机床数控技术及应用重点复习提纲.doc

该复习资料仅供参考数控技术参考复习提纲第一章 数控技术概论什么是机床数控技术 (Numerical Control Technology,NC）?答：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。什么是数控机床（Numerical Control Machine Tools）?答：数控机床是采用了数控技术的机床。数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。机床本体：-主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）-支承件（立柱、床身等）-特殊装置（刀具自动交换系统、工件自动交换系统）-辅助装置（如排屑装置等）什么是数控系统（Numerical Control System）?答：是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。什么是计算机数控系统（Computer Numerical Control，CNC）?答：是以计算机为核心的数控系统。数控技术组成：计算机数控、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。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；有利于现代化生产与管理；使用、维护技术要求高。数控机床的适用范围：1、当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；2、当生产批量较大时，宜采用专用机床；3、当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床。数控机床的分类分 类 方 法数控机床类型按运动控制方式点位直线轮廓按伺服系统开环半闭环闭环按功能水平经济型中档型高档型按工艺方法金属切削数控机床金属成形数控机床特种加工数控机床点位控制：仅实现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。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。直线控制：不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45角的方向进行直线移动和切削加工。轮廓控制：对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。开环控制：没有位置检测装置，信号单向；一般以步进电机作为伺服驱动部件；速度、精度低（受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构传动精度的影响）；结构简单、稳定、成本低、调试维修方便；适用范围：精度不高的经济型、中小型数控机床。闭环控制：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上,随时检测执行部件的实际位置。差值控制，误差修正，直到消除。加工精度很高,但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内,系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。半闭环控制：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部；可以获得稳定的控制特性（其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好），调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。适用范围：广泛应用。经济型数控机床：步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下，脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度在10mmin以下。中档型数控机床：采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1mm，进给速度为15-24mmin，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。高档型数控机床：采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用直线伺服电机，能实现5轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为0.1-1mm，进给速度可达100mmin以上。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。按工艺方法分类：分为：金属切削数控机床、金属成形数控机床、特种加工数控机床。也可分为：普通数控机床（指加工用途、加工工艺单一的机床）和加工中心（指带有自动换刀装置、能进行多工序加工的机床）。智能“4M”系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量( Measurement)、建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。第二章 数控加工程序编制基础数控程编概念：从分析零件图纸开始，经过工艺分析、数学处理到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控程编。坐标轴的命名及方向：标准规定，在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，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。坐标数：采用数字控制的运动方向的个数联动数：数控系统能同时控制的坐标数（2坐标联动加工6坐标联动加工）机床坐标系：是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、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动范围（如行程范围、保护区机床原点：是机床坐标系的零点, 是机床上固定的点，一般不允许用户改变。数控车一般在卡盘前后端面的中心，数控铣各厂家不一样，有的工作台中心，有的行程终点等。机床参考点：是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点，一般设在机床各轴正向极限的位置。采用增量式测量系统的数控机床开机后，都必须做回零操作，使刀具或工作台回到参考点，将会显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值。工件坐标系与工件原点1) 由编程人员确定,用于编程；2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变；3)根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。加工程序结构与格式：O0001；程序名N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ；N110 M30；程序结束指令宏指令与宏程序把具有某种功能的一组指令，像子程序一样存储在存储器中，并将该组指令用一个指令代表。最大特点：除了使用正常的CNC指令外，可以进行变量运算，用宏指令给变量设定实际值。何谓工艺指令？数控加工过程中的各种动作都是事先由程编人员在程序中用指令的方式予以规定的，主要包括准备功能G代码、辅助功能M代码、进给功能F代码、主轴转速功能 S代码、刀具功能T代码等。准备功能G代码和辅助功能M代码统称为工艺指令，是程序段的主要组成部分。准备功能G代码在插补运算之前需要规定，为插补运算作好准备的工艺指令。如：G17、G01、G02、G81模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替。非模态代码：仅在所出现的程序段内有效。数控编程中的常用指令绝对坐标与增量坐标编程指令G90、G91 快速点定位指令G00直线插补指令G01 圆弧插补指令G02/G03 刀具半径补偿建立与取消指令G41/G42、G40刀具长度补偿建立与取消指令G43/G44、G49刀具补偿功能应用的优点：1)简化程编工作；2)实现粗、精加工；3)实现内外型面的加工。坐标平面选择指令G17(XY面)、G18(ZX面)、G19(YZ面)工件坐标系设定指令G92用G54-G59指令设定工件坐标系操作者在实际加工前，测量工件原点与机床原点之间的偏置值，并在数控系统中预先设定。这个值叫做“工件零点偏置”。暂停（延迟）指令G04 G04指令是根据暂停计时器预先给定的暂停时间停止进给。它的功能是使刀具作短时间（几秒钟）的无进给光整加工，用于车槽、镗孔、锪孔等场合。极坐标指令G16（建立）、G15（取消）参考点返回：参考点是机床上的固定点，一般作为换刀和坐标系测量零点等使用，通过参考点返回功能G28可以很容易移动到参考点上。G28G91X0Y0Z0；比例缩放（G51、G50) G51 X-Y-Z-P-；X、Y、Y缩放中心,P缩放倍数G51X-Y-Z-I-J-K；X、Y、Z缩放中心，I、J、K各轴缩放倍数，倍率为负，实现镜像G50缩放取消坐标旋转指令（G68，G69) G17/G18/G19 G68 aX-Y-Z-bR-； 旋转中心（X、Y、Z）,R旋转角度，逆（正）G69 取消F、S、T代码主要内容F模态代码 代码法 直接给定法G94表示进给速度与主轴速度无关的每分钟进给量（mm/min）；G95表示与主轴转速有关的主轴每转进给量（mm/r），如车螺纹、攻丝等。S切削速度G96 S160表示控制主轴转速，使切削点的线速度始终保持在160m/min；G97 S1000表示注销G96，即主轴不是恒线速度，其转速为1000r/min。T刀具功能指令T12表示12号刀具；T0101，前两位01表示刀具号，后两位01表示刀具补偿号。切削三要素：切削速度、进给量、背吃刀量。数控加工工艺的特点：1）工序内容具体；2）工序内容复杂；3）工序内容严密；4）工序集中5)加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段(存在逼近误差、圆整化误差、插补误差)数控加工工艺的内容：1. 数控机床上加工零件的选择；2. 数控工艺性分析；3. 工艺路线制订；4. 工序设计；5. 工艺指令的处理。零件设计及工艺性的要求：1)零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则；2)零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺寸（减少刀具规格和换刀时间）内槽圆角半径不应过小原因：内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，如果太小，刚度不足，影响表面加工质量，工艺性较差。因而内槽圆角半径应大一些。铣削零件底面时，槽底圆角半径r不应过大原因：圆角r越大，d 越小（d=D-2r，D为铣刀直径），即铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头刀加工，此时切削性能较差，应尽量避免。3)定位基准分析：便于定位和夹紧，且装夹次数要少数控机床的夹具与传统夹具结构的差别?答：夹具体定位夹紧，不需要导向和对刀功能，夹具比较简单。设计或选用要求基准重合，以减少定位误差；统一基准，减少重复定位次数，减少重复定位误差；夹紧要可靠，尽量避免振动；夹紧点分布要合理，夹紧力大小要适中且稳定，减少夹紧变形；夹具结构应力求简单，加工部位要敞开 ；一次装夹应尽可能装夹多个工件，以提高加工效率。刀具的选择应满足：安装调整方 便、刚性好、精度高、耐用度高等要求刀具结构：1）整体式；2）机夹式；3）内冷式；4）抗振式；5）特殊型式。铣刀选择：大平面：面铣刀；加工凹槽、小台阶面及平面轮廓：立铣刀；加工空间曲面、模具型腔等：模具铣刀；加工封闭键槽：键槽铣刀；加工变斜角零件：鼓形铣刀；特殊形状：成形铣刀。切削用量的选择：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本； 大吃刀量半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量：主轴转速（切削速度）、切削深度、进给量。切削深度（也称背吃刀量）：主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工精度和改善表面质量。确定进给速度当工件质量能得到保证时，为提高生产效率，可选较高的进给速度。一般在100-200mm/min范围内选取。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 20-50mm/min范围内选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20-50mm/min范围内选取。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。主轴转速根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度选择切削速度。S1000Vc/D在选择切削速度时，还应考虑以下几点：应尽量避开积屑瘤产生的切削速度区域；断续切削时，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁件时，应选用较低切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。何谓对刀点？刀具相对工件运动的起点选择准则：选在零件的设计基准或工艺基准上；便于对刀、观察和检测；简化坐标值的计算；精度高、粗糙度低的表面。如何对刀？“刀位点”与“对刀点”重合。所谓“刀位点”就是表征刀具特征的点。对刀：千分表、激光对刀、自动接触式对刀加工路线确定：加工路线是指刀具相对于被加工工件的运动轨迹，不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的顺序。q保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；q简化数值计算，减少程编工作量；q缩短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加工效率。切向切入切出：避免法向切入切除，会产生接刀痕迹。顺铣、多次走刀、避免进给停顿； 曲面加工：行切法直线、圆弧类零件的数学处理直线、圆弧类零件的轮廓一般由直线、圆弧组成。相邻几何元素间的交点或切点称之为基点。基点的计算方法可以是通过联立方程组求解，也可利用几何元素间的三角函数关系求解。非圆曲线节点坐标计算数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式y=f（x）表达的平面轮廓曲线，称为非圆曲线。数学处理比较复杂，应在满足允许的编程误差条件下，用若干直线段或圆弧段去逼近给定的非圆曲线，相邻逼近线段的交点或切点称为节点。用直线段逼近非圆曲线时节点的计算弦线逼近中计算节点的方法主要有等间距法、等步长法和等误差法。等步长法：用直线段逼近非圆曲线时，如果每个逼近线段长度相等，则称等步长法。等误差法：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。用圆弧段逼近非圆曲线时节点的计算 用圆弧段逼近非圆曲线的方法有曲率圆法、三点圆 法、相切圆法、双圆弧法等。曲率圆法：用彼此相交的圆弧逼近非圆曲线。三点圆法：三点圆法是在已求出的各节点基础上，通过 连续三点作圆弧，求出圆心坐标和圆的半径。相切圆法：过曲线上A、B、C、D点作曲线的法线，分别交于M、N点，并分别以点M、N为圆心，AM、ND为半径作圆M和N圆，使圆M和圆N相切于K点。为了使两段圆弧相切，必须满足双圆弧法：指在两相邻的节点间用两段相切的圆弧逼近曲线的方法。第三章 数控加工编程方法数控车床(按主轴位置分)：立式数控车床(回转直径较大的盘类零件)；卧式数控车床(轴向尺寸较长或小型盘类零件)。数控车床(按功能分)：经济型数控车床：属低档型，一般采用步进电动机和单片机控制,成本较低,车削精度也不高；普通数控车床：数控系统功能强，具有刀补、固定循环等功能，同时控制两轴，即X轴和Z轴，普遍应用于企业的实际生产中。车削加工中心：在普通数控车床基础上，增加了C轴和铣削动力头，有的还配备了刀库和机械手，除一般车削外，可进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。数控车削主要适合对象高精度回转零件；难于控制尺寸的回转体零件；带特殊螺纹的回转零件(导程不一样)；表面形状复杂的回转体零件。数控车床编程特点：绝对坐标编程常用代码X 和Z表示；增量坐标编程时用U 和 W 表示，可按绝对坐标编程、增量坐标编程或两者混合编程。一般不用G90、G91指令。由于车削常用的毛坯为棒料或锻件，加工余量较大，可充分利用各种固定循环功能，达到多次循环切削目的。直径方向按绝对坐标编程时常以直径值表示，按增量坐标编程时，以径向实际位移量的2倍值表示。常用指令介绍快速点定位：G00 X（U）_ Z（W）_ ； 直线插补：G01 X（U）_ Z（W）_ F_ ；圆弧插补：G02/G03 X (U ) _ Z(W)_ I_ K_ F_ ；G02/G03 X (U ) _ Z(W)_ R_ F_ F、S指令设置G99 F_；（每转进给模式）G98 F_；（每分钟进给模式）恒切削速度的设置方法为G96 S_ ；（S的单位为m/min）也可设置成G97 S_ ；（S的单位为r/min）恒切削速度设置时，为防主轴转速过高，预先设置主轴最高转速。指令格式为：G50 S_ ；（S的单位为r/min）G96 S150 表示切削点线速度控制在 150 m /min。对图所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150 m /min，则各点在加工时的主轴转速分别为：V=pDn/1000A：n=1193r/min B：n=795r/min C：n=682r/min暂停指令G04在车削加工中，该指令可用于车削环槽、不通孔以及加工螺纹等场合。G04 U_（或P_）在G98进给模式下，指令中输入的时间即为停止进给的时间；在G99进给模式下，则为暂停进刀的主轴回转数。车削常用固定循环指令多重复合循环 G70-G76在多重复合循环中，只须指定精加工路线、粗加工的背吃刀量和退刀量、精车余量等，系统就会自动计算出粗加工路线和走刀次数。切削深度为5mm，退刀量为1mm，X向精车余量为2mm，Z向精车余量为2mm。N20 G00 Xl70.0 Z180.0 S750 T0202 M03；N30 G71 U5.0 R1.0；N35 G71 P40 Q100 U4.0 W2.0 F0.3 S500；N40G00 X45.0 S750；N50 G01 Z140.0 F0.1；N60 X65.0 Z110；N70 Z90.0；N80 X140.0 Z80.0；N90 Z60.0；N100 Xl50.0 Z40.0；端面车加工循环G72G72 U（d） R（e）；G72 P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F_S_T_；N（ns）Z(W)_N（nf）精车循环G70在采用G71、G72、G73指令进行粗车后，用G70指令可以作精加工循环切削，程序段格式为G70 P_ Q_ ；端面切断循环G74外径、内径切断循环G75复合螺纹循环G76刀尖半径补偿 （G41、G42、G40）用假想刀尖（实际不存在）编程时，当车外径或端面时，刀尖圆弧大小并不起作用，当车削倒角、锥面或圆弧时，则会引起过切或欠切。刀尖半径补偿指令程序段格式为G41/G42 X（U）_ Z（W）_ ；如图所示工件，需要进行精加工，其中f85mm外圆不加工。毛坯为f85mm340mm棒材，材料为45钢。O0003；N10 G50X200.0 Z350.0； 工件坐标系设定N20 G30 U0 W0 T0101； 换1号刀N20 S630 M03；N30G00X41.8 Z292.0M08；N40G01X47.8Z289.0F0.15；N50 Z230.0；N60 X50.0；N70 X62.0 W-60.0；N80 Z155. 0；N90 X78. 0；N100X80.0W-10.0；N110 W-19. 0；N120 G02 W-60.0 I3.25 K-30.0；N130 G01 Z65.0；N140 X90. 0；N150 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09；N160 G30 U0 W0 T0202； N170 S315 M03；N180 G00 X51.0 Z230. M08； N290 X46.38； 螺纹切削循环，螺距为1.5mmN190 G01 X45. 0 F0.16； N300 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09；N200 G04 O5. 0 ； N310 M05；N210 G00 X51.0； N320 M30；N220 X200.0 Z350.0 T0200 M09；N230 G30 U0 W0 T0303； 换3号刀N240 S200 M03；N250 G00 X62.0 Z296.0 M08；快速接近车螺纹进给刀起点 N260 G92X47.54 Z231.5F1.5；螺纹切削循环，螺距为1.5mm N270 X46.94； 螺纹切削循环，螺距为1.5mm N280 X46.54； 螺纹切削循环，螺距为1.5mm G00、G01、G02、G03指令G00 X_ Y_ Z_ ；快速点定位指令G01X_ Y_ Z_ F_ ；G02/G03 X_ Y_ I_ J_ F_ ；G02/G03 X_ Y_ R_ F_ ；G41/G42、G40指令 刀具半径补偿G00/G01 G41/G42 X_ Y_ D_ （ F_ ）；G00/G01 G40 X_ Y_（ F_ ）；G43/G44 、G49 刀具长度补偿G00/G01 G43/G44 Z_ D_ / H_ （F_）；G00/G01 G49 Z_ （F_）；加工中心的区别：带有刀库和换刀装置，一次装夹能进行铣、镗、钻、攻螺纹等多种工序的加工，工序集中，主要用于箱体、复杂曲面的加工。分类：卧式加工中心、立式加工中心、立卧加工中心。孔加工固定循环程序段的一般格式为：G90/G91 G98/G99 G81-G89 X_Y_ Z_R_ Q_P_ F_ L_；G代码（含义）孔加工动作孔底动作返回动作程序段格式G81（钻孔、中心孔）切削进给快速G81 X_Y_Z_R _F_；G82（钻孔、锪孔）切削进给暂停快速G82 X_Y_Z_R_ P_F_；G83（深孔钻）间隙进给快速G83 X_Y_Z_R_Q _F_；G84（攻螺纹）切削进给暂停-主轴反转切削进给G84 X_Y_Z_R _F_；G85（镗孔）切削进给切削进给G85 X_Y_Z_R _F_；G86（镗孔）切削进给主轴停止快速G86 X_Y_Z_R _F_；G87（反镗孔）切削进给主轴正转快速G87 X_Y_Z_R_Q _F_；G88（镗孔）切削进给暂停-主轴停止手动操作G88 X_Y_Z_R _P_F_；G89（镗孔）切削进给暂停切削进给G85 X_Y_Z_R_ P_F_；宏程序编程方法在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理的方法达到程序功能，这种有变量的程序叫宏程序。用宏程序编程有什么好处？宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态计算功能，可以加工非圆曲线，如抛物线、椭圆、双曲线等。宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工。宏程序可以极大简化编程，精简程序，适合较复杂零件的加工。宏程序调用：非模态调用G65；模态调用G66 、G67自动编程方法有：语言编程、图形交互编程。图形交互编程系统： Pro/Engineer软件 UG软件 MasterCAM软件 CAXA1、UG 是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。2、CATIA是法国达索（Dassault）公司推出的产品，据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选3、Pro/E 是 美国 PTC （参数技术有限公司）开发的软件，是全世界最普及的三维 CAD/CAM （计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业，具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。4、CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。5、MasterCAM是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 MasterCAM提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计复杂的曲线、曲面零件。6、CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAM产品，为国产CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。 CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。7、EdgeCAM是英国Pathtrace公司出品的具有智能化的专业数控编程软件，可应用于车、铣、线切割等数控机床的编程。目前流行于欧美制造业。英国路径公司正在进行中国市场的开发和运作，为国内的制造业的客户提供更多的选择。8、VERICUT是美国CGTECH公司出品的一种先进的专用数控加工仿真软件。对数控加工过程的模拟极其逼真。第四章 计算机数控装置位置控制单元进给运动的坐标轴位置控制（包括位置 和速度控制)，如工作台的移动，主轴箱的移动，围绕某一直线轴的旋转运动等。主轴控制，一般只包括速度控制，在很宽的范围内速度连续可调，并在每一种速度下均能提供足够的切削所需的功率和转矩。C轴位置控制：包括位置和速度控制，主轴位置可任意控制。刀库位置控制：加工中心刀库位置控制，与轴控制相比，性能和要求都低得多，故称简易位置控制。多微处理器结构在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器，分别实现相应的数控功能。特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可继续工作。理器组成：同构多处理器、异构多处理器结构形式：分布式、主从式、总线式。多微处理器典型结构: 共享总线型；共享存储器型；混合型结构。大板式结构：就是将所有或大部分硬件电路集中设计在一块大印刷电路板上，在其插槽内插入部分辅助小印刷电路板，构成硬件，配合软件实现预定数控功能。功能模块式结构：将CPU、存储器、输入输出控制、位置控制、显示部件等分别做成插件板（硬件模块），相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中，软硬件模块形成一个功能模块。将各功能模块以总线方式实现连接，以积木方式构成CNC装置。开放式数控系统结构：可移植性、可扩展性、可协同性、规模可变。刀具半径补偿刀补处理的主要工作：根据G90/G91计算零件轮廓的终点坐标值。根据R和G41/42，计算本段刀具中心轨迹的终点坐标值。根据本段与前段连接关系，进行段间连接处理。开环系统：通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。半闭环和闭环系统：采用数据采样方法进行插补加工，速度计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。CNC系统软件的特点和结构特点：多任务性与并行处理技术。多任务性：显示、译码、刀补、速度处理、插补处理、位置控制、并行处理：系统在同一时间间隔或同一时刻内完成两个或两个以上任务处理。并行处理的实现方式：资源分时共享（单CPU）；资源重叠流水处理（多CPU）。资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）在单CPU结构的CNC系统中，可采用“资源分时共享”并行处理技术。即：在规定的时间长度（时间片）内，根据各任务实时性的要求，规定它们占用CPU的时间，使它们分时共享系统的资源。“资源分时共享”的技术关键：其一：各任务的优先级分配问题。其二：各任务占用CPU的时间长度，即时间片的分配问题。并发处理和流水处理（对多资源的系统）在多CPU结构的CNC系统中，根据各任务之间的关联程度，可采用以下两种并行处理技术： 若任务间的关联程度不高，则可让其分别在不同的CPU上同时执行 并发处理； 若任务间的关联程度较高，即一个任务的输出是另一个任务的输入，则可采取流水处理的方法来实现并行处理。前台程序：主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。后台程序(背景程序)：完成显示、程序编辑管理、系统输入/输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预处理)等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，其在运行过程中，不断地定时被前台中断程序所打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。可编程控制器PLC类型内装型、独立型内装型PLC：从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部实现。独立型PLC：独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务。CNC名牌厂家：FANUC、SIEMENS、AB、CINCINNATI、NUM、HP、FAG 、GE-FANUC、三菱、华中数控、广州数控、航天数控、蓝天数控、北京FANUC、上海开通数控、南京方达数控、威海华东数控、南京清华数控日本FANUC公司和德国SIEMENS公司的数控系统在数控机床行业占据主导地位。第五章 数控机床的控制原理插补：是一种运算程序，经过运算，判断出每一步怎样进给误差更小？应同时向几个、还是一个坐标轴进给？进多少？插补技术：是数控系统的核心技术。数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问题。脉冲当量或最小分辨率：刀具或工件移动的最小位移量。插补的实质 是根据有限的信息完成“数据密化”工作。粗插补：采用软件方法，将加工轨迹分割为线段精插补：采用硬件插补器，将粗插补分割的线段进一步密化数据点。直线和圆弧是构成零件轮廓的基本线型，CNC系统都有直线插补、圆弧插补两种基本功能。三坐标以上联动的CNC系统中，一般还有螺旋线插补等功能。主要插补方法：基准脉冲插补、数据采样插补。基准脉冲插补（脉冲增量插补、行程标量插补）每次插补结束时向各运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动各坐标轴进给电机的运动。每个脉冲使坐标轴产生1个脉冲当量的增量，代表刀具或工件的最小位移；脉冲数量 代表刀具或工件移动的位移量；脉冲序列频率 代表刀具或工件运动的速度。特点：运算简单，用硬件电路实现，运算速度快。适用步进电机驱动的、中等精度或中等速度要求的开环数控系统。有的数控系统将其用于数据采样插补中的精插补。基准脉冲插补方法：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器法、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法等。应用较多方法：逐点比较法、数字积分法数据采样插补（数据增量插补、时间分割法）采用时间分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期的进给直线段（又称轮廓步长）进行数据密化，以此来逼近轮廓曲线。第一步粗插补：时间分割，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔,称为插补周期T。在每个T 内,计算轮廓步长 lFT,将轮廓曲线分割为若干条长度为轮廓步长l的微小直线段；第二步精插补：在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作。一般将粗插补运算称为插补，由软件完成；精插补可由软件、硬件实现。着重解决两个问题（选择题）1. 如何选择插补周期T？2. 如何计算在一个插补周期内各坐标轴的增量值x或y？答：1、插补周期与插补运算时间的关系，插补周期T必须稍大于插补运算时间与完成其他实时任务所需时间之和。 插补周期与位置反馈采样周期的关系，插补周 期应该是采样周期的整数倍，或者两者相同。 插补周期与精度，速度的关系，直线插补中理论上不会造成轨迹误差，圆弧插补会造成理论轨迹误差，插补周期T应该尽可能地小。插补周期T插补运算时间，为什么？（选择题）答：因为除完成插补运算外，还要执行显示、监控、位置采样及控制等实时任务。T与采样周期T(反馈)可相同或不同，一般：T T(反馈)的整数倍如：美国A-B公司的7300系列，TT(反馈)，日本FANUC 7M系统，T8ms，T(反馈)=4ms现代数控系统的 T 已缩短到 24ms，有的小于1ms。闭环、半闭环系统采用数据采样插补方法。数据采样插补方法：直线函数法、扩展数字积分法、二阶递归扩展数字积分法、双数字积分插补法等。应用较多方法：直线函数法、扩展数字积分法插补方法：脉冲增量插补(逐点比较法（大题）S5P54，DDA法)、数据采样插补(直线函数法，扩展DDA法)圆弧插补：（要掌握圆弧插补的计算,记公式，要填表）Fi，j0时，点在圆弧上；Fi，j0时，点在圆弧外；Fi，j0时，点在圆弧内。将Fi，j=0归于Fi，j0 插补第象限逆圆弧 1）Fi，j0时 2) Fi，j0时插补第象限顺圆弧1）Fi，j0时 2）Fi，j0时数字积分法又称数字微分分析器（Digital Differential Analyzer，简称DDA），利用数字积分的原理，计算刀具沿坐标轴的位移，使刀具沿所加工的轨迹运动。采用数字积分法进行插补的优点：运算速度快、脉冲分配均匀、易于实现多坐标联动或多坐标空间曲线的插补，在轮廓控制数控系统中应用广泛。DDA插补基本原理：求函数y=f（x）对 x 的积分运算，从几何概念上讲，是求此函数曲线与 X 轴在积分区间所包围的面积 F。提高DDA法插补质量的措施1 进给速度的均匀化措施左移规格化；2提高插补精度的措施余数寄存器预置数。重点：分析原因，措施及依据直线函数法 圆弧插补时，以内接弦进给代替弧线进给。在轮廓加工中，由于刀具有一定的半径，刀具中心轨迹并不等于零件轮廓轨迹。应使刀具中心轨迹偏离轮廓一个半径值，这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。刀具半径补偿主要方法：B刀具半径补偿和C刀具半径补偿。C刀具半径补偿：能自动处理两相邻程序段间连接（即尖角过渡）的各种情况，并直接求出刀具中心轨迹的转接交点，然后再对原来的刀具中心轨迹作伸长或缩短修正。第六章 数控机床的检测装置组成：检测元件（传感器）、信号处理装置。作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，构成伺服系统闭环或半闭环控制。半闭环控制的数控机床：旋转变压器、编码器等，安装在电机或丝杠上，测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台直线位移。闭环控制系统的数控机床：感应同步器、光栅、磁栅等，安装在工作台和导轨上，直接测量工作台的直线位移。半闭环、闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的。位置检测装置的精度：系统精度、分辨率系统精度：一定长度或转角范围内测量累积误差的最大值。一般：直线位移检测精度：0.0020.02m；回转角测量精度：10360系统分辨率：测量元件所能正确检测的最小位移量。数控系统中的检测装置按检测的物理量不同，分位移、速度和电流三种类型。位移检测装置：安装位置直接测量和间接测量；测量方法增量型和绝对型; 检测信号的类型模拟式和数字式；运动型式回转型和直线型。数控机床对检测装置的主要要求：1）受温、湿度影响小，工作可靠，抗干扰能力强；2）在机床移动范围内满足精度和速度要求；3）使用维护方便，适合机床运行环境；4）成本低；5）易于实现高速的动态测量。旋转变压器：是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机，数控机床上常见的角位移测量装置，广泛用于半闭环控制的数控机床。优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低（特别是高温、高粉尘的地方）、输出信号幅度大和抗干扰能力强等特点。缺点：信号处理比较复杂。旋转变压器的分类按有无电刷分：接触式和无接触式； 按极对数分：单对极和多对极；按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以及特殊函数旋转变压器等。旋转变压器的工作原理原理：电磁感应，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。由角位移如何计算直线位移?将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当角从0变化到360时，表示丝杠上的螺母走了一个导程，就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大小。要检测工作台的绝对位置，需加一台绝对位置计数器，累计所走的导程数，折算成位移总长度。转子每转1周，转子的输出电压不止一次通过零点，需加相敏检波器来辨别转换点和区别不同的转向。感应同步器根据用途和结构特点分：直线式、旋转式。直线式：定尺、滑尺，测直线位移，用于闭环伺服系统。旋转式：定子、转子，测角位移，用于半闭环伺服系统。“节距” 2是衡量感应同步器精度的主要参数。标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距2mm。直线感应同步器的标准定尺长度一般为250mm，测量范围增加时，将定尺接长。定尺全部接好后，采用激光干涉仪或量块 + 千分表进行全长误差测量，使总长度上的累积误差单块定尺的最大偏差。感应同步器工作原理滑尺、定尺发生相对位移,由于电磁耦合的变化，使感应绕组的感应电压随位移的变化而变化。当滑尺移动距离为 2t，滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角变化 2p；当移动 x 时，则相位角变化角度。鉴相工作方式给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值相同，相位相差90的交流励磁电压通过鉴别定尺感应输出电压的相位，即可测量定尺和滑尺之间的相对位移。例如：定尺感应输出电压与滑尺励磁电压之间的相位差为3.6，表明滑尺移动了多少mm？鉴幅工作方式：给滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率、相位相同，但幅值不同。光栅的种类通常意义上讲，光栅按用途分，有两大类：物理光栅（衍射光栅）：200500条/，栅距0.0020.005，主要是利用光的衍射原理，用于光谱分析和光波波长的测定。计量光栅：25条/、50条/、100条/、250条/等，栅距0.0040.25，主要是利用光的透射和反射现象，用于数控机床闭环检测系统。按形状：长光栅（直线光栅）：检测线位移圆光栅：测量角位移直线光栅按制作原理：玻璃透射光栅、金属反射光栅。玻璃透射光栅：是在玻璃的表面上涂上一层均匀的感光材料或金属镀膜，用照相腐蚀等方法制成透明与不透明间隔相等的线纹。特点：光源可采用垂直入射，光电元件可直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单；每毫米上线纹数多，一般为100、125、250条/mm，经过电路细分，可做到微米级的分辨率。金属反射光栅：在钢尺或不锈钢的镜面上用照相腐蚀法或用钻石刀刻划制成的光栅线纹；常用的线纹数为4、10、25、40、50条/mm ，分辨率低。特点：标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致；标尺光栅的安装和调整比较方便；安装面积较小；易于接长或制成整根的钢带长光栅；不易碰碎。圆光栅：在玻璃圆盘外环端面上，做成黑白相间、呈辐射状条纹，相互间夹角(栅距角)相等。一般有3种形式：（1）六十进制；（2）十进制；（3）二进制。光栅的结构与测量原理（以玻璃透射式直线光栅为例）光栅的结构组成：标尺光栅、光栅读数头标尺光栅与行程等长，通常光栅长度为1m，