数控机床复习资料

数控机床复习资料第一章第一节数字控制是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法，包括：数控装置、可编程序控制器、主轴驱动及进给装置等部分，是机、电、液、气、光高度一体化的产品数控机床的工作流程：1数控加工程序的编程：加工前根据零件图样的形状、尺寸、材料及技术要求，确定工艺过程、工艺参数、几何参数及切削用量等。

2输入：把零件程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置中。

3译码：程序中包含的零件轮廓信息、加工进给速度等加工工艺信息由于计算机不能直接识别，由译码按照一定的语法规则将其解释成计算机能够识别的数据形式。

4刀具补偿：把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹运动，加工出所需要的零件轮廓，包括半径补偿和长度补偿。

5插补：为了控制加工运动，使刀具相对于工件做出符合零件轮廓轨迹的相对运动。

6位置控制和机床加工：在每一个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机，使机床的运动部件带动刀具相对于工件规定的轨迹和速度进行加工。

第二节数控机床是数值控制的工作母机总称，一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。

数控装置的主要功能：1多坐标控制2插补功能3程序输入，编辑和修改功能4故障自诊断功能5补偿功能6信息转换功能7多种加工方式选择8辅助功能9显示功能10通信和联网功能数控机床的分类1 按机械加工运动轨迹分类1）点位控制数控机床：是指刀具从某一位置移到下意位置的过程中，不考虑其运动轨迹，只要求刀具能最终准确到达目标位置。

刀具在移动过程中不切削，一般采用快速运动。

2）直线控制数控机床：这类数控机床不仅能保证点与点，之间的准确定位，而且控制量相关点直接的位移速度和路线。

3）轮廓控制数控机床：可以控制两个以上的轴，对位置和速度进行严格和不间断的控制。

典型机床有：数控车床，数控铣床，加工中心等。

2 按伺服系统的控制原理和分类1）开环控制的数控机床这类机床不带有位置检测装置，数控装置将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，指令的信号流程是单向的。

2）闭环控制的数控机床这类机床带有检测装置，它随时接受在工作台端测得的实际位置的反馈信号，将其与数控装置发来的指令位置信号相比较，尤其差值为零，进给轴停止运动。

3）半闭环控制的数控机床半闭环与闭环的区别在于反馈检测信号不是来自工作台，而是来自电动机端或丝杠端连接的测量元件。

3按功能水平分类可分为高级型、普通型和经济型数控机床。

数控加工编程基础数控机床的坐标系直线进给和圆周进给运动的坐标系：标准规定采用右手直角笛卡尔坐标系，即直线进给运动用直角坐标系X、Y、Z表示。

它们之间相互关系用右手定则确定。

标准规定，以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。

Z坐标规定平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z左边，取刀具远离工件的方向为正方向。

对于旋转机床，平行于工件轴线的坐标为Z坐标。

X坐标：规定X坐标轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。

对于工件旋转的机床，X坐标的方向是在工件的径向上，并平行于滑座。

对于刀具旋转的机床，当Z轴水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，向右方向为X轴正方向，当Z轴为垂直时，对于单立柱机床，面对刀具主轴向立柱方向看，向右方向为X轴正方向。

准备功能G代码G代码由地址码G后跟两位数字组成，从G00-G99共有100种，G代码分为模态代码和非模态代码，模态代码表示该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，直到出现在同组中其它任一G代码时才失效。

非模态代码只在有该代码的程序段中有效，G代码通常位于程序段中尺寸字之前。

G00 点定位G01 直线插补G02 顺时针方向圆形插补G03 逆时针方向圆弧插补G17 XY 平面选择G18 ZX平面选择G19 YZ平面选择G20-G32不指定G40刀具补偿G41 刀具补偿左G42 刀具补偿右辅助功能M代码它是由地址码和其它两位数字组成M02 程序结束M03 主轴顺时针方向M04 主轴逆时针方向M08 1号液切开M09 切削开关F代码F代码为进给速度功能代码用两种方法表示：编码法、直接指定法S代码S代码为主轴转速功能代码G92指令用来建立工件坐标系，规定了坐标系原点的位置工件坐标系指令，通常将工件坐标系原点设定在主轴轴线与工件右端面的交点处。

该指令要求XY齐全不可缺少，并且只能使用绝对坐标值，不能使用增量坐标值。

运动控制指令：使刀具从当前位置以系统设定的速度快速移动到坐标系的另一点，不进行切削加工，做空行程运动。

G00指令中不需要指定速度，即F值无效。

在此状态下不同数控机床运动方向不同。

1如果有的系统是按照机床设定速度先令某轴移动到位后再令另一轴移动到位2有的系统则是令各轴一起运动，如果X Y Z坐标不相等，自然各轴，到达目的点的时间就不同，刀具运动轨迹为一空间折线。

3 有的系统则是令各轴以不同的速度移动，同时达到目的点，刀具的运动轨迹为一直线，因此编程前应了解数控系统的G00指令各坐标轴运动规律和刀具的运动轨迹，避免刀具与工件或夹具碰撞。

G01是直线运动控制指令，命令刀具从当前位置以两坐标或三坐标联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动到达指定位置。

注意：G01既可双坐标联动插补运动，又可三坐标联动插补运动，取决于数控系统的功能，1）当G01指令后面只有两个坐标值时，刀具将做平面直线插补。

2）G01程序段中必须含有进给速度F指令，否则机床不动作3）G01和F指令均为续效指令圆弧插补指令G02表示顺时针圆弧插补，G03表示逆时针圆弧插补，在圆弧插补中沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐标轴由正方向向负方向看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。

数控车床的标准坐标系XOZ中，圆弧顺逆方向与我们的习惯正好相反。

圆弧加工程序段一般应包括圆弧所在平面、圆弧的顺逆、圆弧的终点坐标以及圆心坐标等信息，其程序段格式为G17 X----Y---- I----J----G18 G02 X----Z---- J----K---- F----G19 G03 Y----Z---- J----K----或R----程序段圆弧起点坐标指向圆心的矢量在坐标系中的分矢量来决定，且对大部分数控系统来说总是为增量值，即不受G90控制若圆弧对应圆心角大于180度，则R取正值，若180<θ<360，则R取负值。

第四章计算机数控装置数控系统是由数控程序、输入输出设备、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，有时也称CNC系统。

CNC装置的软件又称为系统软件，由管理软件和控制软件两部分组成。

CNC装置系统软件分为管理软件和控制软件管理软件：零件程序的输入输出程序、显示、故障诊断控制软件：译码、刀具补偿计算、插补计算、速度控制、位置控制1多微处理机CNC装置的基本模块1）CNC管理模块：管理系统工作过程，如初始化、中断管理、总线裁决、系统出错识别和处理、软硬件诊断等。

2）CNC插补模块：完成译码、刀具补偿计算、坐标位移量计算和进给速度处理等插补前的预处理，然后进行插补计算。

3）位置控制模块：插补后的坐标给定值与位置检测器得到的位置进行比较，自动进行加减速，回基准点等处理。

4）PLC模块：零件加工程序中某些辅助功能与和信号在PLC之间做逻辑处理，实现各功能之间的连锁。

5）操作与控制数据输入输出和显示模块：零件加工程序、程序参数和数据、各种操作命令输入和输出、显示所需要的各种接口电路。

6）存储器模块：为存放数据和指令的主存储器，或者功能模块之间的数据传送用的共享存储器。

2多微处理机CNC装置的特点：1）运算速度快，性价比高2）适应性强，扩展容易3）可靠性高4）硬件易于组织规模生产CNC装置软件结构特点多任务并行处理1）CNC装置具有多任务型：分为管理和控制软件两部分，数控加工时控制软件和管理软件经常同时运行2）并行处理：是同一时刻或同一间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，这项技术可以提高运算速度。

并行处理的方法有：资源共享，资源重复和时间重叠。

CNC装置的硬件的设计普遍采用资源重复的并行处理方法。

实时中断处理1）中断类型：外部中断、内部定时中断、硬件故障中断、程序性中断2）CNC装置中断结构模式：（1）中断型结构模式：特点是除了初始化程序之外，整个系统软件各种任务模块安排在不同级别的中断服务程序当中，管理功能通过各级各种中断程序之间的相互通信来解决（2）前后台型结构模式：特点是前台程序是一个中断服务程序，完成全部实时功能，后台程序是一个循环程序，包括管理软件和插补准备程序。

CNC装置的单微处理机结构与多微处理机结构有何区别？但微处理机结构的CNC装置中只有一个中央处理器，采用集中控制，分时处理数控的每一项任务，有些CNC装置虽然有两个以上的CPU，但只有一个主CPU能控制总线并访问存储器，而其它的只能完成一些辅助功能。

但是单微机系统会对进给速度有影响。

多微机系统的CNC装置中有两个或以上的微处理机构成的处理部件，之间采用紧耦合，有几种的操作系统，资源共享，或者有两个或两个以上的微处理机结构的功能模块之间采用松耦合，有多重操作系统并行处理，能够克服单微机结构的不足。

第五章数控装置的轨迹控制原理插补的任务就是按照进给速度的要求在轮廓起点和终点之间计算出若干中间点的坐标值。

由于每个中间点计算的时间直接影响数控装置的控制速度，而插补中间点的计算精度又影响整个数控系统的精度，所以插补算法对整个数控系统的性能至关重要，也就是说数控装置控制软件的核心是插补。

脉冲增量插补脉冲增量插补算法主要为各坐标轴进行脉冲分配计算。

其特点是每次插补的结束仅产生一个行程增量，以一个个脉冲的形式输出给各进给轴的伺服电动机。

一个脉冲产生的进给轴移动量叫脉冲当量。

脉冲增量插补就是分配脉冲的计算，在插补过程中不断向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，控制机床坐标做相应的运动，分为逐点比较法、数字积分法、比较积分法1逐点比较法：基本原理是数控装置在控制刀具按要求的轨迹移动过程中，不断比较刀具与给定轮廓的误差，由此误差觉得下一步刀具移动方向，且只有一个方向移动。

分为4个工作节拍：第一节拍——偏差判别第二节拍——进给第三节拍——偏差计算第四节拍——终点判别直线插补F=0刀具在直线上F>0刀具在直线上方F<0刀具在直线下方圆弧插补数控装置的进给速度控制1脉冲增量插补算法的进给速度控制分为软件延时法和中断控制法2数据采样插补算法的进给速度控制第六章数控机床的伺服系统数控机床的伺服系统应满足以下基本要求：1.精度高2.快速响应特性好3.调速范围要大4. 系统可靠性能要好数控机床伺服驱动系统的分类按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统。