数控技术第6章
电大数控编程技术课后习题答案
第一章数控加工的编程基础课后习题答案一、填空题1、为了准确地判断数控机床的运动方向，特规定永远假设刀具相对于（静止的工件）坐标而运动。
2、目前，数控编程所采用的格式为（字－地址）程序段格式。
3、用于编写程序段的字为（N）4、尺寸字U、V、W表示增量（相对）坐标，A、B、C表示（旋转）坐标。
5、数控系统通常分为车削和铣削两种，用于车削的数控系统在系列号后加字母（T）用于铣削的数控系统在系列号后加字母（M）二、选择题1、下列叙述中，（确定机床坐标系），不属于数控编程的基本步骤。
A）分析图样、确定加工工艺过程B）数值计算C）编写零件加工程序单D）确定机床坐标系2、程序校验与首件试切的作用是（检验程序是否正确及零件的加工精度是否满足图纸要求）。
（A）检查机床是否正常（B）提高加工质量（C）检验参数是否正确（D）检验程序是否正确及零件的加工精度是否满足图纸要求3、数控编程时，应首先设定（工件坐标系）。
（A）机床原点（B）工件坐标系（C）机床坐标系（D）固定参考点三、判断题1、数控加工的主程序号都是由O××××构成，而子程序由P××××构成。
（×）2、M功能不能编程变化量（如尺寸、进给速度、主轴转速等），只能控制开关量（如冷却液开、关，主轴正、反转，程序结束等）。
（√）3、国际标准化组织ISO规定，任何数控机床的指令代码必须严格遵守统一格式。
（×）4、大部分代码都是非续效（模态）代码。
（×）四、简答题1、编制数控加工程序的主要步骤？答：①对零件图加工工艺分析②数值计算（数学处理）③编写零件加工程序单④制备控制介质⑤程序校对与首件试切2、数控编程有哪些种类？分别适合什么场合？答：数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。
①手工编程。
对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。
机床数控技术：第6章 数控伺服系统
6.2 伺服电动机
伺服电动机是数控伺服系统的重要组成部分， 是速度和轨迹控制的执行元件。
数控机床中常用的伺服电机： ● 直流伺服电机（调速性能良好） ● 交流伺服电机（主要使用的电机） ● 步进电机（适于轻载、负荷变动不大） ● 直线电机（高速、高精度）
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6.2.1 直流伺服电机及工作特性
6.1 概述
伺服系统的性能直接关系到数控机床执行件的 静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢 和稳定程度等。所以，至今伺服系统还被看做是一 个独立部分，与数控装置和机床本体并列为数控机 床的三大组成部分。
按ISO标准，伺服系统是一种自动控制系统，其 中包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的值紧 密地响应输入量的值。
数控机床常用的直流电动机有： ●直流进给伺服系统：永磁式直流电机； ●直流主轴伺服系统：励磁式直流电机；
图6.5 直流伺服驱动系统的一般结构
32
6.2.1 直流伺服电机及工作特性
直流电动机原理
根据法拉第电磁感应定理 当载流导体位于磁场中，导
体上受到的电磁力F:
F = B ×L× i
B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。 F、B、i之间的方向关 系可用左手定则确定。
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6.1 概述
6.1.4 伺服系统的发展 由于直流电动机存在换向火花和电刷磨损等问题
，美国通用电气(GE)公司于1983年研制成功采用 笼型异步交流伺服电动机的交流伺服系统。采用 矢量变换控制变频调速，使交流电动机具有和直 流电动机—样的控制性能，又具有机构简单、可 靠性高、成本低，以及电动机容量不受限制和机 械惯性小等优点。 日本于1986年又推出了全数字交流伺服系统。
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第6章 数控机床的机械结构
1．滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四 部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分 内循环方式和外循环方式两大类。 内循环方式指在循环过程中滚珠始终保持和丝杠 接触，如图6.16所示。
图6.16 滚珠丝杠内循环方式 1-丝杠；2-反向器；3-滚珠；4-螺母
2）减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有 影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。 3）减少运动件的摩擦阻力 机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副 和导轨。 4）响应速度快 快速响应是伺服系统的动态性能，反映了系统的 跟踪精度。它是工件在加工过程中，工作台在规定的 速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，且不出现丢步现 象。
1-主轴 2-同步齿形带 3-主轴电机 4-永久磁铁 5-磁传感器 图6.11 加工中心主轴准停装置
4．主轴部件的结构
（1）数控车床主轴部件的结构 数控车床的主传动系
统一般采用交流无级调速电动机，通过皮带传动，带 动主轴旋转。 图 6.12为数控车床主轴外观图。图 6.13 为数控车床主轴部件的典型结构图。主轴电动机通过 带轮15把运动传给主轴7。
1. 齿轮变速的主传动方式
如图6.6（a）所示，主轴电机经过二级齿轮变速， 使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级 变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的 要求，是大中型数控机床采用较多的一种配置方式。
2. 带传动主传动方式
如图6.6（b）所示，主轴电机经带传动传递给主轴， 带传动主要采用 V型带或齿形带传动，可以避免齿轮 传动时引起的振动与噪声，且其结构简单、安装调试 方便，应用广泛。
1．主轴部件的支承与润滑 根据主轴部件的工作精度、刚度、温升和结构的
数控技术及应用第6章 数控机床的电气驱动-步进电动机
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 双六拍；三相双三拍等 双六拍；三相双三拍等。“单”是指每次只有一相 绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 三相绕组联接方式： （2）三相绕组中的通电顺序为： 三相绕组中的通电顺序为： A相 → B相 → C相 通电顺序也可以为： 通电顺序也可以为： A 相 → C 相→ B 相
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。 相通电使转子1 对齐。
A
B'
A C' B
B'
C' B
A'
C
A'
C
B相通电，转子2、4齿 相通电，转子 、 齿 相通电 相轴线对齐， 和B相轴线对齐，相对 相轴线对齐 A相通电位置转 °； 相通电位置转30° 相通电位置转
C相通电再转 ° 相通电再转30° 相通电再转
（3）工作过程 ） A 相通电，A 方向的磁 相通电，
A
B' 4 1 2 3 A'
通经转子形成闭合回路。 通经转子形成闭合回路。
C' B
若转子和磁场轴线方向 原有一定角度， 原有一定角度，则在磁 场的作用下，转子 场的作用下，
C
被磁化，吸引转子， 被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁 阻最小的路径闭合， 阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 定子的齿对齐停止转动。 定子的齿对齐停止转动。
2、步进电动机
工作原理： 工作原理 ： 步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲 脉冲 线位移或角位移的电动机。每来一个 信号转换成线位移或角位移 线位移或角位移 信号 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小 段距离。 特点： 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。
数控机床加工工艺第6章数控铣床加工工艺PPT课件
（2）零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可 以得到保证？
（3）内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小？
（4）零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆 角半径r是否太大？
（5）零件图中各加工面的凹圆弧(R与r)是否过于零乱， 是否可以统一？
（6）零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相 对位置的正确性？
（3）零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要
过大。 （4）应采用统一的基准定位。在有关的铣削件
的结构工艺性实例见表6-1。
(a) R较小
(b) R较大
图6-11 内槽结构工艺性对比
(a) r较小
(b) r较大
图6-12 零件槽底平面圆弧对铣削工艺的影响
3.零件毛坯的工艺性分析
（1）毛坯应有充分、稳定的加工余量。 经验表明，数控铣削中最难保证的是加工 面与非加工面之间的尺寸，在零件图样注 明的非加工面处也增加适当的余量。
(2)平面加工方法的选择 在数控铣床上加工平面主要采用端铣 刀和立铣刀加工。粗铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达
IT11～IT13，Ra6.3～25；精铣的尺寸精度和表面精糙度一 般可达IT8～IT10，Ra1.6～6.3。
(3)平面轮廓加工方法的选择通常采用3坐标数控铣床进行两轴 半坐标加工。
(4)固定斜角平面加工方法的选择 固定斜角平面是与水平成成 一固定夹角的斜面，常用的加工方法如下：
1.加工方法的选择
对于数控铣床，应重点考虑几个方面：能保证零件的加工精 度和表面粗糙度的要求；使走刀路线最短，既可简化程序段， 又可减少刀具空行程时间，提高加工效率；应使数值计算简 单，程序段数量少，以减少编程工作量。
(1)内孔表面加工方法的选择
在数控铣床上加工内孔表面加工方法主要有钻孔、扩孔、铰 孔、镗孔和攻丝等，应根据被加工孔的加工要求、尺寸、具 体生产条件、批量的大小及毛坯上有无预制孔等情况合理选 用。
数控技术-概论
2、机床数字控制的原理 （1）在钻削、镗削、攻螺纹中
KQ
P
R
（2）在轮廓加工中
允许的误差范围之内，用沿曲线的最小单位移动量合成的分段运动代替 任意曲线运动，以得出所需要的运动，是数字控制的基本构思之一。轮 廓控制也称轨迹控制，特点是对坐标的移动量和各坐标的速度同时进行 控制
（3）插补技术（直线、圆弧抛物线、螺旋线、极坐标、样条曲线、曲面插补）
插补：在被加工轨迹的起点和终点之间，插进许多中间点，进行 数据的密化工作，然后用已知线型逼近
3、数控机床的组成及特点
信息输入、数控装置、伺服驱动及检测反馈、机床本体、机电接口
（1）信息输入
早期：纸带、磁带 现在：磁盘；MDI；手动脉冲发生器；上位机
（2）数控装置（数控机床的核心）
组成：CPU、存储器、总线、相应的软件
课程内容
第一章 概论 第二章 数控加工的程序编制 补充基于UGCAM的自动编程 第三章 计算机数控装置的插补原理 补充机床结构 第四章 计算机数控装置 第五章 数控检测装置 第六章 数控伺服系统
数
加
控
工
铣
中
床
心
加 工 中 心
数控钻床
1.1 数控机床的基本概念
数控机床是制造装备的主流装备
•
船舶制造装备
作用过程：接受到输入信息后，经过译码、轨迹计算、插补计算和补偿计算， 再给各个坐标的伺服驱动系统分配速度、位移指令。
具体功能： 1）多轴联动、多坐标控制 2）多种函数的插补 3）多种程序输入功能 4）信息转换功能 5）补偿功能 6）多种加工方式的选择 7）故障自诊断 8）显示功能 9）通讯联网，等等
汽车制 造装备
IC装备
军工 制造装备
现代数控机床全过程维修第6章 数控机床的维护与保养
3．数控机床的可视化管理
（1）各种图板的设计 （2）数控机床上的各种标识 （3）各种规范、规定、标准的展示
4．数控机床的综合效率与数控机床维 修和维护、保养的关系
数控机床的综合效率是数控机床的时 间开动率、数控机床性能开动率和数控机 床所加工的合格品率三者的乘积。
不管是数控机床的时间开动率、数控 机床性能开动率还是数控机床所加工零件 的合格品率，都直接与数控机床的维修质 量、维护、保养有着直接的关系。也就是 说，数控机床的维修、维护、保养直接影 响着数控机床的综合效率。
（1）数控机床完好率 （2）数控机床数量利用率 （3）数控机床时间利用率 （4）数控机床修理计划完成率
（5）数控机床二、三级保养计划完 成率 （6）数控机床故障频率 （7）数控机床平均故障强度 （8）数控机床故障停机率 （9）数控机床的事故
（10）数控机床修理一次交付合格率 （11）数控机床返修率 （12）数控机床平均无故障时间 （13）数控机床平均故障修复时间 （14）数控机床有效度概率
6.2 数控机床的保养
6.2.1 数控机床一级保养的内容和 要求
1．加工中心一级保养的内容和要求
（1）班前 （2）班中 （3）班后
2．数控车床（车削中心）一级保养的 内容和要求
（1）班前 （2）班中 （3）班后
6.2.2 数控机床二级保养的内容和 要求
1．加工中心二级保养的内容和要求
（1）工作台 （2）主轴装置 （3）各坐标进给传动装置 （4）自动换刀装置
数控机床所加工的合格品率是合格品 数量与加工数量之比。如果一台数控机床 的几何精度或者位置精度存在问题，势必 要影响所加工的合格品数量，合格品率也 就必然会降低。
数控机床的综合效率是直接受数控机 床维修、维护和保养的质量好坏所影响的。 数控机床的故障频率越高，维修越不到位， 维护、保养越不规范，数控机床的综合效 率也就越低。
第6章 数控机床的检测装置
Ucm＝Umcosα
CNC
6.2 旋转变压器
转子正转时，U1s、U1c经叠加，转子感应电压U2为： U2＝kUmsinαsi主n要ω内ts容inθ＋k Umcosαsinωtcosθ
＝kUmcos（α－θ）sinωt 转子反转时，同理有：
就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大小。
要检测工作台的绝对位置，需加一台绝对位置计数器， 累计所走的导程数，折算成位移总长度。
转子每转1周时，转子的输出电压将随旋转变压器的 极数不同而不止一次地通过零点，需加相敏检波器来 辨别转换点和区别不同的转向。
CNC
6.3 感应同步器
感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属
多极对：增加定主子要内容 或转子极对数，使 电气转角为机械转 角的倍数，用于高 精度绝对式检测。
双极对：定子和转 子上各有两对相互 垂直的磁极，检测 精度较高，数控机 床中应用普遍。
CNC
6.2 旋转变压器
旋转变压器转子轴与电机轴或丝杠连接在一起，实 现电机轴或丝杠转角的测量。
主要内容
单极对：转子经精密齿轮升速后再与电机轴相联， 根据丝杠导程选用齿轮升速比（升速比通常为1:2、 1:3、1:4、2:3、1:5、2:5等），以保证机床的脉冲当 量与输入设定的单位相同。
U2＝ nUm sinωt sinθ
CNC
6.2 旋转变压器
单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极， 假设加到定子绕组的励磁电压为U1，则转子通过 电磁耦合，产主生要内感容应电势U2。
U1 U m sin t
U 2 nU1 nU m sin t sin
Um—激磁电压幅值
数控机床主轴驱动与控制
特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的， 通常是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以上。
伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系 统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置 控制性能要求很高的加工。
6.2.3主轴分段无级调速
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
图6.3所示为西 门子802C数控系 统的变频调速控 制连接图。主轴 电机的正反转通 过继电器KA2和 KA3控制，转速 大小通过X7口模 拟电压值大小控 制。
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
6.1 概述
1.主轴驱动系统的功能
主轴驱动系统通过控制主轴电机的旋转方向和转速， 从而调节主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度， 配合进给运动，加工出理想的零件。因此，主轴驱动的主 要功能是为各类工件的加工提供所需的切削功率。
此外，当数控机床具有螺纹加工、恒线速加工以及准 停要求（比如加工中心换刀）时，对主轴也提出了相应的 位置控制要求，所以此类数控机床还具有主轴与进给联动 功能和准停控制功能。
6.1 概述
（3）DANFOSS（丹佛斯）公司系列变频器 该公司目前应用于数控机床上的变频器系列常用的有：
VLT2800，可并列式安装方式，具有宽范围配接电机功率： 0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整个转速范围内进行 精确的滑差补偿，并在3ms内完成。在使用串行通讯时，VLT 5000对每条指令的响应时间为0.1ms，可使用任何标准电机与VLT 5000匹配。
对于中档数控机床而言主要采用这种方案。其主轴传动仅采用两 挡变速甚至仅一挡即可实现100—200 r/min左右时车、铣的重力切 削。一些有定向功能的还可以应用于要求精镗加工的数控镗铣床。 但若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。
数控技术第二版课后答案
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床三者如何区别答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
．数控机床有哪些特点答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床各有何特点答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。
数控机床技术(第六章数控机床的进给传动系统)
第六章 数控机床的进给传动系统
（2）滚珠丝杠副的特点 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达92 ％-96％，是普通梯形丝杠的3-4倍，功率消耗减少 2/3-3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。 4）不能自锁、有可逆性。 5）制造成本高。
第六章 数控机床的进给传动系统
第六章 数控机床的进给传动系统
下图所示是静压丝杠副的结构图。
第六章 数控机床的进给传动系统
螺纹面上油腔的连 接形式与节流控制方 式有两种，如图所示。 图 a 中每扣螺纹每侧 中径上开 3-4 个油腔， 每个油腔用一个节流 器控制，称为分散阻 尼节流。图 b 是将分 布于同侧、同方位上 的 3-4 个油腔用一个 节流器控制，称为集 中 阻 尼 节 流 。
第六章 数控机床的进给传动系统
一、滚珠丝杠副
中小型数控机床中，滚珠丝杠副是减少运动部件摩擦 阻力和动静摩擦力之差最普遍采用的结构。
1．滚珠丝杠副工作原理及特点 （1）滚珠丝杠副的工 作原理
滚珠丝杠副是回转 运动与直线运动相互转 换的新型传动装置，是 在丝杠和螺母之间以滚 珠为滚动体的螺旋传动 元件。
在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影 响进给系统的定位精度，在闭环系统中，它是系统的主要 非线性环节，影响系统的稳定性。常用的消除传动部件间 隙的措施是对齿轮副、丝杠副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及 支承部件进行预紧或消除间隙。但是，值得注意的是，采 取这些措施后可能会增加摩擦阻力及降低机械部件的使用 寿命，因此必须综合考虑各种因统
四、双齿轮—齿条副 在大型数控机床（如大型数控龙门铣床）的直 线进给运动中，可采用的另一种传动方式是齿轮— 齿条结构，它的效率高，结构简单，从动件易于获 得高的移动速度和长行程，适合在工作台行程长的 大型机床上用作直线运动机构。但机构的位移精度 和运动平稳性较差。 当负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法， 分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间 隙。当负载大时，采用顶加负载双齿轮—齿条无间 隙传动机构能较好地解决这个问题。
6--机床数控技术-第6章--数控反馈测量元件-jin2
6.3.1
旋转变压器的结构
旋转变压器是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步 电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子 绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为 400Hz、500Hz、1000Hz、3000Hz、5000Hz等。
2
3
5
6
1
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1—转子轴； 2—壳体；3—分解器定子； 4—变压器定子； 5—变压器一次线 圈；6—变压器转子线轴； 7—变压器二次线圈；8—分解器转子。 旋转变压器结构示意图
6.1 位置测量装置概述
6.1.1 数控机床对检测装置的要求
6.1.2
位置检测装置分类
6.1 位置测量装置概述
6.1.1 数控机床对检测装置的要求
数控机床对检测装置的主要要求有如下几个方面： 1．工作可靠，抗干扰能力强； 2．满足测量精度、检测速度和测量范围的要求； 3．易于实现高速的动态测量和处理，利于实现自动化； 4．易于安装，使用维护方便； 5．成本低。
误差控制在最小单位上。但编码与位置循序无直接规律。
1110
1001 1000 0000 000210
0001 0000 1111 1110
21
22
23
2-3 2+2E
21
20
1111 1110 1010 1011 0101 0100 0011 0010 111 1110 1010 1011
机床加工工艺学第四版教学课件第六章数控加工
1）所选的原点应便于数学计算，能简化程序的编
制。
2）编程原点应选在容易找正、在加工过程中便于
检查的位置上。
3）编程原点应尽可能选在零件的设计基准或工艺
基准上，以使加工引起的误差最小。
四、加工程序的格式
数控程序是由多个程序段组成，每个程序段是由若
干个代码和数字组成，而字母、数字
和符号又统称为字符。例如：
控车床、曲轴数控车床等。
三、数控车床的相关设定
1.数控车床的坐标轴确定
经济型数控车床的坐标轴方向
全功能型数控车床的坐标轴方向
2.机床坐标系和编程坐标系
（1）机床坐标系（XOZ）与机床原点（O）。
（2）编程坐标系（XpOpZp）与编程原点（Op） 。
数控车床编程坐标系与机床坐标系
编程原点的选择原则如下：
G43 H
；（刀具长度补偿“+”）
G44 H
；（刀具长度补偿“-”）
G49；（取消刀具长度补偿）
刀具长度补偿
3.钻孔固定循环指令（G80、G73、G81、G83）
（1）固定循环的平面。
1）初始平面（G98）。
2）R参考平面（G99）。
（2）固定循环编程格式。
1）高速深孔钻循环与深孔钻循环
格式：G73/G83 X
（2）G72端面粗车循环。
格式：G72 W（Δd）R（e）；
G72 P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F S T ；
（3）G73成形加工复合循环。
格式：G73 U（d）W（k）R（e）；
G73 P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F S T ；
（4）G70精车固定循环
格式：G70 P（ns）Q（nf）；
数控加工技术教案3数控特种加工技术等
教案授课计划第二十三次课授课提纲第六章数控特种加工技术第一节数控电火花成形加工技术电火花加工又称放电加工或电蚀加工。
它是利用在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用对工件进行加工的一种工艺方法。
一、数控电火花成形加工简介（一）数控电火花成形加工原理如图6-1所示，电火花成形加工的原理是基于工件与工具电极（简称电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到零件的加工要求。
电火花成形加工须具备以下条件：（1）自动进给调节系统保证工件与电极之间经常保持一定距离以形成放电间隙。
（2）加工中工件和电极浸泡在液体介质中，这种液体介质称为工作液。
（3）脉冲电源输出单向脉冲电压加在工件和电极上。
当电压升高到间隙中工作液的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电，如图6-2（a）所示，瞬间高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小块材料形成小的凹坑，如图6-2（b）。
脉冲电源提供的脉冲电流波形如图6-3所示。
（二）数控电火花成形机床的主要组成电火花成形加工机床按数控程度分为普通（非数控）电火花成形加工机床和数控电火花成形加工机床。
见图6-1，数控电火花成形加工机床主要由主机、脉冲电源和机床电气系统、数控系统和工作液循环过滤系统等部分组成。
1．主机及附件机床主机由床身、立柱、主轴头、工作台等组成。
附件包括用以实现工件和电极的装夹、固定和调整其相对位置的机械装置，电极自动交换装置（ＡＴＣ或ＡＥＣ）等。
可调节工具电极角度的夹头属机床附件。
平动头也属机床附件，如图6-4所示。
2．脉冲电源脉冲电源的作用是将工频交流电转变成一定频率的定向脉冲电流，提供电火花成形加工所需能量。
3．数控系统（1）自动进给调节系统它的任务是通过改变、调节主轴头（电极）进给速度，使进给速度接近并等于蚀除速度，以维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定进行，以获得较好的加工效果。
常用自动进给调节系统有电液自动控制系统和电—机械式自动进给调节系统，数控电火花机床普遍采用电—机械式自动进给调节系统。
《数控加工技术》教学大纲
湘阴县第一职业中专学校《数控加工技术》教学大纲教学目的：本课程是机械专业学生学习数控编程及数控机床操作的一门重点专业课程，具有很强的实践性。
让学生了解数控机床加工程序编制的基础知识和基本方法，重点培养学生学会数控车床、数控铣床的编程方法及基本的操作技能。
教学方法：让学生掌握数控机床加工程序编制的基础知识和基本方法，重点培养学生掌握数控车床、数控铣床的编程方法和基本能力，具有操作数控机床的初步能力；同时了解数控加工工艺设计的过程及基本方法，数控机床的日常保养。
课时：122课时各章教学内容及课时分配：第一章：绪论（2课时）1.1数控机床的加工原理；1.2数控机床的适用范围；1.3数控机床的特点和分类；1.4数控技术的应用与发展第二章：数控机床加工程序的编制（22课时）2.1数控编程基础;2.2数控编程中的数值计算;2.3数控加工手工编程;2.4数控加工自动编程简介;第三章：插补计算原理、刀具半径补偿与速度控制（40课时）3.1插补的基本概念;3.2逐点比较法插补;3.3数字积分法插补;3.4比较积分法;3.5数据采样插补;3.6刀具半径补偿; 进给速度与加减速控制第四章：计算机数控系统（CNC系统）（22课时）4.1CNC系统的组成;4.2 CNC系统的硬件结构;4.3 CNC系统的软件结构;4.4CNC系统的输入输出与通信功能;4.5开放式数控系统的结构及其特点第五章：数控机床用可编程控制器（18课时）5.1概述;5.2数控机床用PLC;5.3典型PLC的指令系统第六章：数控机床的伺服驱动系统（6课时）6.1概述;6.2步进电动机伺服系统;6.3数控机床的位置检测装置;6.4直流电机伺服系统;6.5交流电机伺服系统第七章：数控机床的机械结构（12课时）7.1概述;7.2数控机床的主传动系统;7.3数控机床的进给传动系统;7.4数控机床的自动换刀系统;7.5数控机床的辅助装置。
《数控车削编程与加工技术》部分习题答案
《数控车削编程与加工技术》部分习题答案第一章数控车床的工件原理和组成1．数控车床与普通车床相比，具有哪些加工特点？答：数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等工序的切削加工，并可进行切槽、钻、扩、铰孔和各种回转曲面的加工。
数控车床加工效率高，精度稳定性好，操作劳动强度低，特别适用于复杂形状的零件或中、小批量零件的加工。
数控车床与普通车床相比，具有三个方面的特色。
（1）高难度加工。
如“口小肚大”的内成型面零件，在普通车床上不仅难以加工，并且还难以检测。
采用数控车床加工时，其车刀刀尖运动的轨迹由加工程序控制，“高难度”由车床的数控功能可以方便地解决.（2）高精度零件加工。
复印机中的回转鼓、录像机上的磁头及激光打印机内的多面反射体等超精零件，其尺寸精度可达0.01m，表面粗糙度值可达Ra0.02m，这些高精度零件均可在高精度的特殊数控车床上加工完成。
（3）高效率完成加工。
为了进一步提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批复杂零件车削全过程的自动化。
2．试简述数控车床工作时的控制原理。
答：数控车床是一种高度自动化的机床，是用数字化的信息来实现自动化控制的，将与加工零件有关的信息——工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数（进给执行部件的进给尺寸）、切削加工的工艺参数（主运动和进给运动的速度、切削深度等），以及各种辅助操作（主运动变速、刀具更换、冷却润滑液关停、工件夹紧松开等）等加工信息——用规定的文字、数字和符号组成的代码，按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。
数控车床的数字控制的原理与过程通过下述的数控车床组成可得到更明确的说明。
3．数控车床一般由哪几部分组成？各有何作用？答：数控车床是由数控程序及存储介质、输入/输出设备、计算机数控装置、伺服系统、机床本体组成。
数控技术第二版 课后答案 朱晓春
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论1.1数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工1.2 数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
1.3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
1.5．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。
（3）半闭环控制系统：其特点：a. 反馈信号取自于传动链的旋转部位；b. 检测电动机轴上的角位移；c. 精度及稳定性较高，价格适中。
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CA相通电
三相反应式步进电机的结构示意图和展开后步进电机齿距
绕组
定子铁心
A
转子铁心
B
S
S
C A 相磁通 A相 B相 C相
各相定子
C
N
N
B
9° 3° 转子齿展开 6°
A
顺时针方向
若通电为三相三拍，转子齿数为40时,当转子齿与A相定子齿对齐时，转子 齿与B相定子齿相差1/3齿距，即3°，与C相定子齿相差2/3齿距，即6°。
步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的 从一相绕组 通电转换到 另一相绕组 通电为一拍
A
逆时针旋转30°
C
4
1 3
B
2
逆时针旋转30°
B A C
4 1 2 3
C
A B相通电 A B C
B C
1
B
B
4
A
A A 相通电
逆时针旋转30°
2014-6-19 南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
C 相通电
3
2
C
A C
进 给 指 令
比较控制环节
驱动控制单元
执行元件 机 床
把驱动线路的表示位移量的电信号转换 • 调速范围宽而有良好的稳定性，尤 为机械运动
其是低速时的速度平稳 反馈检测单元 • 负载特性硬 • 具有快速响应特性 • 能够频繁启、停及换向
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
数控机床伺服系统的分类
4 1 2 3 C
B
A C 1 B 4 A BC 相通电 A
2 B 3 C
C
1
A
2 3
B C
B
A B相通电 A 1
4 2 3 A
B 4 A
C 相通电 A 2
1 3 4 A
C B
B C
C
4
1 2 3
B C
C B
B C
B
A AB 相通电
2014-6-19
A 相通电
三相反应式步进电机三相六拍工作原理图
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
T/ (N?m)
4. 矩频特性
步进电机的输出转矩与运行频率 的关系。分：起动矩频特性和运 行矩频特性
15
10
5
o
4 8 12 14 16 20 各种频率下的负载力矩 f/ kHz 必须在矩频特性曲线的 范围内
步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连 续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率。 其值远大于启动频率。 运行矩频特性是描述步进电机在连续运行时，输出转 矩与连续运行频率之间的关系，它是衡量步进电机运 转时承载能力的动态指标。
第六章 伺服驱动系统
6.1 概述
概念:以机床移动部件的位臵和速度为控制量的自动控制系统， 又称随动系统、拖动系统或伺服机构 数控伺服分进给伺服控制和主运动的伺服控制 数控机床的最高运动速度、跟踪及定位精度、加工表面质量、 生产率及工作可靠性等技术指标，主要决定于伺服系统的动态 和静态性能。
2014-6-19
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
3. 启动频率
空载时，步进电机由静止突然启动、并进入不丢步的正常运行 状态所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率fq，是反映 步进电机快速性能的重要指标。 空载启动时，步进电机定子绕组通电状态变化的频率不能高于 该启动频率。原因是频率越高，电机绕组的感抗（XL＝2πf L） 越大，使绕组中的电流脉冲变尖，幅值下降，从而使电机输出 力矩下降。 电动机带载后，启动频率要下降。这时起动频率主要取决于负 载的转动惯量，可以用起动惯频特性曲线来描述。用户可以根 据厂家提供的起动惯频特性曲线来决定带载时的起动频率。
360 / mzk
式中 m——定子相数； 电动机一旦选定以后，其步距角就固定不 z ——转子齿数； k ——通电方式，纯单拍 变，要改变，只能通过驱动电源的细分功 能来实现。 或纯双拍时取1，单、双拍 交替时取2。
2014-6-19 南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
常见步距角： 0.36º ， 0.45º ， 0. 6º ， 0.72º ， 0.75º ， 0.9º ， 1.2º ， 1.5º ， 1.8º 等
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
永磁式步进电动机
转子由永久磁钢制成，定子上的绕组线圈在换相通电时， 不需要太大的电流，绕组断电时具有自锁能力。 该类电机动态性能好、输出转矩大、驱动电流小、电动 机不易发热，但制造成本较高。 由于转子受磁钢加工的限制，步距角较大，与之配套的 驱动电源一般要求具有细分功能。
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
步进电机的分类
步进电机有许多的结构类型，主要是根据相数、产生力矩的原理、 输出力矩的大小和结构进行分类。 1、根据相数分类：主要分为三、四、五、六相等几种。另外还可以 根据工作节拍，分为m相m拍，双m拍和m相双m拍等。 2、根据产生力矩的原理分类：根据磁场建立方式，主要可分为反应 式、永磁反应式（激磁式）和混合式三类。 3、根据输出力矩的大小分类：伺服步进电机和功率步进电机。 4、根据结构分类：轴向分相式和径向分相式，轴向分相式又称之为 多段式，径向分相式又称为单段式。 ××× BF ××× ××× BC ××× ××× BY ××× ××× BYG ××× 电动机外径
2014-6-19 南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
f/Hz
加、减速的方法
fb
fa
直线加减速：以恒定的加速度进行升降，平 稳性好，一般适用速度变化范围较大的快速 定位方式中。加速时间虽然长，但软件实现 比较简单。 指数曲线加减速：指数规律加减速控制一般 适用于跟踪响应要求较高的切削加工中。从 步进电动机的运行矩频特性出发，根据转矩 随频率的变化规律推导出来的，它符合步进 电动机加减速过程的运动规律，能充分利用 步进电动机的有效转矩，快速响应好，升降 时间短。 抛物线加减速：将直线加减速和指数曲线加 减速融为一体，充分利用步进电机低速时的 有效转矩，使加减速的时间大大缩短，同时 又具有较强的跟踪能力。
五个极齿
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
定子上线圈的绕法
A相
C相
B相
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
转子 转子上有均匀分布 的齿，没有绕组。 以四十齿为例,转 子齿间夹角为9o
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
步进电机的实物图
2014-6-19
2014-6-19 南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
规律
定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过 一个步距角 定子绕组的通电顺序决定转子的旋转方向 通电状态的变化频率，决定转子的旋转速度
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
6.2.2 步进电机的主要特性
1.步距角α 定义:每给一个脉冲信号,电机转子应转过角度 的理论值。步距角取决于电机结构和控制 方式。
2014-6-19
反应式 磁阻式 永磁式 永磁感应式 励磁绕组的相 数或其他代号
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
反应式步进电动机
定子和转子不含永久磁铁，定子上绕有一定数量的绕组 线圈，线圈轮流通电时，便产生一个旋转的磁场，吸引 转子一步一步地转动。绕组线圈一旦断电，磁场即消失， 该种步进电机掉电后不能自锁。 此类电动机结构简单、材料成本低、驱动容易，定子和 转子加工方便，步距角可以做的较小，但动态性能差一 些，容易出现低频振荡现象，电动机温升较高。
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
5. 加、减速特性
步进电机的加减速特性是描述步进电机由静 止到工作频率和由工作频率到静止的加、减 速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与 时间的关系。 当要求步进电机启动到大于启动频率的工作 频率时，变化速度必须逐渐上升；同样，从 最高工作频率或高于启动频率的工作频率停 止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和 逐渐下降的加速时间、减速时间不能过小， 否则会出现失步或超步。
伺服系统在低速时提供较大的输出转矩 (6)可靠性高：对环境（如温度、湿度、粉尘、油污、振动、电磁干 扰等）的适应性强，性能稳定，使用寿命长，平均无故障时间间 隔长
2014-6-19 南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
数控机床主轴驱动伺服系统性能
(1) 主轴与进给驱动的同步控制功能
(2) 准停控制功能
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
混合式步进电动机
转子上嵌有永久磁钢，可以说是永磁型，但是从定子和 转子的导磁体来看，又和反应式相似，所以是永磁式和 反应式的结合。 该类电动机输出转矩大、动态性能好、步距角小、驱动 电源电流小、功耗低，但结构稍复杂，成本相当较高。 性价比较高，目前得到了广泛的应用。
数控机床伺服系统的分类 (1)按用途和功能分：进给驱动系统和主轴驱动系统 (2)按其控制原理和有无位臵检测反馈环节分：开环 伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统 (3)按驱动执行元件分：步进式伺服系统、直流电机 伺服系统和交流电机伺服系统
2014-6-19
南京理工大学 机械工程学院 黄新燕
6.2 步进电机及其驱动控制系统
2. 矩角特性、最大静态转矩 Mjmax和Mq
a
Mj A M j max B Mq O θ C
当步进电机处于通电状态时，转子处在不动状态，即静态。 如果在电机轴上施加一个负载转矩M，转子会在载荷方向 上转过一个角度θ，转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用 与负载平衡，该电磁转矩Mj称为静态转矩，该角度θ称为 失调角。 步进电机单相通电的静态转矩Mj随失调角θ的变化曲线称 为矩角特性