苏州科技学院天平学院【数控】复习资料cx.doc

【数控技术】是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域成果而形成的一门技术。【机床数控技术】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。【数控机床】是采用了数控技术的机床。【数字控制】数字控制是一种借助数字、字符或者其他符号对某一工作过程进行编程控制的自动化方法。【机床数控技术的组成】由机床床体、控制系统和外围技术组成。【数控系统的组成】输入/输出装置、计算机数控装置（CNC）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴伺服驱动装置、进给伺服驱动装置以及检测装置。【CNC装置及其功能】是数控系统的核心。基本功能：坐标控制功能、主轴转速功能、准备功能、辅助功能、刀具功能、进给功能、插补功能、自诊断功能。【伺服驱动系统组成及分类】包括主轴伺服驱动单元、进给伺服驱动单元、回转工作台和刀库伺服控制装置以及他们相应的伺服电机。分为步进电机伺服系统、直流伺服系统、交流伺服系统、直线伺服系统。【开环、闭环、半闭环特点】结构简单、制造成本低、价格便宜、应用广泛；加工精度高、结构复杂、价格昂贵、调试困难、系统稳定性会受影响；有稳定的控制特性、调试方便、价格较全闭环系统便宜。【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，有利于现代化生产和管理，使用、维护技术要求高。【数控机床的分类】运动控制方式：点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床；伺服系统：开环、半闭环、闭环数控机床；功能水平：经济型、中档型、高档型数控机床；工艺方法：金属切削、金属成型特种加工数控机床。【数控技术发展过程】1952年世界第一台、1968年中国第一台数控机床（北京第一机床厂）。【数控技术的发展趋势】向高速度、高精度方向发展，向柔性化、功能集成化方向发展，想智能化方向发展，向搞可靠性方向发展，向网络化方向发展，想标准化方向发展，向驱动并联化方向发展。【数控编程】从分析零件图纸开始，到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程。【数控编程的内容（步骤）】包括零件图纸分析、工艺处理（加工方法和工艺路线的确定、刀具夹具的设计和选择、对刀点的选择、加工线路的确定、切削用量的确定）、数学处理、程序编制、控制介质制备、程序校验和试切削。【手工编程】指由人工完成数控编程的全部工作。包括零件图纸分析、工艺处理、数学处理、程序编制等。【自动编程】指由计算机来完成数控编程的大部分或全部工作，如数学处理、加工仿真、数控加工程序生成等。【右手直角笛卡尔坐标系统】直线运动的坐标轴。【数控机床坐标轴的确定方法】Z轴的确定（通常平行于机床主轴的方向、机床有多个主轴时，选一个垂直月工件装夹面的主轴方向为Z、没有主轴，Z垂直于工件装夹面、主轴能够摆动，摆动范围内只与一个坐标轴平行、摆动范围内与多个坐标轴平行，垂直工件）X轴的确定（平行于工件装夹面且与Z轴垂直）Y轴的确定（XZ正方向确定后，根据右手笛卡尔坐标系来判定）【机床坐标系与工件坐标系】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以及运动范围等。机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。工件坐标系是编程人员在编制零件加工程序时使用的坐标系。工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点。【加工程序结构与格式】一个完整的加工程序由若干程序段组成，程序的开头是程序名，结束时写有程序的结束指令。程序段格式是指一个程序段中功能字的排列顺序和表达方式。广泛采用字地址程序段格式。【主程序与子程序的关系】【准备功能G代码】G代码是在数控系统插补运算之前需要预先规定，为插补运算做好准备的工艺指令。分为模态代码和非模态代码【模态代码】一旦被指定，功能一直保持到出现同组其他任一代码是才失效，否则继续保持有效。【非模态代码】只在本程序段中有效。【绝对坐标G90】程序段中的坐标尺寸为绝对值，即在工件坐标系中的坐标值。【增量坐标G91】程序段中的坐标尺寸为增量坐标值，即刀具运动的终点相对于前一位置的坐标增量。【快速定位指令G00】G00 X_Y_Z_ 快速定位，无运动轨迹要求，进给速度指令对其无效。【直线插补指令G01】G01 X_Y_Z_F_【圆弧插补指令G02、G03】G02顺时针G03逆时针。（IJK圆心相对于圆弧起点的增量）G17/G18/G19 G02/G03 X_Y_Z_I_J_K_F_；（圆弧半径R、圆弧所对的圆心角大于180-R，小于等于用+R）G17/G18/G19 G02/G03 X_Y_Z_R_F_；【刀具补偿指令】刀具半径补偿建立与取消指令（G41左偏置指令/G42右、G40）G00/G01 G41/G42X_Y_D(H)_F_；G00/G01 G40X_Y_ ；XY为刀具半径补偿或取消时的终点坐标值，D(H)为刀具偏执代码地址字刀具长度补偿建立与取消指令G43/G44、G49/G40 G00/G01、G43/G44Z_H_F_； G00/G01 G49/G40Z_；刀具补偿功能功能的含义及应用的优点：简化编程工作量，实现粗、精加工，实现内外型面的加工【坐标平面选择指令】G17/G18/G19分别为机床XY、ZX、YZ平面加工。车床默认ZX，铣床默认XY。【工件坐标系设定指令G92】【暂停（延迟）指令G04】G04 P/X（U）_中断时间的长短可通过地址P或X（U）来指定。为非模态，只在本程序段中有效。【辅助功能M代码】是控制机床辅助动作的指令。M00程序停止、M01任选（计划）停止、M02程序结束、M03主轴正转、M04主轴反转、M05主轴停止、M06换刀、M07雾状冷却液开、M08液状冷却液开、M09冷却液关、M30程序结束【FST代码】F：用于指定刀具相对于工件的进给速度，是模态代码（代码法和直接给定法）。F+数字。S：用来指定主轴转速或切削速度。直接给定S+数字，代码指定法G96/G97 S+数字。G96恒线速度。T：刀具功能指令（T0101）【数控加工工艺特点、内容】工序内容具体、工序内容复杂、工序集中。内容：数控加工零件或加工内容的选择、数控加工工艺性分析、数控加工工艺路线的设计、数控加工工序的详细设计（工步内容、对刀点、走刀路径、切削用量确定等）【数控加工工艺路线】是数控加工工艺的重要内容之一，主要包括数控机床的选择、加工方法的确定、工序的安排、数控加工工序与常规加工工序的衔接等内容。【加工路线】是指刀具相对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。遵循原则：保证零件的加工精度和表面粗糙度要求、简化数值计算，减少编程工作量、缩短加工路线，减少刀具空行程实践，提高加工效率。【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【换刀点】为避免换刀是刀具与工件和夹具发生干涉，换刀点应设置在工件外合适的位置。【刀位点】表征刀具特性的点。（平头立铣刀在底面中心、钻头为钻尖、车刀镗刀为刀尖、球头铣刀为球心）【基点】相邻直线、直线与圆弧、圆弧间的交点或切点称之为基点【节点】用若干条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【刀补】用假想刀尖编程时，当车外径或端面时，刀尖圆弧大小并不起作用，当车削倒角、锥面或圆弧式，则会英气过切或欠切，从而影响精度，因此在编制数控车削程序是，可以利用刀具半径补偿功能给予补偿。【数控车床的编程特点】在一个零件的加工程序段中，根据图纸上标注的尺寸，可以按绝对坐标编程、增量坐标编程或两者混合编程。车削常用的毛坯为棒料或锻件，加工余量较大。X方向可以按半径值或直径值编程。编程时，常认为车刀刀尖是一个点，实际上，为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常被磨成一个半径不大的圆弧，为此，在编制数控车削程序时，需要对刀具半径进行补偿。第三坐标指令I、K在不同程序段中的作用不相同。【车削】G70精车循环指令G71外圆粗车循环指令G72端面车加工循环指令G73成形车削循环指令G90单一形状圆柱或圆锥切削循环指令G92螺纹切削循环指令G94端面切削循环指令【铣削】G81钻孔、中心孔G82钻孔、忽孔G83深钻孔G84攻螺纹G85镗孔G86镗孔G87反镗孔G88镗孔G89镗孔【加工中心编程特点】当零件加工工序较多时，为了便于程序的调试，一般讲各工序内容分别安排到不同的子程序中，主程序主要完成换刀程序及子程序的调用。自动换刀要留出猪狗的换刀空间，以避免换刀时与零件发生碰撞。由于加工中心能够实现多工序加工，因此可根据零件特征及加工内容 设定多个工件坐标系，在编程时合理讯用相应的坐标系，达到简化编程的目的。在编制加工中心程序时，要充分利用固定循环功能，达到简化程序的目的。【工件坐标系设定指令G50】G50 X_Z_【子程序调用指令M98】【结束调用指令M99】【CNC装置的组成】主要由硬件和软件两大部分组成。【CNC硬件结构、软件结构】计算机主板和系统总线板、显示模块输入输出模块、电子盘（存储模块）、PLC控制模块、功能接口模块、位置控制模块。操作系统、管理软件、控制软件。【单微处理器CNC】通过总线与存储器、输入输出接口以及其他接口相连，构成整个CNC系统。【多微处理器CNC】包括存储器、插补、位置控制、输入输出、PLC等（CNC管理模块、CNC插补模块、位置控制模块、存储器模块、自动编程模块、操作面板显示模块、主轴控制模块以及PLC功能模块）。分为共享总线型和共享存储器型【开放式数控系统采用系统】是一种模块化的、可重构的、可扩充的通用数控系统。【大板式】CNC+PC主板：把一块PC主板插入传统的CNC机器中，PC主板主要是运行非实时控制，CNC主要是运行以坐标轴运动为主的实时控制。【功能模块式】PC+专业运动控制卡：把运动控制卡插入计算机标准插槽中作实时控制用，而PC机主要用作处理非实时控制。【CNC软件构成】包括管理软件和控制软禁。管理软件包括数据输入、I/O处理、通信、诊断和显示等功能。控制软件包括速度控制、插补和位置控制及开关量控制等。【数控机床中PLC实现的功能】M、S、T功能；机床外部开关量信号控制功能；输出信号控制功能；伺服控制功能；报警处理功能；其他介质输入装置互联控制【插补】根据零件轮廓线型上的已知点，数控系统按刀具参数、进给速度和进给方向的要求等，计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程【脉冲当量】在数控机床中，刀具或工件能够移动的最小位移量称为数控机床的脉冲当量或最小分辨率。【插补技术分类】基准脉冲插补和数据采样插补【基准脉冲插补】又称脉冲增量插补或行程标量插补，其特点是数控装置在插补结束时各个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。常用插补方法：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法。【数据采样插补】又称数据增量插补、时间分割法或时间标量插补。特点是数控装置产生的不是单个脉冲，而是表示各坐标轴增量值的二进制数。【插补器分类】硬件插补器、软件插补器及软、硬件结合插补器。【硬件插补】由逻辑电路组成，特点是运算速度快，但灵活性差，结构复杂，成本较高。【软件插补】由微处理器组成，通过计算机程序来完成各种插补功能，特点是结构简单，灵活易变，但速度较慢。【软、硬件结合插补】软件完成粗插补，硬件完成精插补。【插补周期】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。【采样周期】数控系统通过位置检测装置定时对插补的实际位移进行采样，根据位置检测采样周期的大小。【插补构成四节拍】偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别【左移规格化】直线：在直线插补时，将被积函数寄存器Jvx、Jvy中的非规格化数xe、ye等同时左移，直到Jvx、Jvy中至少有一个数是规格化数为止。圆弧插补时，可用左移规格化的方法提高溢出速度和实现进给速度的均匀化。【余数寄存器预置数】在DDA法插补之前，余数寄存器JRX、JRY预置某一数值，这一数值可以是最大容量，也可以是小于最大容量的某一个数。【B刀具半径补偿】为基本的刀具半径补偿，它根据程序段中零件轮廓尺寸和刀具半径计算出刀具中心的运动轨迹。【C刀具半径补偿】能自动处理两个相邻程序段之间连接的各种情况，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做伸长或缩短修正。【数控机床的位置控制】是通过比较插补计算的之灵位置与检测的实际位置、用它们的差值去控制进给电机实现的。【位置检测装置的作用】检测位移和速度，发送位置检测反馈信号至数控装置，构成伺服系统的闭环或半闭环控制，使工作台按指令的路径精确的移动。【常用位置检测装置及分类】回转型（增量式脉冲编码器 圆光栅、绝对式脉冲编码器、旋转变压器 圆感应同步器 圆磁尺、多极旋转变压器 3速圆感应同步器）直线型（计量光栅 激光干涉仪、多通道透射光栅、直线感应同步器 磁尺、3速直线感应同步器 绝对值式磁尺）数字式（增量式、绝对式）模拟式（增量式 绝对式）【旋转变压器特点】结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低、输出信号幅度大和抗干扰能力强等特点【旋转变压器结构】由定子和转子组成，是一种旋转式的小型交流电机。【旋转变压器分类】分为有刷和无刷两种。【旋转变压器的应用】测量旋转变压器二次绕组的感应电动势U2的幅值或相位的变化，可知转子偏转角O的变化。如果将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当O角从0变化到360时，表示丝杠上的螺母走了一个导程，这样就间接的测量机了丝杠的直线位移大小【旋转变压器的工作原理】根据互感原理工作，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励磁电压时，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。【旋转变压器的工作方式】鉴相工作方式、鉴幅工作方式【感应同步器的结构与种类】根据用途和结构特点可以分为直线式和旋转式（圆盘式）。直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，测量直线位移，用于全闭环伺服系统；旋转式由定子和转子组成，测量角位移，用于半闭环伺服系统。【感应同步器的安装方式】感应同步器的定尺安装在机床的不动部件上，滑尺安装在机床的移动部件上。安装时必须保持定尺和滑尺平行。直线感应同步器的标准定尺长度一般为250mm。【感应同步器的特点】精度高、测量长度不受限制、工作可靠抗干扰性强、维护简单寿命长、抗扰能力强工艺性好成本较低便于复制和成批生产、输出信号比较微弱需要放大倍数较高的前置放大器。【感应同步器的工作方式】鉴相工作方式和鉴幅工作方式【感应同步器的工作原理】在滑尺移动一个节距的过程中，定尺上的感应电压变化了一个余弦波形，感应同步器就是利用这个感应电压的变化来进行位置检测的。【光栅的种类与精度】计量光栅按形状分为长（直线）光栅（检测线位移）和圆光栅（检测角位移）。按制作原理分为玻璃透射光栅和金属反射光栅。计量光栅的精度主要取决于光栅尺本身的制造精度。【莫尔