数控原理知识点归纳

1、数控原理知识点整理上传者：倒霉熊北方工业大学机械设计制造及其自动化一、CNCp.1随着微型计算机的发展，硬件数控系统已被淘汰，取而代之的是计算机数控系统，简称CNC.p.4计算机数控系统是由计算机来处理数控信息的，通常称之为CNC.二、PLCp.146可编程序控制器简称PLC。它是一类以微处理器为基础的通用型自动控制装置。它一般以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能。即能控制开关量，也能控制模拟量。三、开放数控系统开放式数控系统的概念数控系统的开放性体系结构数控系统的开放性概念出现在80年代末90年代初，是欧美各国为了适应机床制造业在技术、市场和生产组织结

2、构等多方面的新的变化而提出的，其目的是建立一种崭新的控制系统设计框架，使系统朝模块化、平台化、标准化和系列化方向发展，在联合的前提下提高产品的竞争能力。在关于开放式体系结构的定义，按IEEE 定义，一个开放式控制系统应提供这样的能力:来自不同卖主的种种平台上运行的应用都能够在系统上完全实现，并能和其他系统应用互操作，且具有一致性的用户界面。开放式的数控系统是指PC-NC，是在加工机械专用的CNC中也将引入PC所具有的开放化、系统组成内部的开放化、系统组成各部分之间的开放化。关于以上开放性的概念可从两个方面进行理解:一是时间的开放性，二是空间的开放性。时间的开放性是针对软硬件平台及其规范而言的，

3、以保证平台具有适应新技术的发展，并能够接受新的设备的能力。时间的开放性又有可扩展和可移植性两个方面。空间的开放性是针对系统接口及其规范化而言的，它又可分为互操作性和互换性。 开放式数控系统的特征 由上述定义可知，开放式数控系统是一个模块化的体系结构，由系统平台和面向应用的功能模块所构成，既有接口的开放性，又有自身功能的开放性，其具有以下基本特征3: 1、可互操作性拥有标准化接口，通信和交互模型。通过提供标准化接口通讯和交互机制，使不同功能模块能以标准的应用程序接口运行于系统平台上，并获得平等的相互操作能力，协调工作; 2、可移植性不同应用程序模块可运行于不同生产商提供的系统平台，同时系统软件也

4、可运行于不同特性的硬件平台之上。不同的系统功能模块能运行在不同的系统平台之上，因此，系统的功能软件应与设备无关，即应用统一的数据格式、控制机制，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同的硬件平台上;3、可扩展性提供标准化环境的基础平台，允许不同功能的模块介入，CNC用户或二次开发者能有效地将自己的软件集成到NC系统中，形成自己的专用系统，其特征是通过特定功能模块的装载和卸载为用户系统增添和减少功能;4、可互换性 不同性能、不同执行能力的功能模块互相代替。构成系统的各硬件、功能软件的选用不受单一供应商的控制，可根据功能、可靠性、性能要求相互替换，不影响系统整体的协调运行; 5、可伸缩性

5、CNC系统的功能、规模可以灵活设置，方便修改。控制系统的大小(硬件或元件模块)可根据具体应用增减。开放式数控系统的优势由此可以看出开放式数控系统构建于一个开放的平台上，具有模块化结构，允许用户根据需要进行选配与集成，迅速适应不同的应用需求，与传统的封闭式专用数控系统相比经，具有以下优点:1、具有强大的适应性和灵活配置能力，能适应多种设备，灵活配置与集成;2、控制软件具有及时扩展和联接功能，可顺应新技术的发展，加入各种新功能。可通过预留插入用户专用软件的接口的方式或提供用户API和编程规范，供用户编制自己的专用模块的方式，简便地实现系统的扩展;3、能适应计算机技术和信息技术的快速发展和更新换代，

6、能有效保护用户原有投资;4、操作简单，维护方便。在PC机上经简单编程即可实现运动控制，而不需要专门的数控软件;5、遵循统一的标准体系结构规范，模块之间具有兼容性、互换性和互操作性;6、技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置的换代产品;7、结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统，可明显缩短新产品的研制开发周期，用户可以根据自己需要开发自己的功能模块;8、将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好。基于PC的开放式数控系统、基于PC的开放

7、式数控系统的类型、基于PC的开放式数控系统能充分地利用计算机的软硬件资源，可使用通用的高级语言方便地编制程序，用户可将标准化的外设、应用软件进行灵活地组合和使用。使用计算机同时也便于实现网络化。基于PC的开放式数控系统大致可分为以下几种类型1，2。1、PC嵌入型NC该类型系统是将PC装入到NC内部，PC与NC之间用专用的总线连接。系统数据传输快，响应迅速，同时，原型NC系统也可不加修改就得以利用。缺点是不能直接利用通用PC，开放性受到限制，通用PC强大的功能和丰富的软硬件资源不能得到有效的利用。这种数控系统尽管具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。2

8、、NC嵌入PC型该类型系统是将NC卡(运动控制卡)插入通用PC的扩展槽中组成的。它能够充分地保证系统性能，软件的通用性强，并且编程处理灵活。这是目前采用较多的一种结构形式，这种结构形式采用“PC+运动控制器”形式建造数控系统的硬件平台，其中以工业PC为主控计算机，组件采用商用标准化模块，总线采用PC总线形式，同时以多轴运动控制器作为系统从机，进而构成主从分布式的结构体系。3、全软件型NC该类型系统是指CNC的全部功能均由PC实现，并通过装在PC机上扩展槽的伺服接口卡对伺服驱动等进行控制。其软件的通用性好，编程处理灵活。这种CNC装置的主体是PC机，充分利用PC机不断提高的计算速度、不断扩大的存

9、储量和性能不断优化的操作系统，实现机床控制中的运动轨迹控制和开关量的逻辑控制。软件化数控系统把运动控制器以应用软件的形式实现，除了支持数控上层软件的用户定制外，其更深入的开放性还体现在支持运动控制策略的用户定制。同时，软件数控系统更加向计算机技术靠拢，并力图使数控技术成为先进制造上层应用的标准的设备驱动代理。这种结构形式的数控系统，其主要功能部件均表现为应用软件的形式，这是实现形式上的一种技术变革。NC嵌入PC型开放式数控系统的体系构成其硬件系统主要由工业控制计算机、运动控制卡、驱动及放大部件、交流伺服电机、位置检测部件、接口控制电路等组成。其中，工业控制计算机为信息管理部分，运动控制卡为运动

10、驱动与算法控制部分。软件系统可采用在Windows2000操作系统下，以Visual Basic或Visual C+等为开发工具采用面向对象的编程方法，对开放式数控系统软件进行开发，实现数控系统的基本功能。此模式中运动控制卡主要承担实时性任务，如伺服控制、路径规划、可编程逻辑控制;工业控制计算机主要完成系统管理、数控编程、数控仿真、图形插补和人机界面处理、网络功能等非实时任务。工业控制计算机的控制内核是整个数控系统的核心，它通过调用对应于运动控制卡中各种变量和功能的应用程序接口与运动控制卡交换信息，并负责整个系统的协调工作。数控系统开放性技术关键在经历了引进和消化吸收两个发展阶段后，我国在数控

11、技术领域取得了突破性的进展，已经实现了自行开发具有自己软硬件版权的数控系统，同时数控系统的开放性研究工作也正在进行。数控系统要实现开放性结构，主要解决以下几个关键性的问题:制定一个开放式数控系统的制造协议,在系统的应用软件、硬件和网络功能方面形成一整套标准规范，规范系统的软硬件界面和通讯协议，使得控制器制造商和机床生产厂能在制造协议的导航下进行有序的开发和生产，并在此基础上实现广泛的合作。实现系统硬件的模块化、标准化和系列化，并提高其可靠性和实时性。通过对系统 CPU 结构模式、通讯方式、运动控制和辅助控制等方面进行模块化处理，按功能制作成功能模块并实现标准化和系列化，且各模块单元之间可利用已

12、定义的标准化接口进行通讯。构造一种独立于硬件系统的软件平台。目前，为减少数控系统软件对于硬件的依赖性，从根本上无法实现软件的开放性，因此开发出一种独立的软件平台是十分必要的。针对数控系统的实时性和多任务性,应构筑一种实时多任务软件平台,并使其基本功能模块化典型化,使各个功能模块实现统一调度和相互独立,这样为不同硬件结构的数控系统提供软件时,只需按其功能配置相应的软件模块，实现软件的独立性和开放性。由于每个功能模块不会对其它功能模块产生影响，因此，用户可按需要编制新的功能模块，添加到系统中,亦可取代系统中现有的功能模块,使得系统具有良好的功能扩展性。开发出一个优化系统软件，把各种优化技术集成在软

13、件包中。利用该软件来优化配置系统加工参数，使加工过程最优化。分析比较多种智能模块技术，选择出一种重构产品最优控制模块，完成系统的第二次开发。四、加工中心定义加工中心（英文缩写为CNC 全称为Computerized Numerical Control）：是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。特点工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。简介是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要

14、适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和用切削螺纹等工序。立式加工中心最少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动。有的可进行五轴、六轴控制。立式加工中心立柱高度是有限的，对箱体类工件加工范围要减少，这是立式加工中心的缺点。但立式加工中心工件装夹、定位方便；刃具运动轨迹易观察，调试程序检查测量方便，可及时发现问题，进行停机处理或修改；冷却条件易建立，切削液能直接到达刀具和加工表面；三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合，感觉直观与图样视角一致，切屑易排除和掉落，避免划伤加工过的表面。与相应的卧式加工中心相比，结构简单，占地面积较小，价格较低。分类1、依据导轨分

15、类依据立式加工中心各轴导轨的形式可分硬轨及线轨。硬轨适合重切削，线轨运动更灵敏。2、依据转速分类立式加工中心主轴转速6000-15000rpm为低速型，18000rpm以上为高速型。3、依据结构分类依据立式加工中心的床身结构可分为C型及龙门型区别立式立式加工中心是指主轴为垂直状态的加工中心，其结构形式多为固定立柱，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件，它一般具有三个直线运动坐标轴，并可在工作台上安装一个沿水平轴旋转的回转台，用以加工螺旋线类零件。立式加工中心装卡方便，便于操作，易于观察加工情况，调试程序容易，应用广泛。但受立柱高度及换刀装置的限制，不能加工太高的零件，在加工

16、型腔或下凹的型面时，切屑不易排出，严重时会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。卧式卧式加工中心指主轴为水平状态的加工中心，通常都带有自动分度的回转工作台，它一般具有35个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标， 工件在一次装卡后，完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工，它最适合加上箱体类零件。与立式加工中心相比较，卧式加工中心加工时排屑容易，对加工有 利，但结构复杂价格较高。五、对刀对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，对刀时应使对刀点与刀位点重合。原理车床分有对刀器和没有对刀器,但是对刀原理都一样,先说没有对刀器的吧.

17、车床本身有个机械原点,你对刀时一般要试切的啊,比如车外径一刀后Z向退出,测量车件的外径是多少,然后在G画面里找到你所用刀号把光标移到X输入X.按测量机床就知道这个刀位上的刀尖位置了,内径一样,Z向就简单了,把每把刀都在Z向碰一个地方然后测量Z0就可以了.这样所有刀都有了记录,确定加工零点在工件移里面(offshift),可以任意一把刀决定工件原点.这样对刀要记住对刀前要先读刀.有个比较方便的方法,就是用夹头对刀,我们知道夹头外径,刀具去碰了输入外径就可以,对内径时可以拿一量块用手压在夹头上对,同样输入夹头外径就可以了.如果有对刀器就方便多了,对刀器就相当于一个固定的对刀试切工件,刀具碰了就记录

18、进去位置了.所以如果是多种类小批量加工最好买带对刀器的.节约时间.以前用的MAZAK车床,换一个新工件从停机到新工件开始批量加工中间时间一般只要10到15分钟就可以了.(包括换刀具软爪试切)方法1、试切法对刀试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法。下面以采用MITSUBISHI 50L数控系统的RFCZ12车床为例，来介绍具体操作方法。工件和刀具装夹完毕，驱动主轴旋转，移动刀架至工件试切一段外圆。然后保持X坐标不变移动Z轴刀具离开工件，测量出该段外圆的直径。将其输入到相应的刀具参数中的刀长中，系统会自动用刀具当前X坐标减去试切出的那段外圆直径，即得到工件坐标系X原点的位置。再移动刀具试切工

19、件一端端面，在相应刀具参数中的刀宽中输入Z0，系统会自动将此时刀具的Z坐标减去刚才输入的数值，即得工件坐标系Z原点的位置。2、对刀仪自动对刀很多车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差，大大提高对刀精度。由于使用对刀仪可以自动计算各把刀的刀长与刀宽的差值，并将其存入系统中，在加工另外的零件的时候就只需要对标准刀，这样就大大节约了时间。需要注意的是使用对刀仪对刀一般都设有标准刀具，在对刀的时候先对标准刀。3、三种方法第一种是：通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系。这种方法操作简单，可靠性好，他通过刀偏与机械坐标系紧密的联系在一起，只要不断电、不改变刀偏值，工件坐标系就会存

20、在且不会变，即使断电，重启后回参考点，工件坐标系还在原来的位置。第二种是：用G50设定坐标系，对刀后将刀移动到G50设定的位置才能加工。对刀时先对基准刀，其他刀的刀偏都是相对于基准刀的。第三种方法是MDI参数，运用G54G59可以设定六个坐标系，这种坐标系是相对于参考点不变的，与刀具无关。这种方法适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。六、多轴联动所谓多轴联动是指在一台机床上的多个坐标轴(包括直线坐标和旋转坐标)上同时进行加工，而且可在计算机数控系统(CNC)的控制下同时协调运动进行。多轴联动加工可以提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率。现代数控加工正向高速化、高精度化、高智能化、

21、高柔性化、高自动化和高可靠性方向发展，而多坐标轴数控机床正体现了这一点。随着加工技术的不断发展和完善，其中包含了程序的编写日益简单，这在很大程度上减轻了工程师们在程序上的计算量，同时也减轻了机床操作者的工作量和提高了生产效率，赢得了成本，多轴联动加工是现代机床的发展方向，体现了一个国家制造业水平的高低。七、主轴、电主轴主轴定义主轴指从发动机或电动机接受动力并将它传给其它机件的轴。 主轴亦称“光轴”，是“主光轴”的简称：在光具组中具有对称性的直径。如球镜的主轴是通过镜面中心与镜面垂直的直线。透镜或光轴光具组的主轴是各透镜面中心的连线。电主轴定义电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴

22、电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。概述电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，电主轴它与直线电机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码

23、器、换刀装置等。电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化。随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴” (ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于当前电主轴主

24、要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”（High FrequencySpindle)。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle)。电主轴结构电主轴由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。电机的转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则由前后轴承支承。电机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。主轴的变速由主轴驱动模块控制，而主轴单元内的温升由冷却装置限制。在主轴的后端装有测速、测角位移传感器，前端的内锥孔和端面用于安装刀具。电主轴优点电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快等优点，车床伺服主轴而且转速高

25、、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。 电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。特性高转速、高精度、低噪音、内圈带锁口的结构更适合喷雾润滑。主要用途数控机床 机电设备、微型电机 压力转子八、进給系统概述数控机床进给系统的机械传动结构，包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠 螺母副、齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副、齿轮副、同步齿形带副及其支承部件等。数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终坐标位置精度和轮 廓精度都与其传动结构的几何精度、传动精度、灵敏度和稳定性密切相关。分类数控机床的进给运动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，主

26、要采 用滚珠丝枉螺母副。有些大型数控机床和精密机床进给机构中，也采用静压丝 扛螺母副和静压蜗杆蜗条副。由于滚珠丝杠螺母副是以滚动摩擦代替滑动摩擦，所以具有下列特点： 摩擦损失小，传动效率高，效率可以达到o92一o96，相当于滑动丝扛的 143 动作灵敏，低速运动平稳性好，随动精度和定位精度高；滚珠丝杠螺母副 的摩擦阻力小，动静摩擦力差小，不易产生爬行现象； 磨损小，精度保持性好，使用寿命长； 不自锁，可以进行进向传动； 进行适当的预紧后，可以消除轴向间隙，提高袖向运动精度和刚度。 工艺复杂、制造成本高另外，由于不能自钡，垂直和倾斜安装的时候须考 虑制动装置；运动速度受到一定的限制，传动速度过高

27、时，容易出现滚珠在其回 路滚道内卡珠现象。九、刀补（P122）概念刀补是刀具长度一个很重要的概念。我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和Z坐标有关，它不象X、Y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于Z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为50mm的孔，然后攻丝深为45mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。先用钻头钻孔深50mm，此时机床已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻

28、头长而攻丝过长，损坏刀具和工件。此时如果设定刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z-）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确.B刀补1什么是刀具半径补偿数控机床在加工过程中，它所控制的是刀具中心的轨迹，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序，因而为了加工所需的零件轮廓，在进行内轮廓加工时，刀具中心必须向零件的内侧偏移一个刀具半径值在进行外轮廓加工时刀具中心必须向零件的外侧偏移一个刀具半径值。这种根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称

29、为刀具半径补偿功能。2刀具半径补偿功能的主要用途在零件加工过程中，采用刀具半径补偿功能，可大大简化编程的工作量。具体体现在以下三个方面：实现根据编程轨迹对刀具中心轨迹的控制。可避免在加工中由于刀具半径的变化(如由于刀具损坏而换刀等原因)而重新编程的麻烦。刀具半径误差补偿，由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径的变化，也不必重新编程只须修改相应的偏置参数即可。减少粗精加工程序编制的工作量。由于轮廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工时，均要为精加工工序预留加工余量。加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，而不必为粗、精加工个编制一个程序。3刀具半径补偿的常用方法：B刀补这种方法的特点是刀具中心轨迹

30、的段间连接都是以圆弧进行的。其算法简单实现，容易实现。但由于段间过渡采用圆弧，这就产生了一些无法避免的缺点。C刀补实际上，最容易最直观为人们所想到的刀具半径补偿方法，就是由数控系统根据和实实际轮廓完全一样的编程轨迹，直接算出刀具中心轨迹的转接交点。然后再对原来的编程轨迹作伸长或缩短的修正。这就是所谓的C机能刀具半径补偿。它的主要特点是采用直线作为轮廓之间的过渡，因此，该刀补法的尖角性工艺性较B刀补的尖角性工艺性较B刀补的要好，其次在内轮廓加工时，它可实现过切干涉自动预报，从而避免过切的产生。4、B刀补与C刀补比较两种刀补的处理方法是有很大区别的：B刀补法在确定刀具中心轨迹时，采用的是读一段，算

31、一段，再走一段的处理方法。这样，就无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。于是，对于给定的加工轮廓轨迹来说，当加工内轮廓时，为了避免刀具干涉，合理地选择刀具的半径以及在相邻加工轨迹转接处选用恰当的过渡圆弧等问题，就不得不靠程序员来处理。为了解决下段加工轨迹对本段加工轨迹的影响问题，刀补采用的方法是，一次对两段进行处理，即先预处理本段，然后根据下一段的方向来确定其刀具中心轨迹的段间过渡状态，从而便完成了本段的刀补运算处理，然后再从程序段缓冲器再读一段，用于计算第二段的刀补轨迹，以后按照这种方法进行下去，直至程序结束为止。十、光栅尺概述光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅

32、尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用结构1、光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床固定部件上，光栅读数头装在机床活动部件上，指示光栅装在光栅读数头中。右图所示的就是光栅尺的结构。2、光栅检测装置结构光栅检测装置的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结

33、构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头）。十一、绝对值编码器（1、旋转增量值编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备计算并记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。2、系列绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。编排，这样，在编码器的每一个位置，

34、通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。3、绝对值旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。4、多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多， 这样在安装时不必要费劲找零点， 将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。十二、步距角和步进电机的计算1、电机的步距

35、角表示控制系统每发送一个脉冲信号，电机所转动的角度。或者说，每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为歩距角，用 表示步距角,即在没有减速齿轮的情况下,对于一个脉冲信号,转子所转过的机械角度。定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍。每一拍转子转过的机械角度称之为步距角，通常用s表示。2、电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等十三、经济型数控系统（P.172）十

36、四、CNC加工的优点CNC加工又称为数控加工在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题 如对刀点、加工路线等也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是十分重要的。在普通机床上加工零件时，是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡上规定的步骤加工零件。而在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，用它控制机床加工。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而有自己特点：1、工序的内容复杂 上通常安排较复杂的工序，甚至在普通机床上难

37、以完成的工序。2、工步的安排更为详尽 这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。3、依靠程序完成所有工艺过程。4、数控机械加工程序是数控机床的指令性文件。5、数控机床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。6、数控机械加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括了完成工艺过程所必需的工艺参数，如切削用量、进给路线、刀具尺寸编号以及机床的运动过程。7、数控加工效率高，加工精度高，劳动强度低，对不同工件适应能力强。十五、数控机床的组成部分一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体组成数控

38、机床的组成：数控系统 ,电气控制部分，操作站。主轴驱动及传动部分 （主轴驱动，变频器，主轴箱等）,进给轴部分（X轴Y轴Z轴A轴B轴C轴等驱动器及伺服电机，丝杠，导轨，等） 液压部分，气动部分。夹持系统 （卡盘，中心架夹具，尾座）刀具部分（ 刀架、刀库、换刀装置，动力头，等）润滑部分 （导轨润滑，齿轮润滑）冷却部分 （ 冷却液）排屑部分 （自动排屑装置）机床床身，防护罩。十六、数控系统的译码及其主要任务（p121）十七、逐点比较法插补（P94）十八、数控机床刀补功能的作用(P122)方便程序中坐标点的编制一般手工编程来加工工件时0点都是根据方便程序编写确定机床出厂厂家设定的机床坐标点都是固定不可

39、动的刀具补偿后就会根据你所编写的程序对机床坐标偏移 使之成为需要的0点19、 伺服系统(p41)伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化的自动控制系统。开环与闭环进給系统的区别在于控制系统中有无反馈环节。所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。伺服进给系统的组成：伺服驱动电机，伺服驱动电路，机械传动机构，执行部件，位置检测装置。对伺服系统的基本要求有哪些：稳定性好，精度高，快速响应好。直线电机的优点：提供较大转矩，响应速度快，精度高，具有高加减速能力，行程长度不受限制，刚度高。二十、开环半闭环和闭环伺

40、服系统之间的区别数控机床中开环、闭环与半闭环系统的组成、原理和应用特点。 1、开环伺服系统由步进电动机和步进电动机驱动线路组成。数控装置根据输入指令，经过运算发出脉冲指令给步进电动机驱动线路，从而驱动工作台移动一定距离。这种伺服系统比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。只用于经济型数控机床。2、闭环伺服系统由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较，用差值进行控制。这种系统定位精度高，但系统复杂，调试和维修困难，价格较贵，主要用于高精度和大型数控机床。3、半闭环伺服系统的工作

41、原理和闭环伺服系统相似，只是位置检测器不是安装在工作台上，而是安装在伺服电动机的轴上。这种伺服系统所能达以的精度、速度和动太特性优于开环伺服系统，其复杂性和成本低于闭环伺系统，主要用于大多数中小型数控机床。二十一、数控采样插补与脉冲增量插补异同（P114）二十二、脉冲当量脉冲当量的定义是当控制器输出一个定位控制脉冲时，所产生的定位控制移动的位移。对直线运动来说，是指移动的距离，对圆周运动来说，是指其转动的角度公式脉冲当量=L/360××Z1/Z2是步距角 Z1 Z2是齿轮的齿数 L是导程例题首先假设丝杆螺距h=5mm，步进电机为两相电机，步距角=1.8°。在电机整

42、步运行状态下，接收200个脉冲（200X1.8°=360°）转一圈。由于丝杆螺距h=5mm，也就是说电机转一圈转换成直线位移是5mm，这样就可以算出脉冲当量=5mm÷200个脉冲=0.025mm/脉冲。相当于现在的定位精度是0.025mm.你的题目是给定的定位精度是0.1mm（相当与脉冲当量=0.1），要确定电机的步距角。根据上面的例子，我们可以有通过选择不同的丝杆螺距或不同步距角的步进电机来实现。比如丝杆螺距h=5,=0.1可以得出5÷0.1=50个脉冲电机转一圈。电机步距角=360°÷50=7.2°步进电动机的步距角（&

43、#176;）；脉冲当量（mm/脉冲）；h丝杠螺距（mm）二十三、数控机床发展方向及技术难点数控机床的缺点  数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。    数控机床的种类很多，主要分类如下：  1、按工艺用途分类。按工艺用途，数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样，铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机

44、床，它可在一次装夹后进行多种工序加工。  2、按运动方式分类。按运动方式，数控机床可分类如下：点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线，而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。  3、按伺服系统的控制方式分类。按伺服系统的控制方式，数控

45、机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。 按数控系统的功能水平分类。技功能水平分类，数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全，价格适中，应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全，价格较贵。数控机床控制技术的发展：机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互渗透的结果。它代表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越显示出强大的威力。     

46、60; 数控机床控制技术的发展趋势  高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。个性化的发展趋势 1.高速化、高精度化、高可靠性 高速化：提高进给速度与提高主轴转速。  高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(高可靠性：一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。 2.复合化 数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，

47、从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。 3.智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。 4.柔性化、集成化 当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段车间独立制造岛FA)、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方

48、面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。二十四、运控控制定义运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。系统组成一个运动控制系统的基本架构组成包括：一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合

49、一个速度环。一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。一个反馈传感器如光电编码器，旋转变压器或霍尔效应设备等用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。通常，一个运动控制系统的功能包括：速度控制点位控制（点到点）。有很多方法可以计算出一个运动轨迹，它们通常基于一个运动的速度曲线如三

50、角速度曲线，梯形速度曲线或者S型速度曲线。电子齿轮（或电子凸轮）。也就是从动轴的位置在机械上跟随一个主动轴的位置变化。一个简单的例子是，一个系统包含两个转盘，它们按照一个给定的相对角度关系转动。电子凸轮较之电子齿轮更复杂一些，它使得主动轴和从动轴之间的随动关系曲线是一个函数。这个曲线可以是非线性的，但必须是一个函数关系。运动控制器的选择1.根据要开发设备的工作特点，确定伺服电机的类型。2.确定要控制的电机轴数和电机工作模式。3.确定位置检测、反馈模式，选择是否采用光电编码器或光栅尺或磁栅尺。4.确定输入输出开关量的数量。5.根据以上内容，选择合适的运动控制器二十五、回零回零就是让机床知道机床的