2024年数控技术知识要点概述

数控技术

一填空：40分共50个空〔答40个空及以上可得40分）

二简答：40分

三小计算:20分（一种插补题一种小计算题）

第一章

1.机电一体化技术是微电子技术和计算机技术向机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起

来的一门多学科领域交叉日勺新型综合性学科，它是机械工业日勺发展方向。数控技术是机电一

体化技术中的J关键技术,机电一体化技术的此外一种重要体现形式是机器人技术。

2.系统论、信息论和控制论是数控技术的理论基础，微电子技术、计算机技术和精密机械

技术就是数控技术日勺技术基础。

3.数字控制是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进

行可编程控制的自动化措施。

数控技术采用数字控制的措施对某一工作过程实现自动控制的技术。它集计算机技术、微电

子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。

数控机床是采用数字控制技术对机床H勺加工过程进行自动控制的•类机床。

数控系统实现数字控制的装置。它可以自动输入载体上事先给定欧I数字量，并将其译起后进

行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。

CNC系统的关键是CNC装置。

4.数控机床的优势:自动化程度高；效率高，操作人员少；精度高和质量稳定;废品率低、工

装成本低;复杂零件加工;一机多用；便于建立通讯网络，实现企业信息化管理;附加值高

5.数控技术的）发展趋势：1.大功率、高精度2.高速度3C智能化（a.适应控制技术b.故

障自诊断、自修复功能c.刀具寿命自动检测和自动换刀功能d.模式识别技术e.智能化交流

伺服驱动技术）4.具有高速、多功能的内装可编程机床控制器5.彩色CRT图形显示、

人机对话功能及自我诊断功能6.采用交流数字伺服系统。。。。。。。

6.数控机床一般由主机、数控装置、伺服驱动系统、辅助装置、程编机以及其他某些附属

设备构成。

7.数控机床的分类:一、按控制功能分类（点位控制数控系统；直线控制数控系统；轮廓控

制数控系统）二、按工艺用途分类（金属切削类数控机床；金属形成类数控机床;特种加工

数控机床;其他类型机床:如火焰切割数控机床、数控测量机、机器人等。）三、按伺服驱动

的方式分类（开环控制；半闭环控制；全闭环控制）

8.匆习思索题

1.什么是机床数控技术?机床数控技术由哪几部分构成？（数控技术是运用数字化日勺信息对

机床运动及加工过程进行控制口勺一种措施。用数控技术实现加工控制的机床称为数控机床。

数控机床由程序载体，数控装置，伺服驱动装置，机床主体和其他辅助装置构成。）

2.数控加工有哪些重要特点?（L加工精度高，质量稳定2.适合复杂零件加工3.生产效率高

4.对产品改型设计口勺适应性强5.有助于制造技术向综合自动化方向发展6.监控功能强，具

有故障诊断的能力7.减轻工人劳动强度，改善劳动条件）

3.什么是开环控制、闭环控制、半闭环控制?（记住这是数控机床按伺服系统控制方式分类）

4.什么是点位控制、直线控制和轮廓控制?它们的重要特点与区别是什么？（这是数控机床按

照运动轨迹分类。特点区别见P6）

5.简述数控系统H勺构成及各部分日勺重要功能。（CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、

计算机数控装置、可编程逻辑控制器（PLC）.主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检

测装置）等构成）

6.数控技术的发展趋势是什么?（1.高速，高精度化2.开放式3.智能化4.复合化5.高可靠

性6.多种插补功能7.人机界面的友好）

7.简述在数控机床上加工零件的全过程。（见图P1图1-1）

8.为何说数控机床“勺网络化是实现新II勺制造模式（如FMS,CIMS、AM、VE、GM）的基础

（网络化可以实现多台数控机床间的数据通信和直接对多台数控机床进行控制，增进了系统

集成化和信息综合化，使远程在线编程、远程仿真、远程操作、远程监控及远程故障诊断成

为也许。）

9.数控机床合用范围:形状复杂，小批量

第二章

1.程序编制环节：

㈡制;

一

数

桓

工

作

用

学

检

序

件

艺

程

刷

处

机

校

由

处

序

介

亚

东

，

，M

及

2.数控程序的编制措施H勺分类:手工编程和自动编程，自动编程有分为数控语言编程和图形交

互式编程。图形交互式编程是目前最常用的措施。

3.对于几何形状或加工内容比较简朴H勺零件，数值计算也较简朴，程序段不多，采用手工编程

⑴Z坐标的运动：由传递切削动力H勺主轴所规定；

(2)X坐标口勺运动:是水平的，平行于工件时装夹面，是在刀具或工件定位平面内运动的重要

坐标。

(3)Y坐标的运动:+Y的运动方向，根据X和Z坐标H勺运动方向，按右手直角笛卡儿坐标系确

定。

(4)旋转运动A、B和C:正向的A、B和C对应地体现在X、Y和Z坐标正方向上按照右旋

螺旋前进的方向。

⑸主轴旋转运动的方向:主轴的顺时针旋转运动方向，是按照右旋螺旋进入工件的方向。

例如：

图2-4数控车床B2-5数控双柱立式车床

9.加工程序：由程序号+若干个程序段+结束指令;

1.程序号：每个程序都以程序号开头，给程序编号以便进行检索。

如％45,其中％为程序号地址码，45为程序编号。

2.程序段的)格式和构成：应用字一地址程序格式:

程序段序号字功能字、字……字程序段结束符号程序段内数据字数目和长

度(位数)都可变

10.一般的数控系统对各类字的容许字长均有规定，如某一数控系统的规定如下：

N4G1X±5.3Y±5.3Z±5.3F±4.3S4T2M2

N字最多用不含小数点的4位数字，

X字最多能用小数点前5位，小数点后3位的数字，并且可以带正、负号，其他类推。

数控系统对加工程序中的正号可以省略。

11.(1)次序号字N：程序段号。位于程序段开头。

(2)准备功能字G:G功能或G指令(GeometricInstructions)。建立机床或控制

系统工作方式H勺一种命令,它使机床或数控系统建立起某种加工措施。

(3)尺寸字X、Y、Z等：尺寸指令。重要用来指令机床刀具运动抵达的坐标位置；

(4)进给功能字F:重要用于指定进给速度。

(5)主轴速度功能字3(spind1e)：指定主轴转速r/min,倍率开关调整主轴速度；

(6)刀具功能字T(ToolsFunction):重要用来选择刀具，也可用来选择刀具偏置和

赔偿。例如：TII为1号刀且用1号刀补，T10为1号刀取消刀补。

⑺辅助功能字M:用来指定机床辅助功能及状态的功能。如主.轴H勺起停，冷却液的开关,

刀具更换等。

12.1.迅速点定位指令G00:刀具以点位控制方式从刀具所在点迅速移动到下一种目

的位置。它只是迅速定位，而无运动轨迹规定。

格式:G00XYZ

其中X、Y、Z为直线插补的终点坐标。

2.直线插补指令G01:产生直线或斜线运动。G01在运动过程中进行切削加工,

因而必须指定进给速度F。

格式：G0IXYZF

其中X、Y、Z为直线插补的终点坐标。

3.绝对坐标系与相对坐标系：

」绝对坐标系G90：以某一固定坐标原点计量的坐标系；

■如图：X=15Y=20,X=50Y=45；

AADD

相对坐标系G91：运动轨迹终点

坐标以起点坐标为参考点。

如图：XB=3S\'B=25,B点是

以A点为起点的相对坐标。

50

1）用绝对值编程G90

NQ01G90G0X40Y20

N002G01G17X85Y50Fxx

N003X-15Y70

N004X40Y20M02

2）用增量值编程G91

N001G91G01X45Y30Fxx

N002X-100Y20

直线指令编程N003X55Y-50M02

弧插补指令G02、G03：使机床在各坐标平面内执

行圆瓠运动，切削出圆瓠轮廓。G02顺圆，逆圆◎

•G17、G18、G19为平面选择指令.

•G90、G91为绝对尺寸及增量尺寸编程指令

•X、Y、Z为18弧终点位置.G90、G91决定相对与绝对坐标。

•I、J、K在G90或G91状态，I、J、K中的两个坐标字均为鹿心的坐标

相对圆瓠起点的坐标.

•R为圆弧半径.

左手坐标系

右手坐标系

+Xdirection

FIGURE13.19

nfarcmtAtinnAldifArfinnRInrth«nnht-hjirvlmnrrlinAtA

G9

0G02X200Y5010J-100G90Go3X20Y201-40JO

G91

G02X100Y-10010J-100G91G03X-80YO1-40JO

国弧插补指令例

G91G02XOYO10J200

G90G02X300Y100I0J200

G90G03X250Y1251-70.711J-70.711

G91G03X29.289工70.7111-70.711J-70.711

5.刀具半径补偿指令G40,

G41>G42

编制零件加工程序时，只

按零件轮廓编程。当刀具磨损

或刀具重磨后，半径变小，只

需改变刀具半径，而不必修改

己经编制的程序。

右刀具半径补偿：G42（右刀补）

刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向右边;

起刀点P

刀具中心轨迹

;编程轨迹

工

件

左刀具半径补偿：G41（左刀补）

刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向左边;

G40一刀具赔偿/刀具偏置注销。使用G40指令则G41、642无效。

刀具长度补偿指令G43/G44/G49

■指令格式为G43/G44Z-H-：

其中Z为目标点坐标，G43为刀具长度正补偿，

但补偿值H可以是负值。G49是取消长度补偿。

工件坐标系的设定指令G92

■该指令用来建立起编程坐标系，并确定出刀具

起点在坐标系中的坐标值，该坐标系也是工件

坐标系。G92不是一个运动指令，它只是设定

工件坐标系的原点，设定的坐标系在重新开机

时消失。

■该指令的格式为：G92X-Y-Z-；

（无进给速度指令F）；

二、辅助功能M指令（Miscel1aneousFunction）

规定主轴的起、停、转向，冷却泵的接通和断开，刀库的起、停等机床辅助动作及

状态的I功能。

1.程序停止指令MOO、MO1、M02、M30

M00为程序停止（程序暂停，按“程序启动”后继续执行背面H勺程序）、解01

为计划（任选）停止（与M00的作用相似，但必须在操作面板上的“任选停止〃按扭按下才有

效）、M02为程序停止、M30为纸带结束，完毕了程序段所有指令。现代数控指令中M02

结束程序，光标停在程序结束处；M30指令则光标可以自动返I可程序开头处，按“程序

启动”就可再次运行程序。

2.主轴旋转指令M03,M04,M05

M03为主轴顺时针方向旋转，开动主轴时按右旋螺纹进入工件方向旋转；M04

为主轴逆时针方向旋转，即开动主轴时按右旋螺纹离动工件方向旋转;M05主轴停止，

关闭冷却液。

3.换刀M06：手动或自动换刀指令、也可自动关闭冷却液和主轴。

4.冷却］液控制M07、MO8、M09：

M07为2号冷却液，用于雾状冷却液开；

M08为1号冷却液,用于液状冷却液开；

M09为冷却液关，注销M08,M09及550（3号冷却液开）和M51（4号冷却

液开）

5.夹紧、松开Ml0,Mil:分别用于机床滑座、工件、夹具、主轴等的夹紧和松开。

6.主轴定向停止M29：使主轴停止在预定口勺角度上。

7.镜向M32-M35:以便了对称性工件的编程。

M32为x轴镜向;M33为y轴镜向；

M34为z轴镜向;M35注销M32,M33,M34镜向。

13.思索复习题

1.什么叫数控编程？数控编程分为哪几类?（从零件图的分析到制成控制介质H勺所有过程,

称为数控编程。分为手工编程和自动编程，自动编程包括数控语言编程和图形交互式编程）

2.手工编程的环节是什么?（1.分析零件图样和工艺处理2.数学处理3.编写零件加工程序

单4.输入数控系统5.程序检查和首件试加工）

3.数控机床的坐标轴和运动方向是怎么规定的J?（见P26）

4.画出下列机床的机床坐标系。（见P26・27）

5.什么是程序段？什么是程序段格式?数控系统现常用的程序段格式是什么？为何？

（1.每个程序段由程序段号，若干个数据字和程序段结束字符构成。程序段格式是指一种

程序段中字，字符和数据H勺书写规则。最常用的是字一地址可变程序段格式。长处是程序简

短，直观以及轻易检查，修改。）

6.解释名词：刀位点;对刀点;换刀点;机床原点;工件零点;参照点。（刀位点是指车刀，

镇刀的刀尖；钻头的钻尖;立铳刀，端铳刀刀头底面的中心，球头铳刀的球头中心。对刀点是数

控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。换刀点是指刀架转位换刀时的位置。机

床原点为机床H勺零点，它是机床上日勺一种固定点，由生产厂家在设计机床时确定。工件零点

指工件坐标系口勺原点,由编程人员根据零件的特点选定。参照点不会）

8.G代码代表准备功能,M代码代表辅助功能

9刀具赔偿有刀具长度不长指令和刀具半径赔偿指令,G43为刀具长度正赔偿,G44为刀

具长度负赔偿,G49为取消刀具赔偿，G41为刀具左偏置,G42为刀具右偏置，G40为取消

刀补。

10.MasterCAD系统可以自动产生NC程序，还具有较强的绘图功能，即可直接在系

统上通过绘制所加工零件图，然后再转换成NC零件加工程序。

第三章插补

何为插补：在所需的I途径或轮廓上口勺两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多种中间点

位置坐标值H勺运动过程称为插补。

插补实质：根据有限的信息完毕“数据密化”口勺工作

插补算法：脉冲增量插补和数字增量插补

逐点比较法是脉冲增量法的经典代表，该算法的工作节拍是：偏差鉴别、进给、偏差计算、

终点鉴别。

数字积分法也称DDA法(DigitaIDifferentialAnalyzer)数字微分分析法,该法很轻易实

现2次、3次或高次曲线为插补，并且极易实现多轴的联动。

数字增量插补U勺基本思想是用直线迫近曲线。

插补步长计算公式：△L=FT/60

单位：进给速度F(mm/min),插补周期为T(ms),进给步长△!.(um)

圆弧插补公式:er=(TF)/8r书本P93

插补精度：插补轮廓与给定轮廓日勺符合程度，可用插补误差来评价。

插补误差分类：

迫近误差：用直线迫近曲线时产生H勺误差；

计算误差：因计算字长限制产生H勺误差；

圆整误差

刀具半径赔偿的常用措施：B刀补有R2法、比例法，该法对加工轮廓的连接都是以圆弧

进行的。不常用。

C刀补重要特点是采用直线作为轮廓之间的过渡，因此，它日勺尖角性好，并且它可自动预

报(在内轮廓加工时)过切，以防止产生过切。

刀补建立：G42o刀补撤销:G42°

轨迹过渡方式：缩短型a2180',伸长型90Wa<180,插入型a<90。

过切削现象都发生在过渡形式为缩短型口勺状况。

过切的鉴别:直线在直线加工时，可以通过编程矢量与其相对应H勺修止矢量『、J标最积口勺正

负进行鉴别。

圆弧选用时刀具半任「D过大,超过了所需加工的圆弧半径R，那么就会产生过切削。

计算题：P1173-13,3-14,3-22,3-23

3-13解：对方程进行微分得到

3dx=ydy

运用矩形公式对上式求和

£3=1J（参看书本P90）

开始插补时,x轴脉间宽度是A=3,y轴脉间宽度是B=0,A>B,因此取y轴

为基准轴。之后的过程中A不变，B逐渐增大。当A<B时基准轴转换为x轴。

序号脉间A脉间B计算F鉴别F进给终点鉴别基准轴

0300N=12Y

1F0=0F0=0+Ax,-AyN=10Y

231Fl=0+l-3=-2Fl<0-AyN=9Y

332F2=-2+2F2=0+Ax,-AyN=7Y

=0

433F3=0+3-F3=0+Ax,-AN=5Y

3=0y

534F4=0+3—F4<0+AxN=4X

4=-l

634F5=-1+3=F5>0+Ax,-AyN=2X

2

735F6=2+3-5F6=0+△x,一N=0X

=0Ay

3-22L=FT/60=40um

2

3-23er=(TF)/8R

F=6720mm/min

个人所做，或有错误！

第四章：

一、数控系统的重要功能：

1.控制功能：联动轴数和控制轴数

2.准备功能：用来指定机床B勺运动方式

3.插补功能：可实现精插补和粗插补

4.进给功能:切削进给速度和同步进给速度、进给倍率

5.主轴功能：主轴编码方式指定速度、恒线速功能、准停功能(定向停止)

6.辅助功能：

7.刀具功能：

8.赔偿功能:刀具的尺寸赔偿、多种变形赔偿和反向间隙赔偿

9.字符、图形显示：

10.自诊断功能：

11.通讯功能：

12.人机交互自动编程：

二、CNC系统的工作流程：

1.输入2.译码3.刀具赔偿4.进给速度处理5.插补6.位置控制7.I/。处理8.显示

三、CNC系统日勺硬件构造：

单CPU构造和多CPU构造

四、常规的CNC软件构造有哪几种构造模式：

1.中断型构造模式2.前后台型构造模式

五、CNC系统控制软件的构造特点：

1.多任务性2.并行处理3.实时中断处理

六、CPU构造CNC系统R勺基本构造：

CPU、总线、1/0接口、存储器、串行接口、CRT/MDI接口、控制单元部件和接口电路

等

七、控制功能包括：

内部控制、对零件加工程序的输入输出控制、对机床加工现场状态信息U勺记忆控制

八、CPU运算任务:完毕一系列的数据处理，工作包括:译码、刀补计算、运动轨迹计算、插

补运算和位置控制FI勺给定与反馈值H勺比较运算

九、可靠性问题：

可靠性定义：产品在规定条件和规定期间内完毕规定功能能力。

评价指标：1.平均无端障时间2.失效率3.平均有效度4.平均修复时间

包括的内容：电源系统设计、硬件可靠性设计、软件可靠性设计、电磁兼容设计、热设计、

构造设计，保护H勺敏捷度、可维修性设计v

第六章数控机床的伺服驱动系统

1、数控机床伺服系统概念:以数控机床移动部件的位置却速度为控制对象的自动控制系统，

也成为随动系统、伺服机构。

2、伺服系统分类；开环系统和闭环系统。开环系统重要以步进电机为控制对象，闭环系统以

直流伺服电机或交流伺服电机为控制对象。

3、半闭环系统与闭环系统口勺区别:半闭环系统的位置检测元件不直接安装在最终运动部件

上,而是传动装置的一种环节上(如丝杠或传动轴)。

4、双闭环伺服系统的某本构造:速度换和位置环。速度环：速度调整器、电流调整器、功率

驱动放大器。位置环:位置控制、速度控制、位置检测、反馈控制。

5、伺服系统的基本性能:高精度、良好H勺稳定性、动态响应速度快、调速范围宽，低速时能

输出大转矩、高性能电动机。

6、伺服系统的分类：按调整顿论分：开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统。

按使用U勺驱动原件分：电液伺服系统、电气伺服系统

按反馈比较控制方式分：脉冲、数字比较伺服系统;相位比较伺服

系统；幅值比较系统；全数字比较系统。

7、步进电动机时构成:环形分派器、步进电动机、驱动电源等。

8、步进电机口勺工作原理：电磁铁口勺作用原理。

9、步矩角：步进电动机每走一步所转过的角度叫步矩角。其大小等于错齿日勺角度。步矩角

越小，控制精度越高。步矩角a=360/mzk(m为相数，z为齿数，单

拍时k=l,双拍时k=2)

10、环形分派：要使得步进电动机一步一步的正常运行，控制脉冲必须按一定的次序分别

供应电动机各相，称为脉冲分派，或环形分派。

11、步进电动机的控制方式：硬件脉冲分派（环形分派器）、软件脉冲分派。硬件脉冲分派

可以用门电路及逻辑电路构成。如:TTL集成电路和CMOS集成电路。软件脉冲分派有查表

法、比较法、移位寄存器法。最常用H勺是查表法（环形分派表）。

12、步进电动机的功率驱动形式:1、单电压功率放大电路；2、高下压功率放大电路；3、

斩波横流功放电路；4、调频调压驱动。

13、位置检测装置分类：1、旋转变压器一一角度测量装置，转子（角位移）+定子（励磁），

应用互感原理;2、感应同步器，定尺（感应电动势）+滑尺（加电压），电

磁感应原理;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、绝对式编码器，，没

有合计误差,最常用H勺是光电式二进制循环码编码器;5、光栅，标尺光栅

+光学读数头；6、磁栅，磁性标尺+拾磁磁头+检测电路，用拾磁原理。

14、检测装置的作用：检测位移和速度，发出发出反馈信号与数控装置日勺指令信号进行比

较，若有偏差,通过放大后控制执行部件，使其向消除偏差的方向运动,

直到偏差为。为止。

15、角位移测量装置：旋转变压器、旋转式感应同步器、脉冲编码器（增量式角位移测量装

置）、绝对值编码器（码盘）、圆光栅、圆磁栅。

16、线位移测量装置：直线磁栅、长光栅、直线式感应同步尺。

17、角速度测量装置:脉冲编码器

18、光栅工作原理:光栅由标尺光栅和光栅读数头两部分构成。指示光栅装在光栅读数头中，

当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上相对移动。标尺光栅和

指示光栅构成了光栅尺。

19、莫尔条纹的作用；放大作用和平均误差作用。

20、磁栅工作原理:磁栅工作前要在高精度录磁设备上对磁性标尺进行录磁，用录磁磁头将相

等节距（常为20um或50um）周期变化的电信号记录到磁性标尺上，作为测量位移量的

基准尺。在检测时，用拎磁磁头读取记录在磁性标尺上的磁信号，拾磁磁头可分为动态磁

头和静态磁头。动态磁头（又称速度响应型磁头）只有一组输出绕组，当磁头和磁尺有一

定相时速度时才能读取磁化信号，并输出电信号。

21、直流电动机伺服系统:定子+转子+电刷。

22、直流伺服电动机调速公式：n=（U-IR）/Ke4>n------转速U------电枢电压I-------甩枢电流

口=电枢回路总电阻Ke——由电动机构造决定的电动势常数“一一励磁磁通。

23、直流伺服电动机调速措施：1、调整电枢供电电压U（重要用）；

2、减弱励磁磁通