集中控制分时处理数控的每一项任务。有些CNC装置有两个以上CPU，但只有一个能控制总线并访问存储器，其他CPU完成一些辅助功能，依然属于单微处理器结构。微处理器由控制器和运算器组成，完成控制和运算方面内容。总线是将微处理器、存储器、输入输出接口等相对独立的装置或功能部件联系起来，并传输信息的公共通道。它包括数据总线、地址总线、控制总线2） 多微处理器结构的CNC装置中，有两个或以上的微处理器构成的处理部件，处理部件之间采用紧耦合，有集中的操作系统，资源共享，或者有两个或以上的微处理器结构的功能模块，功能模块之间采用松耦合，有多重操作系统有效地实现并行管理。典型结构：共享总线型、共享存储器型优点：运算速度快、性价比高；适应性强、扩展容易；可靠性高；硬件易于组织生产多微处理器结构CNC装置的功能模块、总线仲裁方式。1) CNC管理模块：实现管理和组织整个CNC系统工作过程中所需的功能2) CNC插补模块：该模块完成译码、刀具补偿计算、坐标位移量的计算和进给速度处理等插补前的预处理，然后进行插补计算，为各坐标轴提供位置给定量3) 位置控制模块：插补后的坐标位置给定值与位置检测器测得的位置实际值进行比较，进行自动加减速，回基准点4) PLC模块：零件加工中的某些辅助功能和机床来的信号在PLC模块中做逻辑处理实现各功能与操作方式之间的连锁5) 操作与控制数据输入输出和显示模块6) 存储器模块：存放数据和程序的主存储器，或是功能模块间数据传送用的共享存储器总线仲裁方式：（某一时刻只能由一个主模块占用总线）1） 串联方式：优先权的排列是按链位置决定的，某个主模块只有在前面优先权更高的主模块不占用总线时，才能使用总线。同时通知它后面优先权较低的主模块不得使用总线2） 并联方式：要配备专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方式3. CNC装置软件结构识记：CNC装置软硬件的分工：硬件处理速度快，但造价高；软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢。在CNC装置中软件和硬件的分工由性价比决定的。（三种典型的分工见P96图4-19）理解：多任务并行处理方式：并行处理：计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。并行处理方式：1） 资源共享：根据分时共享原则，使多个用户按时间顺序使用同一套设备（单CPU）2） 资源重复：通过增加资源（如多CPU）提高运算速度3） 时间重叠：根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上相互错开轮流使用同一套设备的几个部分实时中断处理方式：CNC装置的多任务性和实时性决定了中断称为整个装置不可或缺的部分，其中断管理主要靠硬件完成1） 外部中断：包括纸带光电阅读机读孔中断、外部监控中断（如紧急停止）、键盘和操作面板输入中断2） 内部定时中断：包括插补周期定时中断和位置采样定时中断3） 硬件故障中断：CNC装置各种硬件故障检测装置发出的中断4） 程序性中断：程序中出现各种异常的报警中断两种典型软件结构模式：1） 中断型结构模式：除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统，主要通过各级中断服务程序之间的相互通信来解决2） 前后台型结构模式：前台程序是一个中断服务程序，完成全部实时功能（插补、位置控制）。后台程序是一个循环程序，包括管理软件和插补准备程序，后台程序运行时，实时中断程序不断插入，与后台程序相互配合，共同完成零件加工任务4.CNC装置的数据预处理识记：数据预处理的内容：零件程序的输入、译码、刀具（半径、长度）补偿技术、坐标系转换数据的存放形式：在零件程序存储器中可以存储多个零件程序，零件程序一般是按顺序存放的。储存在零件程序存储器内的零件程序通常转换为具有一定规律的数控内部代码，便于计算机管理。坐标系转换：机床在坐标轴全行程范围内任意设置工件坐标系原点，不必考虑它与机床坐标系的关系，在工件坐标系中，坐标值是刀架相对于工件原点的距离编程方式转换：编程方式有绝对值和增量值两种，在系统内部一般按绝对值方式处理，需进行转换，需要根据两种编程方式程序段数据计算出当前程序终点坐标及移动量理解：译码处理：又称翻译程序，它把零件程序段的各种工件轮廓信息、加工速度F、其他辅助信息（M、S、T）按一定规律翻译成计算机系统能识别的数据形式，并按系统规定的格式放在译码结果缓冲器中译码有解释和编译两种方法，解释：一边解释、一边执行；编译：将输入程序作为源程序，对它进行编译，形成由机器指令组成的目的程序，然后计算机来执行这个目的程序。译码的主要工作：先代码识别，后各功能的译码刀具补偿原理：编制零件加工程序时，一般只考虑零件轮廓的外形，即零件程序段中的尺寸信息取自零件轮廓线。但实际切削控制时，是以刀具中心为控制中心，这样刀具和工件之间的相对切削运动实际形成的轨迹就不是零件的轮廓线了，而是偏移了一个刀具半径值。CNC装置必须能够根据零件轮廓信息和刀具半径自动计算中心轨迹，使其自动偏移轮廓一个刀具半径值两种不同刀补的处理过程：G40取消刀补、G41左刀补、G42右刀补1） 刀补建立：刀具从起点出发沿直线接近加工零件，依据G41G42使刀具中心在原来的编程零件轨迹的基础上伸长或缩短一个刀具半径值2） 刀补进行：一旦刀补建立就一直有效，直至刀补取消。在轨迹转接处采用圆弧或直线过渡3） 刀补撤销：刀具撤离工件，回到起刀点，起刀点与刀具中心重合，刀具被撤销刀具半径补偿是在加工平面讨论的C刀补对轨迹的修正方式：C刀补能够处理两个程序段间转换的各种情况，其不采用圆弧过渡的方法转接轮廓，采用直线过渡的刀补办法，即根据与实际轮廓完全一样的编程轨迹，直接计算出刀具中心轨迹交点的坐标值，然后再对原来的编程轨迹作伸长或缩短的修正。四种轨迹转接方式：直线与直线、直线与圆弧、圆弧与直线、圆弧与圆弧过渡类型：伸长型、缩短型、插入型本章重点、难点数控装置的硬件结构组成、数控装置的软件结构形式、数控装置的基本功能、C刀补原理及对轨迹修正的方式。第五章 数控装置的轨迹控制原理考核知识点与考核要求1.插补的的基本概念和方法识记：插补的概念：按照进给速度的要求，在轮廓的起点和终点之间计算出若干中间点的坐标值。理解：脉冲增量插补以及数据采样插补的特点：脉冲增量插补：主要为各坐标轴进行脉冲分配计算，每次插补结束仅产生一个行程增量，以一个个脉冲的形式输出给各进给轴的伺服电机，一个脉冲所产生的进给轴移动量叫脉冲当量。这种插补方法控制精度和进给速度低，主要用于以步进电机为驱动装置的开环控制系统数据采样插补：又称时间标量插补或数字增量插补。特点是，数控装置产生的不是单个脉冲，而是数字量。插补运算分两步进行，第一步粗插补，在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用微小直线段来逼近曲线，每段直线都相等；第二步精插补，在粗插补算出的每一条微小直线上再作“数据点的密集化”工作应用：数据采样插补的应用：适用于闭环，半闭环的直流或交流伺服电动机为驱动装置的位置采样控制系统。粗插补在每个插补周期内计算出坐标位置增量值，而精插补则在每个采样周期内采样闭环或半闭环反馈位置增量值及插补输出的指令位置增量值，然后算出各坐标轴相应的插补指令位置和实际反馈位置，并将两者相比较求得跟随误差，根据所求得的跟随误差算出相应轴的进给速度指令，并输出给驱动装置。2.脉冲增量插补识记：脉冲增量插补的实质及几种常见方法：其就是分配脉冲的计算，在插补的过程中不断向各坐标值发出相互协调的进给脉冲，控制机床坐标作相应的移动常见方法：逐点比较法、数字积分法、比较积分法理解：逐点比较法的原理：数控装置在控制刀具按要求轨迹移动过程中，不断比较刀具与给定轮廓的误差，由此决定下一步刀具移动方向，使刀具向减少误差方向的方向移动，且只有一个方向移动。特点：运算直观，插补误差小于一个脉冲量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便DDA法插补的原理：1） DDA直线插补：平面直线插补器由两个数字积分器组成，每个坐标的积分器由累加器和被积函数寄存器组成。终点坐标值存在被积函数寄存器中，t相当于插补控制脉冲源发出的信号。每发生一个插补迭代脉冲（来一个t），被积函数kxe和kye向各自的累加器里累加一次，累加的结构有无溢出脉冲x或y，取决于累加器的容量和kxe或kye大小。终点判别：由一个与积分器中寄存器容量相同的终点计数器来实现，其初值为0，每累加一次，加1，当累加后，产生溢出，使=0，完成插补2） DDA圆弧插补：坐标值x、y存入被积函数寄存器，x存入，y存入，圆弧插补时寄存的是动点坐标，是个变量。插补过程中必须根据动点的位置变化来改变、，起点时、寄存起点坐标xs、ys。每溢出一个脉冲，应当加1；每溢出一个脉冲，应当减1 ，加1还是减1取决于动点坐标所在象限及圆弧走向终点判别：由于x、y方向到达终点的时间不同，需对x、y两个坐标分别进行终点判别，利用两个终点计数器，把x、y坐标所需脉冲数、分别存入这两个计数器，x或y积分累加器每输出一个脉冲，响应的减法计数器减1，当某个坐标的计数器为0，说明该坐标已到达终点，停止该坐标的累加运算，当两个计数器均为0时，圆弧插补结束应用：逐点比较法直线和圆弧插补的运算过程：1） 直线插补运算过程：任意点坐标（x,y）,线上点坐标（xe,ye）判别函数当F=0时，刀具在直线上当F0时，刀具在直线上方，F0，沿+x方向走当F0时，刀具在直线下方，F0，沿+y方向走第一象限点（xi,yi），沿+x方向，沿+y方向，终点判别：一、把每个程序断中的总步数求出来二、每走一步判断，如果成立，插补结束 2） 圆弧插补的运算过程（第一象限，逆圆）起点坐标（xs,ys）,线上点坐标（xe,ye），圆上任意点坐标（x,y）取偏差函数当F=0时，动点在圆弧上当F0时，动点在圆弧外侧，F0，沿-x方向走当F0时，动点在圆弧内侧，F0，沿+y方向走沿-x方向，沿+y方向，终点判别：同直线插补，总步数3） 坐标变换及象限处理一、 直线插补，不同象限共用一套公式，只要将xe,ye取绝对值线型偏差偏差计算进给方向L1，L4F0+xL2，L3F0-xL1，L2F0+yL3，L4F0-y二、 圆弧插补，包含逆圆和顺圆，共4象限，8种情况线型偏差偏差计算进给方向SR2，NR3F0+xSR1，NR4F0SR4，NR1F0-xSR3，NR2F0SR3，NR4F0+ySR2，NR1F0SR1，NR2F0-ySR4，NR3F03. 数据采样插补（以直流伺服电动机或交流伺服电动机为驱动元件的数控系统中采用）识记：数据采样插补的基本原理和插补周期的选择：1) 数据采样插补是根据程编的进给速度将轮廓曲线按时间分割为采样周期的进给段，即进给步长2) 插补周期的选择: 插补周期T必须大于插补运算时间与完成其他实时任务所需时间之和 插补周期与采样周期可以相等，也可以不等。如果不等，通常插补周期是采样周期的整数倍 直线插补时，插补所形成的每一个小直线段与给定直线重合，不会造成轨迹误差；圆弧插补时，用内接弦线或内外均差弦线来逼近圆弧，必然会造成误差，插补周期T与精度，半径r，速度F有关理解：直接函数法插补原理：其属于最小偏差法的一种，它与逐点比较法类似，时一种代数运算方法，但它的进给方式不像逐点比较法那样x方向或y方向急剧变化，直接函数法可以比较并选择误差较小的一个进给方向进给，它每插补一步都要计算两个方向并做比较。圆弧插补以弦逼近圆弧，所以进给速度越高，每次插补进给弦长越长，径向误差越大。4.CNC装置的进给速度控制识记：加减速度控制的必要性：为避免在启动时和停止阶段发生冲击、失步、超程和振荡，保证被加工零件的精度和表面粗糙度，刀具和机床的寿命及生产效率。速度突然升高（降低），伺服进给电机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大（减小）前/后加减速的区别：1） 插补前进行加减速控制称为前加速控制，仅针对编程速度F指令进行控制，优点：不会影响实际插补输出的位置精度，但需预测减速点，计算量较大。2） 插补后进行加减速控制称为后加速控制，分别对各运动轴进行加减速控制，固不必预测减速点，而是在插补输出为0时才开始减速，经过一定延时逐渐靠近终点。但在加减速过程中对坐标合成位置有影响理解：进给速度的控制：1） 脉冲增量插补算法的进给速度控制脉冲增量插补输出的形式是脉冲，其频率与速度成正比，可以通过控制插补运算的频率来控制进给速度，常用的方法： 软件延时法：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t，其必须大于CPU执行插补程序的时间t程， 可便一个延时程序来改变进给速度 中断控制法：根据编程进给速度计算出定时器/计数器的定时时间常数，以控制CPU中断2） 数据采样插补算法的进给速度控制：数据采样插补根据编程进给速度计算下一个插补周期内合成速度方向上的进给量，为系统在稳定进给状态下的插补进给量（），F为编程速度（），T为插补周期（ms），K为速度系数（倍率）本章重点、难点脉冲增量插补以及数据采样插补的特点、逐点比较法直线和圆弧插补的过程、直接函数法插补原理。第六章 数控机床的伺服系统考核知识点与考核要求1. 数控机床的伺服系统（指以位置和速度作为控制对象的自动控制系统，又称拖动系统或随动系统，通过对步进电机、交直流伺服电机等进给驱动元件的控制来实现）识记：数控机床对伺服系统的基本要求：1） 精度高 数控机床不能像普通机床通过手动操作来调整和补偿各种误差，要求有很高的定位精度和重复定位精度。脉冲当量越小，定位精度越高。脉冲当量为0.01-0.001mm2） 快速响应特性好 要求伺服系统跟随指令信号不仅跟随误差小，而且响应要快，稳定性要好，一般200ms以内，有点小于几十毫秒3） 调速范围大 要保证数控机床任何情况下都能获得最佳的切削条件，既能满足高速加工的要求，又能满足低速进给要求，调速比1:100004） 系统可靠性好 平均无故障时间越长越好理解：数控机床伺服系统的基本组成、分类：1） 组成（按有无反馈检测单元分为开环和闭环） 开环伺服驱动系统：驱动控制单元、执行元件（步进电机）、机床 闭环伺服驱动系统：执行元件、驱动控制单元、机床，反馈检测单元、比较控制环节。反馈检测单元将工作台的实际位置检测后反馈给比较控制环节，比较控制环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元，驱动和控制执行元件带动工作台运动。2） 分类： 按用途及功能：进给驱动系统、主轴驱动系统 按控制原理和有无位置检测反馈环节：开环系统、闭环系统、半闭环系统 按驱动执行元件的动作原理：电液伺服系统、电气伺服系统（分直流、交流）应用：不同伺服系统的特点及其应用：1） 开环和闭环控制 开环伺服系统 该系统没有检测和反馈环节，工作中移动到不到位，取决于步进电机步距角精度，齿轮传动间隙，丝杆螺母副的精度等，所以它的精度低，但由于其结果简单、易于调整、工作可靠、价格低廉，应用于精度要求不高的数控机床 闭环伺服系统 该系统是直接以工作台的最终位移为目标，从而消除了进给传动系统的全部误差，所以精度很高，但正是由于各个环节都包括在反馈回路内，因此它们的摩擦特性、刚度和间隙都将直接影响伺服系统的调整参数，所以闭环伺服系统的结构复杂、其调试和维护都有较大的技术难度，价格也较贵，一般用于大型精密数控机床 半闭环伺服系统 伺服电机在制造时将测速发电机，旋转变压器等转角测量装置直接装在电动机的轴端上，工作时将所测的转角经折算成工作台位移，再与指令进行比较，进而控制机床运动。该系统抛开了一些诸如传动系统刚度和摩擦阻尼等非线性因素，所以这种系统调试比较容易，稳定性好，该系统不反馈回路之外的误差，但由于采用高分辨率的检测元件，也能获得满意精度，主要用于中小型数控机床上2） 进给驱动与主轴驱动 进给驱动主要用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的扭矩 主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需切削力3） 直流伺服驱动与交流伺服驱动 直流大惯量电机具有良好的宽调速过程，输出扭矩大，过载能力强，构成闭环后已于调整，但它具有电刷和机械换向器，限制向大容量、高电压、高速度发展 交流伺服驱动系统最大优点电动机溶液维修，制造简单，已于向大容量、高速度方向发展，适合于较恶劣的环境使用，同时从减少伺服驱动系统外形尺寸和提高可靠性来看，采用交流电动机比直流电动机将更合理2. 开环步进式伺服系统（即采用步进电机的伺服系统）识记：开环系统的组成、工作原理和特点 组成：指令脉冲、步进电动机驱动电路、功率步进电动机、机床工作台 工作原理：其信号时单向流动的，由机床数控装置送来的指令脉冲，经驱动电路、功率步进电动机或电液脉冲马达、减速器、丝杠螺母副转化成机床工作台移动，无位置和速度反馈回路，省去了检测装置 特点：结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低，在中小型机床和速度、精度要求不十分高的场合，得到广泛应用，并适合于发展简化功能的经济型数控机床和对现有普通机床的数控化改造步进电机的种类和结构： 种类：i. 按力矩产生原理：反应式（转子无饶组，由被激磁的定子饶组产生反应力矩）、激磁式（定、转子均有激磁饶组，有电磁力矩实现步进运行）ii. 按输出扭矩大小：伺服式（扭矩小，需通过液压扭矩放大器配合）、功率式（直接驱动机床工作台等较大负载）iii. 按定子数：单定子、双定子、三定子、多定子iv. 按个饶组分布：径向分相式、轴向分相式 结构：绕组、定子铁心、转子铁心步进电机的主要特性：1） 步距角与静态步距误差 步距角越小，加工精度越高。静态步距误差是指理论步距角与实际步距角的差。产生原因：步进电机齿距制造误差，定子与转子间气隙不均匀及各相转矩不均匀，直接影响加工精度及电动机的动态特性2） 启动频率 空载时，步进电动机从静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率，若启动时频率大于突跳频率，则步进电动机不能正常工作3） 连续运行的最高工作频率，步进电动机连续运行时，它所能接受的，不丢步运行的极限频率，决定了步进电机的最高转速，其值远大于4） 加减速特性 是指步进电动机由静止到工作频率&工作频率到静止的加减速过程，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系，逐渐上升和下降的加减速时间不能过小，否则会失步5） 矩频特性与动态转矩 指步进电动机连续稳定运行时的输出转矩与连续频率之间的关系，动态转矩随运行频率的上升而下降