《数控技术》第三章(第五节)
数控机床技能实训：第三章 数控车床的加工工艺基础与编程
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
范围很大，并可无级调速，加工时可选用最佳的切削速度和进 给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，这就 大大地提高了生产率，降低了加工成本，尤其对大批量生产的 零件，批量越大，加工成本越低。
中体现并由机床自动完成加工，因此，数控加工工艺 的正确与 否将直接影响到数控车床的加工精度和效率。 一、数控车削加工零件的类型
数控车床车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动， 配合刀具在平面内的运动，加工的类型主要是回转体零件。
回转体零件分为轴套类、轮盘类和其他类几种。轴套类和 轮盘类零件的区分在于长径比，一般将长径比大于1的零件视为 轴套类零件；长径比小于1的零件视为轮盘类零件。
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识 3.2数控车削加工工艺的相关内容 3.3数控车削加工编程基础
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识
数控车床与普通车床相比，加工效率和精度更高，可以加 工的零件形状更加复杂，加工工件的一致性好，可以完成普通 车床无法加工的具有复杂曲面的高精度的零件。
端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺 纹、锥面螺纹等。
(3)其他类零件 数控车床与普通车床一样，装上特殊卡盘就可以加工偏心
轴，或在箱体、板材上加工孔或圆柱。
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
二、数控车削的加工特点 数控车削是数控加工中使用最广泛的加工方法之一，同常
数控技术及编程
第五节 典型伺服系统
2. 螺距误差补偿 传动链中的滚珠丝杠螺距
累积误差直接影响工作台的位 移精度，为数控设备提供了自 动螺距误差补偿功能来解决这 个问题。
3. 细分线路 细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将
原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。
第五节 典型伺服系统
第六节 数控机床的进给传动部件
1. 滚珠丝杠螺母副的结构 滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝
杠脱离接触的为外循环，滚珠循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。 循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫工作圈数。 2．滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整
滚珠丝杠的传动间隙是轴向间 隙，消除间隙的方法常采用双螺母 结构，利用两个螺母的相对轴向位 移。
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。 5).矩频特性与动态转距
矩频特性是描述步进电机连续 稳定运行时输出转矩与连续运行频 率之间的关系。
第二节 步进伺服驱动控制
二. 步进电动机的驱动与控制
1。工作方式 从一相通电换接到另一相通电称为一拍，
第五节 典型伺服系统
B、提高开环系统伺服精度 提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小
步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。 从控制方法上讲有：传动间隙补偿、螺距误差补偿、细分线路。 1. 传动间隙补偿
传动间隙补偿的基本方法为： 判别进给方向变化后，首先不向 步进电机输送反向位移脉冲，而 是将间隙值换算为脉冲数，驱动 步进电机转动，越过传动间隙， 待间隙补偿结束后再按指令脉冲 进行动作。
数控技术基础课程复习题及答案第三章 数控机床的操作
第三章数控机床的操作一、选择题1、回零操作就是使运动部件回到( B )。
A) 机床坐标系原点B) 机床的机械零点C)工件坐标的原点。
2 、在 CRT/MDI 面板的功能键中，显示机床现在位置的键是( A )。
A) POS B) PRGRM C) OFSET3 、数控机床操作时，每起动一次，只进给一个设定单位的控制称为( A )。
A) 单步进给B) 点动进给C) 单段操作4 、设置零点偏置 (G54-G59)是从( C )输入。
A) 程序段中B) 机床操作面板C) CNC控制面板5 、数控机床工作时，当发生任何异常现象需要紧急处理时应启动( C )。
A) 程序停止功能B) 暂停功能C) 紧停功能二、填空题1 、连续自动加工或模拟加工工件的操作，在( 自动 )工作方式下进行。
2 、没有手轮时，手动控制机床到达机床或工件坐标系中的某一位置点的操作，在( MDI )工作方式下进行。
3 、机床开机后，一般应先进行( 回参考点 )操作。
4 、程序单段运行方式，一般是在什么时候使用( 首件试切加工 )。
5、为了保障人身安全，在正常情况下，电气设备和安全电压规定为 ( 36V )。
三、判断题1、安全管理是综合考虑“物”的生产管理功能和“人”的管理，目的是生产更好的产品。
( √ )2、若 CNC铣床长时间不使用，宜适时开机以避免NC资料遗失。
( √ )3、数控机床中MDI是机床诊断智能化的英文缩写。
( × )4、在机床接通电源后，通常都要做回零操作，使刀具或工作台退离到机床参考点。
( √ )5、回归机械原点之操作，只有手动操作方式。
( × )6、G01的进给速率，除F值指定外，亦可在操作面板调整旋钮变换。
( √ )7、加工中心通电后手动回参考点时，若某轴在回零前已在零点，这时此轴可不必再回零。
( × )8、刀具补偿工能包括刀补的建立、刀补的执行和刀补的取消三个阶段。
( √ )9、轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低切削速度，以克服“超程”或“欠程”现象。
数控技术(插补)
xi +1 = xi + 1 yi +1 = yi Fi +1 = xe y i −( xi + 1) ye = ( xe yi − xi ye ) − ye
于是有 Fi+1 = Fi －Ye
E(xe,ye) Pi(Xi,Yi) Pi+1(Xi+1,Yi+1)
0
x
第三章轮廓加工的数学基础
为了逼近曲线的相对位置沿 2）.若Fi<0为了逼近曲线的相对位置沿+y向走 为了逼近曲线的相对位置 一步即 y
y E(xe,ye)
0
x
设动点pi ( xi , yi )的Fi 值为
为便于计算机编程计算, 为便于计算机编程计算,
Fi = xe yi − xi ye
y
的计算予以简化。 将F的计算予以简化。 的计算予以简化 为了逼近曲线的相对位置沿 向走一步 向走一步， 1）.若Fi>0为了逼近曲线的相对位置沿+x向走一步，即 为了逼近曲线的相对位置
第三章轮廓加工的数学基础
3.1.1直线插补原理 3.1.1直线插补原理 1.偏差函数 1.偏差函数
如图所示， 如图所示，设规定轨迹为 直线段OE，起点在原点，终 起点在原点， 点E的坐标A(XeYe) , Pi(xi, yi)为加工点 。
Y
E ( Xe,Ye)
Pi(xi,yi) 0 x
则下式成立。 （1）.若P正好处在 OE 上,则下式成立。
3
F<0 ∆Y F=F+5 5
F计算 计算 -3 终点判别(n-1→n) → 终点判别 7 ≠0 6 ≠0 5 ≠0 4 ≠0 3 ≠0
0
Pi(xi,yi)
《数控技术第3版》_(习题解答)机工版
数控技术第三版章节练习答案第一章绪论1.1数控机床的工作流程是什么？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 数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？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。
1.4．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。
数控机床(第二单元)(第3-4章))
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第四节 主轴部件
一、主轴端部结构形状 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具。在设计要求上，应能保证定 位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主轴 端部的结构形状都已标准化，图3-15所示为车、铣、磨三种主要数控机 床的主轴端部结构形式。
a)
b)
c)
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第二节 数控机床主传动系统的特点
3．具有良好的抗振性和热稳定性 数控机床一般要同时承担粗加工和精加工任务，加工时可能由于断续切 削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原 因，造成主轴振动，影响加工精度和表面质量。因此在主传动系统中的 主要零部件不但要具有一定的静刚度，而且要求具有良好的抗振性。此 外，在切削加工过程中，主传动系统的发热往往使零部件产生热变形， 破坏零部件之间的相对位置精度和运动精度，造成加工误差。为此，要 求主轴部件具有较高的热稳定性，通常要求保持合适的配合间隙，并采 用循环润滑等措施来实现。 4．能实现刀具的快速和自动装卸 在自动换刀的数控机床中，主轴应能准确地停在某一固定位置上，以便 在该处进行换刀等动作，这就要求主轴实现定向控制。此外，为实现主 轴快速自动换刀功能，必须设计有刀具的自动夹紧机构。
第三节 数控机床主轴传动类型
1．带有变速齿轮的主传动 这种类型如图3-14a所示，主要适用于大、中型数控机床。 它是通过二级以上齿轮副实现分段无级变速，其优点是能够 确保低速时的转矩，满足主轴输出转矩特性的要求，而且变 速范围广。但结构复杂，需增加润滑和温度冷却系统，成本 较高。 齿轮变速方式有：电—液控制拨叉方式和电磁离合器方式， 在一些简易或教学型数控机床中采用手动换挡方式。
数控技术培训教材
精心整理数控操作工人培训教程集团公司工人培训教材目录说在前面第一章:数控机床概论第九节:基本外设第十节:位置随动系统的流程结构第三章:数控编程原理及规范第一节:基本编程规范第二节:准备机能--G指令第三节:辅助机能--M指令第四节:刀具机能与刀具的管理--T指令第五节:主轴机能--S指令第六节:一个小的程序实例第四章:数控系统的参数系统第一节:参数系统的作用第二节：参数的结构类型第三节：FANUC系统机床参数解析§3-1．FANUC-15系统的参数概览§3-2.设定参数§3-3.§3-4.§3-6.§3-7.§§§第四节：SIEMENSE840C的参数系统简介第五节：FANUC系统参数的输入方法第六节：SIEMENSE840C系统的数据管理第五章:数控系统的诊断系统及使用、维护第一节:故障报警系统简介第二节：FANUC典型系统的故障报警介绍第三节：SIEMENSE840C的报警系统第四节:诊断技术第五节:操作及保养注意事项第六章:数控机床的机械结构第一节：总体结构第二节：进给系统第三节：刀架和刀库系统第四节：主轴系统第十五节：加工程序实例分析第十六节：程序的键盘输入方法第八章：数控机床的操作与工艺调整第一节：操作键盘及CRT操作平台的一般结构第二节：机床的典型加工操作方式第三节：数控机床与工艺调整相关的参数第四节:位置基准的调整方法第五节：机械间隙的测量和参数设置第九章:数控系统中常用的操作英语数控操作工人培训教程说在前面随着计算机技术和自动控制理论的高速发展，以计算机技术为核心的自动控制系统在设备上的应用也越来越广泛。
如计算机检测、CNC（计算机数字控制）、CAM（计算机辅助制造）、CIMS（计算机集成制造系统）、机器人技术等。
这些都大大地延伸（西门对这些系统的讲解，达到对数控设备基本理论和共性知识的掌握。
数控技术 第三章 插补
3.逐点比较法圆弧插补 3.逐点比较法圆弧插补
（1）偏差函数 任意加工点P ），偏差函数 偏差函数F 任意加工点Pi（Xi，Yi），偏差函数Fi可表示为
Fi = X i2 + Yi 2 − R 2
=0，表示加工点位于圆上； 若Fi=0，表示加工点位于圆上； Y >0，表示加工点位于圆外； 若Fi>0，表示加工点位于圆外； <0， 若Fi<0，表示加工点位于圆内
Y Ae (Xe,Ye) F>0 Pi (Xi,Yi) F<0 X
为便于计算机计算) （2）偏差函数字的递推计算 (为便于计算机计算 为便于计算机计算 >=0，规定向+ 方向走一步（若坐标单位用脉冲当量表示） 若Fi>=0，规定向+X方向走一步（若坐标单位用脉冲当量表示）
Xi+1 = Xi +1 Fi+1 = XeYi −Ye (Xi +1) = Fi −Ye
2.逐点比较法直线插补 2.逐点比较法直线插补
（1）偏差函数构造 对于第一象限直线OA上任一点( OA上任一点 对于第一象限直线OA上任一点(X,Y) YX e − XYe = 0 若刀具加工点为Pi（ ），则该点的偏差 若刀具加工点为Pi（Xi，Yi），则该点的偏差 Pi 函数F 函数Fi可表示为 Fi = Yi X e − X i Ye 若Fi=0，表示加工点位于直线上； 表示加工点位于直线上； 表示加工点位于直线上方； 若Fi>0，表示加工点位于直线上方； 表示加工点位于直线下方。 若Fi<0，表示加工点位于直线下方。
F=0 F<0 F>0 F<0 F>0 F=0 F<0 F>0 F<0 F>0
《数控机床与编程技术》电子教案
《数控机床与编程技术》电子教案第一章：数控机床概述1.1 数控机床的定义与发展1.2 数控机床的组成及工作原理1.3 数控机床的分类及特点1.4 数控机床的应用领域第二章：数控编程基础2.1 数控编程的基本概念2.2 数控编程的步骤与方法2.3 数控编程的常用指令2.4 数控编程的坐标系与坐标变换第三章：数控机床的加工工艺3.1 数控加工的基本原理3.2 数控加工工艺参数的选择3.3 数控加工路径的规划与优化3.4 数控加工中的刀具补偿与切削参数调整第四章：数控编程实例解析4.1 二维轮廓加工编程实例4.2 三维曲面加工编程实例4.3 复杂零件加工编程实例4.4 自动化生产线编程实例第五章：数控机床的维护与故障诊断5.1 数控机床的日常维护与保养5.2 数控机床常见故障及诊断方法5.3 数控机床故障排除与维修实例5.4 数控机床的安全操作与事故预防第六章：数控机床的操作与调试6.1 数控机床的操作界面及功能6.2 数控机床的操作步骤与技巧6.3 数控机床的调试与参数设置6.4 数控机床操作中的安全注意事项第七章：数控系统的参数设置与优化7.1 数控系统的主要功能与结构7.2 数控系统的参数设置方法7.3 数控系统的优化与调试7.4 数控系统常见故障分析与解决方法第八章：数控机床的精度检测与补偿8.1 数控机床精度检测的基本原理8.2 数控机床精度检测的方法与设备8.3 数控机床误差的分析与补偿8.4 提高数控机床加工精度的措施第九章：数控机床的自动化与智能化9.1 数控机床自动化的基本概念9.2 数控机床自动化系统的组成与功能9.3 数控机床智能化的技术途径与实现9.4 数控机床自动化与智能化的发展趋势第十章：数控机床的应用与发展10.1 数控机床在制造业中的应用案例10.2 数控机床技术的创新与发展10.3 数控机床行业的发展现状与趋势10.4 数控机床技术在未来的挑战与机遇重点和难点解析重点环节1：数控机床的定义与发展解析：了解数控机床的基本概念、发展历程和现状对于理解后续章节至关重要。
机床数控技术第3章数控加工程序的编制
6. 程序校验和首件试切
程序送入数控系统后，通常需要经过试运行和首 件试切两步检查后，才能进行正式加工。通过试运行， 校对检查程序，也可利用数控机床的空运行功能进行 程序检验，检查机床的动作和运动轨迹的正确性。对 带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控机床可进行数 控模拟加工，以检查刀具轨迹是否正确；通过首件试 切可以检查其加工工艺及有关切削参数设定得是否合 理，加工精度能否满足零件图要求，加工工效如何， 以便进一步改进，直到加工出满意的零件为止。
1—脚踏开关 2—主轴卡盘 3—主轴箱 4—机床防护门 5—数控装置 6—对刀仪 7—刀具8—编程与操作面板 9—回转刀架 10—尾座 11—床身
3.2 数控车削加工程序编制
数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、 圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面等。对于盘类零 件可进行钻、扩、铰、镗孔等加工。数控车床还可以 完成车端面、切槽等加工。
3. 程序名
FANUC数控系统要求每个程序有一个程序名，
程序名由字母O开头和4位数字组成。如O0001、 O1000、O9999等
3.2.3 基本编程指令
1. 快速定位指令G00
格式：G00 X(U)＿ Z(W)＿；
说明：
(1) G00指令使刀具在点位控制方式下从当前点以快移速度 向目标点移动，G00可以简写成G0。绝对坐标X、Z和其增 量坐标U、W可以混编。不运动的坐标可以省略。
3.2.1 数控车床的编程特点
（1）在一个程序段中，可以用绝对坐标编程，也可用 增量坐标编程或二者混合编程。
（2）由于被加工零件的径向尺寸在图样上和在测量时 都以直径值表示，所以直径方向用绝对坐标(X)编程时 以直径值表示，用增量坐标(U)编程时以径向实际位移 量的2倍值表示，并附上方向符号。
数控技术第3章插补原理
插补是数控系统最重要的功能；
插补实际是数据密集化的过程； 插补必须是实时的； 插补运算速度直接影响系统的控制速度； 插补计算精度影响到整个数控系统的精度。
插补器按数学模型分类，可分为一次插补器、二次插补器及高 次曲线插补器； 根据插补所采用的原理和计算方法不同，分为软件插补和硬件 插补。目前大多采用软件插补或软硬件结合插补。 根据插补原理可分为：脉冲增量插补和数字采样插补。
过象限处理：过象限时刻， 必有一个坐标值为零。 当圆弧起点在第一象限时， 逆时针圆弧过象限后转换顺 序：NR1—NR2—NR3— NR4—NR1 顺时针圆弧过象限的转换顺 序：SRl—SR4—SR3— SR2—SRl，。 坐标变换：对于 XZ平面、 YZ平面，参照XY平面处理
5. 运算举例（第Ⅰ 象限逆圆弧） 加工圆弧AE，起点(4,3)， 终点(0,5) ，E=(4-0)+(53)=6 插补过程演示
2. 递推法：后一步的偏差用前一步的偏差递推出来 若 Fi , j 0 ,向+X方向发出一个脉冲 ，新加工点 P( xi 1 , y j )的 偏差：
Fi 1, j xe y j ( xi 1) ye xe y j xi ye ye Fi, j ye
若 i, j 偏差：
e
t
ky dt ky t
e 0 i 1 e
0 t
i 1 n
直线插补数字积分器：由 累
加器(或称余数寄存器)和被积函数 寄存器组成。
插补开始前，累加器清零，被积函
数寄存器分别寄存 xe和 ye；插补开 始后，每来一个累加脉冲Δt ，被 积函数寄存器里的内容在相应的累 加器中相加一次，相加后有溢出 （即达到1个脉冲）则驱动相应坐 标轴进给一个脉冲当量。而余数仍
数控技术 第三章 插补原理
一.逐点比较法直线插补算法
⑴判别函数及判别条件 如图所示，对XY平面第一象限直线段进 行插补。直线段起点位于坐标原点O，终点位 于A（Xe,Ye）。设点P（Xi，Yi）为任一动点。 若P点在直线OA上，则： Y XeYi – XiYe = 0 A (X Y ） 若P点在直线OA上方，则： F＞0 P (X Y ） XeYi – XiYe > 0 若P点在直线OA下方，则： F＜0 XeYi – XiYe < 0 X
2013-8-13
Y E(Xe,Ye) ) O X
15
四个象限直线的偏差符号和插补进给方向如下图所示， 用L1、L2、L3、L4分别表示第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限的直线。 为适用于四个象限直线插补，插补运算时用∣X∣， ∣Y∣代替X，Y，偏差符号确定可将其转化到第一象限， 动点与直线的位置关系按第一象限判别方式进行判别。
2013-8-13
4
脉冲增量插补法比较适用于步进电机作 为驱动电机的系统。有下列常见的几种：
（ 1 ）数字脉冲乘法器 （ 2 ）逐点比较方法 （ 3 ）数字积分方法 （ 4 ）比较积分方法 （5）最小偏差方法 （ 6 ）直接函数方法
2013-8-13
5
（二）数字增量（数据采样）插补算法
1.数字增量插补的特点 数字增量插补也称数据采样插补，它为时间标量插 补，这类插补算法的特点是插补运算分两步完成：第 一步是粗插补：计算出插补周期内各坐标轴的增量值。 第二步是精插补：根据采样得到的实际位置增量值， 计算跟随误差，得到速度指令，输出给伺服系统，通 常称为精插补。这种方法比较适用于伺服电机作为驱 动电机的系统 ⑴粗插补 它是在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点， 即用若干条微小直线段来逼近给定的曲线，这些微小 直线段的长度ΔL相等且与给定的进给速度有关。由于 粗插补在每个插补周期内之计算一次，因此每一微小 直线段的长度ΔL与进给速度F和插补周期T的关系如下： ΔL=FT。粗插补在每个插补周期内计算出坐标位置增 量值。
《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。
《数控原理与数控技术运用》(课程代码：05785)课程考试大纲要点
广东省高等教育自学考试《数控原理与数控技术运用》（课程代码：05785）课程考试大纲目录一、课程性质与设置目的二、考试内容与考核目标第一章概述第一节数字控制与数控机床第二节数控机床的分类第三节数控机床的选型第四节数控技术的发展第二章零件加工程序的编制第一节数控编程的基本知识第二节数控加工工艺基础第三节数控加工指令第四节数控编程典型实例第五节自动编程第三章数控机床加工控制原理第一节数控装置的工作过程第二节插补原理第三节进给速度控制原理第四节刀具补偿原理第四章数控装置第一节数控装置的组成及作用第二节数控装置的硬件系统第三节数控装置的软件系统第四节数控装置的输入/输出接口第五节数控装置的PLC控制功能第六节基于PC的数控系统开发实例第五章位置检测装置第一节概述第二节光栅第三节脉冲编码器第四节旋转变压器第五节感应同步器第六节磁栅第七节球栅第六章数控机床的伺服系统第一节伺服系统的基本概念第二节步进电动机及其驱动装置第三节交流伺服系统第四节机床进给伺服系统设计第五节伺服系统的性能对加工精度的影响第七章机床的数控化改造第一节机床数控化改造的意义第二节数控化改造的内容与改造方案第三节机械部分改造设计第四节数控系统的选型第五节普通车床数控化改造实例三、关于大纲的说明与考核实施要求【附录】题型举例一、课程性质与设置目的（一）课程性质与特点《数控原理与数控技术运用》是全国高等教育自学考试机械制造与自动化专业一门重要的专业课，它以数控机床为对象，研究数控加工程序编制、数字控制系统的工作原理、组成及其在数控机床上的应用，是为培养自学应考者在掌握数控机床基本结构、工作原理的基础上熟练进行数控加工编程而设置的一种应用型课程，共5个学分。
本课程注重实践教学环节，岗位适应性与实用性强。
（二）课程的基本要求通过本课程的学习，自学应考者应掌握数控加工程序编制、数控技术的基本原理和基础知识；学会合理地选用和设计组成数控机床的数控装置及伺服系统，具备编写典型零件数控加工程序、正确使用数控设备的能力。
机床数控技术第三章
第二节 CNC系统的硬件结构
三、开放式数控系统结构 1．美国的NGC和OMAC计划及其结构 2．欧共体的OSACA计划及其结构 3．日本的OSEC计划及其结构
第三节 CNC系统的软件结构
一、 CNC系统的软件结构 CNC系统的软件是为完成CNC系统的各项功能而专门设计和编制的，是数控加工系 统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。 在CNC系统中，软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可 以由软件来完成。但是它们各有特点：硬件处理速度快，造价相对较高，适应性 差；软件设计灵活、适应性强，但是处理速度慢。因此，CNC系统中软、硬件的 分配比例是由性能价格比决定的。
图3-2 CNC系统的系统平台
第一节 概述
一、CNC系统的工作过程
1．输入 2．译码处理 3．数据处理(刀具长度补偿、半 径补偿、反向间隙补偿、丝杠 螺距补偿、过象限及进给方向 的判断、进给速度换算、加减 速控制及机床辅助功能处理等) 4．插补运算与位置控制 5．输入/输出（I/O）处理 6．显示 7．诊断
零件 程序
第一种: 硬件 第二种：硬件 第三种：硬件
输入
软件
插补 准备
插补
硬件
位置 控制
速度 控制 位置 检测
硬件
执行 电机
机床
软件 软件
硬件
CNC中三种典型的软硬件功能界面
第三节 CNC系统的软件结构
二、 CNC软件结构特点
1．CNC系统的多任务性
CNC系统的任务
管理
控制
输 入
I/O 处 理
显 示
第二节 CNC系统的硬件结构
二、大板式结构和功能模块式结构
从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结构 和模块化结构
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(2)刀具路径的生成 图形交互式自动编程的刀具路 径的生成是面向屏幕上的图形交互进行的。首先， 从几何图形文件库中获取已绘制的零件几何造型 后，应根据所加工零件的形面特征和加工要求， 正确选用刀具路径主菜单下的有关加工方式菜单， 根据屏幕提示，输入刀具路径文件名，用光标选 择相应的图形目标，输入所需的各种参数。软件 将自动从图形文件中提取编程所需的信息，进行 分析判断，计算节点数据，并将其转换为刀具位 置数据，存入指定的刀位文件中，同时可进行刀 具路径模拟和加工过程动态模拟，在屏幕上显示 出刀具轨迹图形。
其后美国航空空间协会继续对APT进行改进，1970年 发表了APTⅣ，可处理自由曲面的自动编程。美国除了开 发大而全的APT系统之外，还开发了ADAPT、 AUTOSPOT等小型系统。APT系统配有多种后置处理程 序，通用性好，可靠性高(可自动诊错)，是一种应用广泛 的数控编程软件，能够适应多坐标数控机床加工曲线曲 面的需要。 随后世界上许多先进工业国家也都开展了自动编程 技术的研究工作，并开发出自己的数控编程语言，但大 多是参考APT语言的设计思想，根据不同需要研究出了许 多各具特色的自动编程系统。其中，英国开发了2C、 2CL、2PC，德国开发了EXAPT，法国开发了IFAPT，日 本有FAPT、HAPT系统等。国外有代表性的自动编程系 统如表6—1所示。）
车间技术人员
DNC Server
车间技人员
加工中心与CAD/CAM软件编程
MasterCAM软件：美国CNC软件公司的优秀产品，使用简单 ，但功能强大，市场上使用较多。
Design 方法与步骤：
1.绘图/直线/水平线（垂直线） 2.绘图/圆弧/点半径圆（点直径圆）
加工中心与CAD/CAM软件编程
刀具 圆角立铣 刀 球面立铣 刀 球面立铣 刀
表1 WATERSON瓶体 模具的切削用量
直径(mm)
12
8
6
切削速度Vc (m/min)
210
170
120
转速N (r/min)
10000
15000
20000
每齿进给量fz (mm)
0.25
0.15
0.1
切削宽度ae (mm)
0.6
0.2
0.1
切削深度ap (mm)
计算机处理零件源程序一般经过下列三个阶段： (1)翻译阶段 翻译阶段是按源程序的顺序，依次 进行一个符号一个符号地阅读并进行语言处理。首 先分析语句的类型，当遇到几何定义语句时，则转 入几何定义处理程序。另外，在此阶段还需进行十 进制到二进制的转换和语法检查等工作。 (2)数值计算阶段 该阶段的工作类似于手工编程 时的基点和节点坐标数据的计算，其主要任务是处 理连续运动语句。通过计算求出刀具位置数据 (Cutter Location Data——CLDATA)并以刀具位置文 件的形式加以保存。
1
0.4
0.15
图6 螺旋线进刀轨迹
图7 圆弧进刀轨迹
6 数控编程（略） 7 加工仿真
图8 粗加工仿真
图9 半精加工仿真
加工中心与CAD/CAM软件编程
加工中心:
CNC Machine Center 带有自动换刀功能的 数控机床，配有刀库 ，可以根据加工过程 需要实现自动更换主 轴刀具。 立式加工中心
图1实体的生成
图2 叶片曲面的造型
图3 WATERSON瓶体的造型图
2 产品模具设计及其材料选择
在模具设计中，先设计出实心瓶体，再在此 基 础 上 设 计 出 型 腔 模 具 。 在 尺 寸 为 120mm×80mm×201mm3的长方体上形成模具体。根 据加工需求，在毛坯模型上添加退刀槽和固合模 孔，在模具底部设计两定位孔。至此完成了 WATERSON瓶体模具三维造型。模具材料为塑料模 具钢 3Cr2NiMnMo ，其硬度为 35HRC ，表面质量要 求Ra=0.4μ m。
三．图形交互式自动编程系统 图形交互式自动编程是建立在CAD和CAM 基础上的，其工作过程为： (1)几何造型 几何造型就是利用图形交互式自动 编程软件的CAD功能，即构建图形、编辑修改、 曲线曲面造型和实体造型等功能，将零件被加工 部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上，同 时在计算机内自动形成零件图形的数据文件，作 为下一步刀具轨迹计算的依据。自动编程过程中， 软件将根据加工要求提取这些数据，进行分析判 断和必要的数学处理，以形成加工的刀具位置数 据。
源程序中标点符号
源程序中的词汇
源程序中的数字
在零件程序中使用的数全为浮动小数点，小数时，包 括小数点在内可表示12位数。整数则可以表示235－1以 内的数。
源程序中的语句标号
源程序中的名字
零件源程序实例 STPT为刀具的起点，用ISO语言书写的零件源程序如下：
PARTNO/SAMPLE PART PROGRAM C5(零件源程序号为试 件程序C5，用来识别零件和控制带，并作为程序单的标题) STPT=POINT/0,0,0(STPT为起刀点的代号，它处在x=0，y=0， z=0的位置，即坐标系原点）)
数控技术
武汉科技大学 机械自动化学院
第三章 数控加工的程序编制
• • • • • 程序编制的内容与方法 数控机床的坐标系统 加工程序的指令代码与程序结构 编程实例 自动编程
第五节 自动编程 一、自动编程系统概述
自动编程中的刀具相对于零件的走刀轨迹计 算、加工程序单编写、纸带穿孔直至程序校验等， 由计算机辅助的方法来自动完成。 计算机经过输入翻译，首先形成机内零件几 何元素的数据，然后进行工艺处理（刀具选择、 走刀分配、工艺参数）与刀具运动轨迹的坐标计 算，使自动生成一系列的刀位数据。 分为：主信息处理或前置处理，是通用的， 只与零件图形及工艺有关，与具体机床无关。 后置处理：专用，与具体机床的功能代码和程序 格式有关。
自动编程系统简介 最早研究数控自动编程技术的国家是美国。 1952年，美国麻省理工学院(MIT)研制成功第一 台数控铣床。为了充分发挥铣床的加工能力，解 决复杂零件的加工问题，MIT伺服机构研究室随 即着手研究数控自动编程技术，1955年公布了该 研究成果，即用于机械零件数控加工的自动编程 语言APT(Automatical Programmed Tools)。1958 年，美国航空空间协会组织了十多家航空工厂， 在麻省理工学院协助下进一步发展APT系统，产 生了APTⅡ，可用于平面曲线的自动编程问题。 1962年，又发展成APTⅢ，可用于3－5坐标立体 曲面的自动编程。
加工中心与CAD/CAM软件编程
CAD:计算机辅助设计 Computer-aided Design
加工中心与CAD/CAM软件编程
CAM:计算机辅助制造 Computer-aided Manufacturing
加工中心与CAD/CAM软件编程
后处理：生成与数控系统匹 配的数控程序，即G代码 。
数控自动编 程语言APT
系统处理程序
通用计算机
零 件 图 纸
数 控 语 言
零 件 源 程 序
翻 译 处 理
刀 具 轨 迹 处 理
打印程序单 后 置 处 理
制作穿孔带
数 控 机 床
直接通讯
CRT显示 绘图仪检查
微机自动编程系统: 基于CAD/CAM的自动编程 Pro-E UG Ideas CATIA Solidedge Slidewoks MasterCAM CAXA
(3)后置处理阶段 后置处理阶段是按照计算阶段 的信息，通过后置处理生成符合具体数控机床要 求的零件加工程序。该加工程序可以通过打印机 输出加工程序单，也可以通过穿孔机或者磁带机 制成相应的数控带或磁带作为数控机床的输入信 息，还可以通过计算机的通信接口，将后置处理 的信息直接输至数控机床控制机的存储器，予以 调用。
MasterCAM软件：美国CNC软件公司的优秀产品，使用简单 ，但功能强大，市场上使用较多。
总结数控自动编程的产生和发展 美： APT ADAPT AUTOSPOT 2C 2CL 2PC
德： EXAPT-1/2/3
日： PAPT HAPT 数控编程技术发展趋势
（点位、车削、铣削）
★发展会话型自动编程系统
★数字化技术编程法 ★计算数控中的直接编程
★ 数控图形编程系统
★ 语音数控自动编程
★ 发展模块化的多功能的编程系统
MasterCAM软件：美国CNC软件公司的优秀产品，使用简单 ，但功能强大，市场上使用较多。
Design 方法与步骤：
3.修整/打断/在交点处→选择要打断的图素→点击“执行” 4.绘图/倒圆角→点击“圆角半径” →输入半径值并回车→分别 点击要倒圆角的两个相邻图素
加工中心与CAD/CAM软件编程
图4 WATERSON瓶体模具图
3
3 工艺路线制定
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) （8） 清理毛坯 铣定位面、顶平面 钻定位销孔、固合模孔 铣顶端凸台 粗铣型腔 半精铣型腔 铣槽 精铣型腔、小叶片
4 夹具设计
图5 机床夹具图
5 选择刀具，确定切削用量和刀轨路径
工序 粗加工 半精加工 精加工
EXAPT系统结构框图
FANUC-P系统的功能
二、语言编程系统
源程序描述零件图的几何形状、尺寸、几何 要素间的相互关系以及运动顺序、工艺参数等。 通用计算机及其辅助设备是自动编程所需要的硬 件。编译程序又称为自动编程系统，其作用是使 计算机具有处理零件源程序和自动输出加工程序 的能力，它是自动编程所需要的软件。
(3)后置处理 后置处理的目的是形成数控加工文 件。由于各种数控机床使用的控制系统个同，其 编程指令代码及格式也有所不同，为此应从后置 处理程序文件中选取与所要加工机床的数控系统 相适应的后置处理程序，再进行后置处理，才能 生成符合数控加工格式要求的NC加工程序。