数控机床知识点

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1、第一章数字控制（numerical control, NC）:是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加 工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。计算机数字控制（computerized numerical control, CNC）：是用计算机实现数控所需的所有运算、 控制功能和其它辅助功能的方法 数字控制系统特点：可用不同字长表示不同的精度信息，表达信息准确；可进行逻辑运算、 数字运算，也可进行复杂的信息处理；具有逻辑处理功能，可根据不同的指令进行不同方式 的信息处理，从而可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，因 而具有柔性化。机床组成： 1.程序载体

2、 2.数控装置 3.伺服驱动系统4.机床本体 5.数控机床的辅助装置 数控机床分类:1. 按运动轨迹分类，点位控制系统；直线控制系统；轮廓控制系统 2. 按工 艺用途分类，一般数控机床，数控加工中心，多坐标数控机床。3.按伺服系统控制方式分类， 开环；闭环；半闭环伺服驱动系统。4.按功能水平分类，高，中；低三挡。数控机床特点： 1.加工复杂零件 2.更高的生产效率3.更高的加工精度和质量4.具有广泛的适 用性和灵活性5.监控功能强，具有故障诊断能力6.可实现精确成本核算和进度安排 开环、闭环和半闭环的优缺点：开环优点是结构简单，调试维修方便，成本较低，缺点是控 制精度较低；闭环优点是可获得很高

3、的加工精度，缺点是闭环系统的设计和调整存在较大困 难，处理不当会导致系统不稳定；半闭环包括少量机械传动环节，系统稳定性中，结构简单， 调试方便，精度较高。柔性制造技术按规模大小可分为：柔性制造系统，柔性制造单元，柔性制造线，柔性制造工 数控加工基本工作原理是将加工过程所需的各种操作步骤及工件的形状尺寸，用程序数 字化代码来表示，再由计算机数控装置对这些输入的信息进行处理和运算。- Vr.第二章笛卡尔坐标系，右手大拇指为X,食指为Y,中指为乙Z坐标轴的正方向是增大工件与刀具 距离的方向（一律看作是工件相对静止，刀具运动）。X坐标轴；在刀具旋转的机床上，如 果Z坐标轴水平，则由主轴向工件看时，X坐

4、标轴的正方向指向右方；如果Z坐标轴是垂直 的，则由主轴向立柱看时，X坐标轴的正方向指向右方；在工件旋转的机床上，主刀架上的 刀具离开工件旋转中心的方向是X坐标轴的正方向。Y坐标轴由笛卡尔坐标系确定。 一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。数控编程的步骤：分析零件图纸，工艺处理，数字处理，编写程序单，制作控制介质，程序 校验，首件试切。数控加工程序编制方法：手工编程，自动编程。刀位点: 是编程时用以确定刀具位置的基准点，即刀具的定位基准点.对刀点：刀具相对于工件运动的起点。换刀点:刀架转位换刀的位置。对刀点选择原则：便 于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查

5、；引起的加工误差小 工艺路线确定原则： 1.保证零件加工精度和表面粗糙度 2.缩短加工路线，缩短刀具空程移动 时间 3.使数值计算简单，程序段数量少，减少编程工作量。G00为快速定位，G01为直线插补，G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补（若为 后置刀架，则所见即所得），G04为暂停指令，G32为螺纹切削指令。典型的CAD/CAM软件介绍：宇航仿真软件，CATIA软件，UG软件，CIMTRON软件，CAXA-ME 软件， MasterCAM 软件自动编程系统包括数控语言编程系统和图形交互式编程系统。- Vr.第三章CNC系统的主要功能：1.控制功能：通过轴的联动完成轮廓轨迹的加工2.

6、准备功能（G指令代码）：指定机床的运动方式3.插补功能：完成零件轮廓（平面或曲面）加工轨迹运算 4.进给、 主轴、刀具和辅助功能5.补偿功能：常见的有刀具的尺寸补偿和传动链误差补偿6.人机对话 功能 7.自诊断功能8.通信功能：与外界进行信息和数据交换的功能。CNC系统组成：1输入输出装置2数控装置3驱动控制装置4机床电器逻辑控制装置 数控装置工作原理： 1. 输入 CNC 装置的有零件程序、控制参数和补偿数据2. 译码处理，是 将零件程序以一个程序段为单位进行处理3.刀具补偿：把零件轮廓轨迹的数据转换成刀位 点轨迹的数据。4进给速度处理5插补6位置控制7输入/输出处理8显示9诊断能力 硬件结

7、构：1按印刷电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小结构2按微处理器 个数可分为单微处理器和多微处理器结构（分布式，主从式，总线式）3.按制造方式可分为 专用型结构和个人计算机式结构4.按CNC装置的开放程度可分为封闭结构，PC嵌入NC式 结构，NC嵌入PC式，软件型开放式结构。大板式结构：结构紧凑、成本低、便于大批量生产且价格低，但功能固定，不易扩充、升级， 一般用于批量大和定制用途的普及型系统。功能模块式结构克服了大板式结构功能固定的缺点，具有系统扩展性和通用性好，系统设计、 维护和升级方便，可靠性高等优点。数控装置的硬件功能模块：1 数控装置主板和系统总线（母板）2显示模块（显卡）

8、3输入输 出模块4电子盘（存储模块）5设备辅助控制接口模块6位置控制模块7功能接口模块 数控装置软件组成：1输入数据处理程序2插补计算程序3速度控制程序4位置程序5管理 程序6.诊断程序 数控装置软件组成：输入数据处理程序，插补计算程序，速度控制程序，位置程序，管理程 序，诊断程序。软件结构特点：1多任务并行处理，资源分时共享（对单CPU系统）和时间重叠处理（对多 CPU系统）2.实时中断处理：外部中断，内部定时中断，硬件故障中断，程序性中断 资源分时共享分配原则：循环轮流和中断优先相结合，并且中断分优先级（位置控制最高， 插补运算次之，背景程序最低）软件结构模式：1中断型（整个系统软件的各个

9、任务模块分别安排在不同级别的中断服务程 序中，即整个软件是一个庞大的中断系统，级别高的中断程序可以打断级别低的中断程序） 前后台型（在后台程序循环运行的过程中，前台的实时中断程序不断地定时插入，共同完成 零件的加工任务），功能模块型PLC工作原理:1.输入采样：在本阶段，PLC以顺序扫描方式读入所有输入端口的信号状态， 并将此状态存入到I/O映象区输入单元2.程序执行3.输出刷新CNC装置对机床的加工控制有两类：1对各伺服进给轴的速度和位置控制，即轨迹控制，实 现G指令所规定的运动2.对机床的主轴的进行控制，即逻辑控制（也称顺序控制），实现M、S、T指令所规定的动作.PLC与外部的信息交换:1

10、.机床一PLC2. PLC机床3. CNCPLC4. PLCCNC数控机床PLC分类：1.内装型（特点：PLC与CNC同时制作在一块大印制电路板上，内装型 PLC对外没有单独配置的输入/输出电路，硬件和软件要与CNC系统的其它功能统一考虑设 计，可以使用梯形图编辑和传送等高级控制功能）2.独立型（特点：可以灵活地选购或自行 开发通用型PLC； CNC和PLC装置均有自己的I/O接口电路，可以扩大CNC的控制功能） 第四章 插补：按照一定计算方 法,用基本线型（直线、圆弧等拟合出所需要轮廓轨迹。边计算边根 据计算结果向各坐标轴进行脉冲分配，从而满足加工要求。种类：1脉冲增量插补2数据采 样插补刀

11、具补偿技术：1,刀具位置补偿（车刀刀尖安装位置与编程位置存在偏差时）2刀具长度补 偿（刀具因长度改变而使其实际位置偏离编程位置）3刀具半径补偿（补偿在轮廓加工中， 刀具中心运动轨迹并不等于零件轮廓轨迹，两者偏移了一个刀具半径矢量。） 刀补执行过程：1.刀补建立 2.刀补执行 3.刀补撤销逐点直线插补：+X走一步，F=F-Ye, +y走一步，F=F+Xe。逐点圆弧插补：+y走一步，F=F+2y+1,-x走一步，F=F-2x+1 数字积分法：加的二进制数等于终点坐标，累加次数为2 的 N 次方， N 为寄存器位数 圆弧插补的进给原则是靠近圆弧，即只向靠近圆弧的方向进给脉冲。数据采样插补分两步完成，

12、即粗插补（软件）和精插补（硬件）插补周期T必须大于插补运算时间与完成其他实时任务所需时间之和。插补周期是采样周期 的整数倍。进给量 L=FT/60-J-* Vr.第五章 数控机床的驱动与位置控制系统（伺服系统）由速度控制环、位置控制环、驱动伺服电动 机和相应的机械传动装置组成 对伺服系统的基本要求：精度高，稳定性好，快速响应，调速范围宽，低速大转矩。 伺服系统分类：按用途和功能分为进给伺服系统和主轴伺服系统；按反馈比较控制方式分为 脉冲、数字比较伺服系统，相位比较伺服系统，幅值比较伺服系统，全数字伺服系统；按调 节理论分为开环、闭环、半闭环伺服系统。步进电动机分类：按力矩产生的原理分为反应式和

13、励磁式；按输出力矩大小分为伺服式和功 率式；按定子数分为单定子式，双定子式，三定子式，多定子式；按各相绕组分布分为径向 分相式和轴向分相式。步进电机工作原理：当某相定子数激磁以后，能吸引临近的转子，使转子的极齿与定子的极 齿对其，因此步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。三相单三拍正转为A到B到C,反转为C到B到A。三相单双六拍通电顺序为A到AB到B 到BC到C到CA到A。三相双三拍通电顺序为AB到BC到CA到AB。环形脉冲分配器的主要功能是将数控装置送来的一系列指令脉冲，按步进电机要求的通电顺 序分配给步进电机驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断，实现步进电机的运行及 换向。环形

14、脉冲分配器分为硬件环形分配器和软件环形分配器。常用的直流电机有：永磁式直流电机，励磁式直流电机，混合式直流电机，无刷式直流电机， 直流力矩电机直流伺服电机由定子、转子、电刷、换向片组成 电枢电压调速是直流电机使用最广泛的调速方法。在直流伺服系统中,速度控制单元多采用晶闸管调速系统和晶体管脉宽调制PWM调速系统。 晶闸管调速控制系统的特点:双环调速系统具有良好的静态、动态指标，可最大限度地利用 电机过载能力，实现过度过程最短。上述晶闸管调速的缺点在于低速轻载时，电枢电流出现 断续，机械特性变软，总放大倍数下降，动态品质变坏。可采用电枢电流自适应调节器或者 增加一个电压调节内环，组成三环来解决。P

15、WM调速系统的特点：电机损耗和噪声小；晶体管的开关性能好，控制简单；系统动态特 性好，响应频带宽；电流脉动小，波形系数小；电源的功率因数高；功率晶体管承受高峰值 电流的能力差。PWM 调速系统可分为控制部分、晶体管开关式放大器和功率整流器三部分。 交流伺服电机可以分为：永磁式交流伺服电机和感应式交流伺服电机。 有位置控制的伺服系统才是真正的伺服系统。数控机床对检测装置的主要要求有：工作可靠，抗干扰性能强；使用维护方便，适应机床的 工作环境；满足数控机床精度和速度的要求；易于实现高速的动态测量和处理，易于实现自 动化；成本低，寿命长。位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 闭环

16、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 度主要包括系统精度和分辨率。 数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型.增量式光电脉冲编码器：接触式，光电式，电磁式，优点：没有接触磨损，使用寿命长，允 许转速高，检测精度高。缺点：是结构复杂，价格高，光源的寿命有限。绝对式编码器的特点：可以直接读出角度坐标的绝对值。没有累积误差。电源切除后位置信 号不会丢失。允许的最高旋转速度较高。为提高精度和分辨率，必须增加码道数，使构造变 得复杂，价格也较贵。拼写1、NC:Numerical Control 数字控制2、CNC:Computer Numerical Co

17、ntrol 计算机数字控制3、FMS:Flexible Manufacturing System 柔性制造系统4、CIMS:Computer Integrated Manufacturing System 计算机集成制造系统5、RISC:Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机6、VR:Virtual Reality 虚拟现实7、DNC:Direct Numerical Control 直接数字控制8、FMC:Flexible Manufacturing Cell 柔性制造单元9、FML:Flexible Manufacturing Line 柔性制造

18、线10、FMF:Flexible Manufacturing Factory 柔性制造工厂11、IMS:Intelligent Manufacturing System 智能制造系统12、ISO:International Organization of Standard 国际标准化组织13、UG:Unigraphics 国际库14、APT:Automatically Programmed Tool 自动编程工具15、APT-AC:Advanced Contouring16、APT-/SS:Sculptured Surface17、STEP:Standard for the Exchange of Product Model Data18、EMC:Enhanced Machine Controller 增强型机床控制器19、RLC:Relay Logic Circuit20、PLC:Programmable Logic Controller 可编程控制器21、PMC:Programmable Machine Controller 可编程计算机控制器22、DDA:Digital Differential Analyzer 数字微分分析器