数控技术考点归纳

数控技术第一章绪论1、 数控机床的工作流程（1） 数控加工程序的编制：从零件图样到制成控制介质全部过程。（2） 程序输入：将零件程序、控制参数和补偿数据输入数控装置。（3） 译码：将加工信息和其它辅助信息翻译成计算机能识别的数据形式并存在指定内存区域。（4） 刀具补偿：补偿刀具形状及尺寸误差，包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。（5） 插补：根据给定速度和轮廓线型的要求，在轮廓之间，确定中间点的方法。（6） 位置控制和机床加工：伺服电机驱动机床的运动部件加工工件。2、 数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体五部分组成。（1） 输入输出设备：主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印，如:键盘、显示器、纸带阅读机、磁带机和磁盘驱动器等。（2） 数控装置：数控机床的核心，接受输入设备的程序、数据，完成数值计算、逻辑判断以及输入输出控制等功能。通常由一台专用计算机或通用计算机与输入输出接口板以及机床控制器组成。功能：多坐标控制;插补;程序输入、编辑和修改;故障自诊断;补偿等。（3） 伺服系统：连接数控装置（CNC）和数控机床（主机）的关键部分，接收来自数控装置的指令，驱动数控机床上的执行件（工作台或刀架）实现预期的运动。并将运动结果反馈回去与输入指令相比较，直至与输入指令之差为零，机床精确到达要求的位置。（4） 测量反馈装置：测量速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统，常用如脉冲编码器、旋转变压器、光栅等。（5） 机床本体：完成各种切削加工的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等。3、数控机床的分类（1）按机械加工的运动轨迹分类点位控制数控机床使刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。典型机床：数控钻床、数控镗床、数控冲床。直线控制数控机床不仅保证点与点之间的准确定位，且控制相关点之间的位移速度和路线，路线一般由平行于各坐标轴或与坐标轴成45度直线组成。特点：运动过程中要切削，需具备刀具半径、长度补偿功能及主轴转速控制功能。典型机床：简易NC车床，简易NC铣床。轮廓控制数控机床能同时控制两个或两个以上的轴，对位置及速度进行严格的不间断控制。特点：具有直线和圆弧插补功能、刀具补偿功能、机床各种误差补偿功能。典型机床：NC车床，NC铣床，加工中心。按伺服系统的控制原理分类开环控制数控机床特点：机床不带位置检测装置，不将位移的实际值反馈回去与指令值进行比较修正，控制信号的流程单向，使用步进电动机作为执行元件。系统精度取决于步进电机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度，难以实现高精度加工。优点：结构简单、成本较低，调试维修方便。适用范围：对精度、速度要求不高的经济型、中小型数控系统。闭环控制数控机床安装在工作台上的位置检测装置把工作台的实际位移量反馈到控制器与指令信号相比较，驱动工作台向减少误差的方向移动。系统精度理论上仅取决于测量装置的精度，消除了放大和传动部分的误差，间隙误差等的直接影响。缺点：系统较复杂，调试和维修较困难。适用范围：大型或比较精密的数控设备。半闭环控制数控机床测元件装在传动链的旋转部位(电动机或丝杠端)，不检测工作台的实际位移量，检测与位移量有关的旋转轴的转角量。特点：精度比闭环差，但系统结构简单，便于调整，检测元件价格低，系统稳定性能好。适用范围：广泛应用于中小型数控机床。4、数控机床适用范围数控机床适用于品种变换频繁、批量较小，加工方法区别大且复杂程度较高的零件。第二章数控加工编程基础（共5大部分）第一部分概述1、 数控编程的内容和步骤（1） 分析零件图纸（2） 确定加工工艺过程（3） 数值计算（4） 编写零件加工程序单（5） 制作程序介质（6） 程序校验和试切削2、 数控编程的方法手工编程和自动编程3、 程序的构成加工程序由程序号（名）和若干个程序段组成。每个程序段又由程序段号和若干个指令字组成，指令字由字母、符号、数字组成。每段程序由；结束。程序段是数控程序的基本组成单元。4、 程序段格式程序段格式指一个程序段内指令字的排列顺序和表达方式，即程序段的书写规则，程序中的字、字符、数据的安排规则。主要有三种：固定顺序程序段格式、带分隔符的固定顺序程序段格式和字地址程序段格式。目前采用字地址程序段格式，也称地址符可变程序段格式。程序段由顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴功能字、刀具功能字、辅助功能字和程序段结束符组成。每个字都由字母开头，称为“地址”。5、 主程序和子程序数控程序分为主程序和子程序。在执行主程序过程中，可多次重复调用子程序。6、 机床坐标系确定方法顺序：先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。将平行于机床主轴的刀具运动坐标定义为Z坐标。X轴为水平面方向，垂直于Z轴并平行于工件装夹面。Y轴垂直于X、Z坐标，其方向根据X和Z轴按右手法则确定。7、 课本P15页，卧式车床和立式铣床的坐标系需掌握。8、 回零操作是指回到参考点，对机床坐标系进行标定。9、 工作坐标系（编程坐标系）和工作原点工件坐标系是编程人员在编程时使用的，以工件图纸上某一固定点为原点建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中尺寸确定，也称编程坐标系。工件坐标系的各坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴平行。在对零件图进行编程计算时，必须首先建立编程坐标系，其坐标原点即为程序原点。要把程序应用到机床上，必须让数控系统知道程序原点在机床坐标系中的坐标，需通过”对刀操作”完成。编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称为工件原点。10、 车削工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面；铣削工件原点一般设在工件外轮廓的某一角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点多取工件上表面。11、 通常，工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴平行，方向相同，但原点不同。在加工中，工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点与机床原点之间的距离，该距离称为工件原点偏置，该偏置值需预置到数控系统中，在加工时自动加到工件坐标系上，使数控系统按机床坐标系确定加工时坐标值。12、 绝对坐标系与相对坐标系（1） 绝对坐标系位置点的坐标值以固定的坐标原点为起点确定的坐标系，所用编程指令称为绝对指令。绝对坐标常用X、Y、Z代码表示。（2） 增量坐标系运动轨迹的终点坐标值以当前点开始计算的坐标系，坐标原点是移动的，所用的编程指令称为增量指令。增量坐标常用U、V、W代码表示。13、 功能指令简介（1） 准备功能G代码（2） 辅助功能M指令（3） F、S、T指令进给速度指令（F）、主轴转速指令（S）、刀具功能指令（T）第二部分常用准备功能指令G代码1、 准备功能G代码，简称G功能、G指令或G代码，使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。主要包括：（1）与坐标系有关的指令（2）运动控制指令（3）刀具补偿指令（4）固定循环指令2、 坐标系设定指令G92说明：（1） 该指令仅是设定工件坐标系原点位置，刀具并不产生运动；（2） 指令为模态指令，一般放在零件程序第一段；（3） 车削编程时，X尺寸字中的数值一般用坐标值的2倍，即用刀尖相对于回转中心的直径值编程；（4） 该指令程序段要求坐标值X、Z必须齐全，不可缺少，并且只能使用绝对坐标值，不能使用增量坐标值；（5） 执行该指令前，必须正确对刀，否则建立工件坐标系不正确。3、 试切对刀法（必考） 伊工吃（1） 回参考点:标定测量系统。 R（2） 手动操作机床，试切削： '.....' A.■■切削工件外圆表面，保持刀具在X方向位置不变退刀，记录此时X轴坐标值Xt,并测量试切后工件外圆直径为d;切削工件右端面，保持刀具Z方向位置不变退刀，记录此时Z轴坐标值Zt。计算编程原点O在机床坐标系中坐标值:若工件长度为L,则编程原点为:Xo=Xt—d/2,Zo=Zt—L;若编程原点选在右端面O1,则L取0。计算起刀点在机床坐标系中的坐标:若起刀点在编程坐标系中坐标为A(60,100),则在机床坐标系中坐标为:XA=Xo+60,ZA=Zo+100。操作机床，移动刀具到起刀点位置(XA,ZA)。执行G92指令，则系统建立新的工件坐标系。4、 常用的对刀装置：寻边器和Z轴设定器5、 运动控制指令快速点定位指令(G00)：G00的程序段不需要指定进给速度F直线插补指令(G01)G01程序段中须含有进给速度F指令，否则机床不动作；G01和F指令均为续效指令。圆弧插补指令(G02、G03)G02表示顺时针圆弧插补；G03表示逆时针圆弧插补。圆弧顺、逆方向判断：沿垂直于加工圆弧所在平面的坐标轴从正向往负向看(逆向)，刀具相对于工件的转动方向是顺时针用G02，反之用G03。车床应注意。（4） 圆弧插补指令的说明终点坐标X、Y、Z可用绝对坐标，也可用增量坐标，取决于指定的G90或G91,也可以用增量坐标字U、V、W（如车床）。R是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角小于或等于180°时，R取正值；当圆心角大于180°时，R取负值。I、J、K由从圆弧起点指向圆心的矢量决定，其计算可采用圆心相对于圆弧起点的偏移值（圆心坐标减去圆弧起点坐标），以增量方式指定;对于车床，无论是直径编程还是半径编程,1均为半径量。加工整圆，不能用R，只能用圆心坐标I、J、K编程。（5） 暂停（延迟）指令（G04）第三部分刀具补偿指令1、 刀具补偿分类（1） 车削刀具补偿功能分为：刀尖位置补偿和刀尖半径补偿（2） 铣削刀具补偿功能分为：刀具半径补偿和刀具长度补偿G41为左刀补（在刀具前进方向左侧补偿），G42为右刀补（在刀具前进方向右侧补偿）。2、 铣削刀具半径补偿过程（1） 刀补的建立：在刀具从起点接近工件时，刀心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。（2） 刀补进行：刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量直到刀补

取消。刀补取消：刀具离开工件，刀心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程。3、铣削刀具半径补偿例题(必考)考虑刀具半径补偿，编制加工程序：工件坐标系如图，XOY坐标平面设定在工件上表面，按箭头所示路径进行加工，加工开始时刀具距工件上表面50mm，切削深度为5mm，采用①5mm立铣刀。00100;N010G92X-10Y-10Z50; .N020G90G17;N030G00Z-5;N040G42G00X4Y10D01;N050M03S900;N060G01X30F800;N070G03X40Y20R10;N080G02X30Y30R10;N090G01X10Y20;N100Y5;N110G00Z50M05;N120G40G00X-10Y-10;N130M30;第三章数控加工程序的编制1、车削固定循环指令通常可分为简单车削循环指令、复合车削循环指令以及螺纹车削循环指令等。2、对图示零件编制精加工程序，图中①85mm不加工。(必考)P53根据图纸要求按先主后次加工原则，确定工艺路线。从右至左切削外轮廓面其路线为：倒角一一切削螺纹的实际外圆一一切削锥度部分一一车削①62mm外圆 倒角 车①80mm外圆 切削圆弧部分 车削80mm外圆。切3mmX①45mm的槽。车M48X1.5的螺纹。螺纹编程大径D=d-0.1P螺纹编程小径D=dT.3P（3） 坐标系（原点、左端面、右端面）（4） 刀补（相对刀补）（5） 编程程序N001G92 X200.0Z350.0;设定起刀点N002S630M03;主轴正转，转速630r/min，选1号刀N003G00X41.8Z292.0T0101M08;快进至X=41.8mm，Z=292mmN004G01 X47.8Z289.0F150;工进至X=47.8,Z=289，速度150mm/min（倒角）N005 Z227.0; Z向工进至Z=227mm（精车47.8mm螺纹外径）N006 X50.0;X向工进至X=50mmN007 X62.0W-60.0;X向工进至X=62mm,-Z向工进60mm（精车锥面）N008 Z155.0; 7向工进至Z=155mm（精车62mm外圆）N009 X78.0; X向工进至X=78mmN010 X80.0W-1.0;X向工进至X=80mm,-Z向工进1mm（倒角）N011 W-19.0; 2向工进19mm（精车80mm外圆）N012 G02W-60.0I63.25K-30.0; 顺圆-Z向工进60mm（精车圆弧）N013 G01Z65.0; 7向工进至Z=65mm（精车80mm外圆）N014 X90.0; X向工进至X=90mmN015 G00X200.0Z350.0T0100M09;返回起刀点，取消刀具补偿N017 M08;N018 G00X51.0Z227.0T0202;快进至X=51,Z=227，开切削液N019G01X45.0F160;X向工进至N019G01X45.0F160;X向工进至X=45，速度160mm/min（车45mm槽）N020G04 P1000.0;暂停进给1SN021G00 X51.0X向快退至X=51mm（退刀）N022X200.0Z350.0T0200;N023M09;N024N020G04 P1000.0;暂停进给1SN021G00 X51.0X向快退至X=51mm（退刀）N022X200.0Z350.0T0200;N023M09;N024S200M03主轴正转，转速200r/minN025 G00X52.0 Z296.0 T0303;N026 G33X47.2 Z228.5 F1.5;N027 X46.6; 螺纹切削循环，螺距1.5mmN028 X46.1;N029 X45.8;N030 G00X200.0 Z350.0 T0300 M09;回起刀点，取消刀补，关切削液N031 M05; 主轴停N032 M30; 程序结束3、例：加工如图零件，要求精车外形，不留加工余量。（1） 分析零件图纸、确定加工工艺过程选择刀具并画出刀具布置图根据要求选用三把刀：1号刀车外圆，2号刀切槽，刀刃宽4mm，3号刀车螺纹。换刀点、起刀点在（200,300）。工艺路线首先车削外形，再切槽，最后车螺纹。确定切削用量车外圆：主轴转速为S600r/min，进给速度为F150哑/min；切槽：主轴转速为S300r/min，进给速度为F100哑/min；车螺纹：主轴转速为S200r/min，进给速度为F1.0mm/r。（2） 数值计算螺纹外径二12-0.1*1=11.9；螺纹牙深=0.6495X1=0.6495；螺纹内径孑螺纹外径-1.3p=12-1.3*1=10.7。（3） 编写程序N0010G92X200.0Z300.0；（建立工件坐标系）N0020G00X0Z1.0S600T0101M03M08；（快进到接近点）N0030G01Z0.0F150；（工进到）N0040X9.9；（车端面）N0050X11.9Z-1.0；（倒角）N0060Z-14.0；（车螺纹外表面）N0070X16.0Z-18.0；（车锥面）N0080X10.0Z-38.0；（车倒锥面）N0090G02X18.0Z-42.0I4.0K0.0；（顺圆加工）N0100G03X24.0Z-45.0I0.0K-3.0；（逆圆加工）N0110G01Z-52.0；（车大外径）N0120G00X200.0Z300.0T0100M05M09；（快回到换刀点）N0130X16.0Z-14.0S300T0202M03M08；N0140G01X9.0 F100；（切槽）N0150G04P5000；（延时5s）N0160G00X200.0；（径向退刀）N0170Z300.0T0200M05M09；（快回到换刀点）N0180X16.0Z3.0S200T0303M03M08；N0190G33X11.3Z-12.0F1.0；（以下分三刀切削螺纹）N0200X10.9；N0210 X10.7；N0220G00X200.0Z300.0T0300M05M09；（快回到换刀点）N0230 X30.0Z-54.0S300T0202M03M08；N0240G01X0.0F100；（切断）N0250G00X200.0Z300.0T0200M02；（结束）第四章计算机数控装置1、CNC装置软件结构的特点（1） 多任务并行处理（2） 实时中断处理第五章数控装置的轨迹控制原理1、逐点比较法2、利用逐点比较法进行插补，每一步都要经过四个工作节拍:第一节拍一一偏差判别第二节拍一一进给第三节拍一一偏差计算第四节拍一一终点判别3、直线插补如右图所示第一象限直线OE，起点O为坐标原点，终点坐标E（Xe，Ye）,直线方程为：XeY—XYe=0直线OE为给定轨迹，P（X，Y）为动

F=F=XY-XY（1） 若P1点在直线上方，则有XeY—XYe〉0（2） 若P点在直线上，则有XeY—XYe=0（3） 若P2点在直线下方，则有XeY—XYe<0因此，可以构造偏差函数为:偏差函数递推计算采用偏差函数的递推式（迭代式）由前一点计算后一点:若Fi〉=0，规定向+X方向走一步Xi+1=Xi+1Fi+1=XeYi-Ye(Xi+1)=Fi-Ye若Fi<0，规定+Y方向走一步，则有Yi+1=Yi+1Fi+1=Xe（Yi+1）-YeXi=Fi+Xe终点判别直线插补的终点判别可采用三种方法。1） 判断插补或进给的总步数；2） 分别判断各坐标轴的进给步数；3） 仅判断进给步数较多坐标轴的进给步数。

4、例:加工第一象限直线OE，如下图所示，起点为坐标原点，终点坐标为E（4,3）。试用逐点比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。课本（P130）直线插补轨迹过程实例序号偏差判别坐标进给偏差计算终点判别0F0=0N=71F0=0+XF1=F0-Ye=-3N=62F1<0+YF2=F1+Xe=1N=53F2>0+XF3=F2-Ye=-2N=44F3<0+YF4=F3+Xe=2N=35F4>0+XF5=F4-Ye=-1N=26F5<0+YF6=F5+Xe=3N=17F6>0+XF7=F6-Ye=0N=0补充的题：一、 .主传动运动的变速系统1、 带有变速齿轮的主传动（大、中型数控机床采用较多的一种方式。）2、 通过皮带传动的主传动（主要应用在小型数控机床上）3、 由主轴电机直接驱动的主传动（简化主轴箱体结构，提高主轴部件刚度。）二、 滚珠丝杠螺母副丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。三、 数控机床伺服系统的基本组成执行元件及其驱动控制单元必不可少。驱动控制单元将进给指令转化为执行元件所需的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床运动部件组成。执行元件通常选用步进电动机。闭环（半闭环）伺服系统由驱动控制单元、执行元件、机床运动部件、反馈检测元件、比较环节组成。反馈检测分为速度反馈和位置反馈两类，闭环伺服系统采用位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。四、 位置环由位置调节控制模块、位置检测和反馈控制部分组成；速度环由速度比较调节器、速度反馈和速度检测装置（如测速发电机、光电脉冲编码器等）组成；电流环由电流调节器、电流反馈和电流检测环节组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大器等组成。五、 直流伺服电机速度调节（直流电机的三种调速方法）：1、 改变电枢外加电压Ua。可以得到调速范围较宽的恒转矩特性，机械特性好，适用于主轴驱动的低速段和进给驱动。2、 改变磁通量①。改变励磁线圈电压使磁通量改变，适用于主轴驱动的高速段，不适合于进给驱动。3、 改变电枢电路的电阻Ra。该方法得到的机械特性较软，不能实现无级调速，不适合于数控机床。目前应用最多的是晶体管脉宽调制（PWM）调速系统：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，调节电机的转速。六、 交流电机的速度控制（异步电机调速方法）：（1） 变磁极对数：通过对定子绕组接线的切换改变磁极对数实现，只能产生二种或三种转速，不能无级调速。（2） 改变转差率：只适合于异步型交流电机的调速，低速时转差率大，转差损耗功率大，效率低。（3） 变频调速：通过改变电机电源的频率而改变电机的转速。变频调速从高速到低速都可以保持有限的