机床数控技术与应用期末总结

一．数控的概念：数字控制简称数控是一种自动控制技术，是用数字化信号对机械的运动及其工作过程进行控制的一种方法。

二．数控机床组成：通常是由程序载体、CNC装置、伺服驱动系统（包括主轴伺服驱动系统和进给伺服驱动系统）、检测与反馈装置、辅助装置和机床本体组成。

（1）、CNC装置组成：微处理器、存储器、局部总线、外围逻辑电路、和输入/输出控制。

（2）、伺服系统包括驱动装置和执行装置两大部分，执行装置常用的伺服电动机有，步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。而执行装置主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。伺服系统中常用的伺服驱动软件有功率步进电机、电液脉冲电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。

数控机床特点：①采用高性能主传动及主轴部件，使得主轴部件传递功率大、刚度高、抗震性好及热变形小。②进给传动采用高效传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点，一般采用滚珠丝杠副和直线滚动导轨副等。③具有完善的道具自动交换和管理系统。④在加工中心上一般具有工件自动交换、工件夹紧和放松机构。⑤机床本身基友很高的动、静刚度。⑥采用全封闭罩壳。

三．数控机床的分类

1.按运动控制的特点分类：点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。

①点位控制数控机床特点：只控制运动部件从一个位置到另一个位置的准确定位，严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关。

②直线控制数控机床特点：不仅要求具有准确的定位功能，还要求从一点到另一点按直线运动进行切削加工，刀具相对于工件移动的轨迹是平行机床各坐标轴的直线或两轴同时移动构成45度的斜线。

③轮廓控制数控机床特点：能够对两个或两个以上的坐标轴进行连续的切削加工控制，它不仅能控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且能按需要严格控制刀具的移动轨迹，以加工出任意斜线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线或曲面，

2.按伺服系统的控制方式分类：开环数控机床、半闭环数控机床、闭环数控机床。

①开环数控机床特点：开环控制具有结构简单，系统稳定，容易调试和成本低等优点，但加工精度较差。

②半闭环数控机床特点：半闭环控制系统实际控制的是丝杠的转动，而丝杠螺线副的传动误差无法测量，只能靠制造保证。因而半闭环系统的精度低于闭环系统。

③闭环数控机床特点;从理论上讲，闭环控制系统的控制精度主要取决于检测装置的精度，它完全可以消除由于传动部件制造中存在的误差给工件加工带来的影响。所以这种控制系统可以得到很高的加工精度。

3.按机床的工艺用途分类：金属切削类机床、金属成型类及特种加工类数控机床。

加工中心机床：也称为可自动换刀的数控机床，是一种带有自动换刀装置（刀库和自动交换刀具的机械手）能进行铣削、镗削、钻削加工的复杂型数控机床。

特点;工件一次装夹可完成多道工序。为进一步特高生产率，有的加工中心使用双工作台，一面加工，一面装卸，工作台可自动交换。

4.按照可联动轴数进行分类：两坐标联动控制、2.5坐标联动控制、三坐标联动控制、四坐标联动控制、五坐标联动控制。

四．数控机床的产生和发展历程

1.数控机床的发展历程;两个阶段和六代的发展两个阶段：数控（CN）阶段（1952-1970年）、计算机控制（CNC）阶段（1970-现在）。六代发展：第一代电子管、第二代晶体管、第三代小规模集成电路、第四代小型计算机、第五代微处理器、第六代基于PC。

2.数控机床的发展过程中，发生的历史事件：

①1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。

②1948年提出采用数控技术进行机械加工思想。

③1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一台三坐标联动的试验型数控铣床，这是公认的世界上第一台数控机床，当时点电子元件是电子管

④1959年，开始采用晶体管元件和印刷线路板，出现了带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心

⑤从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本也陆续开发生产了数控机床。

⑥1965年，数控装置开始采用小规模集成电路，使数控装置的体积减小，功耗降低，可靠性提高。但仍然是硬件逻辑数控系统（NC）

⑦1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS

⑧1970年，在美国芝加哥国际机床博览会上，首次展出了用小型计算机控制的数控机床，这是第一台计算机控制的数控机床（CNC）。

⑨1974年，微处理器直接用于数控系统，促进了数控机床的普及应用和数控技术发展。

⑩20世纪80年代初，国际上出现了以加工中心为主体，在配上工件自动装卸和监控检测装置的FMC

⑾1990年，PC 机的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且pc 机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了基于pc 的阶段。

3.数控机床的发展趋势：①运行高速化②加工高精化③功能复合化④控制智能化⑤体系开放化⑥驱动并联化⑦交互网络化。

五．插补原理：所谓插补是在对数控系统输入有限坐标点的情况下，计算机根据线段的特征。运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，即所谓“数控密化”，从而自动地对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，以满足加工精度的要求。

（1）从插补计算输出的数值形式来分有基准脉冲插补（又称脉冲增量插补）和数据采样插补。

（2）脉冲当量：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量

（3）逐点比较法的直线插补过程为没走一步要进行判别、进给、运算、比较。

六．逐点比较法计算（第一象限）

七．数控机床编程的步骤1、分析零件图样和工艺处理，2、数学处理，3、编写零件程序清单4、程序输入5、程序校核与首件试切。

首件试切：首件试切时，应该以单程序段的运行方式进行加工，随时监视加工状况，调整切削参数和状态，当发现存在加工误差事，应分析误差产生原因，找出问题所在，加以修正。

八、数控编程的坐标系

1.坐标和运动方向命名原则：不考虑实际机床在加工时是刀具移向工件，还是工件移向刀具，而一律假定工件固定，刀具相对于静止的工件而运动。

2.标准坐标系（机床坐标系）的规定：伸出右手时，大拇指的方向为X 轴的正方向，食指为Y 轴的正方向，中指为Z 轴正方向。Z 坐标的运动有传递切削力的主轴决定，与主轴线平行，刀具退离工件方向为Z 轴正方向。X 坐标一般是水平的，它平行于工件的装夹面，刀具离开工件旋转中心的方向为X 轴的正方向。 Z Y Z

Z

X

卧车 X X 卧铣 牛头刨

九、机床零点：机床坐标系的原点称为机床零点，它是机床上的一个固定点，由机床制造厂确定。数控车的机床零点一般设在主轴前端面的中心，Z 轴与轴平行，为横向进刀方向；X 轴与主轴垂直，为纵向进刀方向。

机床参考点：用于机床工作台与刀具相对运动的增量测量系统进行定标和控制的点。参考点的位置是由每个运动轴上的挡铁和限位开关精确地预先预定好，因此参考点对机床零点的坐标是一个固定的已知数。

工件坐标系与工件零点：工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系，是编程人员为了编程方便而由编程人员建立的。工件坐标系的原点既是工件零点。

十.数控加工的对象：数控机床适用于中小批量、形状复杂零件的加工。

十一.确定走刀路线时遵循的原则1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求，2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率，3、应使数值计算简单程序段数量小，以减少编程工作量。

（1）刀具半径补偿包括刀具半径偏移和尖角过渡。

（2）B 刀补和C 刀补区别：刀具半径补偿B 功能在零件轮廓的拐角处，通过附加圆弧进行过渡，这种过渡方法使得刀具在拐角处造成工艺停顿，不能加工出图纸规定的零件尖角，其工艺性能差。刀具补偿C 功能是在零件拐角处采用折线进行过渡，且系统可以自动实现尖角过渡，不需要人工指定。

十二.切削用量的确定（了解）

1.要充分保证刀具能加工完一个工件或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，最少也不低于半个班的工作时间。

2.切削深度主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。

3.对于表面粗糙度和精度要求高的零件，要留有足够的精加工余量。数控机床的精加工余量比普通机场小一些。

4.主轴转速n 要根据切削速度v 来选择：v=πnD/1000（D=工件或道具直径）

5.进给速度f 。，是数控机床切削用量中的重要参数，可根据工作的加工精度和表面粗糙度要求，以及道具和工件材料的性质选取。

直铣Z X Y