第5章_数控机床的控制原理_2011
数控机床的工作原理
数控机床的工作原理数控机床是一种通过数字化程序控制工作过程的自动化机床，它的工作原理是通过计算机控制系统，实现对机床各轴运动、加工工艺参数和辅助功能的精确控制，从而完成工件的加工加工。
数控机床的工作原理主要包括数控系统、执行机构、传感器和工作台四个方面。
首先，数控系统是数控机床的核心，它由数控装置和输入设备组成。
数控装置是数控机床的"大脑"，它接收输入的加工程序和指令，经过处理后输出控制信号，控制执行机构实现各轴的运动。
输入设备通常是键盘、鼠标或者其他输入设备，用于输入加工程序、工艺参数等信息。
其次，执行机构是数控机床的关键部件，它包括主轴驱动装置、进给装置和辅助装置。
主轴驱动装置用于驱动主轴进行旋转运动，实现对工件的加工；进给装置用于控制工件在加工过程中的进给运动，包括直线进给和旋转进给；辅助装置用于实现机床的各种辅助功能，如换刀、冷却、润滑等。
第三，传感器是数控机床的感知器件，它用于感知机床各轴的位置、速度、加速度等信息，并将这些信息反馈给数控系统，以实现对机床各轴的闭环控制。
常见的传感器包括位置传感器、速度传感器、加速度传感器等。
最后，工作台是数控机床的加工平台，用于固定工件并进行加工。
工作台通常具有多轴自由度，可以实现对工件的多方向加工。
数控系统通过控制执行机构，使工作台按照预先设定的加工程序和路径进行运动，从而实现对工件的精确加工。
总的来说，数控机床的工作原理是通过数控系统控制执行机构，实现对工作台和刀具的精确控制，从而实现对工件的精确加工。
数控机床具有高精度、高效率、灵活性强等优点，已经成为现代制造业中不可或缺的重要设备。
随着科技的不断发展，数控机床的工作原理也在不断完善和创新，将为制造业的发展带来更多的机遇和挑战。
数控机床的工作原理及工作过程
数控机床的工作原理及工作过程标题：数控机床的工作原理及工作过程引言概述：数控机床是一种利用数字控制系统来控制机床动作的机床，它具有高精度、高效率和灵活性等优点，被广泛应用于各种制造行业。
本文将详细介绍数控机床的工作原理及工作过程。
一、数控机床的工作原理1.1 数控系统：数控机床的核心是数控系统，它由控制器、执行器和输入设备组成。
控制器接收输入设备传来的指令，经过处理后控制执行器实现机床动作。
1.2 数控程序：数控程序是数控机床工作的“指南”，它包含了机床每个动作的具体参数和顺序。
数控程序通过输入设备输入到数控系统中，控制机床按照程序要求进行加工。
1.3 传感器：传感器是数控机床实现自动化加工的重要组成部分，它可以实时监测加工过程中的各种参数，如温度、压力、位置等，保证加工质量和安全。
二、数控机床的工作过程2.1 加工准备：在进行加工之前，需要进行加工准备工作，包括选择合适的刀具、夹具和工件，设置加工参数等。
2.2 加工操作：根据数控程序的要求，数控系统控制机床进行各种动作，如进给、主轴转速控制、刀具换刀等，实现工件的加工。
2.3 加工监控：在加工过程中，通过传感器监测加工状态，及时调整加工参数，保证加工质量和安全。
三、数控机床的应用领域3.1 汽车制造：数控机床在汽车制造领域得到广泛应用，可以实现汽车零部件的精密加工，提高生产效率和产品质量。
3.2 航空航天：航空航天行业对零部件的精度要求很高，数控机床可以满足这一需求，用于加工各种航空航天零部件。
3.3 电子设备制造：电子设备制造需要高精度的零部件，数控机床可以实现对小尺寸零件的精密加工，提高产品质量。
四、数控机床的发展趋势4.1 智能化：随着人工智能技术的发展，数控机床将更加智能化，可以实现自主学习和优化加工过程。
4.2 网络化：数控机床将与互联网相连接，实现远程监控和管理，提高生产效率和灵活性。
4.3 精度提升：随着机床技术的不断进步，数控机床的加工精度将会不断提升，满足各种高精度加工需求。
数控机床的工作原理及工作过程
数控机床的工作原理及工作过程数控机床是利用数字控制系统来控制机床进行加工的一种先进的机械设备。
它通过预先编写好的数控程序来控制机床的运动，实现对工件的加工。
本文将详细介绍数控机床的工作原理及工作过程。
一、工作原理数控机床的工作原理主要包括数控系统、伺服系统、传感器和执行机构等几个关键部分。
1. 数控系统：数控系统是数控机床的核心部件，它由硬件和软件组成。
硬件部分包括中央处理器、存储器、输入设备和输出设备等，软件部分则包括数控程序和操作界面等。
数控系统负责接收操作者输入的指令，并将其转化为机床能够理解的控制信号，从而控制机床的运动。
2. 伺服系统：伺服系统是数控机床中的关键部分，它负责控制机床的运动轴。
伺服系统由伺服电机、编码器和驱动器等组成。
伺服电机接收数控系统发出的控制信号，通过编码器反馈机床的实际位置，驱动器则根据反馈信号调整电机的转速和转向，从而实现机床的精确运动。
3. 传感器：传感器用于检测机床的状态和工件的位置等信息，并将其转化为电信号传输给数控系统。
常见的传感器包括光电传感器、接近开关和压力传感器等。
传感器的准确性和可靠性对于数控机床的工作精度和稳定性至关重要。
4. 执行机构：执行机构是数控机床的动力部分，它负责将数控系统发出的控制信号转化为机床的实际运动。
常见的执行机构包括伺服电机、液压缸和气动缸等。
执行机构的性能和可靠性直接影响到机床的工作效率和加工质量。
二、工作过程数控机床的工作过程主要包括数控程序的编写、数控系统的设置和机床的加工操作等几个步骤。
1. 数控程序的编写：数控程序是数控机床工作的指令集，它由一系列的代码和参数组成。
编写数控程序需要根据工件的加工要求和机床的特性来确定加工路径、刀具的选择和切削参数等。
编写好的数控程序可以通过输入设备导入到数控系统中。
2. 数控系统的设置：在进行加工操作之前，需要对数控系统进行设置。
设置包括选择合适的数控程序、设定工件的初始位置和坐标系、调整刀具的补偿和设定加工速度等。
第5章 数控插补原理
3.时间分割法插补精度 直线插补时，轮廓步长与被加工直线重合，没有插 补误差。
圆弧插补时，轮廓步长作为弦线或割线对圆弧进行 逼近，存在半径误差。
Y A(Xe,Ye) l l △X β O l △Y
α
第5章 数控装置的轨迹控制原理
FT l er 8r 8r
2
2
式中 er——最大径向误差； r——圆弧半径。 圆弧插补时的半径误差er与圆弧半径r成反比，与插补周期T和进 给速度F 的平方成正比。 插补周期是固定的，该误差取决于进给速度和圆弧半径。 当加工圆弧半径确定后，为了使径向误差不超过允许值，对进给 速度有一个限制。 例如：当要求er≤1μ m,插补周期为T=8ms，则进给速度为：
第5章 数控装置的轨迹控制原理
5.2 脉冲增量插补
-------逐点比较法
插补原理：每次仅向一个坐标轴输 出一个进给脉冲，每走一步都要通 过偏差计算，判断偏差点的瞬时坐 标同规定加工轨迹之间的偏差，然 后决定下一步的进给方向。 每个插补循环由四个步骤组成。
Y P1 P2 B
A 0
P0(x,y)
X 终点到？
设刀具由A点移动到B点，A（Xi－1，Yi－１ ）为圆弧上一插补 点, B(Xi，Yi)为下一插补点。AP为A点的切线，AB为本次插补的合成 进给量，AB=f。M为AB之中点。 通过计算可以求得下一插补点B点的坐标值
X i X i1 X
Yi Yi 1 Y
第5章 数控装置的轨迹控制原理
∑=5-1=4 ∑=4-1=3 ∑=3-1=2
9
10
F8＞0
F9＞0
-X
-X
F9=4-2×2+1=1，X9=2-1=1，Y9=5
数控机床的工作原理
数控机床的工作原理数控机床是一种集机械、电子、液压、气动、计算机等多种技术于一体的高精度、高效率的自动化机床，它的工作原理是通过计算机控制系统对机床进行精确的控制，实现各种复杂加工操作。
在数控机床的工作过程中，主要涉及到数控系统、执行系统和辅助系统三个方面的工作原理。
首先，数控系统是数控机床的核心部件，它包括数控装置、数控设备和数控编程等组成部分。
数控装置是数控系统的主要控制器，它接收由数控设备输入的数控程序，并将其转换成机床可执行的控制指令。
数控设备则是用来输入、存储和编辑数控程序的设备，它可以通过各种输入方式将加工工艺参数输入到数控系统中。
而数控编程则是将零件的加工工艺参数转换成数控程序的过程，这些程序将会告诉数控系统机床应该如何进行加工操作。
其次，执行系统是数控机床实际进行加工操作的部分，它包括数控主轴、数控伺服系统、传动系统和辅助系统等。
数控主轴是数控机床的主要动力来源，它通过电机驱动实现高速旋转，并通过传动系统将动力传递到刀具上，从而实现对工件的加工。
数控伺服系统则是用来控制各个运动轴的系统，它能够根据数控程序指令精确地控制机床的各种运动，包括进给速度、主轴转速、刀具进给等。
传动系统则是用来传递动力和运动的系统，它通过各种传动装置将电机的动力传递到机床的各个部位，实现各种运动和加工操作。
辅助系统则是用来辅助机床进行加工操作的系统，包括冷却系统、润滑系统、刀具更换系统等，它们能够提供机床加工所需的各种辅助条件。
最后，数控机床的工作原理是通过数控系统对机床进行精确的控制，实现各种复杂加工操作。
数控系统接收数控程序，并将其转换成机床可执行的控制指令，执行系统则根据这些指令进行各种运动和加工操作，从而实现对工件的精密加工。
在整个工作过程中，数控系统、执行系统和辅助系统相互配合，共同完成数控机床的各种加工任务。
总之，数控机床的工作原理是一种高度自动化、精密化的加工技术，它通过数控系统对机床进行精确的控制，实现各种复杂加工操作。
第5章数控机床的控制原理
CNC 第5章数控机床的控制原理5.2 逐点比较法
开始 主要内容偏差判别
坐标进给 偏差计算
终点判别
N Y
结束
CNC 第5章数控机床的控制原理5.2 逐点比较法
第Ⅰ象限直线插补流程图
起始
初始主化要x内e容→X ye→Y E=N N=Xe+Ye
y F≥0？ n + X 向走一步 + Y 向走一步
F←F-Y
8R 8R
(R )2 (R )2 ( l )2
2
4R l 2
4
l 2 (FT )2
16 R 16 R
CNC
第5章数控机床的控制原理 —— 5.1 概述
l 相等时，割线逼近的 =1/2 内接弦逼近的 ；若相 等，则割线逼近主要时内容l 或 是内接弦 2 倍。但割线逼
近时计算复杂，应用较少。
CNC 第5章数控机床的控制原理5.2 逐点比较法
第Ⅰ象限一加工直线，起点坐标原点O，终点坐标
为A（xe，ye），则直线方程可表示为
主要内容
y j ye 0
Y
xi xe
Fi,j>0
A(xe,ye)
即：
xe y j ye xi 0
P
P
P(xi,yj )
Fi,j<0
O
X
CNC 第5章数控机床的控制原理5.2 逐点比较法
时间分割，把加工一段直线或圆弧的整段时间 细分为许多主相要内等容的时间间隔，称为插补周期 T。
在每个T内，计算轮廓步长 l＝F·T，将轮廓曲 线分割为若干条长度为轮廓步长 l 的微小直线 段；
l＝F·T
CNC
第5章数控机床的控制原理 —— 5.1 概述
数控机床的控制原理52页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
数控机床的控制原理
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数控装置的轨迹控制原理
Fi X eYi X iYe
第5章 数控装置的轨迹控制原理
第二节 脉冲增量插补
一.逐点比较法 3、直线插补
若Fi≥0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上，应沿＋X向走一步，假设坐标 值的单位为脉冲当量，走步后新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1，Yi+1=Yi , 新点偏差为
直线插补轨迹过程实例
第5章 数控装置的轨迹控制原理
第二节 脉冲增量插补
一.逐点比较法 3、直线插补
表5-5 直线插补运算过程
序号 起点 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别
F0 0
∑=7 ∑=6 ∑=5 ∑=4 ∑=3 ∑=2 ∑=1 ∑=0
1 2 3 4 5 6 7
F0=0 F1<0 F2>0 F3<0 F3>0 F5<0 F6>0
由图5-7可见，靠近Y轴区域偏差大于零，靠近X轴区 域偏差小于零。F≥0时，进给都是沿X轴，不管是＋X向还 是－X向，X的绝对值增大；F<0时，进给都是沿Y轴，不 论＋Y向还是－Y向，Y的绝对值增大。图5-8为四象限直线 插补流程图。
第5章 数控装置的轨迹控制原理
第二节 脉冲增量插补
一.逐点比较法
P点在圆弧外侧时，则OP大于圆弧半径R，即 X2＋Y2－R2>0 P点在圆弧内侧时，则OP小于圆弧半径R，即 X2＋Y2－R2<0 用F表示P点的偏差值，定义圆弧偏差函数判别式为
F X 2 Y 2 R2
当动点落在圆弧上时，一般约定将其和F>0一并考虑。
第5章 数控装置的轨迹控制原理
第二节 脉冲增量插补
沿Xe向走一步
数控机床原理与结构分析第5章数控机床的进给系统
contents
目录
• 引言 • 数控机床的进给系统原理 • 数控机床的进给系统结构 • 数控机床的进给系统性能分析 • 数控机床的进给系统维护与保养 • 结论
01 引言
数控机床的进给系统概述
数控机床的进给系统是实现切削加工的重要组成部分，它负 责将主轴的旋转运动传递到工作台或刀具上，以完成工件的 加工。
进给系统的热误差分析
热误差产生原因
热误差是由于进给系统在工作过程中受到热源影响，导致机械部件受热变形和温度升高， 从而影响进给系统的运动精度。热误差主要来源于传动元件、轴承、导轨等部件的受热
变形。
热误差补偿技术
为了减小热误差对进给系统性能的影响，可以采用热误差补偿技术。热误差补偿技术包括温 度检测、误差建模和补偿算法等环节，通过实时监测进给系统的温度变化，建立热误差模型
进给系统由电动机、传动装置、丝杠、工作台等组成，通过 控制电动机的旋转运动，经过一系列的传动装置，最终转化 为工作台或刀具的直线运动。
进给系统在数控机床中的重要性
进给系统是数控机床实现高精度、高效率加工的关键因素之一，其性能直接影响 着加工质量和生产效率。
随着现代制造业的发展，对数控机床的加工精度和效率要求越来越高，因此，对 进给系统的性能要求也越来越高。进给系统的性能优劣直接决定了数控机床的性 能和市场竞争力。
，并采用相应的补偿算法对热误差进行补偿，可以有效提高进给系统的运动精度。
05 数控机床的进给系统维护 与保养
进给系统的日常维护
每日检查
01
检查进给系统各部件是否正常，如导轨、丝杠、轴承等，确保
无异常声音和振动。
润滑保养
02
数控机床的控制原理是
数控机床的控制原理是
数控机床的控制原理是通过电子技术和计算机技术，将加工程序编码输入到数控系统中，由数控系统对机床进行自动控制。
主要包括以下几个方面：
1. 输入程序：首先将加工工件的图纸转化为数控机床能够识别的数字化格式，然后通过编程软件将加工程序编码输入到数控系统中。
2. 程序解释和执行：数控系统对输入的加工程序进行解释和执行，包括对各个指令进行解码、参数计算和运算，生成运动控制指令序列。
3. 运动控制：数控系统根据运动控制指令序列，控制伺服电机或液压驱动系统，实现机床各个运动轴的精确控制，包括直线轴和旋转轴的位置、速度和加减速控制。
4. 反馈控制：数控系统根据编码器或传感器的反馈信号，实时监测和检测机床运动轴的状态，与指令进行比较和校准，实现闭环控制。
5. 辅助功能控制：数控系统还可以控制机床的辅助功能，如自动换刀装置、冷却液系统、进给系统等。
总的来说，数控机床的控制原理是通过将加工程序编码输入到数控系统中，通过程序解释和执行、运动控制、反馈控制等过程，实现对机床运动轴的精确控制，
从而实现工件的自动加工。
5.第五章 数控机床电气控制线路
1
第一节 数控车床电气控制线路
数控车床的机械部分比同规格的普通车床更为紧凑简洁。 主轴传动为一级传动,去掉了普通机床主轴变速齿轮箱， 采用了变频器实现主轴无级调速。进给移动装置采用滚 珠丝杠，传动效率高、精度高、摩擦力小。
2
1.1 数控车床的主要工作情况
一般经济型数控车床的进给均采用步进电动机，进给电 动机的运动由NC装置实现信号控制。 数控车床的刀架能自动转位。换刀电动机有步进、直流 和异步电动机之分，这些电动刀架的旋转、定位均由NC 数控装置发出信号，控制其动作。而其他的冷却、液压 等电气控制跟普通机床差不多。 现以经济型CK0630型数控车床为例，说明普通数控车床
20
图 5.11 数控系统控制步进驱动接线图原理图
21
4、数控系统对电动刀架的控制:
(1)、直流型电动机电动刀架
数控系统控制电动刀架,主要控制刀架电动机的正反转, 所反应的刀号数送给数控系统.从数控系统输入信号接 口来看，低电平有效。由于电动机电流不是太大，故 选用数控系统能驱动的功率继电器。
数控系统控制电动刀架电动机的接线原理图如图5.12 所 示 。 P3 口 的 O6(P3.6) 和 O7 （ P3.7) 控 制 KA3 、 KA4继电器,由于输出低电平有效,故中间继电器另一端 接+24V。三个微动开关信号SQ1～ SQ3分别接P3口 的I1（P3.21)、I2（P3.22）、I3（P3.23），信号低 电平有效。图5.12中，用 KA3、KA4的触点控制直流 电动机正反转，而直流电源 DC27V的产生通过变压器 和整流桥等电路产生。
31
图5.19 CLK脉冲与DIR信号波形
图5.20 数控系统与步进驱动的接口图
数控机床的控制原理
数控机床的控制原理数控机床是一种通过计算机数字控制系统控制刀具进行加工的机床。
其控制原理主要包括以下几个方面：1.输入指令：操作人员通过计算机的输入设备（如键盘、鼠标等）输入加工任务的相关参数和指令，包括刀具路径、运动速度、加工深度等。
2.数据处理：计算机将输入的指令和参数进行处理，转化为实际控制机床的指令。
此过程主要包括解释输入指令、生成加工路径、计算工件坐标和刀具运动规律等。
3.控制指令传递：计算机将处理后的指令传递给数控系统的运动控制部分。
通常，数控系统由主控制器和执行部分组成，主控制器负责产生指令，执行部分将指令传递给伺服系统。
4.伺服系统控制：数控系统通过与伺服驱动器、伺服电机等配合，控制刀具的运动。
伺服系统根据接收到的指令控制电机旋转角度和速度，实现刀具的定位和移动。
5.运动控制：伺服系统通过控制刀架和纵横滑台的运动，实现刀具在不同坐标轴上的定位。
运动控制部分通常由伺服电机、滑台、滚珠丝杠等构成，经过精确的运动传递装置，将电机的旋转运动转化为刀架和滑台的线性运动。
6.反馈控制：数控机床通常配备各种传感器来实现位置、速度和力的反馈控制。
这些传感器可以检测机床各个部位的位置、运动速度及切削力等信息，并将其反馈到数控系统，以实现更加精确的控制。
7.加工过程监控：数控机床通过传感器监控工件表面的质量，如温度、振动等，以及刀具磨损情况等。
通过实时监测和分析，可以及时调整切削参数或更换刀具等，以保障加工质量和生产效率。
总之，数控机床的控制原理是通过计算机数字控制系统将输入的加工指令和参数处理，并通过伺服系统控制刀具的运动，同时通过传感器提供的反馈信息进行实时监控，从而实现高精度、高效率的加工过程。
数控机床的控制原理
数控机床的控制原理数控机床的控制原理是指利用计算机或数控装置对机床进行控制的方法和工作原理。
它是一种通过数字信号控制执行器的方式，通过对机床进行精确的位置、速度和力控制，实现对工件的精密加工。
以下是数控机床的控制原理的详细解释。
第一，数控机床的控制系统。
数控机床的控制系统是指数控装置、程序存储器、输入设备、输出设备、执行装置和反馈装置等构成的系统。
数控装置是数控系统的核心部件，用于接收指令和工件参数，并将其转化为控制信号给驱动装置。
程序存储器用于存储加工程序，输入设备用于输入加工参数和指令，输出设备用于显示控制信息和加工结果，执行装置用于驱动机床进行运动，反馈装置用于检测机床位置和状态。
第二，加工程序。
加工程序是一系列控制指令的集合，用于描述机床在加工过程中的运动轨迹和速度等加工参数。
加工程序一般由工作人员使用专门的数控编程软件编写，并通过输入设备输入到数控机床的控制系统中。
第三，数控机床的轴控制。
数控机床的控制系统可以同时控制多个运动轴，如X轴、Y轴和Z轴等。
每个轴由一台伺服系统控制，该伺服系统由驱动装置、电机和位置反馈装置组成。
驱动装置接收数控装置发送的驱动指令，并通过电机驱动轴进行运动。
位置反馈装置用于检测轴的实际位置，并将其反馈给数控装置进行闭环控制。
第四，数控指令的执行。
数控机床的控制系统根据加工程序中的指令，将工件的位置、速度和力等控制信息转化为数字信号发送给驱动装置。
驱动装置根据接收到的控制信息，控制电机驱动机床进行相应的运动。
同时，数控装置通过反馈装置获取实时的轴位置信息，并将其与加工程序中的位置要求进行比较，以保证机床能够按照预定的轨迹进行加工。
第五，数控机床的自动化控制。
数控机床具有自动化控制的特点，可以在一次编程后多次重复加工相同的工件。
通过数控装置的运算和控制逻辑，可以实现自动换刀、自动换工件、自动调整切削速度等功能，大大提高了生产效率和加工精度。
综上所述，数控机床的控制原理通过数控装置对机床进行精确的位置、速度和力控制，实现对工件的精密加工。
数控机床的控制原理课件
03
数控机床的机械结构
主轴部件
主轴驱动
主轴部件由主轴驱动电机 和主轴传动系统组成，负 责实现主轴的高速转动和 扭矩输出。
主轴轴承
主轴轴承采用高精度、高 刚性的设计，以确保主轴 的高速稳定运转。
刀具夹持装置
刀具夹持装置用于夹紧刀 具，并能够实现快速更换 刀具的功能。
进给系统
进给电机
进给电机采用交流伺服电机或步 进电机，实现高精度、高速度的
03
伺服驱动系统具有高精度、高响应速度、高效率等特点，能够
满足数控机床的高精度控制要求。
可编程逻辑控制器（PLC）
PLC的基本组成
可编程逻辑控制器主要由中央处理器、存储器、输入输出模块、电 源模块等组成。
PLC的功能
可编程逻辑控制器的主要功能是实现逻辑控制、顺序控制和运动控 制等，可以根据需要编写程序来实现各种复杂的控制逻辑。
常见故障及排除
包括液压和气动控制系统常见的故障如泄漏、压力不稳、动作异 常等，以及相应的排除方法。
06
数控机床的维护与保养
数控机床的日常维护与保养
01
02
03
04
保持清洁
定期清理机床内部和外部的灰 尘和杂物，防止影响机床的正
常运行。
检查润滑
定期检查润滑系统是否正常， 及时补充润滑油，确保机床的
润滑。
PLC的特点
可编程逻辑控制器具有高可靠性、高灵活性、易于维护等特点，能够 满足数控机床的控制要求。
位置检测装置
01
位置检测装置的组成
位置检测装置主要由传感器、放大器、滤波器等组成。
02
位置检测装置的功能
位置检测装置的主要功能是检测机床的位置信息，并将位置信息反馈给
数控机床原理
数控机床原理数控机床是一种高精度、高效率的机床，它能够自动控制加工过程，实现复杂零件的加工。
数控机床是现代机械制造业的重要设备，广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械等行业。
本文将介绍数控机床的原理及其应用。
一、数控机床的原理数控机床的原理是将数字控制系统与机床结合，通过数控程序控制机床运动，实现零件的加工。
数控机床的控制系统由数控装置、执行机构和传感器组成，其中数控装置是控制系统的核心。
数控装置是数控机床控制系统的核心部件，它主要由数字控制器、程序输入设备、数据存储设备和接口电路等组成。
数字控制器是数控装置的主要部件，它能够根据预先编写好的程序指令，控制机床的运动。
程序输入设备是数控机床控制系统的重要组成部分，它能够输入加工零件的图形和加工工艺参数，生成加工程序。
数据存储设备用于存储加工程序和加工参数，接口电路用于将数控装置与执行机构和传感器连接起来。
执行机构是数控机床控制系统的另一个重要部分，它能够将数控装置发出的指令转化为机床的运动，实现加工零件的要求。
执行机构主要包括伺服电机、伺服阀、液压元件、气动元件等。
传感器是数控机床控制系统的重要组成部分，它能够实时监测机床的状态，反馈给数控装置，以便调整机床的运动。
传感器主要包括位置传感器、速度传感器、力传感器、温度传感器等。
二、数控机床的应用数控机床具有高精度、高效率、高自动化程度等优点，被广泛应用于各个行业。
下面将介绍数控机床在汽车、航空航天、电子、机械等行业的应用。
1、汽车行业数控机床在汽车行业的应用非常广泛，主要用于汽车零部件的加工。
例如汽车发动机缸体、缸盖、曲轴等零部件的加工，都需要数控机床来实现高精度的加工。
2、航空航天行业数控机床在航空航天行业的应用也非常广泛，主要用于飞机零部件的加工。
例如飞机发动机的涡轮叶片、机身结构件等零部件的加工，都需要数控机床来实现高精度的加工。
3、电子行业数控机床在电子行业的应用也非常广泛，主要用于电子零部件的加工。
数控技术方案第5章(华科版)
03
数控编程基础与加工工艺
数控编程基本概念及步骤
数控编程定义
将零件的加工信息按照数控系统规定的代码和格式 ，编制成加工程序的过程。
数控编程步骤
分析零件图、确定工艺过程、计算刀具轨迹、编写 加工程序、程序校验与修改。
数控编程分类
手工编程和自动编程。
加工工艺分析与设计原则
80%
04
数控系统硬件组成与功能实现
输入输出设备及其作用
输入设备
将加工信息输入到数控系统中 的设备，如键盘、纸带阅读机 等。
输出设备
将数控系统内部的信息输出到 外部设备，如显示器、打印机 等。
作用
实现人机交互，使得操作人员 能够方便地对数控系统进行控 制和监视。
控制器和执行器原理及选型方法
控制器原理
实施维修保养计划
按照计划对机床进行定期检查和保养，包括清洗、 润滑、紧固、调整等操作，确保机床处于良好的 工作状态。
记录和评估
详细记录维修保养的过程和结果，对维修保养的 效果进行评估和反馈，为后续的维修保养工作提 供参考和改进方向。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
数控技术基本概念 介绍了数控技术的定义、发展历 程、基本原理和分类等基础知识。
检测机床液压系统的压力变化，保证加工 过程的稳定性。
温度传感器
选型方法
检测机床各部位的温度变化，防止过热影 响加工精度。
根据检测对象和测量要求，选择合适的传 感器类型，并考虑其精度、响应速度、抗 干扰能力等因素。
05
数控软件编程与调试技巧
软件编程环境搭建及FANUC、SIEMENS等，并配置相应的硬 件环境，如计算机、数控控制器等。
数控机床的控制原理
数控机床的控制原理数控机床的控制原理是指通过计算机数控系统对机床进行控制，精确的控制其移动、加工和工作过程。
数控机床的控制原理主要包括数控系统、执行机构和传感器。
首先，数控机床的控制原理离不开数控系统。
数控系统是数控机床的核心部分，它由数控装置和数控器组成。
数控机床通过数控系统接收计算机发出的程序指令，控制机床的运动和加工过程。
数控装置是将计算机发出的数字信号转换为机床可以识别的形式，它能够对指令进行解释和处理，控制机床的各个运动轴。
数控器是数控系统的操作终端，它负责与数控装置进行通信，并将计算机发出的指令传递给机床执行机构。
其次，数控机床的控制原理中的执行机构是指机床的运动轴和刀具。
机床的运动轴可以通过步进电机、伺服电机等驱动，实现机床的直线和旋转运动。
步进电机和伺服电机是通过数控装置输出的脉冲信号控制的，通过控制脉冲信号的频率和脉冲数量来确定机床的移动距离和速度。
刀具是用于加工工件的工具，它可以通过机床的控制系统进行控制，实现切削加工、钻孔等各种加工操作。
最后，数控机床的控制原理中还包括传感器。
传感器可以对机床进行监测和反馈，将机床运动过程中的各种参数转换成电信号，反馈给数控系统进行处理和控制。
传感器可以监测机床的加工质量、位置、速度等参数，并对其进行实时监控和调整，确保机床的加工精度和稳定性。
常用的传感器有位移传感器、速度传感器、力传感器等。
总的来说，数控机床的控制原理是通过数控系统对机床的执行机构进行控制，控制机床的运动和加工过程，以实现高精度、高效率的加工。
数控系统负责接收计算机程序指令，并控制运动轴和刀具进行加工操作，而传感器则负责对机床进行监测和反馈，以实现对加工过程的实时控制和调整。
数控机床的控制原理的应用使得机床加工变得更加灵活、高效，为现代制造业的发展提供了强大的支持。
《数控原理与系统》第5章_进给运动的控制
第5章 进给运动的控制
5.1 開環進給系統性能分析
由於開環進給系統中沒有位臵回饋檢 測裝臵，其前向通道中的各種誤差就無法 通過回饋資訊來加以補償，從而會引起輸 出位臵誤差。因此，需要找出造成輸出位 臵誤差的主要因素，並採取一些必要的措 施來加以改善，從而提高系統的控制性能。
第5章 进给运动的控制
第5章 进给运动的控制
3. 數學模型的構成 （1） 跟隨誤差E。 跟隨誤差E實際 上就是指令位臵Xi與實際位臵Xf的差值。 （2） 開環增益K。 K為整個系統的 開環增益， K=Kv Kda KmKa（1/s）， 其中：
第5章 进给运动的控制
· Kv為位臵放大係數（軟體增益）， 它是由 CNC內部的參數設臵的， 單位為數字/數字。 可 通過設臵Kv值來調整整個回路的開環增益。 · Kda為數模轉換係數。 CNC裝臵通過DAC 數模轉換器輸出-10～+10 V的電壓來控制伺服電 動機的運動。 Kda的單位為V／數字， 它描述了 CNC內每一個數值“1”對應的電壓值。 開環增益K是決定整個系統性能的重要參數， 在機床調試時需進行調整。由上可以看出，當設 備選定後，調整開環增益的唯一方法就是調整軟 體增益KV和伺服放大倍數Km。
第5章 进给运动的控制
第5章 进给运动的控制
（2）選用高性能的驅動裝臵。選用性能好，與 步進電機匹配的驅動裝臵，可有效地改善步進電 機的動態性能，防止失步和震盪。此外，也可選 用帶細分的驅動裝臵，以提高進給解析度。 （3）合理的進行補償。根據齒隙誤差的特點， 當工作臺運動方向改變時可利用CNC裝臵的間隙 補償功能進行補償；對於滾珠絲杠的螺距誤差， 可利用CNC裝臵的螺距誤差補償功能進行校正。
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第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
• 插补运算的任务就是在已知加工轨迹曲线的起点和终点间 进行“数据点的密化”。
• 插补是在每个插补周期（极短时间，一般为毫秒级）内， 根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具 沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起 点运动到终点，完成轮廓的加工。
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述 5.2 逐点比较插补法 5.3 数字积分法 5.4 刀具半径补偿
习题
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
一. 插补的基本概念
机床数控加工中最基本的问题就是如何根据所输入的零件加工程序中 有关几何形状、轮廓尺寸的原始数据及其指令，通过相应的插补运算， 按一定的关系向机床各个坐标轴的驱动控制器分配进给脉冲，从而使得 伺服电机驱动工作台相对主轴（即工件相对刀具）的运动轨迹，以一定 的精度要求逼近于所加工零件的外形轮廓尺寸。对于平面曲线的运动轨 迹需要二个运动坐标协调的运动，对于空间曲线或立体曲面则要求三个 以上运动坐标产生协调的运动，才能走出其轨迹。
第五章 数控机床的控制原理
2.2逐点比较插补法
二、逐点比较法的直线插补
设要加工如图所示的直线段OP，我们把直线段的起点定为坐标原点，则任 何直线必定落在四个象限中的一个或与X、Y轴重合。不妨设OP在第一象限 内。
Y
A（Xe，Ye） m′
脉冲当量δ 相对于每个脉冲信号， 机床移动部件的位移，
①逐点比较法； ②数字积分法； ③数字脉冲乘法器插补法； ④矢量判别法； ⑤比较积分法； ⑥最小偏差法； ⑦目标点跟踪法；⑧单步追踪法； ⑨直接函数法。
三. 插补方法的种类与特点
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
3.从控制原理来分： 可分为基准脉冲插补和数据采样插补两大类
(2) 数据采样插补
数据采样插补是用小段直线来逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内 各轴要运动的距离，不需要每走一个脉冲当量插补一次，可达到很高的进给速 度。 分两步：第一步为粗插补，即在给定的起点和终点之间插入若干个点，用微小 的直线段来逼近给定的曲线，每段长度△L=FT；第二步：在每段微小直线段的 基础上再做“数据点的密化” 数据采样插补又称为时间标量插补或数字增量插补。这类插补算法的特点是数 控装置产生的不是单个脉冲，而是标准二进制字， 数据采样插补方法适用于闭环位置采样控制系统。数据采样插补方法很多，下 面几种插补方法是常用的：
逐点比较插补法的基本原理是根据刀尖所在位置与理想曲线之间的偏差决 定进给方向，每进一步,进行一次新的偏差计算和偏差判别，使刀具向减 小误差的方向进给。当刀尖在理想曲线上时，插补使得刀尖远离曲线运动， 每插补一次刀具最多沿每个坐标轴走一步所以逐点比较法插补的误差小于 一个脉冲当量。
根据理想线型近似于直线还是圆弧，可分为直线插补或圆弧插补，下 面分别学习这二种插补的基本原理。
第五章 数控机床的控制原理
2.从实现的功能来分： 直线插补： 圆弧插补 抛物线插补 二次曲线插补 高次曲线插补
5.1 概述
三. 插补方法的种类与特点
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
3.从控制原理来分：
可分为基准脉冲插补和数据采样插补两大类
(1) 基准脉冲插补
它又称为行程标量插补或脉冲增量插补。这种插补算法的特点是每次插补 结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，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。 基准脉冲插补的实现方法比较简单（只有加法和位移），容易用硬件实现。 也可以用软件完成这类算法。但它仅适用于一些中等精度和中等速度要求 的计算机数控系统。基准脉冲插补方法又有下列几种方法：
5.1 概述
二、插补的定义
数控系统根据输入的基本数据（直线起点、终点坐标，圆 弧圆心、起点、终点坐标、进给速度等）运用一定的算法， 自动的在有限坐标点之间形成一系列的坐标数据，从而自 动的对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹分析， 以满足加工精度的要求。
要求：实时性好，算法误差小、精度高、速度均匀性好 数学模型：直线、圆弧、二次曲线、螺旋线、自由曲线等
X
7 6
5
4
3
O
2
1 A（6，0） X
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
四. 插补方法的种类与特点
1.按实现的方法来分： 可分为硬件插补和软件插补两大类
硬件插补器利用逻辑电路执行相应的插补程序，具有插补速度快、实时 性高的特点，如日本FANUC公司采用DDA硬件插补专用集成芯片。
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
• 数控加工轨迹控制原理——插补原理 • 插补就是在轮廓起始点之间按一定算法进行数据点的密化
，给出相应点的位移量 • 插补功能就是轨迹控制，它是数控加工的重要特征 • 插补的任务就是要根据进给速度的要求，完成在轮廓起点
和终点之间的中间点的坐标值计算
第五章 数控机床的控制原理
第五章 数控机床的控制原理
5.1 概述
三. 插补运算的基本原理
对于机床运动轨迹控制的插补运算是以脉冲当量为单位，进行有限分段， 以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相连成轨迹。也就是说对 各种斜线、圆弧、曲线轨迹均由以脉冲当量为单位的微小直线线段来拟 合，如图所示。
Y
5 4 3
2 O1
10 A（6，4） 9 8 7 6
①直线函数法；②扩展数字积分法；③二阶递归扩展数字积分插补法； ④双数字积分插补法；⑤角度逼近圆弧插补法。
三. 插补方法的种类与特点
第五章 数控机床的控制原理
2.2 逐点比较插补法
随着技术的发展，插补的方法多种多样，下面我们以基于基准脉冲 插补的逐点比较插补法为例来学习。
一、逐点比较插补法的基本原理：
软件插补器利用CNC系统的微处理器执行相应的插补程序来实现，结构 简单、灵活易变、可靠性好，目前微处理机的位数和频率的提高，大部 分CNC系统采用了软件插补方式。
对要求高的CNC系统目前采用粗、精二级插补的方法来实现，软件每次插 补一个小线段称为粗插补，根据粗插补结果，将小线段分成单个脉冲输出， 称为精插补。其中精插补往往采用了硬件插补器。