数控技术概论

1、第一章数控技术概论1.数控（numerical control, NC）：用数字化信息，对机床运动及其加工过程进行控制的一种 方法。2.计算机数控（computer numerical control， CNC） 3.数控系统的基本组成：输入输 出装置，CNC装置，可编程控制器（PLC），主轴伺服驱动装置，进给伺服驱动装置，检测 装置4.数控机床加工零件的整个过程：零件图工艺处理数学处理数控编程程序输 入译码数据处理插补伺服驱动和加工5.数控机床的特点：适应性，灵活性好 精度高，质量稳定生产效率高劳动强度低，劳动条件好有利于实现现代化生产与管理 使用，维护要求高6.数控机床的分类:a.按运动方

2、式分：点位控制数控机床直线 轮廓b.按伺服系统类型分：开环数控机床半闭环闭环c.按功能水平 份：经济型中档型高档型上按工艺方法分:金属切削金属成 形特种加工7.多轴联动：对于轮廓控制数控机床，根据同时控制坐标轴的数目 可分为两轴联动，两轴半，三轴，四轴和五轴联动8.开环控制数控机床:没有位置检测反 馈装置的数控机床。闭环：带有位置检测装置，而且检测装置安装在刀架或工作台等 执行部件上，用以随时监测这些执行部件的实际位置半闭环：带有位置检测装置，它 的监测装置安装在伺服电机上或丝杠的端部，通过检测伺服电机或丝杠上的角位移间接计算 出机床工作台等执行部件的实际位置，然后与指令位置进行比较，进行差值

3、控制。9值速 加工的概念：指切削速度高，超过普通切削的510倍。机床主轴转速很高，一般在10000 转以上，最高可达150000r/min.进给速度很高，一般认为，高速加工的机床不仅指要有高的 主轴转速，与主轴转速相匹配的高进给速度，还必须具备高的进给加速度。以电主轴和直线 电机的应用为特征第二章数控加工程序编制基础数控编程的方法:手工编程，白动编程2.正方向：假定工件相对禁止不动，而刀具在移动， 并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向3.机床坐标系:机床上固有的坐标系， 用于确定被加工零件在机床中的坐标，机床部件的位置，以及运动范围。机床原点（零点）: 机床坐标系的原点工件坐标系：编

4、程人员在编制零件加工程序时使用的坐标系工件原点 （零点）工件坐标系的原点4.程序地址码:FANUC系统用O,西门子系统用 5.零件数控 加工程序可由主程序和子程序组成6.数控编程中常用指令:1）准备功能G代码：分为模 态代码和非模态代码，掌握 G90 G91 G00 G01 G02 G03 G41/42 G40 G43/44 G49 G17/18/19 G04P/X（U）刀具补偿功能应用的优点：简化编程工作量实现粗精加工实现内外型面 的加工2）辅助功能M代码（M，S，T指令由PLC实现）：掌握M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07 M08 M09 M30 3）F,S,T

5、代码：F： G94:mm/min G95:mm/r S： G96 S600:160m/min G97 S1000:1000r/min T： T0101 （前两位为刀具号，后两位表示刀具补偿号）7.数控加工 工艺的特点：工序内容具体工序内容复杂工序集中8.工序的安排：在遵循基准先行， 先粗后精，先面后孔，先主后次的一般原则基础上，还应遵循先进行内形腔加工，后进行 外形加工工序有相同装夹方式或同一把刀具加工的工序最好一起进行，以减少重复定位， 节省换刀时间同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序9. 数控机床上使用的夹具只需具备定位和夹紧两种功能，不需要导向和对刀功能数控加工的

6、 刀具应满足调整方便，刚性好，精度高，耐用度高由于普通铣刀端面中心处无切削刃，所 以立铣刀不能作轴向进给，端面刀主要用来加工与侧面相垂直的底平面铣刀的选择：a. 加工较大的平面应选择面铣刀b.加工凹槽，较小的台阶面及平面轮廓应选用立铣刀。.加工空 间曲面，模具型腔或凸形表面等多选用模具铣刀d.加工封闭的键槽选择键槽铣刀e.加工变斜 角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀f.加工各种直的或圆弧形的凹槽，斜角面，特殊孔应选用 成形铣刀g.航天领域加工薄壁件应选用短切削刃的立铣刀10.对刀点:是数控加工时刀具相 对工件运动的起点，也是程序的起点，亦可称为程序起点或起刀点刀位点：刀具在机床的 位置是由“刀位点

7、”的位置来表示，所谓刀位点就是表征刀具特征的点。平头立铣刀，端 铣刀(底面中心)钻头(钻尖)车刀，镗刀(刀尖)球头铣刀(球心)刀具对刀时，应 使“刀位点”和“对刀点”重合。11.凹槽加工的三种走刀路线:“行切法”“环切法”“先 行切，最后环切一刀光整表面” 12.对于多框复杂薄壁件的加工，在确定不同框之间的走刀 路线时，应选择层优先，而不能采用深度优先的方法，以减少薄壁的加工变形13.车螺纹 时，在Z向应使车刀刀位点离待加工面(螺纹)有一定的引入距离，退刀时有一定的引出 距离(提高精度)14 .用直线段逼近非圆曲线时可采用的方法弦线逼近法(等间距法，等步 长法，等误差法)割线逼近法，切线逼近法

8、15.等步长法的步骤:用直线段逼近非圆曲线时， 如果每个逼近线段长度相等，称为等步长法。求最小曲率半径计算允许步长l计算节 点坐标16.等误差法的概念步骤：用直线段逼近非圆曲线时，如果每个逼近误差相等，则称 等误差法。以起点a(xa，ya)为圆心，S为半径作圆求圆与曲线的公切线PT的斜率 求出过a点与直线PT平行的直线方程由直线方程与曲线方程联立求解b点坐标按以 上步骤依次求得才c，d各节点坐标第三章数控加工编程方法L数控车床根据主轴的方向可分为立式数控车床和卧式数控机床 勿数控车床刀具的选择要 保证其刚度，强度，耐用度3.编程时，直径方向按绝对坐标编程时以直径表示，按增量坐 标编程时，以径向

9、实际位移量的2倍表示4.数车编程：1)G00 G01 G02 G03 2)F,S指令 F指令设置G99F_(每转进给模式：mm/r) G98F_(每分钟进给模式：mm/min)S指令设 置G96S_( m/min)-设置为恒切削速度，此时为了防止计算出的主轴转速过高而发生危险， 在设置前应将主轴最高转速设置在某一最高值，指令格式为G50S_(r/min) G97S_ (r/min) 3)暂停指令G04 4)车削常用固定循环指令：单一形状圆柱或圆锥切削循环：圆柱： G90 X(U)_Z(W)_F_ 圆锥：G90 X(U)_Z(W)_I_F_ X,Z 为圆柱或圆锥面切削终点 坐标值，U,W为圆柱或

10、圆锥面切削终点相对循环起点的坐标增量，I为椎体切削始点与切削 终点的半径差端面切削循环：G94 X(U)_Z(W)_F_多重复合循环：a.外圆粗车循环 G71 b.端面车加工循环G72 c.成形车削循环G73 d.精车循环G70 5)其他指令工 件坐标系设定指令G50 G50 X_Z_参考点返回指令G28 G28 X(U)_Z(W)_刀具功 能T刀尖半径补偿建立与取消指令G41/42 G40 在数铣中，如果采用G54-G59进行坐 标系设定值，操作者在实际加工前，应测量工件坐标系原点与机床坐标系原点的偏置，并在 数控系统中预先设定，这个值称为“工件零点偏置” 6.加工中心编程：1)加工中心：它

11、带 有刀库和换刀装置，能进行铣，镗，钻，攻螺纹等多种工序的加工2)编程指令：孔加 工固定循环指令:G81-89选刀与换刀指令:T02 M06参考点返回指令:G28 X_Y_Z_ x,y,z为返回参考点时经过的中间坐标子程序调用指令刀具位移偏置指令G45-48(非模 态)：G45增加一个刀具偏量G46减少一个刀具偏量G47增加两个刀具偏量G48减少一个 刀具偏量7.宏程序：1)变量：a, #0空变量 该变量总为空，不能赋值b,#1-33局部变量 在宏程序中有存储数据，断电时不保存c,#100-199 #500-999全局变量 在不同的宏程序 中意义相同，#100-199断电为空#500-999断

12、电不丢失d.#1000系统变量 用于保存CNC 各种数据，如当前位置刀具偏置值等 引用时：G01 X#1+#2 F#3，G00 X-#1 2)算数和 逻辑运算3)转移和循环指令无条件跳转GOTO n;向前跳转GOTO #i；向后跳转 有条件跳转 IF 条件 GOTO n； IF条件 GOTO #i EQ ( = ) NE (尹)GT () GE (3) LT () LE (W) 循环语句： WHILE 条件表达式DO m (=1,2,3) END m 4)宏 程序调用非模态调用 G65模态调用G66取消G67G65 P_ L_例：G65 P9010 L2 A1.0 B2.0 P调用程序号L重复

13、调用次数A1.0 B2.0表1.0，2.0传递到#1, #2变量中模态调用G66 P_ 1_自变量表7.自动编程的过程几何造型生成 加工轨迹加工轨迹编译加工仿真后置处理数控加工程序传输和机床加工第四章计算机数字控制装置1.CNC装置的两种不同结构：单微处理结构结构2.多微处理器在结构上分为：共享总线型， 共享存储器型 3.开放式数控系统的概念？数控系统哪三种不同层次的开放？开放式数控 系统是一种模块化的，可重构的，可扩充的通用数控系统，它以工业PC机作为CNC装置 的支撑平台，再由各专业数控厂商根据需要装入自己的控制卡和数控软件构成相应的CNC 装置 三种不同层次的开放：CNC系统的开放用户操

14、作界面的开放CNC内核的深 层次开放4.CNC装置的软件包括管理软件和控制软件两大部分管理软件主要包括：输入 I/O处理通信诊断和显示等功能 控制软件主要包括：译码刀具补偿速度控制插补控 制位置控制（优先级最高）开关控制5.典型的CNC系统:FANUC： FANUCO系列， FANUCOi 系歹 U，FANUC16i/18i/21i 系列 SIEMENS： SINUMERIK802S/C, SINUMERIK802D, SINUMERIK810D，SINUMERIK840D, SINUMERIK810D/840D第五章数控机床中，道具或工件能移动的最小位移量成为数控机床的脉冲当量或最小分辨率。

15、插补的实质是根据有限信息，完成数据密化的工作：3.插补分类：基准脉冲插补，脉冲的 数量代表了刀具或工件移动的位移量，脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度，数据 采样插补，一是粗插补，二是精插补。4.一般取插补周期为采样周期的整数倍。5.提高数字 积分法的措施：左移规格化，使进给速度均匀，余数寄存器预置数，提高插补精度。第六章1.位置检测装置的作用是检测位移和速度。2.闭环和半闭环控制的数控机床的加工精度主要 由监测系统的精度决定。3.位置检测的精度包括系统精度和分辨率。4.直接测量，对机床的 直线位移采用直线型检测装置测量，间接测量，采用回转型元件测量。5.旋转变压器:根据 互感工作原理，

16、定子与转子之间气隙磁通分布呈正余弦规律。当定子加上一定频率的激磁电 压时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电势，其输出电压的大小取决于定子和转子两个绕 组轴线在空间的相对位置。工作方式：鉴相，鉴幅。6.感应同步器:直线式，由定尺和滑尺 组成，用于检测直线位移，应用于全闭环伺服系统，旋转式，由钉子和转子组成，用于测量 角位移，应用于半闭环。7.光栅：按用途分为物理、计量光栅。计量光栅按形状分为：长光 栅和圆光栅，按制作原理分为玻璃透射和金属反射光栅。结构由标尺光栅和指示光栅组成。 8.莫尔条纹特性：放大作用、实现平均误差、莫尔条纹的移动和栅距的移动成比例。9.光栅 系统：四倍频鉴相电路在光栅测量系

17、统中被广泛使用，所谓四倍频，就是在一个莫尔条纹宽 度安装彼此距离1/4个莫尔条纹宽度的4个光电元件，这样，莫尔条纹移动时，四个光电元 件将产生四个依次相差1/4周期的正弦信号。10.光栅测量系统的分辨率取决于光栅栅距d 和鉴相倍频的倍数n，即分辨率=d/n。11.光栅输出信号:正弦波、方波。12.编码器:根据 内部结构和检测方式分为接触式、光电式、电磁式。接触式编码器：4位二进制码盘、格雷 码。非单值误差：弱若电刷恰好位于两位码的中间或电刷接触不良，则电刷的检测实数可能 会出现任意数字。应用：位移测量。第七章1.步进电机（用于开环伺服系统）：每给步进电机输入一个电脉冲信号，其子轴就转过一 个角

18、度，称为步距角改变频率可以调节电机的转速，改变通电顺序可以控制电机的转动方 向步距角=360 /m （定子相数）z （转子齿数）k （通电系数）功率放大电路：对从环 形分配器输出的信号进行功率放大并送至步进电机各绕组，有几相就需要几组功率放大电 路。2.直流伺服电机:按控制方式：磁向控制、电枢控制常用有永磁式（大惯量宽调谏）、 小惯性、无刷三种调速方式：调节电枢电阻（不经济，很少用）、电枢电压（数控机床伺 服进给驱动系统采用调压）、磁通（机床主轴电机调速采用磁调速）。PWM调谏控制系统: 实现电压的调节，主要用于直流伺服控制系统。3.交流伺服电机分类：异步、同步调速 应用最多的是变频调速变频器分为交-交变频和交-直-交变频（整流-混波-逆变）4.直线电 机：机床进给系统采用直线电机直接驱动，与原旋转电机直接驱动最大区别是取消了从电机 到工作台之间的机械传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零，故称直接