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数控知识点总结范文 第一章数控机床的概述1机床数控技术定义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，简称数控（numerical control,NC），由机床本体、数控系统、外围技术组成。 2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，或其他符号编码指令规定的程序。 数控机床普遍采用精密滚珠丝杠和直线滚动导轨副保证快速响应特性。 3数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑的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。 由输入/输出装置、计算机数控装置（C puternumerical control）、可编程控制器PLC(programmable logiontroller)、主轴伺服驱动装置、进给伺服驱动装置以及检测装置等组成.。 见书上图2页4数控加工零件的过程1）零件图工艺处理2）数学处理3）程序编程和程序仿真4）程序输入5）译码6）数据处理7）插补8）伺服控制与加工5数控机床的分类1）按运动控制方式分点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床。 点位控制特点是机床的运动部件只能实现从一个位置到另一个位置的精确定位，从一个位置到另一个位置的移动轨迹没有严格要求，不进行切削加工。 如数控钻床等。 直线控制数控机床的特点是机床的运动部件不仅要实现从一个位置到另一个位置的精确定位，而且要求机床工作台或刀具以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45度的方向进行直线移动和切削加工。 轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个或两个以上的坐标轴的联动控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件轮廓要求，如数控铣床、车床。 分为两轴、两轴半、三轴、四轴、五轴联动，两轴可实现直线、圆弧、曲线的轨迹控制。 两轴半可实现简单的曲面的轨迹控制。 三轴可实现曲面的轨迹控制。 2）按伺服系统类型分类开环控制（没有位置检测装置的数控机床）、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，用以随时检测执行部件的实际位置）、半闭环控制（也有位置检测装置，但安装在伺服电机或丝杠的端部，通过角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置，然后与指令位置进行比较，进行差值控制）。 3）按工艺方法分类金属切削数控机床（车床、铣床、钻床、磨床等）、金属成形数控机床（挤、冲、压、拉）、特种加工数控机床。 6数控技术的发展趋势1）高速度、高精度方向（电主轴和直线电机）2）向柔性化、功能集成化方向发展3）智能化4）高可靠性5）标准化7）驱动并联化第二章数控加工程序编制基础1分为两大类手工编程和自动编程。 手工编程包括零件图纸分析、工艺处理、数学处理、程序编制等。 自动编程分为语言式编程、图形交互式编程、语音编程等，其中图形交互式编程是目前最常用的方法。 2坐标轴的命名及方向直线运动的坐标轴采用右手笛卡尔坐标系，旋转运动的坐标轴用右手螺旋定则确定。 3数控机床坐标轴的确定方法X轴平行于工件装夹面且与Z轴垂直，通常呈水平方向，对于刀具旋转类机床，如果Z轴是垂直的，则面对刀具主轴向立柱方向看，X轴的正方向为向右方向。 如果Z轴是水平的，则从刀具主轴后端向工件看，X轴的正反向为向右方向。 4机床参考点厂家设定的固定点，一般为各坐标轴的正极限位置，通过机床正确回参考点，才能确定机床的原点位置，从而正确建立机床坐标系。 5加工程序结构格式N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_；N程序段号字；G准备功能字，F进给功能字，S主轴转速，T刀具，M辅助功能字。 6常用指令1）G代码分为模态代码和非模态代码。 2）圆弧插补绝对坐标编程时，XYZ为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值；增量坐标编程时，XYZ为终点相对于起点的增量值；无论是绝对还是增量，G02/G03X_Y_Z_I_J_K_F_;或X_Y_Z_R_F；圆弧所对的圆心角a180，R。 3）刀具补偿指令刀具半径补偿G00/G01G41/42X_Y_D(H)_F；刀具长度补偿G43/G44(正负)，取消G49/G40，格式G00/G01G43/G44Z_H_F_;补偿量可以是要求深度与实际深度的差值刀具补偿功能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。 4）工件坐标系设定指令G92；5）暂停指令:G04P/X(U)；P后面的数字为整数，单位为ms P3000表示暂停3s，G04X3.2表示暂停3.2s。 7数控加工工艺的特点1）工序内容具体2）工序内容复杂3）工序集中8工序的安排除了遵循基准先行、先粗后精、先面后孔、先主后次，还应该遵守1）先进行内形内腔的加工，后进行外形加工工序2）有相同装夹方式或用同一把刀具加工的工序最好一起进行，以减少定位i，节省换刀时间3）同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序9夹具只需要具备定位和夹紧两种功能就行。 10刀具的选择要求满足调整方便、刚性好、精度高、耐用度高。 11对刀点与换刀点的确定对刀点是工具相对工件运动的起点，选择原则1）尽量选在零件的设计基准或工艺基准上2）便于对刀、观察和检测3）简化坐标值计算；刀位点表征刀具特征的点，刀具对刀时，刀位点与对刀点重合。 球头铣刀的刀位点为球心。 12几种加工实例1）凹槽的三种走刀路线行切法和环切法。 实际生产中，先采用行切法加工，最后环切一刀光整轮廓表面能获得较好效果。 2)对点位控制的机床而言，要求定位过程尽量快，这类机床应按最短空行程来安排走刀路线。 3）对于多框复杂薄壁件，应采用层优先而不能采用深度优先的方法，以减少薄壁件的加工变形。 4）车螺纹在Z方向应使车刀刀位点离待加工面有一定的引入距离，退刀时有一定的引出距离。 13高速加工切削速度很高，超过普通切削5-10倍；机床主转速很高，一般在10000转以上，最高达到150000r/min；进给速度很高，15m/min以上，最高90；14数学处理用直线段逼近非圆曲线时计算节点等间距法、等步长法、等误差法。 1）等步长法步骤求出最小曲率半径Rmin；计算允许步长L；计算节点坐标2）等误差法以IJK都为圆心坐标相对于圆弧起点的增量值。 格式起点为圆心，?允为半径做圆；求圆与曲线的公切线的斜率；求过起点与已知直线平行的直线；与曲线联立求的节点坐标。 第三章第四章计算机数控装置（由硬件和软件组成）1C装置通过数据输入、数据存储、译码处理、插补计算和信息的输出，控制数控机床的执行部件运动，实现零件的加工。 2单微处理器结构整个数控装置只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入输出控制、CRT显示等功能进行集中控制和分时处理。 见书141的图4-1。 1）微处理器由运算器和控制器组成，目前有8位、 16、 32、64位的微处理器。 2）总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线。 只有数据总线采用双方向线。 3)存储器包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM），ROM一般采用可擦除的只读存储器（EPROM）,RAM中的内容可以随时被CPU读或写，断电后，RAM中的信息会消失，如果需要断电后保留信息，一般需采用后备电池。 4)输入/输出接口一般在接口电路中采用光电耦合器或继电器将C装置和机床之间的信号进行电气隔离，防止干扰信号引起误动作。 5）位置控制器数控机床的主运动包括主轴转动和各坐标轴的进给运动。 6）MDI/CRT接口MDI接口是通过操作面板上的键盘，手动输入数据的接口。 CRT接口是在C软件配合下，将字符和图形显示在显示器上。 7）可编程控制器PLC用来实现各种开关量（S、M、T）的控制，如主轴正转、反转，换刀，切削液开关。 8）通信接口一般采用RS232C和RS422/485串口。 3多微处理器结构数控装置中有两个或以上的微处理器，功能和单微处理器结构的一样，不过多微处理器结构采用模块化技术，将每个功能进行模块化。 一般包括管理模块、C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。 并不是每个模块都有一个微处理器，把带有CPU的称为主模块，不带的称为从模块（各种RAM和ROM模块、I/O等），在结构上分为共享总线型和共享存储器型。 4共享总线结构只有主模块有权控制使用系统总线，但由于主模块不止一个，多个主模块可能会同时请求使用总线，而某一时刻只能由一个主模块占有总线，为此，系统有总线仲裁电路，由优先级高的主模块优先使用总线。 特点容易引起冲突，使数据传输效率降低，总线一旦出现故障，会影响整个C装置的性能。 系统配置灵活、容易实现。 5共享存储器结构所有主模块共享存储器，各个主模块都有权控制使用存储器，即使多个主模块同时请求使用存储器，只要存储器容量有空闲，一般不会发生冲突，所有引起冲突的可能性小，数据传输效率高，结构也不复杂。 6开放式数控系统以工业PC机为基础的开放式数控系统，很容易实现多轴、多通道控制，利用Windows工作平台，实现三维实体图形显示和自动编程相当容易。 可以实现数控系统三个不同层次上的开放1）C系统的开放2）用户操作界面的开放3）C内核的深层次开放7软件结构包括管理软件和控制软件。 管理软件主要包括数据输入、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、负责译码、刀具补偿功能。 具体见146页的图。 软件结构有多任务并行处理（资源共享和时间重叠两种方法）、前后台软件结构、中断型软件结构、开放式数控软件结构。 8可编程控制器可完成如下功能1）M ST功能2）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。 9典型的C系统日本的FANUC公司和德国的SIEMENS公司。 其中FANUC特点1）高可靠性的PowerMate0系列。 2)普及型C0-D系列3）全功能型的0-C系列4）高性价比的0i系列整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能5）具有网络功能的超小型、超薄型C16i/18i/2li系列。 SINUMERIK840D数控系统性能采用三CPU结构:人机通信CPU、数字控制CPU、可编程逻辑控制器CPU。 具有以下特点数字化驱动、轴控规模大、可以实现5轴联动、操作系统视窗化、软件内容丰富功能强大、具有远程诊断功能、保护功能健全、硬件高度集成化、模块化设计、内装大容量的plc、pc化。 第五章数控机床的控制原理1脉冲当量或最小分辨率在数控机床中，刀具或工件能够移动的最小位移量。 2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，计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程。 插补的实质就是根据有限的信息完成“数据密化”的工作。 插补技术是数控系统的核心技术。 3插补器数控系统中完成插补运算工作的装置或程序，分为硬件插补器、软件插补器、软硬结合插补器。 现代C一般粗插补用软件方法，精插补用硬件插补方法。 4插补的方法原理很多，根据数控系统输出到伺服驱动装置的信号的不同，插补方法分为基准脉冲插补和数据采样插补两种类型。 基准脉冲插补特点是数控装置在插补结束时向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。 每个脉冲使各坐标轴仅产生一个脉冲当量的增量，代表了刀具或工件的最小位移；脉冲的数量代表了工件或刀具移动的位移量；脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。 如逐点比较法、数字积分法、比较积分法等。 数据采样插补分为两步进行，第一步为粗插补，采用时间分割的思想，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。 轮廓步长L=FT,其中F为进给速度。 第二步为精插补，即在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再做“数据点的密化”工作。 粗插补由软件完成，精插补可以由软件完成，也可以由硬件完成。 计算机除了完成插补运算外，还要执行显示、监控、位置采样及控制等实时任务，所以插补周期应大于插补运算时间与完成其他实时任务所需时间之和。 一般取插补周期为采样周期的整数倍，该倍数应等于对轮廓步长实时精插补时的插补点数。 5提高插补精度的措施余数寄存器预置数，常用的是预置最大容量值（全加载）和预置0.5（半加载）两种。 也就是余数寄存器Jrx；和Jry的初值不是06直线函数法7刀具半径补偿B刀具半径补偿和C刀具半径补偿。 B刀具半径补偿要求编程轨迹的过渡方式为圆角过渡（以圆弧连接），且连接处必须相切，切削内轮廓角时，过渡圆弧的半径应大于刀具半径。 C刀具半径补偿能自动处理两个相邻程序段之间连接（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做伸长或缩短修正。 在同一坐标平面内直线转接直线时，a在0360度变化，相应刀具中心轨迹的转接有缩短型、插入型及伸长型。 第六章数控机床的检测装置1位置检测装置是数控机床闭环和半闭环伺服系统的重要组成部分，其作用是检测位移（线位移或角位移）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。 闭环或半闭环控制的数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。 对于采用半闭环控制的数控机床，其位置检测装置一般采用旋转变压器或编码器，安装在进给电机或丝杠上。 对于采用闭环控制的数控机床，一般可采用感应同步器，光栅等测量装置，安装在工作台或导轨上，直接测量工作台的直线位移。 2直接测量和间接测量1）直接测量对机床的直线位移采用直线型检测装置测量，称为直接测量。 直接测量的测量精度主要取决于测量装置的精度，不受传动精度的影响。 但检测装置要与行程等长，对大型机床来说是个限制。 2）间接测量对机床的直线位移采用回转型检测装置测量，称为间接测量。 缺点是加入了直线运动转变为旋转运动的传动链误差，从而影响检测精度。 3旋转变压器常用的角位移测量装置，用于半闭环控制。 由定子和转子组成，分为有刷和无刷两种。 无刷旋转变压器具有输出信号大、可靠性高、寿命长及不用维修等优点，所以数控机床主要使用无刷旋转变压器。 公式及图见书上216页4正/余弦旋转变压器的工作原理是双极对旋转变压器，定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组，转子绕组中的一个绕组输出电压为U2，另一个绕组接高阻抗，用来补偿转子对定子的电枢反应。 分为两种不同的工作方式鉴相工作方式和鉴幅工作方式。 具体还要看书5感应同步器分为直线式和旋转式。 直线式由定尺和滑尺组成，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，测角位移，用于半闭环伺服系统，定尺安装在机床不动部件上，滑尺安装在机床的移动部件上，保持定尺和滑尺平行。 两绕组的中心距。 6光栅按用途分为物理光栅和计量光栅。 光栅的结构光栅由标尺光栅和光栅读数头组成。 标尺光栅一般安装在机床活动部件（工作台）上，光栅读数头安装在机床固定部件（机床底座）上。 标尺光栅和指示光栅构成了光栅尺，光栅尺检测装置一般采用增量式检测方式。 7光栅的基本测量原理对于栅距d相等的指示光栅和标尺光栅，当两光栅尺沿线纹方向保持一个很小的夹角时、刻划面相对平行且有一个很小的间隙放置时，在光源的照射下，由于光的衍射或遮光效应，在与两光栅线纹角的平分线相垂直的方向上，形成明暗相间的条纹，称为“莫尔条纹”。 莫尔条纹中两条亮纹或暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度。 莫尔条纹有几个特性1）起放大作用k=w/d=1/角度。 2）实现平均误差作用3）莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例。 四倍频鉴向电路在光栅测量系统中被广泛使用，所谓四倍频，就是在一个莫尔条纹宽度内安装彼此距离1/4个莫尔条纹宽度的四个光电元件，这样，莫尔条纹移动时，四个光电元件将产生四个依次相差1/4周期（90度相位）的正弦信号。 8编码器根据内部结构和检测方式可分为接触式、光电式和电磁式三种。 安装方式内装式编码器（和伺服电机同轴联接在一起）、外装式编码器（连接在滚珠丝杠末端）1）光电式编码器测量精度取决于它所能分辨的最小角度，与码盘周围的条纹数有关，即分辨角a=360度/条纹数。 2）接触式编码器是一种绝对值式的检测装置，可直接把被测的角位移用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有表示该位置的唯一对应的代码，因此这种测量方式即使断电或切断电源，也能读出角位移。 具体见书232页。 二进制码盘高位在内，低位在外，分辨的最小角度a=360度/2n。 循环码或格雷码为了消除非单值误差，与普通码盘不同在于它的各码道的数码并不同时改变，任何两个相邻数码间只有1位是变化的，所以每次只切换1位数，把误差控制在最小单位内。 编码器的测量精度与码盘周围的条纹数有关，即分辨率a=360度/条纹数。 9编码器在数控机床中的应用1）位移测量2）主轴控制或C轴控制（包括主轴旋转与坐标轴进给的同步控制在螺纹加工中，为了保证切削螺纹的螺距，必须有固定的进刀点和退刀点，解决两个问题，1通过对编码器输出脉冲的计数，保证主轴每转一周，刀具准确的移动一个螺距2一般的螺纹加工要经过几次切削才能完成，每次重复切削，开始进刀的位置必须相同，为了保证重复切削不乱扣，系统在接受到编码器中的一个脉冲后才开始螺纹切削的计算、主轴定向准停控制，如精镗孔，要求刀具必须停在某一径向位置才能退出）3）恒线速度切削控制4）转速测量5）零点脉冲信号用于回参考点控制第七章数控机床的伺服驱动系统1步进电机开环伺服系统的驱动元件，用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的机械角位移。 每给步进电机一个电脉冲信号，其转子轴就转过一个角度，称为步距角（步距角=360度/mzk，其中m为定子相数；z为转子齿数，k为通电系数，若连续两次通电相数相同为1，不同为2），转子轴的角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲信号输入的频率成正比。 最大的缺点就是容易失步，特别是大负载和速度较高的情况下每次定子绕组通电状态改变时，转子只转过齿距的1/m或者1/2m即达到新的平衡位置。 如果转子有40个齿，故齿距为360度/40=9度，若通电方式为三相三拍，当转子齿与A相定子齿对齐时，转子齿与B相定子齿相差1/3齿距，即3度；与C相定子齿相差2/3齿距。 步进电机的驱动控制由环形分配器和功率放大器组成。 步进电机有几相就需要几组功率放大电路。 2直流伺服电机（实现调速比较容易），根据磁场产生的方式，可分为他励式、永磁式、并励式、串励式和复励式。 根据控制方式.可分为磁场控制方式和电枢控制方式。 1）永磁式直流伺服电机（大惯量宽调速直流伺服电机）采用电枢控制方式，调速范围较宽，转动惯量大，加速度大，在较低转速下运行平稳，能够在较大过载转矩时长时间的工作，因此可以直接与丝杠相连，不需要中间传动装置；2）小惯性直流伺服电机一般也为永磁式，最大限度的减小电枢的转动惯量，所以能获得最快的响应速度，适合需要快速运动的伺服系统。 3）无刷直流伺服电机没有电刷和换向器，由同步电机和逆变器组成，逆变器由安装在转子上的转子位置传感器控制，噪声小，使用寿命长，无线电干扰小，适合需要低噪声、高真空、无干扰的伺服系统。 3直流电机的基本调速方式有三种即调节电枢电阻Ra、电枢电压Ua、磁通的值。 数控机床伺服进给驱动系统的调速采用调压的方式。 而磁通调速主要用于机床主轴电机调速。 4直流电机速度控制单元常采用晶闸管（可控硅）调速系统和晶体管脉冲调制（PWM,pulse widthmodulation）调速系统。 PWM调速是使功率晶体管工作于开关状态，开关频率保持恒定，用改变开关导通时间的方法来调整晶体管的输出，使电机两端得到宽度随时间变化的电压脉冲。 PWM的基本原理如图，若脉冲的周期固定为T，在一个周期内高电平持续的时间（导通时间）为Ton，高电平持续的时间与脉冲周期的比值称为占空比?，则直流电机电压的平均值为Ua=0?1/TT EaTonT?Ea=?Ea，其中E为电源电压，?为占空比=Ton/T。 4交流伺服电机一般都为三相。 分为异步交流伺服电机和同步交流伺服电机，同步交流伺服电机又分为电磁式和非电磁式。 非电磁式又有磁滞式、永磁式、反应式。 数控系统多采用永磁式交流同步电机。 异步电机相当于感应式交流异步电机，一般用在主轴驱动系统中。 5永磁式交流同步电机由定子、转子、检测元件组成。 转速nr