机床数控技术(总结)

第一章一、数字控制是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法.二、数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。三、数控技术包括：数控系统、数控机床、外围设备四、数控机床的组成：信息载体、计算机数控系统、伺服系统、机床本体、 测量反馈装置。论述或简答信息载体又称控制介质，用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息，如零件加工的位置数据、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。计算机数控系统是数控机床的核心，他的功能是接受载体送来的加工信息，及计算和处理后去控制机床的动作。伺服系统是数控系统的执行部分，包括驱动机构和机床移动部件，它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。测量反馈装置由测量部件和相应的测量电路组成，起作用时检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环系统机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切割加工的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。为了保证数控机床的功能的充分发挥，还有一些配套部件和辅助装置。五、数控机床的分类按运动轨迹分:点位控制系统、直线切削控制系统、连续切削控制系统、②按伺服系统的控制方式分类：开环、半开环、闭环③按数控系统功能水平分类：经济型、普及型、高档型④按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、数控特种加工机床、其它类型的数控机床六、数控机床工作过程论述零件图样—程序设计—编写程序单—制备控制介质—数字信息输入—数控系统—伺服系统—机床加工—零件成品根据被加工零件图样中所规定的的零件的形状、尺寸、材料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程、刀具相对工件的运动轨迹、切削参数及辅助动作顺序等，进行零件加工的程序设计。用规定的代码和程序格式编写零件加工程序单。按照程序单上的代码制备控制介质。通过输入装置把变为数字信息的加工程序输入给数控系统。启动机床后，数控系统根据输入的信息进行一系列的运算和控制处理，将结果以脉冲形式送往机床的伺服机构。伺服机构驱动机床的运动部件，使机床按程序预定的轨迹运动，从而加工零件。第三章数控插补原理一、插补原理的概念：所谓插补，就是指数据密化的过程，对输入数控系统的有限坐标点，计算机根据曲线的特征，运用一定的计算方法，自动地在有限坐

标点之间生成一系列的坐标数据，以满足加工精度的要求。二、插补方法的分类（两大类）1）基准脉冲插补概念：又称为脉冲增量插补或行程标量插补，适用于以步进电机驱动装置的开环数控系统特点：每次插补结束后产生一个行程增量，以脉冲方式输出到步进电机，驱动坐标轴运动。2）数据采样插补概念：又称为数字增量插补或时间标量插补，适用于交、直流伺服电机驱动的闭环（或半闭环）控制系统。特点：插补运算分两步进行。粗插补，特点是把给定的线用一组线段来逼近；精插补，它在粗插补计算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化工作”c基本原理:数据采样插补是将被加工零件的轮廓曲线分割为插补采样周期的进给步长。（两部分，精插补，用硬件实现；粗插补，用软件实现）c.插补周期与采样周期：插补周期可以等于采样周期，也可以是采样周期的整倍数。(Tv)21e二r8rd.(Tv)21e二r8r在圆弧插补时，插补精度e与周期T、半径r和速度v有关。在errAx二lcos给定的情况下，要得到尽可能大的速度，则插补周期要尽可能小。直线函数法插补（P108）Ax二lcos由图推圭导公式, 由图推yAy二一」Ax=Axtana

Xe三、1）概念：1）a.刀具补偿包括刀具半径补偿各刀具长度补偿在加工轮廓时，刀具中心向零件的内侧偏移一定的距离：在加工外轮廓时，刀具中心要向外偏移一定距离。通常把这种偏移称为刀具半径补偿。当刀具中心轨迹在编程轨迹前进向的左侧时称为左刀补，用G41表示；同理右刀补，G42.2）直线加工时刀具半径补偿的计算

Ay=-rcosa3）刀具半径补偿的方法B功能刀具半径补偿的Ay=-rcosa3）刀具半径补偿的方法C功能采用直线过渡，直接求出刀具中心轨迹的交点，这种方法称为C功能刀具补偿两者区别：B功能刀补在处理刀具中心轨迹时，采用读一段，算一段，再走一段的方法，这样不能预计由于刀具半径补偿所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，因此，在加工内轮廓时，为了避免过切等现象，就不得不依赖编程人员进行处理。C功能刀补法采用一次对零件的两段轮廓进行处理的方法，即先预处理本段，然后根据下一段的方向，来确定刀具中心轨迹的段间过渡状态，从而完成本段刀补的运行处理，然后从程序段缓冲器中再读一段，用于计算第二段的刀补轨迹，以后按这种方法进行下去，直到程序结束为止。C功刀具半径补偿的转接形式直线与直线的转接直线与圆弧的转接圆弧与直线的转接圆弧与圆弧的转接C功能刀具半径补偿的过渡方式C功能刀具半径补偿的过渡方式与其矢量夹角有关，矢量夹a角的定义是指工件侧转处两个非加工侧方向的夹角。轨迹过渡方式：缩短型180<a<360°,伸长型90Wa<180，插入型0<a<9O。4） CNC装置的加减速控制的意义：为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，加工过程中刀具运行平稳，必须对送到进给电动机的脉冲频率或电压进行控制，以便对机床的进给速度作适当调整。5） 开环CNC系统的速度控制程序计时法（软件实现）时钟中断法（硬件实现）v/AL积分法6） 数据采样系统CNC装置的加减速控制—活烽連屋F—活烽連屋FZ制k补A}71b插器补■■（a）前加减速控 （b）后加减速控制两者优缺点比较前加减速控制是对合成速度即编程指令速度F进行控制，其优点是不会影响实际插补输出的位置精度，缺点是要预测减速点，计算工作量较大。后加减速控制是对各运动轴分别进行加减速控制，其优点是不需要专门预测减速点，而是在插补输出为零时开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段的终点。缺点是在加减速控制过程中各坐标轴的实际合成位置可能不准确。1.前加减速控制|fs=6TfF稳定速度，就是系统处于稳定状态时，每插补一次（一个插补周期）的进给量。（要求理解，P129））S量。（要求理解，P129））S曲线加减速第四章CNC一、 CNC系统的组成论述或简答CNC系统是由除机床本体以外的程序输入/输出装置、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴驱动装置、进给系统位置检测器二、 CNC装置的组成：数控软件、硬件（CPU、存储器、总线、外设-输出接口和后续设备）、位置控制部分（位置控制单元、速度控制单元）三、 CNC装置的工作原理（工作流程）简答或论述输入 4.进给速度处理 7.I/O处理译码 5.插补 8.显示刀具补偿 6.位置控制 9.诊断论述1.输入零件程序、控制参数和补偿量等数据。输入的形式有键盘输入、磁盘输入、DNC接口输入、网络输入。有MDI（ManualDirectInput,手工直接输入）和存储工作方式输入工作方式。以一个程序段为单位，把零件轮廓信息（如起点、终点、直线或圆弧等）、加工速度信息（F代码）和其他辅助信息（M、S、T代码等）按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。

4编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理5插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”。6在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机。通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。7I/O处理主要处理CNC装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制（如换刀、换挡、冷却等）。零件程序、参数、刀具位置、机床状态、加工轨迹包括联机诊断和脱机诊断。联机诊断是指CNC装置中的自诊断程序。脱机诊断是指系统运转条件下的诊断，一般CNC装置配备有各种脱机诊断程序以检査存储器、外围设备（CRT）、I/O接口等。脱机诊断还可以采用远程通信方式进行，即所谓的远程诊断，四、CNC硬件结构：①单微处理器结构：微处理器（CPU）、位置控制部分、数据输入/输出接口及外围设备。②多微处理器结构：a.主从结构b多主结构.c.分布式结构

多微处理器CNC装置的典型结构：共享总线和共享存储器。CNC系统软件的组成腕障他嗓理

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£咼半轻补愷1） CNC装置软件结构结都具有多任务并行处理和多重实时中断的特点2） CNC系统的中断类型：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。3） CNC系统中断结构模式：一是前后台软件结构中的中断模式；二是中断型软件结构中的中断模式；第五章位置检测装置位置检测装置的作用：它的功能是对被控制变量进行检测与信号变换，与指令信号进行比较，达到反馈控制的目的.1分类：按变换方式分为数字式和模拟式；按运动方式分为直线型和回转型（对直线位移采用直线型，称为直接测量，采用回转型称为间接测量）、位置检测装置分类

521旋钱您比器旳结构利丄作原埋旋转变压器（又称同步分解器）是利用电磁感应原理的种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分仁O旋转变压器的特点是坚固、耐旋转变压器作为位置检测元件，有两种应用方式;鉴相式工作方式和鉴幅式工作方 （如 何 加 电？ ）P193在1H:加匕卷下.施转亦圧磊昇定于两才日疋左统细IC正磁纯红I启和余畏＜牝组6分别加上幅彳直相欝"频率相冋”Tffl粕位曲注正弓玄立壘电庄”如圉丘点聞示。P193在这种工作方式中"定于二相绕组力口的烽顼奉相同片和位才目同，而幅值分另U按正弦、義弓玄夫见律喪化白勺立亦电压*感应同步器原理当滑尺的两个绕组中的任一绕组通过徼磁立变电压时，±1于电磁感应，在定尺绕纽中会产生感应电势“该感怎样加电减电？与旋转变压器的异同P196鉴相方式给滑尺的曲!1绕组和cos绕组通以幅值相等力频率相同、相位相差9（r的交流电压激磁信号2、鉴幅方式绐滑尺的正弦绕组S和余弦绕组U分别通以娄页率相同弋相位相同.但幅值不同且能由指令角位移调节的交流电压3、 脉冲编码器（是一种增量检测装置，分为光电式、接触式、电磁感应式，最常用的是光电式编码器4、 按编码方式分为：绝对值式和增量值式

壇量式豚冲编码馨的工作礙瑾当圆先搠旌辛专甘寸.先线遞仆北w的线纹部分’形遞阴h音相同旳条纹口光电冗件標霁这些明11音+HIXI的光佶号”井奇专4七玮左替变化的电佶号T诊佶号艺励组近伽于正弦孑丁日耳流彳言号』和””女甘阖5."矽〒示①上和丑佶号杆M立相翼M° ,经放:大和整形后光电式脉冲编码器的工作原理：是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在转轴上，能把机械转角变成电脉冲信号，是数控机床上保用很广泛的位置检测装置，同时也用于速度检测5、绝对式编码器：没有累计误差，最常用的是光电式二进制循环码编码器（图在P205)倭J些-叩斗 兽色艮寸"_ 注获音剧年耳盏:6绝对式编码器原理202页5、光栅莫尔条纹P207光电式脉冲编码器的工作原理：是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在转轴上，能把机械转角变成电脉冲信号，是数控机床上保用很广泛的位置检测装置，同时也用于速度检测5、绝对式编码器：没有累计误差，最常用的是光电式二进制循环码编码器（图在P205)倭J些-叩斗 兽色艮寸"_ 注获音剧年耳盏:6绝对式编码器原理202页5、光栅莫尔条纹P207)与亠亠 Ml*Xf"■— JjS<斑豆IIII—1r—in与亠亠 Ml*Xf"■— JjS<斑豆IIII—1r—in第六章数控机床的伺服系统一、伺服系统的组成论述速度控制单元位置控制1）伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测环节等组成速度控制单元位置控制（论述题，根据图形）它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器及功率驱动放大器等各部分组成。位置环是由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等各部分组成。位置控制则主要是对机床运动坐标进行控制，轴控制是要求最高位置控制，不仅对单个轴的运动速度和位置精度的控制有严格要求，而且在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动态配才能保证加工效率、加工精度和表面粗糙度2） 伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构3） 数控机床对伺服系统的要求在哪些？可逆可行、速度范围宽、具有足够的传动刚性和高的速度稳定性、快速响应

并无超调、高精度、低速大转矩、伺服系统对伺服电机的严格要求4)伺服系统的分类按调节理论分类 ②按被控对象分类开环伺服系统 a.进给伺服系统闭环系统 b.主轴伺服系统半闭环系统(图6.16.26.36.4要识别P212214215)二、伺服电机伺服驱动电动机的性能在很大程度上影响进给伺服系统的性能。它应该满足以下要求调速范围宽精度高电动机的负载特性要好电动机的结构简单、制造容易、成本低、保用维修简便交流伺服电机异步、同步的原理、调速、公式P228n二n二60f/p 主要通过改变f来调速0s三、步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件。步进电机的转子上无绕组，且均匀分布若干个齿，定子上有励磁组。安输给励磁组一个电脉冲时，转子就转过一个相应的角度，称为步距角a*工作原理(结合图叙述原理，方向怎样改变P232)走于上有六于越枫，磁椅上绻有救降疑爭°琴质号十冲目艮寸白句爭議枫舍且磁一冲母；车专于上有四十皆a女口隼先训等电另永：中力口至UA木貝舞全且h悲子白勺魚相磁桩京比严2主不兹埠M 并艮寸李专于严主務丈立力.千吏李专于白勺1' 3狷仆靖与走于白勺A冲目方菇板艮寸升=rTn盾再习每宓月放；中»入m冲目滋盛学绰. 石玆粗F恿严1土不疏诵I” 谨曰寸卑专于之、斗两于苗与B并目听兹磁强彳导:®:远” 于星车专于彳更歹骨肴逵曰寸名十方冋李专垃30° ”叩車眉于之、4两于雷肓走于B和目弄菇桩艮寸3•通电方式： ①三相单三拍三相六拍•步矩角：步进电动机每走一步所转过的角度叫步矩角。其大小等于错齿的角单拍时k=l,双拍时k=2)360mKN6M（1-单拍时k=l,双拍时k=2)360mKN6M（1-s）n二四、交流进给速度控制交流电动机转速公式为对于进给系统常用交流同步电机，这种电机没有转差率，公式为n60厶,P从式中看出只能用变频调速。分为交-直-交变频器和交-交变频器SPWM变频器（交一直一交）：基本特点是等距、等幅而不等宽，中间脉冲宽而两边脉冲窄，其各个脉冲面积和与正弦波下的面积成比例，脉宽基本上按正弦分布。五、位置控制的基本原理：位置控制环是伺服系统的外环，它接收数控装置插补器每个插补采样周期发出的指令，作为位置的给定。同时，还接收每个位置采样周期测量反馈装置测出的实际位置值，然后与位置给定值进行比较（给定值减去反馈值）得出位置误差，该误差作为速度环的给定。第七章一、 数控机床的组成主传动系统、进给传动系统、基础支撑件、辅助装置二、 数控机床机械结构的主要特点：①结构简单、操作方便、自动化程度高②高的静、动刚度及良好的抗振性能采用高效、高精度无间隙传动装置具有适应无人化、柔性化加工的功能部件三、 数控机床布局（看图识别即可）床身和导轨的布局P266加工中心的布局P268四、 数控机床主传动系统三种变速方式a.变速齿轮b.带传动c.内装电动机主轴传动结构直流和交流电动机结构的功率转矩特性图（必考，由图分析P247