1、 1 机床数控技术及其应用 第 1 章 1. 数控技术正在向 高速度 、 高精度 、 智能化 、 网络化 以及 高可靠性 等方向迅速发展 2. 机床数控技术由 机床本体 、 数控系统 和 外围技术 组成 3. CNC - 计算机数控系统（ Computer Numerical Control） 4. 数控系统的核心是 CNC 装置 5. 闭环控制 的位置检测装置安装在 机床刀架 或者 工作台等执行部件 上 6. 半闭环控制 的位置检测装置安装在 伺服电机上 或 丝杠的端部 第 2 章 1. 数控编程的方法： 手工编程 和 自动编程 2. 标准规定：在加工过程中无论 是刀具移动、工件静止，还是工
2、件移动、刀具静止，一半都假定工件相对静止，刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向 3. 数控机床坐标轴的确定方法： 1） Z 坐标 标准规定： Z 坐标机床主轴。 若没有主轴 (牛头刨床 )或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为 Z 坐标。 若主轴能摆动： 在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是 Z 坐标； 若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为 Z 坐标。 2） X 坐标 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等） Z 轴水平（卧式），则从刀具 (主轴 )向工件看时， X 坐标的正方向指向右边。 Z 轴垂直（立式）： 单
3、立柱机床，从刀具向立柱看时， X 的正方向指向右边； 双立柱机床 (龙门机床 )，从刀具向左立柱看时， X 轴的正方向指向右边。 在工件旋转的机床上（车床、磨床等）， X 轴的运动方向是工件的径向并平行于横滑座，且刀具远离工件的方向是 X 轴的正方向。 3） Y 轴的确定 X、 Z 轴的正方向确定后， Y 轴可按右手直角笛卡尔直角坐标系来判定。 4. 机床原点是 机床坐标系的零点 ,在机床调试完成后便确定，是 机床上固定的点 ， 一般不允许用户改变。 5. 机床参考点是 用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点 ，一般设在 机床各轴正向极限的位置。 6. 工件坐标系的原点 称为工件原点或工件零
4、点，可用程序指令来设置和改变 ;根据编程需要，2 在一个加工程序中可 一次或多次设定 或 改变工件原点 。 7. 准备功能 G 代码 和 辅助功能 M 代码 统称为工艺指令 8. 模态代码： 一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其他 G 代码所代替 非模态代码 ： 仅在所出现的程序段内有效 附 ：具体代码相关知识见书 P25-31 9. 刀具半径补偿过程分为三个步骤 ： 1）刀具半径补偿的建立 ； 2）刀具半径补偿的进行 ； 3）刀具半径补偿的取消 10. 刀具补偿功能应用的优点 ： 1）简化编程工作量 ； 2）实现粗精加工 ； 3）实现内外型面的加工 11. 数控机床上使用
5、的夹具只需要具备 定位 和 夹紧 两种功能 就能满足要求 ，不需要 导向 和对刀 功能 ，夹具比较简单 12. 铣刀的选择 ： 根据不同的加工材料和加工精度要求，应选择不同参数的铣刀进行加工。 大平面 -面铣刀 ； 加工凹槽、 小台阶面及平面轮廓 -立铣刀 ； 加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等 -模具铣刀 ； 加工封闭的键槽 -键槽铣刀 ； 加工变斜角零件 -鼓形铣刀 ；特殊形状 -成形铣刀 。 13. 顺铣 ： 逆铣 ： 14. 弦线逼近中计算节点的方法主要有 等间距法 、 等步长法 和 等误差法 第 3 章 1. 数控车床的编程特点 ： 1） 绝对坐标编程时常用代码 X 和 Z 表示
6、 ； 增量坐标编程时则用代码 U 和 W 表示 ，可按绝对坐标编程、增量坐标编程或两者混合编程。一般不用 G90、 G91 指令。 2）由于车削常用的毛坯为棒料或锻件，加工余量较大，可充分利用 各种固定循环功能 ，达到多次循环切削的目的。 3）直径方向按绝对坐标编程时 常 以直径值 表示，按增量坐标编程时， 以径向实际位移量的 2 倍值 表示。 2. 数控 车削编程实例 O0003； N10 G50X200.0 Z350.0 ； 工件坐标系设定 N20 G30 U0 W0 T0101 ； 换 1 号刀 N20 S630 M03； N30 G00 X41.8 Z292.0 M08； N40 G0
7、1 X47.8 Z289.0 F0.15； N50 Z230.0； N60 X50.0； N70 X62.0 W-60.0； N80 Z155. 0； 3 N90 X78. 0； N100X80.0W-1.0； N110 W-19. 0； N120 G02 W-60.0 R70.0； N130 G01 Z65.0； N140 X90. 0； N150 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09； N160 G30 U0 W0 T0202； N170 S315 M03； N180 G00 X51.0 Z230. M08； N190 G01 X45.0 F0.16； N200 G04
8、X5.0 ； N210 G00 X51.0； N220 X200.0 Z350.0 T0200 M09； N230 G30 U0 W0 T0303； 换 3 号刀 N240 S200 M03； N250 G00 X62.0 Z296.0 M08； 快速接近车螺纹进给刀起点 N260 G92 X47.54 Z231.5 F1.5；螺纹切削循环 ,螺距为 1.5mm N270 X46.94； 螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N280 X46.54； 螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N290 X46.38； 螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N300 G00 X200.0 Z350.0 T030
9、0 M09； N310 M05； N320 M30； 3. 铣削编程实例 O1000； N10 G92 X35.0 Y35.0 Z100.0； N15 S500 M03； N17 G90 G00 X0 Y14.0 Z1.0 M08； N20 G01 Z-3.98 F100； N30 G03 X0 Y14.0 I0.0 J-14.0； N40 G01 Y20.0； N50 G03 X0.0 Y20.0 I0 J-20.0； N60 G41 G01 X0 Y25.0 D01； N65 G01 X-15.0； N90 G03 X-25.0 Y15.0 I0 J-10.0； N100 G01 Y-15
10、.0； N110 G03 X-15.0 Y-25.0 I10.0 J0； N120 G01 X15.0； N130 G03 X25.0 Y-15.0 I0 J10.0； N140 G01 Y15.0； N142 G03 X15.0 Y25.0 I-10.0 J0； N143 G01 X0; N150 G00 Z150.0 M05； 4 N160 G40 X35.0 Y35.0 M09； N160 M30； 4. 加工中心 ： 带有刀库和 换刀装置，一次装夹能进行铣、镗、钻、攻螺纹等多种工序的加工，工序集中，主要用于箱体、复杂曲面的加工 。 第 4 章 1. 插补： 在一条曲线的已知起点和终点之
11、间进行 “ 数据点的密化工作 ” 。 2. 并行处理的实现方式： 资源分时共享（单 CPU） ； 资源重叠流水处理（多 CPU） 第 5 章 1. 数据采样插补 采用 时间分割思想 2. 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 T； 插补 周期 T 与采样周期 T 反馈 可相同或不同，一般： T T 反馈 的整数倍 。 3. 逐点比较法 特点： 运算直观 ， 最大插补误差 1 个脉冲当量 ， 脉冲输出均匀 ， 调节方便 4. 逐点比较法直线插补 ： 令 为偏差判别函数， 则有： 1） Fi， j0 时，向 X 方向进给一个脉冲当量，到达点 Pi 1,j，此时
12、 xi 1=xi 1，则点 Pi 1,j的偏差判别函数 Fi+1， j 为 2） 当 Fi， j 0 时，向 Y 方向进给一个脉冲当量，到达点 Pi 1,j ，此时 yj+1=yj 1，则点 Pi,j1 的偏差判别函数 Fi， j+1 为 5. 三种方法判别 当前加工点是否到达终点： 判别插补或进给的总步数： N=Xe+Ye 分别判别各坐标轴的进给步数 仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。 6. 坐标变换： 其他各象限直线点的坐标取绝对值 ， 这样 ， 插补计算公式和流程图与第一象限直线一样 ， 偏差符号和进给方向用简图表示 ： Fi+1,j=Fi,j -|ye| Fi,j+1=Fi,j+|
13、xe| 7. 逐点比较法圆弧插补 圆弧 AB 的圆心 O（ 0， 0），半径 R，加工点坐标为 P（ xi， yj），则圆弧插补偏差判别函数为 ： Fi， j 0 时，点在圆弧上； Fi， j 0 时，点在圆弧外； Fi， j 0 时，点在圆弧内。 将 Fi， j=0 归于 Fi， j 0 1) 插补第一象限逆圆弧 5 i. Fi， j0 时 注意： xi、 yj 的值在插补过程中是 变化 的，这一点与直线插补不同。 ii. Fi， j 0 时 2) 插补第一象限 顺圆弧 i. Fi， j0 时 ii. Fi， j 0 时 8. 终点判别： 判别插补或进给的总步数 ， 分别判别各坐标轴的进给步
14、数 9. 数字积分法 ， 误差无上限 ， 可以大于一倍的脉冲当量 10. 直线插补 终点判别 ： m =2n 为终点判别依据 11. DDA 法圆弧插补 ： 以第一象限逆圆弧为例 当刀具沿圆弧切线方向匀速进给，可认为比例常数 k 为常数。 在一个单位时间间隔 t 内， X 和 Y 方向上的移动距离微小增量 x、 y 应为 ： DDA 第一象限逆 圆弧插补 JVX JRX JVY JRY JVX JRX JVY JRY yj xi xe ye 插补时 JRY 每溢出一个 y 脉冲， JVX 加 “ 1” ； JRX溢出一个 x 脉冲时， JVY 减 “ 1” 。 12. 圆弧插补终点判别采用两个
15、计数器 ;直线插补迭代 2n 次。 13. DDA 法圆弧插补的 终点判别： 一般各轴各设一个终点判别计数器、分别判别是否到达终点。每进给一步，相应轴的终点6 判别计数器减 l ，当各轴终点判别计数器都减为 0 时，停止插补。 14. 提高插补精度的措施 余数寄存器预置数 在插补前 ， JRX、 JRY 预置某一数值（不是零） ， 可以是最大容量 ， 即 2n 1（ 111111） ， 称为 全加载 ， 可 以 是小于最大容量的某个数 。 如 2n 2 （ 100000） ， 称为 半加载 。 15. B 刀具半径补偿 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
16、计算出刀具中心的运动轨迹。 B 刀具半径补偿要求编程轮廓的过渡方式为 圆角过渡 ，即轮廓线之间以圆弧连接，并且连接处轮廓线必须相切。切削内轮廓角时，过渡圆弧的半径应大于刀具半径。 对于具有 B 刀具半径补偿的 CNC 装置， 编程人员必须事先估计轮廓上的尖角点（斜率不连续的点），并人为在程序中加以处理，显然很不方便 。 16. C 刀具半径补偿 能自动处理两相邻程序段间连接（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作 伸长或缩短 修正。 17. 根据两段程序轨迹的矢量夹角 和刀具补偿方向的不同，又有： 伸长型 、 缩短型 和 插入型 几种转接过渡方式
17、 第 6 章 1. 数控系统中的检测装置分为 位移 、 速度 和 电流 三种类型 安装的位置及耦合方式 直接测量 和 间接测量 ； 测量方法 增量型 和 绝对型 ； 检测信号的类型 模拟式 和 数字式 ； 运动型式 回转型 和 直线型 ； 信号转换的原理 光电效应、光栅效应、电磁感应原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应 等 2. 旋转变压器是一种 输出电压与角位移量成连续函数关系 的感应式微电机， 数控机床上常见的角位移测量装置 3. 定尺 节 距 2 即为检测周期 2是衡量感应同步器精度的主要参数 。 常取 2=2mm相位360。 4. 正弦绕组和余弦绕组在空间错开 1/4 定尺节距 （ 相当
18、于电角 度 错开 /2） 5. 当 滑尺移动距离为 2， V2 变化 2,当移动 x 时，则对应感应电压以余弦函数变化 角度。 可得 ： 6. 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 ，刻划面平行且有一个很小间隙（一般 0.05mm， 0.1mm） ， 在光源照射下，在与两光栅线纹角 的平分线相垂直的方向上 ， 形成明暗相间条纹 莫尔条纹 （横向莫尔条纹） ， 两条亮（ 暗 ）纹间的距离称莫尔条纹宽度 w 。 7. 莫尔条纹特性： （ 1） 光学放大作用 放大比 k 为 ： （ 2）均化误差作用 （ 3） 莫尔条纹移动与栅距移动成比例 ： 光栅移动
19、一栅距 d 莫尔条纹移动一个间距 w 光栅移动方向相反 ， 莫尔条纹移动方向也相反 。 8. 提高光栅检测装置的精度 的方法 ： 7 增加线纹密度 ， 但制造较困难 ， 成本高 。 采用 倍频 （ 一般 4 倍频 ） 的方法来提高光栅的分辨精度 。 9. 在莫尔条纹的宽度内 ， 放置四个 光电元件 ， 每隔 1/4 光栅栅距产生一个脉冲 ， 一个脉冲代表移动了 1/4 栅距的位移 ， 分辨精度可提高四倍 ， 这就是四倍频方案 10. n 位二进制码盘 ， 有 n 圈码道 ， 圆周均分 2n等份 (有 2n不同 位置 )， 最小分辨角 360/2n。 n 越大 ， 能分辨的角度越小 ， 测量精度
20、越高 。 11. 光电编码器的 测量精度为能分辨的最小角度 ， 分辨角 360/狭缝数 。 如条纹数为 1024，则 360/1024 0.352 第 7 章 1. 每给步进电机输入一个电脉冲信号 ， 其转轴就转过一个角度 ， 称为 步距角 2. 根据相数分类 有 三 、 四 、 五 、 六相等 ， 相数越多 ， 步距角越小 ， 通电方式采用 m 相 m 拍 、 双 m 拍和 m 相 2m 拍 ， m 相 m 拍和 m 相 2m 拍通电方式中 ，可采用一 /二相、二三相转换通电 ， 如五相步进电机 ， 五相十拍的二三相转换方式 ： AB ABC BC BCD CD CDE DEDEA EA E
21、AB 3. 根据定子与转子间磁场建立方式，可分： 反应式 、 永磁式 、 混合式 。 4. 环形分配器的主要功能： 将数控装置送来的 一串指令脉冲 ， 按步进电机所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 。 5. 硬件环形分配器 -通电顺序表 6. 软件环形分配器 -输出状态表 7. 直流电机的基本调速方式有三种 :调节电枢电阻 Ra、 调节电枢电压 Ua(调压调速主要用于 伺服进给驱动系统电机的调速 )和 调节磁通的值 (主要 用于 机床主轴电机调速 )。 8. 只要改变交流伺服电机的供电频率 f1 ， 即可改变电机转速 9. 根据对位置环、速度 环和电流环的控制是软件还是硬件来实现，可将伺服系统分为： 混合式伺服系统 和 全数字式伺服系统 10. 相位比较伺服系统的 位置检测元件 采用 旋转变压器 、 感应同步器 11. 鉴相器 （相位比较器） 作用 ： 鉴别指令信号与反馈信号的相位 ， 判别两者之间的相位差及其相位超前、滞后的关系 ， 并把它变成相应的误差电压信号作为速度单元的输入信号 12. 幅值比较伺服系统 采用 旋转变压器 作为 位置检测元件 13. 数字脉冲比较伺服系统 结构较简单，常用 光电编码器 、 光栅 作 位置检测装置
