机床数控原理重点

1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章1.数控机床：是指采用数字形式信息控制的机床。（名词解释） 数控机床：是指采用数字形式信息控制的机床。凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需的工件的一类机床即为数控机床。（问答题）2.数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。3.控制介质：数控机床工作时，不需要工人去摇手柄操作机床，但又要自动的执行人们的意图，这就必须在人和数控机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物称之为控制介质。4.数控装置：是数

2、控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。（名词解释）数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。 数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。（简答）伺服系统的性能是决定数控机床的加工精度、表面质量和生产率的主要因素之一。5.数控机床的分类按工艺用途分类一般数控机床；数控加工中心机床；多坐标数控机床。按数控机床的运动轨迹分类点位控制数控机床；点位直线控制数控机床；轮廓控制数控机床。按伺服系统的控制方式分类开环控制数控机床；闭环控制数

3、控机床；半闭环控制数控机床；开环补偿型控制数控机床。按数控装置分类硬线数控（又称普通数控，即NC）；软线数控(又称计算机数控或微机数控，即CNC或MNC)。6.数控加工中心机床：是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的一种带自动换刀装置的数控机床。7.数控加工中心机床和一般数控机床的区别是：工件经一次装夹后，数控装置就能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工面自动地完成铣（车）、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工。8.数控加工中心机床和一般数控机床相比具有的优点：减少机床台数，便于管理，对于多工序的零件只要一台机床就能完成全部加工。，并可以减少半成品的库存量；由于工件只要一次装夹，因

4、此减少了由于多次安装造成的定位误差，可以依靠机床精度来保证加工质量；工序集中，减少了辅助时间，提高了生产率；由于零件在一台机床上一次装夹就能完成多道工序加工，所以大大减少了专用工夹具的数量，进一步缩短了生产准备时间。9.点位控制数控机床主要有：数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床和数控测量机； 点位直线控制数控机床主要有：数控车床、数控镗铣床和数控加工中心； 轮廓控制数控机床主要有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床。10.开环控制数控机床无检测反馈装置，而闭环控制数控机床有，故闭环控制数控机床精度高，速度快。11.软线数控（CNC或MNC）这类系统利用中、大规模及超大规模集成电路组成CNC

5、装置，或用微机与专用集成芯片组成，其主要的数控功能几乎全由软件来实现，对于不同的数控机床，只须编制不同的软件就可以实现，而硬件几乎可以通用。12.程序段：是指为了完成某一动作要求所需的功能“字”的组合。 常用的程序段格式有三种：固定顺序程序段格式、带有分隔符的固定顺序程序段格式、字地址程序段格式。 常用的功能字有：准备功能字G；坐标功能字X,Y,Z；辅助功能字M；进给功能字F；主轴转速功能字S和刀具功能字T。13.准备功能字G：以地址符G为首，后跟二位数字。G00 点定位 G01 直线插补 G02 顺时针圆弧插补G03 逆时针圆弧插补 G40 取消刀具补偿 G41 刀具补偿-左侧G42 刀具补

6、偿-右侧 G90 绝对值输入方式 G91 增量值输入方式14.进给功能字用来指定刀具相对工件运动的速度。 指定方法：三位数代码法；两位数代码法；一位数代码法；直接指定法。1782mm/min的进给速度用F717指定。F后面跟三位数，第一位为进给速度的整数位加上“3”，后二位是进给速度的前二位有效数字。15.辅助功能字：以地址符M为首，后跟二位数字。M00 程序停止 M01 计划的（选择性）停止 M02 程序结束M03 主轴顺时针方向转 M04 主轴逆时针方向转 M05 主轴停止M06 换刀 M07 2号冷却液开 M08 1号冷却液开M09 冷却液停止 M10 夹紧 M11 松开M12 不指定

7、M13 主轴顺时针转，冷却液开16.数控机床的坐标：通常以平行于主轴的轴线为Z坐标（即Z坐标的运动由传递切削动力的主轴所规定），而X方向是水平的，并且平行于工件装卡面，最后Y坐标就可按右手笛卡儿坐标系来确定。旋转A,B,C的正向，相应的为在X,Y,Z坐标正方向上按照右旋螺纹前进的方向。17.CAD 计算机辅助设计 CAM 计算机辅助制造 DNC 群控系统或直接数控系统AC 数控机床自适应控制 FMC 柔性制造系统 MNC 软线数控MDI 手动数据输入 DDA 数字积分法 FRN 进给速率数AGV 自动引导小车 TL 车削中心第二章 计算题类型 逐点比较法 直线（第二、三象限）；圆弧（第一象限

8、逆时针） DDA 直线（第一象限 三位数）1.累加器的作用 插补开始前，累加器清零，被积函数寄存器分别寄存Xe和Ye；插补开始后，每来一个累加脉冲t，被积函数寄存器里的内容在相应的累加器中相加一次，相加后的溢出作为驱动相应坐标轴的进给脉冲x（或y），而余数仍寄存在累加器中；当脉冲源发出的累加脉冲数m恰好等于被积函数寄存器的容量2n时，溢出的脉冲数等于以脉冲当量为最小单位的终点坐标，刀具运行到终点。2.圆弧插补和直线插补的不同 第一，坐标值x和y存入寄存器Jvx和Jvy的对应关系与直线不同，恰好位置互调，即y存入Jvx，而x存入Jvy中。第二，Jvx和Jvy寄存器中寄存的数值与直线插补时还有一个

9、本质的区别：直线插补时Jvx（或Jvy）寄存的是终点坐标Xe（或Ye），是个常数；而在圆弧插补时寄存的是动点坐标，是个变量。因此在刀具移动过程中必须根据刀具位置的变化来更改速度寄存器Jvx和Jvy中的内容。在起点时，Jvx和Jvy分别寄存起点坐标值Yo和Xo；在插补过程中，JRy每溢出一个y脉冲，Jvx寄存器应该加“1”；反之，当JRx溢出一个x脉冲时，Jvy应该减“1”。 减“1”的原因是刀具在作逆圆运动时x坐标须作负方向进给，动坐标不断减少。3.左移规格化：是当被积函数的值比较小时，如被积函数寄存器有i个前零时，若直接迭代，那么至少需要2i次迭代，才能输出一个溢出脉冲，致使输出脉冲的速率下

10、降。4.规格化数：经过左移规格化的数就成为规格化数寄存器中的数其最高位为“1”时，该数即称为规格化数。非规格化数：反之最高位为“0”的数称为非规格化数。5.在DDA插补之前，余数寄存器JRx和JRy预置某一数值（不是零），这一数值可以是最大容量，即2n -1，也可以是小于最大容量的某一个数，如2n /2 ，常用的则是预置最大容量值（称为置满数或全加载）和预置0.5（称为半加载）。半加载：是在DDA迭代前，余数寄存器JRx和JRy的初值不是置零，而是置1000000（即0.5），也就是说，把余数寄存器JRx和JRy的最高有效位置“1”，其余各位均置“0”。全加载：在DDA迭代前将余数寄存器JRx

11、和JRy的初值置成该寄存器的最大容量值（当为n时，即置入2n -1），这会使得被积函数值很小的坐标积分器提早产生溢出，插补精度得到明显改善。6.逐点比较法、数字脉冲乘法器法和数字积分法插补方法的共同的特点，就是插补计算的结果是以一个一个脉冲的方式输出给伺服系统，或者说产生的是单个的行程增量，因而统称为脉冲增量插补法或基准脉冲插补法，这种方法既可用于CNC系统，又常见于NC系统，尤其适于以步进电机为伺服元件的数控系统。 在CNC系统中较广泛采用的另一种插补计算方法即所谓数据采样插补法，或称为时间分割法。它尤其适合于闭环和半闭环以直流或交流电机为执行机构的位置采样控制系统。这种方法是把加工一段直线

12、或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为单位时间间隔（或插补周期）。每经过一个单位时间间隔就进行一次插补计算，算出在这一时间间隔内各坐标轴的进给量，边计算，边加工，直至加工终点。 与基准脉冲插补法不同，采用数据采样法插补时，在加工某一直线段或圆弧段的加工指令中必须给出加工进给速度v，先通过速度计算，将进给速度分割成单位时间间隔的插补进给量f（或称为轮廓步长），又称为一次插补进给量。7.数据采样插补它是分两步完成的，即粗插补和精插补。第一步为粗插补，它是在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用若干条微小直线段来逼近给定曲线，粗插补在每个插补计算周期中计算一次。第二步为精插补，它是在粗插

13、补计算出的每一条微小直线段上再做“数据点的密化”工作，这一步相当于对直线的脉冲增量插补。粗插补是在每个插补周期内计算出坐标位置增量值，而精插补则是在每个采样周期内采样实际位置增量值及插补输出的指令位置增量值，然后求得跟随误差。在实用中，粗插补运算通常用软件实现，而精插补既可以用软件也可以用硬件来实现。插补周期与采样周期可以相等，也可以不等，通常插补周期是采样周期的整数倍，其典型值为2倍。8.在实际轮廓加工过程中，刀具半径补偿执行过程一般可分为三步：刀具补偿建立（G41，G42）；刀具补偿进行；刀具补偿撤消（G40）。9.刀具半径矢量：是指在加工过程中，始终垂直于编程轨迹，大小等刀具半径值，方向

14、指向刀具中心的一个矢量。在直线加工时，刀具半径矢量始终垂直于刀具移动方向。当圆弧加工时，刀具半径矢量始终垂直于编程圆弧的瞬时切点的切线，它的方向是一直在改变的。第三章1.译码：将输入的零件程序数据翻译成数控系统能识别的语言。 在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。2.从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构：大板式结构和模块化结构。大板式结构的特点是：一个系统一般都有一块大板，称为主板。模块化结构的特点是：将微处理机、存储器、输入输出控制分别做成插件板（简称硬件模块），甚至将微处理机、存储器、输入输出控制组成独立微计算机级的硬件模块，相应的软件也是

15、模块结构，固化在硬件模块中。3.从CNC系统使用的微机及结构来分，CNC系统的硬件结构一般分为单微处理机和多微处理机结构。 初期的CNC系统和现有一些经济型CNC系统采用单微处理机结构。而多微处理机结构可以满足数控机床高进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要求，也适应与并入FMS和CIMS运行的需要，从而得到了迅速的发展，它反映了当今数控机床的新水平。4.多任务并行处理： CNC系统的多任务性； 并行处理； 资源分时共享； 资源重叠流水处理。 并行处理：是指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。5.实时中断处理 CNC系统的多任务性和实时性决定了系统中断成为

16、整个系统必不可少的重要组成部分。CNC系统的中断管理主要靠硬件完成，而系统的中断结构决定了系统软件的结构。其中断类型有外部中断、内部定时中断、硬件故障中断以及程序性中断等。6.输入方法：CNC系统中一般通过纸带阅读机、磁带机、磁盘及键盘输入零件程序，且其输入大都采用中断方式。7.进给速度的控制方法：程序延时法和中断法。 程序延时法：又称程序计时法。这种方法先根据系统要求的进给频率，计算出两次插补运算之间的时间间隔，用CPU执行延时子程序的方法控制两次插补之间的时间。 中断方法：或称为时钟中断法。是指每隔规定的时间向CPU发中断请求，在中断服务程序中进行一次插补运算并发出一个进给脉冲。因此，改变

17、中断请求信号的频率，就等于改变了进给速度。8.全编码键盘：全编码键盘每按下一键，键的识别由键盘的硬件逻辑自动提供被按键的ASCII代码或其他编码，并能产生一个选通脉冲向CPU申请中断，CPU响应后将键的代码输入内存，通过译码执行该键的功能。 非全编码键盘：其硬件上仅提供键盘的行和列的矩阵，其他识别、译码等全部工作都是由软件来完成的。9.异步串行接口 并行方式：（或并行接口）是指输入输出数据都按字节传送，一位数据有一根传输线。 串行方式：（或串行接口）是指与设备进行数据传送的只有一根线，数据按通信规程所约定的编码格式沿一根线逐位依次传送。 相距较远的设备间的数据传送采用串行传送的方式比较经济。第

18、四章1.检测装置可决定数控机床的加工精度和定位精度。2.位置检测装置分类数 字 式模 拟 式增量式绝对式增量式绝对式回转形圆光栅编码盘旋转变压器，圆感应同步器，圆形磁栅多极旋转变压器直线形长 光 栅激光干涉仪编码尺直线感应同步器、磁栅，容栅绝对值式磁尺3. 常采用四级绕组式旋转变压器，这种结构形式的旋转变压器可分为鉴相式和鉴幅式两种。（164页） 鉴相式工作方式：是一种根据旋转变压器转子绕组中感应电势的相位来确定被测位移大小的检测方式。 Vs=Vm coswt Vk=Vm sinwt 鉴幅式工作方式：是通过对旋转变压器转子绕组中感应电势幅值的检测来实现位移检测的。 Vs=Vm cossinwt

19、 Vk=Vm sincoswt 角可以改变，称其为旋转变压器的电气角。4.感应同步器：是一种电磁式位置检测元件，按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺组成；旋转式感应同步器由转子和定子组成。前者用于直线位移测量，后者用于角位移测量。5.光栅：是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。光栅尺包括标尺光栅和指示光栅，指示光栅安装在读数头内。常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的，这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹的性质：当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余

20、弦函数。 W=d/ W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，表示两光栅尺线纹的夹角。光栅有放大作用（利用光的干涉现象）莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。6.鉴向倍频：鉴向倍频线路的功能有两个：一是鉴别方向，即根据整形环节输出的两路方波信号A和B的相位关系确定出工作台的移动方向；二是将A和B两路信号进行脉冲倍频，即将一个周期内的一个脉冲（方波）变为四个脉冲，这四个脉冲两两相距1/4周期。7.磁栅：是一种利用电磁特性和录磁原理对位移进行检测的装置。它一般分为磁性标尺、拾磁磁头以及检测电路三部分。8.编码

21、盘或编码尺：是一种通过直接编码进行测量的元件，它直接把被测转角或直线位移转换成相应的代码，指示其绝对位置。编码盘或编码尺的工作原理：是一种按一定的编码形式，如二进制编码，二一十进制编码、格莱码或余三码等，将一个圆盘或直尺分成若干等分，并利用电子、光电或电磁器件，把代表被测位移量大小的各等分上的编码转换成便于应用的其他二进制表达方式的测量装置。9.码道：组成编码的各圈。10.循环码：是无权码，其特点为相邻两个代码间只有一位数变化，即“0”变为“1”或“1”变为“0”，可以减小误差。例题：普通二进制编码盘与循环二进制编码盘各有什么优缺点？ 普通二进制编码盘包括循环二进制编码盘。 普通二进制编码盘的

22、优点：没有积累误差，电源切除后位置信息也不丢失。 缺点：误差比较大。 循环二进制编码盘优点：相邻两个代码间只有一位数变化，即“0”变为“1”或“1”变为“0”，由于电刷安装不准确而产生的误差最多不超过一个编码单位，故误差大大减小。第五章1.伺服驱动系统的性能：进给速度范围要大；位移精度要高；跟随误差要小；伺服系统的工作稳定性要好。 伺服系统必不可少的是驱动控制单元和执行元件。2.进给驱动与主轴驱动进给驱动是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转矩。 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的切削力。 一般地，对于进给驱

23、动系统，主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。 对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。3.步进电机的步距角是反映步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度。一般为0.5°- 3°，步距角越小，数控机床的控制精度越高。=360°/（mzk） m相m拍时，k=1，m相2m拍时，k=2三相三拍的通电方式，其步距角=360°/（mzk）=360°/（3X40X1）=3°三相六拍的通电方式，其步距角=360°/（mzk）=360°/

24、（3X40X2）=1.5°4.启动频率或突跳频率：空载时，步进电机由静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率。连续运行的最高工作频率：步进电机连续运行时，它所能接受的，即保证不丢步运行的极限频率。步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。5.6.环形分配器的作用是把来自于加减速电路的一系列进给脉冲指令，转换成控制步进电机定子绕组通、断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及顺序与进给脉冲的个数及方向对应。7.齿隙补偿：齿隙补偿又称反向间隙补偿。机械传动链在改变转向时，由于齿隙的存在，会引起步进

25、电机的空走，而无工作台的实际移动。8.脉宽调制器的基本工作原理：是利用大功率晶体管的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，加到直流电机的电枢上。通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，从而调节电机的转速。9.角位移：交流伺服电机的工作原理与两相异步电机相似。然而，由于它在数控机床中作为执行元件，将交流电信号转换为轴上的角位移或角速度。所以要求转子速度的快慢能够反映控制信号的相位，无控制信号时它不转动。10.交流伺服电机的控制方式有三种：幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制。 幅值控制：就是保持电压和励磁电压之间的相位差为90°，仅仅改变控制电压的一种调速方法。 相位控制

26、：是保持电压的幅值不变，仅仅改变控制电压与励磁电压之间的相位差。11.稳态误差：当数控机床工作台作等速运动时，系统的输入转角与机床丝杠的实际转角之差。 调节时间：是指系统承受扰动后被调节参数从过渡状态恢复到允许的稳态所需的最短时间。12.CNC伺服系统分为软件和硬件两个部分。软件部分主要完成跟随误差的计算，即指令信号和反馈信号的比较计算。硬件部分由位置检测组件和位置控制输出组件组成。13.14.第六章1.早期故障期的特点：是故障发生的频率高，但随着使用时间的增加迅速下降。偶发故障期的特点：故障率低而且相对稳定，近似常数。耗损故障期的特点：是故障率随着运行时间的增加而升高。2.故障诊断的步骤 详细了解故障情况； 根据故障情况进行分析，缩小范围，确定故障源查找的方向和手段； 由表及里进行故障源查找。3.诊断程序：就是对数控机床各部分包括数控系统本身进行状态或故障检测的软件，当数控