机床数控原理复习资料

1、机床数控原理复习资料第一章 数控系统概述1. 数控技术： 简称数控( Numerical Control )，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种 方法；也可称为计算机数字控制( Computerized Numerical Control,CNC )2. 数控系统： 用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体；3. 数控机床： 采用数控技术进行控制的机床；4. 数控机床的坐标系确定，首先确定Z轴，再确定X轴，最后按照笛卡尔直角坐标系判定Y轴5. 数控系统最基本的组成包括 ：输入 /输出装置、数控装置、伺服驱动三部分。6. 输入 /输出装置 是进行数控加工活运动控制程序加工与控制数

2、据、机床参数以及坐标位置、检测开关等 数据的输入、输出7. 数控装置 ：是数控系统的核心。通过输入输出装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编 译运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各个部分进行规定的动作8. 伺服驱动 ：用来接受数控装置发出的指令经功率放大后， 严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件， 已加工处符合图样的要求的零件。9. 数控机床的类型： 工艺用途分：金属切削机床数控系统、金属成型类机床数控系统、特种加工类机床数控系统； 按控制运动的方式分：点位控制数控系统、点位直线控制数控系统、轮廓控制数控系统； 按伺服控制方式分：开环控制数控系统，半闭环控制数控系统

3、、闭环控制数控系统10. 特点和适用情况：11. CNC系统的特点：灵活性；通用性；可靠性；数控功能多样性；使用维修方便；易于实现 机电一体化。12. CNC系统的功能：控制功能、准备功能、插补功能、固定循环加工性能、进给功能、主轴功能、辅助功 能、刀具功能和第二辅助功能、补偿功能、字符图形显示功能、自诊断功能、通信功能、人机对话编程 功能13. 准备功能字：G,用于指令机床或控制系统做某种功能的操作，为数控系统的插补运算做好准备。14. 尺寸字功能：即尺寸指令；主要用来指令机床的刀具运动到达的坐标位置。第一组XYZUVWPQR主要用来指令到达点坐标或距离；第二组ABCDE主要用来指令到达点的

4、角度坐标；第三组是IJK主要用来指令零件圆弧轮廓圆心点的坐标尺寸15. 进给功能字：F,功能是指令切削的进给速度；16. 主轴转速功能字：S;主要来指定主轴转速或速度，单位RPM或mm/min17. 刀具功能字：T;用来选择刀具18. 辅助功能字： M ；用来指令数控机床的辅助动作及其状态。第二章数控系统的插补与刀具补偿原理1. 插补是指在轮廓控制系统中，根据给定的进给速度和轮廓线型的要求，在已知数据点之间插入中间点的 方法。2. 插补运算类型：基准脉冲插补（数字脉冲乘法器插补法、逐点比较法、数字积分法、矢量判断法、比较积分法、最小偏差法、目标点跟踪法、直接函数法、单步跟踪法、加密判别和双判别

5、法）；数据采样插补（ 直接函数法、扩展数字积分法、二阶递归扩展数字积分圆弧插补法、圆弧双数字积分插补法、角度逼近圆弧插补法、ITM法）；3. 刀具补偿分为两种，刀具长度补偿；刀具半径补偿；刀具补偿指令：G43，正补偿；G44负补偿4. 刀具半径补偿作用：根据刀补指令，数控机床可自动进行刀具半径补偿；当刀具有少量磨损时，只 需要对刀补参数做适当的修改即可；在进行粗加工时运用刀具半径补偿，无需修改刀具尺寸或建模尺 寸而重新生成新的程序，只需在数控机床上对刀补参数做适当的修改即可。5. 逐点比较插补的步骤：差别判别：判别刀具当前的位置与实际轮廓的偏离情况，决定刀具的走向； 进给控制：根据判定结果，控

6、制刀具进给，向给定的轮廓逼近，减少偏差；新偏差计算：进给后产生 新的位移变差，进一步计算，为下一次偏差判别做准备；终点判别：判定刀具是否到达预设的轮廓终 点，如果没有，继续差别判断，如果已经到达，插补完成。6. 第一象限直线插补原理：如图第一象限直线段插补，用户给出起点和终点坐标，令起点坐标为坐标原点，终点为Pe（ Xe,ye），插补点 Pi 的坐标为（Xi,yi）（ i=1，2，3）: 差别判断：直线 OPe, OR与X轴的夹角分别为a e,a i,则:tan a=ye/xetan ayi/xi若插补点P1 （xi, yi）恰在直线上，则:tan e= tan i a fi= yi xe -

7、Xi ye=0若插补点Pl （Xi, yi）恰在直线上方，则:tan a> tan a fi = yi Xe -Xi ye> 0若插补点Pl （Xi, yi）恰在直线下方，则:tan aV tan a fi= yi xe -xi yeV 0综上所述，令偏差函数fi = y i Xe -X i ye 则有fi=0 ,则插补点（Xi, yi）恰在线上；fi>0,则插补点（Xi, yi）恰在线上方； fi V 0,则插补点（xi, yi）恰在线下方；当1i > 0时，向+ X方向进给一步：当fi V 0时，向+ y方向进给一步：新偏差计算：判别函数的计算由递推迭加的方法实现

8、如果向+ X向进给一步，则进给控制：fi+1 = yi+1 Xe -Xi+1 ye= yi Xe -Xi + 1 ）ye= fi-ye同理，如果向+ y向进给一步，则fi+1 = yi+1 Xe -Xi+1 ye= （yi +1 ）Xe -；iye= fi+ye 终点判别：单向计数，取Xe和ye中较大的作为计数长度；双向计数，将Xe和ye的长度相加作为计数长度；分别计数，即计x又计y直到x减到0, y也减到0,停止插补。 逐点比较法直线插补实例：设脉冲当量=1，起点（0,0）,终点（5,4）。解：Xe+ye=5+4=9，所以总步数为 9步该直线为第一象限直线，fi > 0,则想+X方向进

9、给一步，fi+i=f i-ye；f iV 0 ,则想+y方向进给一步，fi+1=f i+Xe序号偏差判别进给控制偏差计算终点判断1f0=0+xf1=f0_ye=0_4=_482f1 V 0+ yf2=f1+xe=-4+5=173f2 > 0+ xf3=f2-ye=1-4=-364f3 V 0+ yf4=f3+xe=-3+5=255f4 > 0+ xf5=f4-ye=2-4=-246f5 V 0+ yf6=f5+xe=-2+5=337f6 > 0+ xf7=f6-ye=3-4=-128f7 V 0+ yf8=f7+xe=-1+5=419f8 > 0+ xf9=f8-ye=

10、4-4=00第一象限逆圆弧插补原理:公式：fi> 0，走-x, fi+i =fi-2x+1,x=x-1, y=yfiW0 走 +y, fi+1=fi+2y+1,x=x, y=y+17. C功能刀具直线过渡的转接类型判别：根据两段轨迹的矢量夹角和刀具补偿的方向不同，有以下几种转接过渡方式：180°WaW 360 ° ,缩短型；90°<aV 180 ° ,伸长型；0 °<aV 90 ° ,插入型;8. 在脉冲增量式插补算法中，可以通过改变插补周期T来控制进给速度；在数据采集算法中，进给速度与插补周期没有直接联系，按照加减

11、速控制算法与插补算法的先后位置关系，可分为前加减速控制和后加 减速控制两种方案。加减法控制的方法分为梯形、指数型、抛物线型和复合曲线加减速法等9.逐点比较法实现4象限直线插补和逆圆插补的计算过程:10. 数字积分法实现第1象限直线插补的计算过程；11. 与直线插补比较，数字积分法实现第一象限逆圆插补的异同之处：与直线插补类似，圆弧插补也可由两个数字积分器来实现，两者之间所不同的是直线插补是被积函数为常量（kxe,kye），而圆弧插补被积函数为变量（kxi,kyi）,且随着溢出脉冲变化而不断变化。第三章数控系统的软硬件及相关技术1. CNC系统的定义：也称数控系统，是实现数字控制的装置。2. C

12、NC系统的结构：操作面板，输入输出装置，PLC CNC装置，伺服单元，驱动装置，测量单元圈旳|5湖门白 王_烤动机构3. CNC软件的组成：由管理软件和控制软件组成。4. 单微处理器的结构特点：单微处理器是指在CNC装置中只有一个微处理器，工作方式为集中控制、分时处理CNC的各项任务。特点：结构简单，容易实现；处理器通过总线与各个控制单元相连，完成信息交换；由 于只有一个微处理器来集中控制，其功能受到微处理器字长、数据宽度、寻址功能和运算速度等因 素的限制；由于插补等功能由软件实现，因此，数控功能的实现与处理速度成为一对矛盾。5. 多微处理机结构的特点：多微处理器结构的 CNC装置将数控系统的

13、总任务划分为多个子任务，也称为功能模块，每个子任务由一个独立的CPU来控制。在多微处理器结构中，CPU之间有两种耦合形式，即紧耦合和松耦合。紧耦合结构由各微处理构成处理部件，有集中的操作系统，。共享资源；松耦合结构由各微处理器构成处理模块，有多种操作系统。可有效地进行并行处理。目前使用的多微处理器系统有三种不同 的结构，即主从式系统总线式多主CPU系统和分布式系统。在该系统中，有一个主处理器，其他则是从微处理器。各微处理器都是完整而独立的系统。只有主微处理器能控制总线并访问总线上的资源，主微处理器通过该总线对未处理器进行控制、监控，并协调整个多微处理器的操作；从微处理 器只能被动地执行主微处理

14、器发出的指令或完成一些特定的功能，不能与主微处理器一起进行系统的决策和规划等工作，且一般不能访问系统总线上的资源。主从微处理器间的通信可以通过I/O接口进行应答，也可以采用双端RAM技术进行，即通信的双方都通过自己的总线读写同一个存储器。总结两类共享总线结构共享存储器结构。6. 多微处理器区别于单微处理器的最显著特点是通信，CNC各项任务和职能都是依靠组成系统的各CPU之间的相互通信配合完成的。 多微处理器结构的 CNC的典型通信方式由共享总线和共享存储器 两类。7. CNC系统的多任务并行处理特性：CNC是一个专用的实时多任务操作系统，他的系统程序包括管理和控制两大任务。系统管理包括通信、显

15、示、诊断、零件程序输入/输出以及人机界面管理（参数设置、程序编辑、文件管理等），这类程序实时性要求不高；系统控制包括：译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制、开关量输入输出控制等。并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔处理两个或两个以上的性质相同或不相同的工作。 并行处理的优点是提高了运行速度。8. CNC系统控制软件的输入、译码、预计算、插补计算、输出等模块的工作过程：输入：CNC系统通过纸带阅读器或其他读取设备输入零件程序，采用中断方式，在系统程序中通过 自带的中断程序读入一个字符至接口中时，就向主机发出中断，由中断服务程序将该字符送入内存，每一个按键则向主机申请一次中断，调出一次键

16、盘服务程序，对应的键盘命令进行处理。译码：经过输入系统工作，将数据段送入零件程序存储后，由译码程序将输入的零件程序数据段翻 译成本系统能识别的语言。 预计算：在插补运算前进行的数据预处理，目的是为了提高系统实时处理能力和减轻插补运算的工 作负担。预计算通常包括刀具长度补偿、刀具半径补偿、象限及进给方向判断、进给速度换算和机 床辅助功能判断等插补计算：插补计算是CNC计算中最重要的计算工作之一。在软件系统中计算所需的插补轨迹这些 数字电路必须由计算机的成形来模拟输出：进行伺服控制。当进给脉冲改变方向是，要进行反向间隙补偿处理。进行丝杠螺距补偿。M、S T等辅助功能的输出。9. CNC系统的网络通

17、信协议及接口网络标准及协议：开放系统互联参考模型OSI/RM。TCP/IP协议。IEEE802标准现场总线接口：SERCO黴字驱动接口。BROFIBUS10. CNC装置的中断处理的类型和特点： 中断的类型主要有外部中断、内部定时中断、硬件故障中断、程序性中断。 外部中断：主要有光带阅读机读孔中断、外部监控中断（急停等）和键盘输入中断。光带阅读机读 孔中断和外部监控中断通常定义为优先级，键盘输入定义为较低的优先级 内部定时中断：主要有插补周期定时中断和位置采样定时中断。硬件故障中断：由各种硬件故障检测装置发生的中断，如存储器出错，定时器出错及插补周期超时等程序性中断：程序中出现的各种异常情况的

18、报警中断、如溢出、除零等。11. 数控系统 I/O 接口电路的作用和类型：作用：进行必要的电隔离，防止干扰信号的串入和强电对系统的冲击破坏； 进行电平转换和功率放大。类型：开关量I/O接口；模拟量的I/O接口；机床控制I/O接口电路第四章 数控机床伺服驱动系统冲、数字比较伺服系统、2. 步进电机步距角公式：m是相数，Zr是转子齿数，单相或双相通电 C=1,3. 步进式伺服系统的特点:1. 伺服系统是数控机床重要的组成部分，是以位置为主要控制对象的自动控制系统，对位置的控制是 以对速度控制为前提的，而伺服电动机及其速度控制单元只是伺服控制系统中的一个组成部分。数 控机床的进给伺服系统有伺服电路、

19、机械驱动装置、机械传动装置及执行部件组成；伺服系统按调 节理论分类：开环、半闭环、闭环、混合闭环；按使用的驱动元件分为：电液伺服系统、电气伺服 系统；按进给驱动和主轴驱动分类：进给伺服系统、主轴伺服系统；按反馈比较控制方式分类：脉 相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统、全数字伺服系统。?单双相轮流通电 C=2.?=苗? 可以用数字信号直接进行开环控制，整个控制系统较简单 转速与脉冲信号的频率成正比，因此，转速范围较宽 步进电机的启动、停止、正反转、变速等比较容易实现，响应特性较好 角度误差小，没有累积误差 容易与数字控制器接口 固有的高转矩、位置增益 停转时，能高度保持转矩以确定其位置 只有定子

20、发热，容易冷却 允许开环速度控制 步进电机的转角与输入脉冲数完全成正比。同时，步进电机的缺点有 步进电机带有惯性负载能力较差 不能直接使用普通的交直流电驱动，而必须使用专用设备驱动器 步输出转矩随着转速的升高而下降 从应用的角度上来说，严重制约步进电机的问题是失步和震荡。4. 直流伺服系统的特点：直流伺服系统具有灵活、 方便、听话等特点；控制简单、调速性能优异；由于机械换向装置的引入， 起成本高，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰；电动机的 电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。5. 交流伺服系统的特点：交流电机特别是感应电机克服了直流电机的换向器、电刷易磨损

21、，换向产生火花等缺点，且转子惯 量小，动态响应好，容量较大，能达到更高的电压和转速。6. 步进电机的种类：按工作原理分：反应式 VR型永磁式PM型混合式HB型；用于数控机床驱动的电机主要有两 类：混合式和反应式。反应式目前应用最广。7. 直流伺服电动机组成方案：系统的精度仅仅取决于电动机伺服轴编码器，避免传动机构（如蜗轮蜗杆等减速装置）的误差。被 直流控制系统通过三种控制量来控制机床的传动及位置精度：转矩/电流控制速度控制位置控制，即所谓的三环反馈控制系统：电流环、速度环、位置环。8. PWM （脉冲宽度调制）驱动系统及数学模型：直流电机电枢电压的控制和驱动是通过半导体功率器件完成的。半导体功

22、率器件可分为两种：线性 放大驱动和开关驱动。线性放大驱动控制简单，输出波动小，线性好。但是效率和散热问题严重。适用于微小功率直流电机。大多数采用开关驱动的方式。即通过PWM来控制电枢电压，实现调速。?+ ? ?= cc ?= cc?3?= ?+ ? ?a表示了在一个周期T内，开关管导通的时间长短与周期的比值。其变化范围01，当店员电压 Us恒定时，电枢的端电压的平均值取决于占空比a的大小，改变a的值就可以改变端电压的平均值， 从而达到调速的目的。这就是调速原理。以下三种方法都可以改变占空比的值：定宽调频、调宽调频、定频调宽。目前主要使用定频调宽法。9.无刷直流电机伺服控制系统的结构：（电源模块

23、、功率逆变和保护单元、检测单元、数字控制电路单元）10. 交流伺服系统的组成单元和结构：交流伺服系统通常通过三环控制（位置控制、速度控制、电流控 制）11. 交流伺服系统控制策略：控制策略主要包括交流电机控制技术和系统的主要调节策略；交流伺服电机的变频调速交流伺 服电机的矢量控制调速。12. 伺服驱动系统的接口类型和作用： 电源接口：电源接口一般采用端子接线的形式。 指令接口：模拟量接口、脉冲接口、通信指令接口、总线式指令接口 控制接口：输入信号接口，接受CNC PLC以及其他设备的控制指令 状态与安全报警接口：输出信号接口 通信接口：高级调试和控制功能，常用RS232 RS485 反馈接口：

24、位置、速度检测反馈、位置反馈 电动机电源接口13. 伺服驱动装置选型的原则：实用性经济性稳定可靠性可操作性14. 伺服驱动装置的常用类型：目前主要有步进电机驱动和交流伺服驱动两大类，步进电机一般应用于加工精度和进给速度要求不高的经济型数控机床，采用步进电机的数控机床分辨率一般为0.01mm，最快移动速度5m/min以下，步进电机一般在转速lOOOrpm以下工作。永磁交流电机则用于中高档的数控机床，分辨率可以达到0.001mm，最快移动速度10m/min以上，交流伺服电机的额定转速一般为 2000rpm。15. 步进式伺服系统、直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系统的组成和作用：卒冃rrti作冃=1

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27、87;ibiaiwma.忌芒帥 匸，$蛟 入翰ii出寸空 制冬.元夙探ip报第五章数控机床主轴驱动系统1. 数控机床主轴驱动系统包括主轴驱动放大器、主轴电动机、传动机构、主轴组件、主轴信号检 测装置及主轴辅助装置2. 数控机床对主轴控制的要求 调速范围：要满足不同机床对调速范围的不同要求。 主轴的旋转精度和运动精度： 主轴的调速是依指令自动进行的，要求能在较宽的范围内进行无极调速，减少中间环节，简 化主轴。 要求主轴在整个范围内都能提供切削所需的功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电机的最大功率，即恒功率范围要宽 要求主轴正反转时均可进行自动加减速控制，即要求具有四个象限驱动能力，并且加减速时间

28、短 主轴具有高精度的准停控制。 具有旋转进给（C轴）的控制功能。3. 主轴驱动装置的功能： 输出功率大 在调速范围的速度稳定，恒功率范围宽 加速时间短 电机温升低 振动噪音小 可靠性高，寿命长、易维护 体积小重量轻主轴驱动装置的类型： 直流主轴驱动装置 交流主轴驱动装置：交流异步伺服系统、交流同步伺服系统4. 数控装置与模拟主轴连接信号原理：数控装置通过控制接口和PLC输入输出接口，连接各种主轴驱动器，实现正反转、定向、调速等控制，还可以外接主轴编码器，实现螺纹车削和铳床上的刚性攻丝功能。 主轴启停（Y1.0停，Y1.1启） 主轴速度控制（S800，土 10V） 主轴编码器连接（螺纹、攻丝、转

29、速在系统上显示，差分编码器）5. 主轴变速控制的类型和控制方法： 有级变速：配以齿轮变速的经济型数控机床 无级变速：交流或直流主轴伺服电动机（常用），以笼型感应交流电机配置矢量变换变频调速系统实现。 分段无级变速：在交流或直流主轴伺服电动机配以齿轮变速的数控机床（常用），在无级变速的基础上，配以齿轮传动装置实现分段无级变速。6. 自动换挡的工作时序 M41M44 :M巴训出!' Ums首先要在数控系统参数区设置 M41M44四挡 对应的最高主轴转速， 系统根据当前S指令值，判 断应处的档，并自动输出相应的 M41M44指令给 PLC及对应的挂挡齿轮，数控装置输出相应电压。 当数控系统读

30、到有档的变化 S指令时，则 输出相应的 M代码（M41M44 ）输出信 号至PLC 50ms后，CNC发出M对应选择的 M信号M strobe,指令PLC读取并执行 M代码，M strobe 持续100ms确保M代码稳定，读数准确。 PLC接受到M strobe信号后，立即使 M完成信号为无效，告诉系统正在执行。 PLC开始对M代码进行译码，并执行相应的换挡控制逻辑。 M代码输出200ms后数控系统根据参数设置输出一定的主轴蠕动量，使主轴慢速转动 或振动，已解决齿轮顶齿问题。 PLC完成换挡后，置 M信号有效，并告诉系统换挡工作完成。 数控系统根据参数设置的每档主轴最高转速，自动输出新的模拟电

31、压，主轴转速为给定的S值。7. 主轴与进给轴的关联控制的类型和作用主轴旋转与轴向进给的关联控制进给量与主轴转速关联控制主轴转速与刀具轴向进给保持一定的协调关系主轴旋转方向控制控制主轴正反转以满足零件加工需要。主轴绝对位置定位用于主轴绝对位置的定位检测和控制主轴旋转与径向进给的关联控制确保恒定的切削线速度8. 主轴准停控制：主轴准停功能又称主轴定向功能，即当主轴停止时，控制其停于固定位置，也 是换刀功能所必须的功能。加工中心的主轴准停有两种：机械准停和电气准停。 主轴准停是自动换刀所必须的功能； 退刀时为了避免刀具弹性恢复拉伤已加工表面，要求先让刀在退刀，必须要有准停。9. 机械准停：机械准停一

32、般要求主轴具有无级变速功能，接受到数控系统发出的准提指令r如M19后，控制主轴的电机带动主轴以可以设定的准停速度和方向旋转。 接受到无触点开关有效信号，停止主轴，主轴电机与主轴传动依惯性继续旋转，同时控制定位销伸出压向主轴定位盘。、 接受到定位销到位信号后，通知系统准停指令完成。10. 电气准停：实际上是在主轴速度控制基础上加一个位置控制环。需要采用磁性传感器或位置观点编码器等检测元件用于主轴位置检测。一般用于中高档数控机床，特别是加工中心。、1. 磁传感器主轴准停方法步骤： 转动或停止时，数控装置发出准停指令后，立即控制主轴加速或减速至某一准停速度（一般很慢） 主轴到达定向速度并检测到准停位

33、置信号时（即磁发体与磁传感器对准），立即控制主轴停止，并向主轴驱动器发出位控工作模式指令，主轴驱动器控制主轴电机在位控模式下静止锁死。 若取消主轴准停状态，只需要撤销主轴驱动器的位控工作模式指令。2. 编码器型主轴准停方法步骤：编码器主轴准停功能由主轴驱动器完成，数控系统只需 发出准停指令信号然后监测主轴驱动器返回的准停完成信号即可。 接收到准停指令后，控制主轴电机以准停速度和准停旋转方向旋转； 监测带准停参考位置信号后， 控制主轴电机相对准停参考位置转过一个角度后静止 锁死；3. 数控系统控制准停：这种准停控制方式的准停功能是由数控系统完成，准停时数控系统按进给系统的控制 方式控制主轴工作在

34、位置控制模式下，采用这种准停方式的主轴可以一直在位控模式 下，也可仅在准停时工作在位控模式，平时则工作在速度控制模式，一般也由数控系 统完成。第六章可编程机床控制器1. PLC的特点和应用：特点：可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工 程技术人员的欢迎；系统设计周期短，维护方便，改造容易；体积小，重量轻，能耗低。应用：广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保 及文化娱乐等行业。使用情况归纳为以下几类：开关量的逻辑控制模拟量控制运动控制 过程控制数据处理通信及联网。2. PLC的组成：硬件：中央处理器 CPU,存储器ROM/RA

35、M，输入输出接口，电源，外设。软件：系统软件和用户软件；常用的五种编程语言：梯形图指令表顺序功能图功能块 图结构文本3. PLC的工作过程（原理）：在系统程序管理下，通过运行应用程序完成用户任务。采用固定的程序，循环扫描的方式完成任务。输入处理t执行t输出处理。数控机床PLC的类型：独立型 PLC;内装型PLC4. 数控机床PLC的控制对象：PMC的控制信号：MT侧的信号，即X信号、Y信号，NC侧的信号，G信号、F信号；S T、M 功能的处理，S速度功能处理，T刀具功能处理实现， M辅助功能的处理。5. PLC的信号存储器及地址：内部继电器存储器、机床侧信号存储器、NC侧信号存储器、非易失性存

36、储器。6. 梯形图的结构：左右两根竖线称为电力轨，两电力轨之间的横承称为梯级，每个梯级由一行或 数行构成，每行又由触点、继电器、线圈、功能指令等构成。7. PMC顺序程序的执行过程：按照由上到下的执行顺序，先执行第一级程序，处理短脉冲信号，这些信号包括：急停、各轴超程、返回参考点减速、外部减速、跳步、到达测量位置和进给暂停信号；第一级每8ms执行一次。第二级程序按照事先设定是否分割依次执行，在该段执行时 间内，也包含了跳转功能的时间。 二级程序执行完成之后，以SP开始执行子程序，至SPE吉束。整个子程序必须在顺序程序结束指令END之前结束。8. PMC常用指令：申号tti F功雷1岡搐式1）k

37、hk读人佶宦的信号弑东井讨肯狂、丨中Zkll n|塀贞人的fti定悄号的遲摘状畫取普倍金刹sTn3WK 1押序爱则i匚琛書剥!sn的联臺】出列常定齟Jt4WHI. MH的狀畫】览车惦-出州糖定髦址rA運K与6AAh. NOTx博IS定的信号狀需服年绘卷揖与7()8(JKr XUT埒崔定的僧号惫取非柱遐揖或QR11STKF->寿拝时油弃1 f.'.ffft利 <11Kll内容左移1也把撕宦蹩址的倍号矗暮訂门訓ST"11Wil. SI KASSTOfllSTl昆坪首檎書押譽右H一位12()RSTKSTVftSTl豪廈盲Jtl*1F*右幡一世1SKTSF1中的悄孙邂辑或

38、后.番结聲蛊回抬定豐性11RSIRST常“的定地处中的点号邂膽与将拾果曲囱到描X信号（编码信号、单独 输出信号Y信号9. 梯形图的设计流程及具体内容：根据控制系统的工艺要求确定控制对象并统计所需的输入输出 信号的点数，分配 PMC接口，用梯形图基本指令和功能指令实现对所确定的控制动作的控制， 通过计算机或内装编程功能编辑输入顺序程序；可在机床外采用灯和开关组成的仿真器进行控制逻辑调试。进一步，进行机床实际运行调试， 调试完成后， 可以程序存储在存储卡中，并将顺序程序打印出来。用和核对PMC型号的I/O点数；对被控制对象的I/O信 号逐点确认，并分别计算出各自的需要数量建立DI/DO信号地址分配

39、表；系统采用串行口把CNC伺服控制器、等控制信号连接起来并在各设备之间高速 传递信号，在传递和接受时需要一定的存储空间。电控原理图：与数据传输相关的器件名称位置线圈插脚 编号端子编号的地址、电源及接线等。设计机床动作逻辑流程图：在电器设计任务书中对机床 各动作部件的详细说明及相互关系，构成机床动作的逻 辑流程图。绘制梯形图。根据以上准备工作绘制梯形图，考虑每一 个逻辑单元的动作，用梯形图语言表示出来。10.随机刀具位置选刀控制的控制流程：PMC控制信号的类型用法： 床侧输入信号：输入信号 连锁信号、单独信号）； NC侧信号：输入信号 F信号；输出信号 G信号第七章数控机床位置检测装置1. 旋转

40、变压器的结构和类型：定子和转子组成；定子绕组为变压器的一次绕组，转子绕组为变压 器的二次绕组；根据转子绕组两种不同的引出方式，分为有刷式和无刷式两种结构。2. 光电编码器的结构和类型：由电路板、圆光栅、指示光栅、轴、光敏元件、光源和连接法兰组 成；按照输出信号与对应位置关系，通常分为增量式光电编码器、绝对是光电编码器、混合式 光电编码器。3. 光栅尺的构造和类型：由标尺光栅和光栅读数头两部分组成；类型有：物理光栅、计量光栅、 透射光栅、反射光栅。4. 感应同步器的结构特点：高精度位移检测装置，实际上是多级旋转变压器的展开形式，即有定 尺和滑尺组成。可分为旋转式和直线式两种。旋转式用于角度测量，

41、直线式用于长度测量。5. 测速发电机的结构和特点：定子、转子结构与直流伺服电机基本相同。优点：易于得到线性的 输出特性，无相位误差，适用于自控系统。缺点：换向器与电刷相对滑动接触，容易造成机械 磨损。6. 旋转变压器的工作方式有鉴相式工作方式和鉴幅式工作方式：鉴相式工作方式：旋转变压器定子的两边正向正弦绕组S和余弦绕组C分别加上幅值相同而相位相差90度的正弦交流电压。旋转变压器转子绕组中的感应电压与定子绕组中励磁电压同频率， 但是相位不同，其相位严格随转子偏角而变化。公式？= ?鉴幅式工作方式：在旋转变压器定子的两相正向绕组分别加上频率相同相位相同，而幅值分别 按正弦余弦变化的交流电压。定子励

42、磁电压在转子中感应出的电动势不但与转子和定子的相对位置有关，还余励磁的幅值有关。公式:?7. 增量式光电编码器工作原理：在码盘边缘上设有间距相等的透光缝隙，码盘的两侧分别安装光源与光敏元件（光电磁，光敏三极管）。当码盘随被测轴旋转时，每转过一个缝隙就有一次光线的明 暗变化，投射到光敏元件上的光就会发生变化，光敏元件把光线的明暗变化转变成电信号的变化，然后经过放大整形处理， 输出脉冲信号，脉冲的个数 等于转过的缝隙数。如果将脉冲信号送到计数器中 计数，就可以测出码盘转过的角度，测出单位时间 内脉冲的个数，就可以求出码盘的旋转速度。8. 绝对式光电编码器工作原理：码盘上有四条码道，码道就是码盘上的

43、同心圆。按照二进制分布规律，把每条码道加工成透明和不 透明相间的形式，码盘一侧安装光源，另一侧安装一排径向排列 光电管，每个光电管对准一个码道，当光源照射码盘时，如果是 透明区，则光线被光电管接受，并转换成电信号输出信号1;如果不是透明区，光电管接受不到光线，则输出信号0。被测轴带动码盘旋转时，光电管输出的信息就代表了轴的相应位置，即绝 对位置。9. 莫尔条纹的形成原理：将两块栅距相同、黑白宽度相同的标尺光栅和指示 光栅刻线平行放置，将指示光栅在其自身平面内倾 斜一很小的角度，以便使它的刻线与标尺光栅的刻 线间保持一个很小的夹角，这样在光源的照射下， 就形成了光栅刻线几乎垂直的横向明暗相同的的

44、 宽条纹，及莫尔条纹。10. 莫尔条纹的特点： 起平均误差作用；放大作用；莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成正比。 感应同步器工作方式有鉴相方式和鉴幅方式，其工作原理与旋转变压器类似。11. 旋转变压器在数控机床中的应用：测量旋转变压器转子侧二次绕组的感应电动势E2的幅值或相位的变化，可知B角的变化； 如果将旋转变压器装在数控机床的丝杠上，当B角从0°变化到360°时，表示丝杠上的螺母走了一个螺距，这样就间接地测量了丝杠的直线位移（螺距）的大小； 在数控机床伺服系统中，往往用来测量机床主轴及伺服轴运动等。 测全长时，可加一个计数器，累计所走的螺距数换算成位移总长度；再加一个向

45、敏检波器可以 区分转向； 可以用3个旋转变压器按10:1和100:1的比例相互配合串接，组成精、中、粗3级旋转变压器测量装置；12. 光电编码器正反转辨别原理：AfU |1二随着码盘的转动，光敏元件输出的信号是近似正弦波，为了测出方向，光栅的两个狭缝距离为m ± p/4，两个光敏元件的输出信号相差n /2相位。为了辨别方向，在码盘两侧再 装一套光电转换装置，两套装置在圆周方向错开p/4节距，他们分别用A和B表示。两套光电转换装置产生的两组近 似于正弦波的电流信号 IA和IB,两者相位差90。，经放大 和整形电路处理后变成放行波，若IA的相位超前于IA的相位，对应电机为正向旋转，反之则

46、反向旋转。13. 光栅测量系统的组成和功用：光栅测量系统是由光源、透镜、光栅尺、光敏元件和一系列信号处理电路组成，信号处理又包括放大、整形和鉴相倍频。 除标尺光栅与工作装在一起移动外，光源、透镜、指示光栅、光敏元件和信号处理均装在一个壳体内，做成一个单独部件固定在机床上，这个部件成为光栅读取头，其作用是将莫尔条纹的光信号转换成所需的电脉冲信号； 光栅测量中光敏元件常使用硅光电池，他的作用是将近似正弦的光信号变为同频率的电压信号； 通常硅光电池产生的电信号较弱，所以需要经过差动放大器放大到幅值足够大的同频正弦波； 再经整形器变为方波。 最后鉴相倍频电路中的微分电路变为一个窄脉冲。第八章 常用数控系统1. SIEMENS数控系统的特点(840D) 多轴控制； 插补功能强； PLC功能强； 编程方便； 信功能强； 自诊断功能强； 具有模块化结构2. FANCU数控系统的特点： 统在设计中大量采用模块化结构 具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力 有较完善的保护措施 FANC U系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能 提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令 具有强大DNC功能 提供丰富的维修报警和诊断功能3. 华中数控系统的特点：开放式体系结构，内嵌式工业PC,集