数控技术4概论
第一章数控机床概论
第一章数控机床概论第一章数控机床概论1．简述数控机床、数控技巧的全然概念2．简述数控机床的产生过程以及数控技巧的成长趋势3．与传统机床比拟,数控机床有何特点？4．数控机床有哪几部分构成?各部分的感化是什么？5．简述数控机床的加工道理、应用范畴6．按操纵体系的特点数控机床分哪几类？7．按伺服体系的操纵道理数控机床分哪几类？8．什么是点位操纵、直线操纵、轮廓操纵数控机床？第二章运算机数控体系1．CNC体系重要由哪几部分构成？CNC装配重要由哪几部分构成？2．试述CNC装配的工作过程。
3．单微处理器构造的CNC装配与多微处理器构造的CNC装配有何差别？多微处理器构造的CNC装配有哪些全然功能模块？4．共享总线构造的CNC装配与共享储备器构造的CNC装配各有何特点？5．试分析现代CNC装配的硬件构造的特点？6．CNC装配中常用的CPU有哪几类？其特点若何？7．CNC装配中常用的储备器有哪几类？其特点若何？8．CNC装配与机床电气设备之间的接口按功能分为哪几类？各传送什么信息？9．CNC装配的I/O接口电路中常用哪些抗干扰技巧？10．CNC装配的软件构造可分为哪两类？各有何特点？11．中断型构造的软件中，各中断办事法度榜样的优先级是若何安排的？12．CNC装配常用的输入输出设备有哪些？13．CNC装配常用的通信接口有哪些？各有什么特点？14．现代CNC装配的诊断技巧有哪些成长偏向?15．CNC装配的重要技巧指标有哪些？16．简述我国应用较多的几种典范CNC装配的功能和特点？17．何谓刀具长度补偿、刀具半径补偿？其履行过程若何？18．B功能刀具半径补偿与C功能刀具半径补偿的差别在何处？19．什么叫插补？今朝应用较多的插补算法有哪些？20．试述逐点比较法插补的四个节拍，并推导第Ⅱ象限直线插补公式。
21．设欲加工第一象限直线OE、起点坐标为O（0，0），终点坐标为E（11，8），脉冲当量δ＝1，试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。
机床数控技术 第五版 第一章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
3.半闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
1.3.4 按功能水平分类
按数控系统功能水平的不同 , 数控机床可分为低 、 中 、 高三档 , 这种 分类方式在我国被广泛使用 。 低 、 中 、 高档的界线是相对的 , 不同时期的 划分标准有所不同 。 就目前的发展水平来看 , 可以根据表 1-2 所列举的功能 指标进行数控系统档次的区分 。 其中 , 中 、 高档一般称为全功能型数控或 标准型数控 。 在我国还有经济型数控的提法 , 经济型数控属于低档数控 ,是 由单片机和步进电动机组成的简易数控系统 , 或者是其他功能简单 、 价格较 低廉的数控系统 。 经济型数控系统主要用于车床 、 线切割机床以及由用户 自行改造的旧机床等 。
数控机床是指装备了计算机数控系统的机床 , 简称 CNC 机床 。
第1章 数控技术概论
1.2 数控机床的组成
3.数控技术(Numerical Control Technology)
数控技术是指用数字化信息对某一对象进行控制的技术 , 被控制对象可以是位移 、 转角 、 速度等机械量 , 也可以是温度 、 压力 、 流量 、 颜色等物理量 , 这些量的量值不仅可以测量 ,而 且可以经 A/D 或 D/A 转换 , 用数字信号来表达或控制 。 数控技术是近代发展起来的一种自动控 制技术 , 是机械加工现代化的重要基础与关键技术 。
早期的计算机运算速度低 , 不能适应数控机床实时控制的要求 , 人们只好 用与门 、 或门 、非门等数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台专用计算机作为数控系 统 , 这就是硬件连接数控 , 简称数控(NC)。 随着电子元器件的发展 , 硬件连接 数控阶段经历了三代 :
机床数控技术完整版课件全套ppt教程合集最全
二、 数控机床的发展过程
7
随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术也随之不断更新， 先后出现了计算机直接数控（DNC）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统
（CIMS）等先进制造系统 数控技术的发展速度非常迅速，计算机数控在制造领域的加工优势进一步被突出体现
出来。
三、我国数控机床的发展概况
四、 按进给伺服系统的类型分类
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按有无位置检测装置可分为：
开环数控系统 闭环数控系统
四、 按进给伺服系统的类型分类
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按检测装置的安装位置可分为：
全闭环数控系统 半闭环数控系统
（按检测装置的安装位置）
全闭环和半闭环
三、按加工方式分类
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（1）开环数控系统 没有位置检测装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统的稳定性好。
三、按加工方式分类
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按加工方式的不同，常将数控机床分为两种：一般数控机床和加工中心机床。 （1）一般数控机床 最常见的有数控车床、数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。 这类数控机床的特点与传统机床相似，但具有很高的精度，较高的生产率和较高的自动化程 度，适合于加工单件、小批量、高精度和复杂形状的工件。 由于一般的数控机床不带刀库，只能实现一道工序中的自动化。当改变工序时，需要人工完 成刀具的更换和调整等工作，阻碍了生产率的进一步提高。
二、按控制方式分类（按控制系统的功能）
23
（3）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床的特点是能够同时对两个及 以上的坐标轴进行加工控制。 加工时不仅能控制起点和终点的坐标，而且能 控制整个加工过程中每一刀位点的坐标和速度，即控 制刀具运动轨迹，将工件加工成所需的特定轮廓形状。
数控技术概论
数控技术概论数控技术概论1.2数控机床原理1.2数控机床结构1.3数控技术1.31数控机床的发展趋势1.4 FANUC数控系统数控加工中心机床基础知识1.41坐标系/对刀点/换刀点1.42常用基本指令1.43编程方式1.44对刀1.1数控机床原理数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。
该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。
1.11数控机床的特点控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。
与普通机床相比，数控机床有如下特点：●加工精度高，具有稳定的加工质量；●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；●机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。
1.12数控机床的组成主机：他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
他是用于完成各种切削加工的机械部件。
数控装置：是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。
当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。
它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
数控技术的基本概念
第一章概论1.1数控技术的基本概念1.1.1什么是机床的数字控制数字控制(Numerical Control, NC)是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行可编程控制的自动化方法。
数控技术(Numerical Control Technology)采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
也就是利用数字化信号进行控制的技术。
数控机床(Numerical Control Machine Tools) 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
是数控技术典型应用的例子。
数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。
计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。
1.1.2机床数字控制的原理数控机床在加工零件时，首先是根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；其次是编制零件的数控加工程序，然后将数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动方向、速度和位移的大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
在数控机床上有下面二种控制方法。
点位控制(Point to Point Control)：控制点到点的距离。
只是要求严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关。
轮廓加工控制(Contouring Control)：控制轮廓加工，实时控制位移和速度。
它的特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行连续地相关控制，使合成的平面或空间运动轨迹能满足轮廓曲线和曲面加工的要求。
控制过程中不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。
机床的数字控制是由数控系统完成的。
该系统包括数控装置、伺服驱动装置、可编程控制器和检测装置等。
数控技术 题库
第一章概论一、选择题1.数控机床的控制核心是。
a) 数控系统b) 专用软件c)CPU2.FMS是指。
a）直接数控系统；b）自动化工厂；c）柔性制造系统；d）计算机集成制造系统3.编排数控加工工序时，为了提高精度，可采用。
a)精密专用夹具； b）一次装夹多工序集中；c)流水线作业法； d）工序分散加法。
4.加工中心与普通数控机床区别在于。
a)有刀库和自动换刀装置； b）转速c）机床的刚性好；d）进给速度高。
5.“CNC”的含义是（）A．数字控制B. 计算机数字控制 C.网络控制6.数控机床是在（）生的。
A．日本 B. 美国 C. 英国7.数控机床的核心是（）A．伺服系统B. 数控系统 C. 反馈系统 D. 传动系统8.开环控制系统用于（）数控机床上。
A．经济型 B. 中、高档 C. 精密9.心与数控铣床的主要区别是（）。
A. 数控系统复杂程度不同B. 机床精度不同C. 有无自动换刀系统10. 基本控制轴数是（）A．一轴 B. 二轴 C.三轴 D. 四轴28.加工精度高、（）、自动化程度高、劳动强度小、生产效率高等是数控机床加工的特点。
A.加工轮廓简单，生产批量又特别大B.加工对象适应性强C. 夹装困难或必须依靠人工找正，定位才能保证其加工精度的单件零件D.适于加工余量特别大，材料和余量都不均匀的零件10.二、填空题1.数控机床组成包括CNC数控系统和机床主体两大部分。
2.数控机床的类型按加工功能分为金属切削类、金属成型类、特种加工类和其他等几种类型。
3.简单地说，是否采用数控机床进行加工，主要取决于零件的复杂程度；而是否采用专用机床进行加工，主要取决于零件的生产批量。
4.数控机床的基本组成包括_____输入装置______、____数控系统________、__伺服测量反馈系统、____辅助控制装置______、加工程序及机床本体。
5.FMC代表________柔性制造单元__________，FMS代表___柔性制造系统_______________，CIMS代表_________计算机集成制造系统_________。
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1. 《数控技术基础》(第3版) - 王业光
2. 《数控技术概论》(第5版) - 刘钟培
3. 《数控技术与应用》(第2版) - 李建华、单庆山、杨锋
4. 《数控机床加工精度提高技术》(第2版) - 温建华
5. 《数控编程实例》(第2版) - 秦伟吉、宋纪涛、杨秉征
6. 《数控车床编程及加工实例》(第2版) - 王忠厚、杨喜军、申廷康
7. 《数控技术实践教程》(第2版) - 王文宝、余思远、陈一平
8. 《数控机床操作与维护》(第2版) - 王实、马克存、李显明
9. 《数控技术原理与实践》(第2版) - 徐金龙、张鑫、王景峰
10. 《数控加工原理与实验》(第2版) - 熊光明、李莉，林龙春。
课程名称数控技术
E2 KVs cos KVc sin KVm (sin t cos cost sin ) KVm sin(t )
式中：α—定子正弦绕组轴线与转子工作绕 组轴线间的夹角； ω—激磁角频率。
由上式可见，旋转变压器感应电势 E2 与定子绕组中的激磁电压为相同频率、相 同幅值，但相位不同，其差值为α。若测 量转子工作绕组输出电压的相位角α，即 可得到转子相对与定子的空间转角位置。 在实际应用中，把定子正弦绕组激磁交流 电压的相位作为基准相位，转子绕组感应 输出电压相位与此进行比较，确定转子转 角的位置。
1）精度。符合输出量与输入量之间特 定函数关系的准确程度称作精度。高精度 和高速实时测量。 2）分辨率。分辩率应适应机床精度和 伺服系统的要求。 3）灵敏度。灵敏度高、一致。 4）迟滞。对某一输入迟滞。迟滞小。
5）测量范围和量程。 6）零漂与温漂。 其它：可靠，抗干扰性强、使用维护 方便、成本低等。
感应电势（E2）是以ω为角频率、以 Vmsin(α电-α机)为幅值的交变电压信号。
若电气角α电已知，只要测出E2幅值(利用
E2=0)，便可间接的求出机械角α机，从而
得出被测角位移。
5.3 感应同步器
感应同步器（Inductosyn）是一种电
磁感应式多极位置传感元件，由旋转变压
器演变而来。它的极对数可以做得很多，
α =900 α =00
E2 0
E2 KVm sin t
式中：E2—转子绕组感应电势； V1—定子绕组励磁电压， V1=Vmsinωt； Vm—电压信号幅值； α—定、转子绕组轴线间夹角； K—变压比（即绕组匝数比）
5.2.3 旋转变压器的应用 旋转变压器可以组成用作角度数据测 量传输和读出的控制方式、随动控制方式 和位置控制方式。数控系统中作为位置检 测与反馈元件，工作在位置控制的相位、 幅值工作方式。 （1）鉴相方式 在鉴相工作状态下，旋转变压器定子 的两相正交绕组（正弦绕组s、余弦绕组
数控技术概述课件PPT课件( 20页)
先进制造 系统
目前的先进制造系统主要指柔性制造单元 （FMC）、柔性制造系统(FMS)、集成制造 系统(CIMS)。而其核心是生产加工设备的数 控化、柔性化、精密化。
第一章 数控机床概论
1.4 先进制造系统
数控技术
柔性制造 系统
单机数控加工（使用一台数控机床 进行加工，较简单，但应用最广）
柔性单元加工（人参与最少但可以对 同一族内的不同零件自动化加工）
利于生产 采用数字信号与标准代码为控制信息，易于实
管理现代 现标准化加工，同时采用计算机辅助设计与制
化
造（CAD/CAM）是现代化集成技术的基础。
目前数控技术在向高速化、多功能、智能化、高 速度化、高可靠性发展。
第一章 数控机床概论
1.4 先进制造系统
数控技术
起因
目前的机械制造中，75%的是单件小批量生 产，而传统的生产组织原则不仅自动化程度 低，而且劳动强度大、生产周期长、成本高、 质量不稳定。而先进制造系统的采用，是生 产发展的需要。
数控技术
课程概述
第一章 数控机床的概论 第二章 数控机床种类 第三章 数控机床结构组成 第四章 数控机床编程 第五章 数控加工中心的实
际操作与加工 第六章 关于CAXA
1.1 数控机床的产生 数控机床的产生 数控技术概念
1.2 数控机床的组成 1.3 数控机床的特点 1.4 先进制造系统
课程概述
的编制
课程概述
第一章 数控机床概论 第二章 数控机床种类 第三章 数控机床结构组成 第四章 数控机床编程 第五章 数控加工中心的实
际操作与加工 第六章 关于CAXA
5.1 加工中心的操作 5.2 加工中心的编程
实例 5.3 加工中心的维护
数控机床的工作原理及基本组成
1.2 数控机床的工作原理及基本组成
刀具位移数据，再按照编程的有关规定编写加工程序，然后 制作信息载体的加工信息输入到数控装置，在数控装置内部 的控制软件支持下，经过处理计算后，发出相应的指令，通 过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，完成对零件的切削加 工。
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1.2 数控机床的工作原理及基本组成
伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控制 单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控系 统发来的各种运动指令，转换成机床移动部件的运动，由于 伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的 性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目 前许多数控机床使用了全数字伺服驱动的直线电动机，这种 电动机刚性好，可高速转动。
1.1.2 数控技术发展的几个主要阶段
数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自 1952年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两 个阶段共六代的发展。下一页 返回来自1.1 数控技术的发展
1. 数控阶段(1952-1970年) 早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理
第1章 数控技术概论
1.1 数控技术的发展 1.2 数控机床的工作原理及基本组成 1.3 数控机床的分类 1.4 数控机床的特点和应用范围 1.5 典型数控系统简介
1.1 数控技术的发展
1.1.1 数控机床的产生
数控是数字控制(NC，Numerical Control)的简称，是 用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的自动控制 技术。采用数字控制的机床或装备了数控系统的机床，称为 数控机床，它把机床的加工程序和运动变量(如坐标方向、位 移量、轴的转向和转速等)，以数字形式预先记录在控制介质 上，通过数控装置自动地控制机床运动，同时具有自动换刀、 自动测量、自动润滑及冷却等功能。
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数 控 技 术
（2）定位精度
在运动轴上建立一些目标点，每1～
2m 5个点，再长则增加；
定 位 精 度
轴
定 位 精 度
轴
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数 2、机床精度标准 控 技 指标 ISO标准 术
德VDI标 准
美NMTBA 标准 不定义
日JIS标准 每50~1000 mm一个点， 再100mm 单向1次计定 位精度；7次 计重复精度 实际位置与 目标的最大 差值 最大发散度 除以2
加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02 毫米； 在1990年代末，定位精度国际上是5～8微 米；重复定位精度在5微米以下，一般是
2～4微米。
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数 控 技 术
2、ISO的规定 （1）重复定位精度
反向误差
轴 -3δ
轴
重复定位精度
+3δ
重复定位精度
±3δ可以覆盖实际中99.73%的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置分布 目标点单向测试至少测5次；建议双向。
一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶
然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是
概 述
6
一项非常重要的精度指标。
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数 （一）数控机床的精度 控 技 术 1. 机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几 何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。
2.
一台机床的重复定位精度达到0.005mm (ISO标准、
先进数控机床：0~240m/min
稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速
概 述
时的平稳性显得特别重要。
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数 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 控 技 ⒉ 输出位置精度要高 术
定位精度和重复定位精度要高。
第 一 节 定位精度：它是指数控机床各移动轴在确定的终点 所能达到的实际位置精度，其误差称为定位误差。 定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的
当负载变化时，输出速度应基 本不变。即△F尽可能小；
统计法)，就是一台高精度机床；在0.005mm 以下， 超高精度机床（轴承、丝杠）。
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数 控 技 术
3、机床精度体系：目前我们国家承认的有：德国
VDI标准、美国NMTBA标准、日本JIS标准、
国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标
准差不多。
4、 加工出高精度零件，不只要求机床精度高，
经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床
概 述
的工作台、主轴架等执行部件进行工作进给 和快速进给。
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数 二、进给伺服系统的技术要求 控 技 1. 调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 术
调速范围：
RN Fmax Fmin
一般数控机床：1mm/min~24m/min，1:24,000 第 一 节
还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。
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数 控 技 术
（二）定位精度和重复定位精度
1. 简介
定位精度：是指机床各坐标轴在数控装置控
制下运动所能达到的位置精度。 重复定位精度：是指数控机床的运动部件在 同样条件下在某点定位时，定位误差的离散 度大小。
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数 控 技 术
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数 控 技 术
波 动 （ 散 布 ） 大
平 均 发 生 偏 移
Bad! Good!
波 动 （ 散 布 ） 大
平 均 没 有 偏 移
波 动 （ 散 布 ） 小
平 均 发 生 偏 移
波 动 （ 散 布 ） 小
平 均 没 有 偏 移
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数 控 技 Sigma (标准差) 术
与ISO非常相近；
单向测量；
精度与轴长有关； 以正负值反映精度。
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数 控 技 术
（2）德国VDI标准：
与ISO相近；
最复杂的一种标准，其中一些指标须仔细分
析；
定位精度分成四部分，定位不确定性最相近
于ISO种的定位精度；
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数 控 （3）日本JIS标准： 技 与ISO相差较远； 术
比前三种精度标准简单，远不如这些标准准确； 定位精度一次往返测量，是目标点与实际点之 间的偏差，不考虑±3δ分布； 重复精度为测量的最大分散度除以2，前加±号； 测量结果感觉比其它标准的精度都高，数值比 为 1： 2。
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数 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 控 技 术 ⒊ 负载特性要硬
System)——以移动部件的位置和
速度作为控制量的自动控制系统。
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数 一、进给伺服系统的定义及组成 控 技 术 2. 组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、
位置检测装置、机械传动机构、执行部件。
第 一 节
3. 作用：接收数控装置发出的位移和速度指令信 号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，
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目标点数 每1～2m 5个， 取决于轴 再长增加 长，最少 5个 目标接近 单向至少5次 点次数 单向每米 10次
最少7次
定位精度 +3δ与-3 δ极限 无此指标 值的最大差 重复精度 发散度的最大 与ISO相 值 近
定义为精度
与ISO相近
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数 控 技 术
2、各标准特点
（1）美国NMTBA标准：
误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直
概 述
5
接影响零件加工的精度。
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数 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 控 技 重复定位精度：它是指在数控机床上，反复运 术
行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程
度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动
第 一 节
环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。
9
10
11
=
( - x)2
N
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数 控 技 术
X P X P 1 2(1) 1 0.6826
P X 2 2(2) 1 0.9544
P X 3 2(3) 1 0.9973
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数 控 技 术
第四章
进给伺服系统
内容提要
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
本章将详细讨论进给伺服系统的软件硬
件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实
现方法。
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数 第一节 概述 控 技 术
一. 进给伺服系统的定义及组成
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
1. 定义：
进给伺服系统(Feed Servo