数控技术赵燕伟版复习资料.pdf

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1、立身以立学为先，立学以读书为本第一章绪论1.数控机床定义：用计算机通过数字信息来自动化控制机械加工的机床。具体来说，是通过编制程序， 即通过数字（代码）指令来自动完成机床各个坐标的协调作用，正确的控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个部件的动作。2.数控机床优点：广泛地适用性；精度高，质量稳定；生产效率高；减轻劳动强度，改善生产条件；能实现复杂零件的加工；有利于现代化生产管理。3.数控机床的组成：一般由数控系统，包括伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统，主传动系统， 强电控系统， 机床本体和各类辅助装置组成。（数控系统是机床实现自动加工的核心，伺服系统是数控系统与机床

2、本体之间电传动的联系环节）4.数控机床的基本工作原理：根据零件图纸，结合加工工艺编制程序通过键盘或者其他输入设备输入，送入数控系统，进行调试、修改、 然后储存加工时就按所编程序进行有关数字信息处理。 一方面通过插补运算器进行加工轨迹运算处理，从而控制伺服系统驱动机床各坐标轴， 使刀具与工件的相对位置按照被加工零件的形状轨迹进行运动，并通过位置检测反馈以确保其位移精度；另一方面按照加工要求等，通过PLC 控制主轴及其他辅助装置协调工作。进行程序调试，试切削，正常批量加工（只需工件上下料）。5.编程：手动（根据加工图纸和工艺，采用数控系统指令和指定格式进行程序编写，通过操作键盘送入数控系统，再进行

3、调试修改） ；自动（较多采用CAD/CAM图形交互式自动编程，通过计算机处理直接生成数控程序，通过接口直接输入数控系统）。6.数控机床分类：按机床运动的控制轨迹分类：点位控制数控机床 （只要求控制机床从一点到另一点的准确定位，如数控钻床，数控镗床，数控冲床）；直线控制数控机床（除了需要控制点到点，还要控制两相关点之间的移动速度和路线，如数控车床，数控铣床，数控磨床）；轮廓控制数控机床，又可分为二轴，二轴半，三轴，四轴，五周联动等（能同时控制两个或者以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关控制，如数控车床，数控铣床，数控线切割机，数控缓进给成形磨床，加工中心）。按伺服控制方式分类：a.开环控制（

4、无检测装置，只能采用步进电机）；b.闭环控制（同时配有速度反馈和位置反馈。可采用直流和交流两种伺服电机）加工中随时检测移动部件的实际位移量，反馈给数控系统中的比较器，与插补运算得到的指令相比较，其差值又作为伺服驱动的控制信号，进而带动位移部件以消除位移误差。全闭环： 其位置反馈采用直线位移检测元件，安装在机床托板部位上，直接检测机床坐标的直线位移量。 （主要用于精度要求很高的数控坐标镗床，数控精密磨床）半闭环：其位置反馈采用转角检测元件，直接安装在伺服电动机或者丝杠端部。（大部分数控机床采用此方式）c.混合控制数控机床：开环补偿型；半闭环补偿型。按数控系统功能和机床用途分类：金属切削类：PT

5、型数控机床如数控车，铣，磨床；具有自动换刀机构的刀具库的加工中心如车削中心，钻销中心。 金属成型类： 数控压力机，数控折弯机，数控弯管机，数控旋压机。特种加工类：数控电火花切割机，数控电火花成形机，数控火焰切割机，数控激光加工机。测量，绘图类：三坐标测量仪，数控对刀仪，数控测绘仪。第二章数控机床的插补原理1.插补定义及原理：插补即是数据密集化过程的别称。基本原理“以脉冲当量为单位，进行有限分段，以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相连成轨迹”。在本次处理周期内，插补程序的作用是计算下一个处理周期的位置增量。位置控制可由软/硬件来控制，它的主立身以立学为先，立学以读书为本要任务是在每个采样周

6、期内，将插补运算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机，进而控制机床工作台（刀具）的位移。2.插补方法的分类：基准脉冲插补：每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，如逐点比较法，数字积分法；数据采样插补：数控装置产生的是标准二进制字，且插补过程分为粗插补与精插补两步完成。3.逐点比较法概念：每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，视该点在给定轨迹的上方或者下方，或在给定轨迹的里面或者外面，从而决定下一步的进给方向，是之趋近加工轨迹。 以折线逼近直线、圆弧或各类曲线，它与规定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。 因此只要将脉冲当量（每走一步的距离）取

7、得足够小， 就可以达到加工精度的要求。4.逐点比较法的改进：PT 逐点比较法也可称为四方向逐点比较法。而八方向逐点比较法中，两个坐标也可以同时进给。以45 度折线逼近给定轨迹，逼近误差小于半个脉冲当量，加工出来的工件质量要比四方向逐点比较法高。5.数字积分插补法DDA 原理优缺点：DDA 法是在数字积分器的基础上建立起来的插补方法。优点是运算快， 脉冲分配均匀，以实现多坐标联动，也用于各种平面曲线，空间曲线甚至多维曲线的插补。缺点是误差较大，差不误差可能大于一个脉冲当量。6.刀具半径补偿概念：刀具有一定的半径，刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓， 而是偏移轮廓一个刀具半径值，此外

8、还要考虑加工余量和刀具磨损。因此在进行内外轮廓加工时， 使刀具中心偏移零件内外轮廓表面一个刀具半径值，这种偏移习惯上成为刀具半径补偿。 （刀具半径补偿建立G41G42，刀补进行，刀补取消G40）7.B 刀补与 C 刀补：一般的刀具半径补偿即为B 刀补，只能计算出直线或者圆弧中点的刀具中心值， 而对于两个程序之间在刀补之后可能出现的一些特殊情况未给予考虑。而在因为刀具补偿而形成的简短点之间，采用直线或者圆弧过渡，直接求出使刀具中心轨迹交点的刀具半径补偿方法即为C 刀补， C 刀补解决了B 刀补在两个程序段之间的刀具中心轨迹出现的间断点交叉点问题，大大减轻了编程人员的工作量。第三章1.零件加工程序

9、是用规定代码来详细描述整个零件加工的工艺过程和机床的每个动作步骤。2.编程与机床加工时间之比大约为30:1. 3.数控加工程序编制的一般过程与步骤：分析零件图样和工艺处理（对零件图进行分析，明确加工内容及要求，确定加工方案，选择适合的数控机床，设计夹具，选择刀具，确定合理的走到路线及选择合理的切削用量）；数学处理（根据零件的几何尺寸，加工路线，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据）；编写零件加工程序单；操作键盘输入程序；校验；加工生产和复制程序储存介质。4.试运行：校验程序语法是否有误，加工轨迹正确与否；试切削：考核加工工艺及有关切削参数指定是否合理，加工进度，加工工效。5.机床坐标系与坐标原

10、点：机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的机床原点。机床上固定的基准线如主轴中心线，固定的基准面如工作台面，主轴端面，工作台侧面等，当机床的坐标轴手动返回各自的原点后，用各坐标轴部位上的基准线或者基准面之间的距离来决定机床原点的位置。6.工件坐标系和工件原点：工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一点为原点（即工件原点） 所建立的坐标系。编程尺寸都按照工件坐标系中的尺寸确定。7.工件原点偏置：工件随家具在机床上安装后，测量工件原点与机床原点之间的距离，即为立身以立学为先，立学以读书为本工件原点偏置。 可以使编程人员不必考虑工件在机床上的安装位置和安装精度，而利用大

11、多数数控机床都具有的工件原点偏置来补偿工件在工作台上的装夹位置误差，使用方便。第四章数控加工自动编程词汇语言编程数控语言编程符号语言编程1.计算机辅助编程CAD/CAM自动编程图形交互式编程CAD/CAPP/CAM全自动编程2.图形交互自动编程的基本步骤：零件图纸及加工工艺分析；几何造型；刀位轨迹计算及生成；后置处理；程序输出。第五章计算机数控装置原理1.CNC 功能和特点：承担加工程序的输入和编辑；能识别和运行多种国际上标准的指令代码，随着CNC 的发展，这些加工指令代码也在不断增加；能提供高性能的进给控制功能；人机对讲相当方便；能进行多机通讯及DNC 的加工；具备一定的故障诊断，反馈控制功

12、能。特点：主要由计算机来承担数控机床的控制部分。2.CNC 基本组成：显示器，计算机版（核心），键盘及开关，I/O 版，机内PLC，通讯口，此外还包括不属于装置本身但不可缺少的位控制驱动器，反馈传感器ID ，进给电机，机械手等。3.CNC 装置的一般硬件结构：单 CPU 形式：CPU（核心），显示器键盘； PLC 单元；RAM 、ROM ；信号输入； 功能单元； 位控制单元。 多 CPU 形式：CPU 间可采用串行和并行通讯。优点：在同样的性能下，降低了CPU 负担，又可用较低档的CPU 完成高性能的控制；从便于数控的分块开发、优化改进和生产经营的角度看，便于边生产边改进；适于多人开发，可以快

13、出产品。4.刀库的工作过程:随机换刀控制：根据刀具自身编号为目标（刀具编码制）。在这种换刀控制中，取刀、换刀与刀具座编号无关，是根据机床的工作历史变动的，在新刀取出后，刀库不需转动， 立即随机存入原先使用的旧刀具，即换刀、 存刀可一次完成，缩短了换刀时间，提高了生产效率。固定存取换刀控制：以刀库的刀座号为目标（刀座号编码制）控制刀具的交换，在固定存取换刀控制，取刀、换刀的位置是固定的。其中，数控装置将T 代码指令送给PLC，经过译码，在刀号数据表内检索，找到T 代码指定的新刀号所在的数据表的位置（刀座编号） ，并与现行刀号进行比较与判别，再进行转换。5.PLC 概念，特点：可编程控制器，是一类

14、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、计数和算术运算等功能。即能控制开关量，也能控制模拟量。6.PLC 分类：内装型PLC： 专为实现数控机床顺序控制而设计制造的，包含在数控系统中。实际上是CNC 带有 PLC 功能，性能指标根据所属CNC 系统的规格，性能，适用性而定，使用 CNC 本身的输入输出电路。对于CNC 系统而言，此种结构可以使其本身具有某些高级控制功能。独立型PLC：独立于 CNC 的装备，具备完善的硬件和软件功能，可以独立完成规定的控制任务的装置。一般采用模块化结构，装在插板式笼箱内，主要用于FMS，立身以立学为先，立学以

15、读书为本CIMS 形式的 CNC 与伤及计算机联网的重要设备。7.PLC 基本结构：硬件（中央处理单元CPU，存储器， I/O 模块，电源，编程器） ；软件（系统程序，用户程序）8.PLC 用户控制程序的编程方法：梯形图，语句表。9.PLC 的工作过程： 基本工作方式是对用户程序的循环扫描并顺序执行。PLC 接通电源运行并完成自诊断之后，CPU 对用户存储器进行循环扫描。PLC 对用户程序的循环扫描执行过程分为输入采样，程序执行，输出刷新三阶段。第六章数控机床的位置检测装置1 位置检测概念：是CNC 系统中较重要的一环节，他与控制部分一样决定论机床的精度。基本组成：基本传感器正交信号及放大细分

16、电路整形判向可逆计数。2.感应同步器（测量位移）：根据电磁耦合原理将位移信号转换成电信号原理得来。3.光栅（测量直线位移）：基本原理为利用莫尔条纹（当指示光栅和标尺光栅香蕉一个微小夹角时， 由于挡光效应或者光的衍射作用，在光栅线纹大致垂直的方向上，产生的明暗相间的条纹）4.旋转变压器（测量角位移）5.磁栅（测量角度和长度）：根据拾磁原理工作，精度高。安装快速方便，对使用环境要求低，对周围电磁场的抗干扰能力较强，在油污和粉尘较多的场合使用有较好的稳定性。原理： 励磁电流在一个周期内两次过零，两次出现峰值。 相应的磁开关通断各两次。磁路由通到断的时间内，输出线圈中交链磁通量由00；磁路由断到通的时

17、间内，输出线圈中的交链磁通量由00是由此行标尺中的磁信号决定的。磁头输出信号的幅值是位移x 的函数。只要测出输出线圈中输出感应电压过0 的次数，就可以知道x 的大小。第七章数控机床的伺服系统1.概念：数控机床的伺服系统是将CNC 插补器的输出信号作为其输入，用来控制机床部位的位置速度的自动控制系统，也称随动系统或进给拖动系统。伺服系统的输入量来自数控装置发出的进给脉冲或进给位移，伺服系统的输出能直接驱动伺服电机所需的电压或者电流，从而经伺服电机传动系统，使机床的工作台等精确的位移。2.伺服系统基本性能指标：对性能指标的要求：控制精度高，稳定性好，快速响应，调速范围宽。对控制功能要求：准停控制，

18、角度分析控制， 从最低进给速度到最高进给速度范围内都能稳定运行、平滑过渡， 进给电机应具有大的较长时间的过载能力，满足快速响应的要求。3.伺服系统的分类：按理论调节分类：开环伺服系统，闭环，半闭环（位置检测元件装在进给电机轴上） ；按适用的驱动元件分类：电液系统，电气伺服系统；按执行电机类型分类：直流伺服系统，交流；按驱动轴分类：进给伺服驱动，主轴伺服系统；按反馈量的方式分类：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。4.步进电机：步进电动机本体，步进电动机驱动器和控制器构成步进电动机系统不可分割的三大部分。5.步进电机特点：可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统造价低；位

19、移与输入脉冲信号相对应，步距误差补不长期积累，应用广；无刷，电动机本体部件少，可靠性高；易于启动，停止，正反转及变速；停止时，可以通电自锁；速度可在相当宽的范围内平滑调节；负载能力差；存在失步和低频共振。立身以立学为先，立学以读书为本6.步 距 角 ： 指 每 给 一 个 电 脉 冲 信 号 电 动 机 转 子 所 应 转 过 的 角 度 的 理 论 值 。 步 距 角)/(360cobKzm，z 转子齿数， m 电动机定子相数，Kc 通电方式。齿距角：相邻两齿中心线间的夹角。7.脉宽调制器式控制单元：利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换为一频率的矩形波电压

20、，加到直流电机的电枢两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变电枢两端的平均电压，从而达到调节电机转速的目的。PWM 控制方式的速度控制单元由脉冲宽度调节器和脉冲功率放大器两部分组成。8.脉冲宽度调节器;为了能给功率放大器提供一个宽度由速度指令信号调节的控制脉冲序列，需要有一个能将电压信号（代表速度） 转换为脉冲宽度的调节变换装置，称为脉冲宽度调制器。常用的有以锯齿波作为调制信号的脉冲宽度调节器，以三角波作为调制信号的脉冲宽度调制器和数字脉冲宽度调制器。9.伺服系统的位置控制方式：数字比较伺服系统；相位比较伺服系统；幅值比较伺服系统。10.可靠性：是产品的一种属性，指在规定条件下正确执行与其功能在时间上的量度。往往是对产品质量进行综合评价的重要指标。具体表现：可靠度，失效率，平均故障间隔时间MTBF ；平均故障修复时间MTTR 。11.影响可靠性的因素：元器件的失效，元器件的连接与组装，电磁干扰。12.提高可靠性的措施：采用质量稳定，可靠性已被普遍承认的工业控制系统的主机或者部件；使用质量可靠并且有稳定货源的元器件组装控制系统；适当地采用冗余的硬件结构；加强硬件抗干扰措施；在计算机数控系统中，充分利用软件抗干扰技术；及时进行故障的检测与诊断。