数控技术与应用小抄1.docx
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数控技术与应用小抄1
1数控机床?
:
数控机床是一个装有数字控制系统的机床,该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。
2数字控制?
简称数控（NC,NumericalControl用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。
特点:
灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产技术-------数控技术应运而生3数控技术在制造装备中的的应用?
简化机械结构、缩短制造周期、提高制造精度、提升装备性能。
4数控技术的特点?
优点:
（1提高了加工精度和同一批工件尺寸的重复精度,保证了加工质量的稳定性（2增加了设备的柔性,可以适应不同品种、规格和尺寸以及不同批量的工件加工（3操作人员的劳动强度大为减轻（4具有较高的经济效益（5能加工普通机床所不能加工的复杂型面（6可向更高级的制造系统发展（7具有较高的生产效率不足之处:
（1提高了起始阶段的投资（2增加了电子设备的维护（3对操作人员的技术水平要求较高5计算机数控系统?
（ComputerNumericalControl,CNC是以计算机为核心的数控系统。
优点:
柔性好,功能强,可靠性高,易于实现机电一体化,经济性好。
6数控机床的组成部分?
程序载体、输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件程序载体:
以一定格式和代码存储工件加工程序的载体。
可以是穿孔纸带,盒式磁带和软磁盘等。
输入装置:
将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置内CNC装置:
主要由信息的输入、处理和输出三部分组成。
把程序载体上的加工信息编译成计算机能够识别的信息,按照控制程序的规定,逐步存储并进行处理后,通过输出部分发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。
伺服系统:
由伺服电动机以及驱动控制装置和伺服软件构成。
根据CNC装置传来的速度和位置指令驱动机床的进给运动部件,完成指令规定的运动。
每一坐标方向的进给运动部件配置一套伺服系统。
位置反馈系统:
将机床运动部件的实际位置信息反馈给CNC装置。
分为伺服电动机的转动角位移反馈和数控机床执行机构（工作台的直线
位移反馈。
机床的机械
部件:
数控机床的机械部
件,包括主运动系统以及辅
助部分（如液压、气动、冷
却和润滑部分,还有一些
特殊部件,如刀库、自动换
刀装置（ATC和自动托盘
交换装置等。
7数控
系统?
一种能够控制机器
运动的装置,由工件加工程
序、输入和输出设备、CNC
装置、可编程控制器
（PLC、主轴驱动装置和
进给驱动装置等组成的一
个系统。
8步距角?
当
输入一个脉冲给步进电机
的驱动单元后,步进电机就
相应地转过一个步距角。
9脉冲当量（最小设定单
位?
步进电机每转过一个
步距角,工作台相应地移动
一个位移量。
10开环
控制系统原理?
程序载体
将控制信息输入CNC装置
后,解读器将它编译成计算
机能识别的机器码存入存
储器中,按照控制软件的要
求,经过运算器后,在规定
时间内发指令脉冲到电动
机驱动装置,使电动机转动
规定的角度,经过机床的传
动部件,驱动工作台到达制
定的位置。
多轴控制时,运
算器还需要脉冲分配,使各
电动机协调转动。
开环控制
系统伺服电机多采用功率
步进电动机。
开环控
制系统没有反馈装置,不能
防止步进电动机丢步所产
生的位移误差,制造较大功
率的步进电机困难。
开
环控制系统仅用于运动速
度较低和加工精度不很高
的机床。
11闭环控制
系统原理?
在机床工作台
运动方向上增加测量工作
台实际位移量的位置传感
器,传感器将实际位置信息
反映给CNC装置的比较
器,如有误差,由计算机发
出指令至输出电路,使电动
机转动,直至误差消失为
止。
闭环控制系统与
开环控制系统的主要区别:
伺服系统的机械执行机构
的最后环节上装有反馈系
统,将机床工作台的实际位
置反馈给CNC装置。
闭环控制系统的伺服电动
机采用交流或直流伺服电
动机12半闭环控
制系统?
半闭环控制系统
的电动机轴上装有表示其
角位移的编码器,但是不能
纠正机床传动部件带来的
误差,所以称为半闭环控制
系统。
半闭环控制系统
特点:
结构较为简单;控制
较为方便;能达到较高精
度。
13连续控制系统的工作
特点:
连续控制系统的插补
功能是由插补器来实现的。
插补器根据插入的插补指
令进行数学计算,对各个坐
标轴进行脉冲分配,然后发
指令给伺服电动机驱动单
元,使机床工作台沿各坐标
轴完成规定的运动,刀具就
能加工出工件轮廓来。
14多功能与经济性数控系
统（1多功能机床数控系
统:
功能比较齐全,适用于
功率较大、动作较复杂、定
位精度较高的大、中型数控
机床。
大多由专业厂家生
产。
可靠性高,但价格较贵。
（2经济型数控系统
为了提高生产率和稳定加
工质量,在普通机床基础
上,对机械部分做必要的改
造,配上功能较为简单的数
控系统,使之具备某些必要
的数控功能。
一般采用控制较简单、成本
较低的功率步进电机伺服
系统。
特点:
结构简单,
造价低廉。
在工厂技术改造
中发挥很大作用。
15
适应控制（Adaptive
Control,AC?
为了提高
切削效率和加工精度,机床
的数控系统最好能在加工
条件下改变机床的切削用
量,以适应在一瞬间实际发
生的加工情况。
适应控
制工作过程:
适应控制与闭
环控制的主要区别在于有
一个适应控制器,通过装在
机床上各个部位的传感器,
将检测到的加工参数（如切
削负载、刀具磨损量等变
化信息送到适应控制器,与
预先存储的有关信息进行
比较,然后发出指令给机
床,自动调整机床的有关参
数。
16直接数控系
统?
DNC系统的特点:
（1
可实现非实时分配数控数
据,可和车间的编程机结合
起来,便于实现车间的监控
和管理。
（2DNC系统采
用了局域网络（LAN技术
进行通信,是一种“开放式”
系统,可以向上级机和下级
设备扩展延伸。
（3DNC
系统与数据采集系统相结
合,可以采集机床工作状
态,在线检测数据,对加工
质量和机床状态进行实时
控制。
（4DNC系统既可
独立使用,也可作为工厂的
计算机集成制造系统的一
个层次。
17数控技术
的应用?
（1数控车床:
轴类和盘类回转体的加工;
（2数控铣床:
较复杂的
平面、曲面和壳体类工件的
加工,如各种模板、样板、
凸轮和箱体等;（3数控钻
床:
钻孔为主的工序加工;
（4数控磨床:
数控外圆
磨床、数控平面磨床和数控
坐标磨床等;（5数控齿轮
机床:
加工渐开线齿轮、摆
线齿轮以及特殊要求齿状
工件。
主要有数控插齿机、
数控滚齿机和数控磨齿机
等。
18加工中心?
能
在一次装夹中进行自动换
刀、进行诸如镗孔、钻孔、
攻螺纹等加工,以保证加工
表面的相对位置。
特点:
配
置高档的数控系统,联动轴
较多,具有各种补偿功能减
少加工误差,具备自动编程
系统。
19数控技术
在电加工机床中的应用?
电加工机床是利用电极间
脉冲放电时产生的电火花
的腐蚀作用来加工工件的,
电火花放电时,火花通道中
瞬时产生大量的热,足以使
电极表面的金属局部熔化
（甚至气化蒸发而被除
掉,使被加工工件获得各种
形状,达到加工尺寸精度、
表面粗糙度和生产率的要
求。
主要用来加工模具和难
加工材料等。
主要有两类:
数控电火花成形机床、数控
线切割机床。
20数控
机床和数控系统的发展?
（1高速化和高精度化,
机械方面:
主轴高速化,采
用陶瓷球的轴承等;数控系
统方面:
提高计算机运算速
度,采用插补专用芯片,补
偿机械系统带来的误差;伺
服系统方面:
采用数字伺服
系统,采用现代控制理论提
高跟随精度（2提高数控
机床的可靠性:
大规模和超
大规模集成电路;故障诊断
系统（3CNC系统的智能
化:
人工智能技术（4具
有更高的通信功能（5数
控系统的开放化:
使得伺服
电机控制单元的信息标准
化,用户能自由地选择伺服
电机的生产厂家、规格型号
和参数。
降低了系统的生产
成本,且便于维护。
21普通机床加工与数控机
床加工区别?
普通机床加
工:
根据工艺规程和工艺过
程卡选择加工表面,但切削
用量、走刀路线、工步的选
择等由操作者自行决定
数控机床加工:
按照事先编
好的程序自动进行加工,操
作者无法临时改变加工过
程。
22程序编制的方
法?
（1手工编程:
编制
程序的过程全部由人工完
成的方法。
适用于点位加工
或几何形状简单的工件,不
需要经过复杂的计算,程序
段不多,数控带不长。
（2自动编程:
程序员根
据工件图纸和加工要求,使
用规定的数控语言,编写简
短的工件源程序,输入计算机,由计算机自动地计算刀具运动轨迹,编写工件程序单,制作数控带等。
适用于形状复杂、工序较长的工件,需要进行繁琐的计算,程序段很多,出错也难以校核。
自动编程与手工编程比较,具有编程时间短、出错机会少和编程效率高等优点。
23编程内容与步骤?
（1分析工件图纸:
分析工件的材料、形状、尺寸和精度、表面质量、毛坯情况和热处理要求,确定工件是否适合数控加工（2确定工艺过程:
确定工件的加工工艺（定位方式、夹具和加工路线（对刀点、走刀路线,并确定加工余量、切削用量。
（3数值计算:
根据工件图纸和走刀路线,计算刀具中心运动轨迹。
（4编写程序单:
根据工艺过程、数值计算结果和辅助操作要求,按照数控系统规定的程序指令及格式填写程序单。
（5制作和效验程序单:
根据程序单,用穿孔机在纸带上打出代码孔,制成数控带。
（6首件试切:
通过光电阅读机把数控带输入数控系统,校验后进行首件试切。
24数控带?
带有数控机床控制信息的穿孔带。
它是宽度为1in,每排最多有8个代码孔,每排孔的数量和位置代表控制信息代码。
代码孔B3和B4之间有一排小孔用于纸带的进给。
数控带上一排孔位中每个位置上有孔或无孔,就代表光电阅读机上每个光敏二极管上高电平或低电平。
每排孔代表一位二进制数。
25数控带格式?
工件加工程序输入数控装置的信息分三类:
（1工件和刀具相对位置关系信息,如位置、方向、位移量等（2工件和刀具位置改变的比率,如进给速度、转速等（3辅助功能信息,如操作方式、公制和英制的选择、工具选择、切削液的使用等。
26程序段格式?
（1字:
以某个顺序安排的字符集合。
数控带上信息是以字为单位进行处理的。
程序段是代表控制信息的字的集合。
各个程序段之间必须用结束符LF或CR隔开。
（2数控带格式:
在程序段中,字的特定排列方式。
最广泛的是文字地址程序段格式。
（3文字地址程序段格式:
每一坐标轴和各种功能都以字母和数字合成的字来表示。
27文字地址字符的说明?
（1程序段序号N:
表示程序段的顺序,用来检
索程序段或者显示当前执
行的程序段。
（2准备功能
字G:
准备功能指令包括字
母G和后续2位数字。
数
字表示不同的机床操作或
动作。
（3尺寸字X、Y、
Z等:
尺寸字用来给定机床
各坐标轴位移的方向和数
值。
紧跟坐标轴代码后面的
是正负号,然后是数值。
（4
进给功能字F:
规定机床的
进给速度。
（5主轴功能字
S:
指定主轴转速,通常在
更换刀具时指定。
（6刀具
交换功能字T:
更换刀具
时,指定刀具或显示待更换
刀具的刀号。
（7辅助功能
字M:
辅助功能指令包括M
地址后续的2位数字。
用来
使机床产生辅助动作。
（8
程序段结束（EOB:
每一
程序段结束时,写上指令
LF表示本程序段到此结
束。
28坐标轴的命
名及方向?
在加工过程中
无论是刀具移动,工件静
止,还是工件移动,刀具静
止,一般都假定工件相对静
止不动,而刀具在移动,并
同时规定刀具远离工件的
方向作为坐标轴的正方向。
（1Z坐标正方向的规
定:
刀具远离工件的方向。
（2X轴的运动方向是工
件的径向并平行于横向拖
板,且刀具离开工件旋转中
心的方向是X轴的正方向。
（3Y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,是机
床上固定的点,一般不允许
用户改变29自动编程
系统工作原理?
（1工件
源代码:
用数控语言编写
（2输入编译:
由编译程
序把工件源代码译成计算
机能识别和处理的形式
（3数学处理:
计算刀具
和工件的相对运动轨迹（4
后置处理:
主信息处理是计
算刀具相对于工件的运动
轨迹的一般解,后置信息处
理是将主信息处理结果再
转换成数控机床所需要的
信息。
使得主信息处理通用
化,后置信息处理专用化。
（5信息的输出:
将后置
处理程序信息输入穿孔机
制成数控带。
30CNC
系统的组成和计算机的功
用?
CNC系统是一种位置
（轨迹控制系统,以多执
行部件（各运动轴的位移量
为控制对象并使其协调运
动的自动控制系统,是一种
配有专用操作系统的计算
机控制系统。
CNC系统的
组成:
数控计算机、程序输
入/输出装置和机床控制装
置。
从外部特征来看,CNC
系统是由硬件（通用硬件和
专用硬件和软件（专用
两大部分组成31数
控计算机?
是CNC系统的
核心。
包括微处理器、内存
储器、输入/输出（I/O接口
以及时钟、译码等辅助电路
等。
（1微处理器:
执行存
储器中的程序,完成计算,
产生各类控制信号（2输
入/输出接口电路:
提供微
处理器与外界的连接,完成
数据格式和信息形式的转
换,分为两类:
通用的I/O
接口（常规输入输出,实现
程序的输入与输出及人机
交互界面;设备机床控制
I/O接口（连接专用的控制
与检测装置,实现机床的位
置和工作状态的控制与检
测（3程序输入/输出装
置:
键盘、机床操作面板、
显示装置（发光二极管构成
的数码管,或阴极射线管
CRT显示器、外围存储设
备（磁带机或磁盘机、穿
孔纸带光电阅读机、纸带穿
孔机等。
32机床控
制装置?
位置控制装置和
机床状态检测控制装置两
部分。
位置控制装
置:
伺服机构和执行元件组
成。
执行元件有交流或直流
伺服电机,步进电机。
伺服
包括速度控制和位置控制。
闭环控制中,速度环包括在
伺服电动机驱动器中,位置
反馈则送入计算机。
机
床状态检测和控制:
状态检
测部件通过传感器监视机
床工作状态。
33CNC
系统中的计算机?
（1计
算机的作用:
接受外部的工
件加工程序和各种控制命
令,识别这些程序和进行相
应的运算处理,控制机械部
分的动作,完成程序和命令
所要求的功能。
（2计算机
的工作过程:
工件程序的输
入、编辑和存储:
完成无效
码删除、代码效验和代码转
换等,工件加工程序的译码
处理:
将工件加工程序以一
个程序段为单位进行译码
处理,将其中的各种工件轮
廓信息,加工速度信息（F
代码和其他辅助信息（M、
S、T代码等按照一定的
语法规则解释成计算机能
识别的数据形式,并以一定
的数据格式存放在指定的
内存专用区间,供下一步插
补运算和伺服控制等使用。
译码过程中完成对程序段
的语法检查,如发现语法错
误便立即报警。
机床状态的检测:
计算
机扫描操作面板的操作开
关和按钮,产生相应的控制
输出,插补计算:
插补的任
务是在一条已知起点和终
点的曲线上进行“数据点的
密化”,从而确定各坐标轴
在规定的位移范围内进给
运行规律,获得所要求的轨
迹。
为了达到足够高的分辨
率和足够快的进给速度,计
算机应有很高的运算速度。
在计算机速度满足不了要
求时,要借助于专用硬件协
同完成插补。
软件完成粗插
补,即按插补周期将工件轮
廓分为若干段,计算出相应
的进给量,交给硬件插补
器,由硬件插补器对粗插补
的线段进一步细插补,输出
密化的脉冲。
刀具补偿:
包括刀具
长度补偿和刀具半径补偿。
通常CNC装置的工件加工
程序是以工件轮廓轨迹来
编程,刀具补偿的作用是把
工件轮廓轨迹转换成刀具
中心轨迹。
刀具补偿还包括
程序段之间的自动转接和
过切削判别。
伺服控制:
使电动机精确地按插补计
算的结果运转。
分为开环控
制和闭环控制两种。
故
障诊断:
联机和脱机诊断能
力。
联机诊断是指数控计算
机中的自诊断能力。
脱机诊
断是指系统运转条件下的
诊断。
34计算机的硬
件结构?
（1单微处理机
结构:
整个CNC装置只有一
个CPU,它集中控制和管理
整个系统资源,通过分时处
理的方式来实现各种NC功
能。
主从结构,系统中
只有一个CPU（称为主CPU
对系统的资源有控制和使
用权,其它带CPU的功能
部件,只能接受主CPU的
控制命令或数据,或向主
CPU发出请求信息以获得
所需的数据。
即它是处于以
从属地位的,故称之为主从
结构。
（2多微处理机结构
定义:
在一个数控系统中有
两个或两个以上的微处理
机,CPU之间采用紧耦合,
有集中的操作系统,通过总
线仲裁器（由硬件和软件组
成来解决总线争用问题,
通过公共存储器来进行信
息交换。
特点:
能实现
真正意义上的并行处理,处
理速度快,可以实现较复杂
的系统功能。
容错能力强,
在某模块出了故障后,通过
系统重组仍可断继续工作。
结构形式:
共享总线结构
型、共享存储器结构型。
35可编程控制器定义（简
称PLC?
（1可编程
控制器（简称PLC是以微
处理器技术为基础,综合了
计算机、自动化和通信技术
的一种新型工业控制装置。
（2可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,采用可编程存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入/输出方式控制各种类型的机器或生产过程。
（3可编程控制器具有很强的逻辑运算能力,而且PLC的输入/输出接口适应了工业过程的需要,具有功率放大的功能,可直接带负载运行,这就是PLC在工业控制上优于普通微型计算机的地方。
36PLC在数控机床中的功用?
作用:
——完成各种辅助功能。
机床主轴的起停、正反转控制及主轴转速的控制、倍率的选择。
机床冷却、润滑系统的接通和断开。
机床刀库的起停和刀具的选择、更换。
机床卡盘的夹紧、松开。
机床自动门的打开、闭合。
机床尾座和套筒的起停、前进、后退控制。
机床排屑等辅助装置的控制。
37PLC的工作原理?
一种专用的工业控制机,具有独立的CPU、存储器和输入输出模块,以运行程序的方法实现控制。
分为系统程序和用户程序:
（1用户程序:
描述了PLC输入和输出之间的逻辑关系（2系统程序:
一种解释程序,解释用户程序,并根据输入的状态产生输出。
PLC运行时所执行的系统程序实际上是个周而复始的扫描循环:
从输入端口中输入外部状态,存入输入数据区;依次执行用户程序存储器中的每一条指令;将输出信号从输出端口输出。
38PLC与CNC系统的连接?
内置式、通用型（1内置式:
内置式PLC从属于CNC装置,PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部实现。
内置式PLC特点:
1实际上是CNC装置带有PLC功能;2一般单独制成一块附加板,插装到CNC主板插座上,不单独配备I/O接口;3采用内置式PLC结构,CNC系统可以具有某些高级控制功能,如梯形图编辑和传送功能等;4结构紧凑,可靠性好,安装和操作方便等优点。
（2通用型PLC:
通用型PLC独立于CNC装置,具有完备的硬件和软件功能,能够独立完成规定控制任务的装置。
39机床控制I/O部件的实现?
与普通的IO接口相比,机床控制IO部件的特点:
（1能够在计算机与输入/输出
装置进行必要的信息形式
的转换。
如电平转换、功率
匹配,脉冲发生、AD、DA
（2能够输入并可靠地传
送控制机床动作的相应控
制信息,同时应具备阻断或
抑制干扰信号进入计算机
的能力,防止误动作,增加
可靠性。
（3机床控制IO
部件通常由一般的IO接口
加上光电隔离和信息转换
电路构成40光电隔
离电路?
光电隔离电路的
作用和工作原理:
作
用:
为了防止机床强电系统
和其他外界干扰通过IO控
制回路进入计算机,在控制
计算机中,经常采用光电隔
离的输入和输出电路。
工作原理:
光电耦合器输入
端为一个发光二极管,输出
端为光敏器件如光敏三极
管或光敏二极管。
当输入电
路无电流,发光二极管不导
通也不发光,输出端就不导
通;当输入回路有电流,发
光二极管导通发光,激励输
出端的光敏器件,产生相应
的输出电流。
输入和输出端
无直接连接,通过光传递信
息。
光隔离电路作用:
隔断光电耦合器入出两侧
电路的电气联系。
入出两侧
电路各有独立的电源,不共
地。
强电一侧电源中的干扰
或IO口长传输线上的干扰
很难进入计算机一侧。
光电
耦合器将电压传送变为电
流传送,为低阻器件。
电流
传送比电压传送抗干扰能
力强,方便地完成信号电平
转换。
41提高数控
计算机可靠性的措施?
可
靠性:
是产品的一种属性,
指在规定条件下正确执行
预期功能在时间上的度量。
通常用平均故障间隔时间
MTBF表示。
平均故障间隔
时间:
（平均无故障工作时
间MTBF=可能工作的总
时间/总的故障次数。
提高
系统可靠性在硬件和软件
两个方面采取措施:
（1硬
件可靠性措施:
设计中的考
虑:
各项参数留有较大余
地;工艺上的考虑:
对元器
件严格筛选;隔离;屏蔽
（2软件可靠性措施:
软
件正确性保证;软件容错;
故障诊断;关键信息的保护
和恢复。
软硬结合的可
靠性措施:
硬件监视电路
（WatchDog电路解决程
序“飞掉”造成死机的问题。
42数控系统的模块化设
计?
数控系统标准化方法:
把控制系统根据功能划分
具有一种或几种独立功能
的单元,用具有这些相应功
能的硬件插件（或模块像
搭积木一样组成一个模块
网络,配上相应的系统控制
软件,协调各模块之间的运
作,从而达到整个数控系统
的功能。
计算机总线:
作为
连接计算机系统各模块的
中间媒介,定义连接方式、
工作时序和电气规范等。
数控系统模块化设计优点:
提高了设计效率,缩短系统
设计周期;通用性强,易于
改进和扩展系统功能;有利
于提高可靠性;便于调试和
维修;降低了生产成本。
模块化设计问题:
增加插接
环节,使接插不良的机会增
加;模块上有些用户不需要
的功能增加成本。
43
总线标准?
数据线:
根数决
定了数据传送通道的宽度;
地址线:
根数决定了系统最
大的寻址范围;控制线:
包
括时钟、读写控制、中断、
总线仲裁等;电源线:
规定
系统使用电源种类和数量
以及地线的分布情况;备用
线:
留给用户扩充总线功能
时使用。
总线仲裁:
防
止各个CPU模块或外部设
备与主CPU争夺总线使用
权,需设置仲裁电路。
这种
电路与判别中断优先权电
路类似。
44CNC系统
中的插补运算?
插补:
零件
轮廓线型已知点,进给速
度、刀具参数、进给方向等,
计算出中间点坐标值,脉
冲当量:
刀具或工件能移动
的最小位移量。
插补器:
数
控装置中完成插补运算工
作的装置或程序。
现代
CNC数控系统:
软件插补
或软、硬件插补结合的方
法,由软件完成粗插补,硬
件完成精插补。
粗插补用软
件方法,将加工轨迹分割为
线段,精插补用硬件插补
器,将粗插补分割的线段进
一步密化数据点。
基
准脉冲插补:
特点:
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,
驱动进给电机运动。
每个脉
冲代表了最小位移,脉冲序
列的频率代表了坐标运动
速度,而脉冲的数量表示移
动量。
每个脉冲使坐标轴产
生1个脉冲当量增量;脉冲
数量代表位移量;脉冲序列
频率
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