数控技术期末复习资料

数控技术复习要点

第一章

1.数控技术：NC，是一种借助数字、字符或其他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，简称数控。

2．计算机数控：CNC，是用计算机实现数控所需的所有运算、控制功能和其他辅助功能的方法。

3.数控机床的组成：程序载体、输入装置、数控装置、主轴控制单元、PLC、强电控制装置、伺服系统、位置检测装置、机床本体、输出装置。

4．数控系统的组成：控制系统、驱动系统和测量反馈系统。

5.数控机床的工作原理：首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化，再用规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所所编写的程序指令输入到机床的数控装置中，数控装置控制装置发出开关信号，以驱动其各运动部件，达到所需要的运动效果，最后加工出所需要的零件。

6.数控系统（CNC）的工作过程：数控系统接收数控程序（NC）代码；“翻译”NC代码为机器码；将机器码转换为控制信号。

7.数控机床的分类：按照运动轨迹分类：点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床；

按照工艺用途分类：一般数控机床、数控加工中心、多坐标数控机床；

按照伺服系统的控制方式分类：开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床；

按照数控装置分类：硬件数控机床和软件控制数控机床。

8.开环控制数控机床：该机床无位置反馈检测装置，其伺服电机一般采用步进电机，加工精度不是很高但控制方便。

闭环控制数控机床:该类机床有位置反馈检测装置和位置比较电路，位置反馈检测装置安装在工作台导轨上，能实时检测机床工作台的实际位置，并能把检测得到的位置信息反馈回CNC,CNC再将程序指定的理论位置与实际位置进行比较，实现机床的闭环控制工作。因此，该类机床的加工精度很高，但是该类机床的反馈信息考虑了丝杠等的影响，所以稳定性比较差，系统较复杂，调试不方便。

半闭环控制数控机床：该类机床的位置反馈检测装置一般装在伺服电机上，通过实时检测伺服电机的转速和转数来间接反映机床的位置信息，并反馈到CNC中，因此常称为半闭环。该类机床把丝杠等的影响考虑在反馈之外，因此稳定性较好，调试比较方便。

9.数控机床的特点：采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短；为了可靠的实现连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小；更多的采用高效率高精度的传动部件，如滚珠丝杠直线滚动导轨等；

加工中心带有刀库、自动换刀装置；

广泛采用各种辅助装置如冷却排泄防护瑞换储运等装置。

10.数控机床的优势：

具有复杂形状加工能力

高质量

高效率

高柔性

减轻劳动强度，改善了劳动条件

有利于生产管理

11.数控机床的发展趋势：

加工高速化，高精度化

控制智能化

加工网络化

数控系统的开放化

并联机床

STEP-NC

12.点位控制数控机床：只能精确控制点的位置，在移动过程中不进行任何加工，而且移动部件的运动路线并不影响加工孔距的精度，为提高效率，以慢快慢的方式运动，靠近和离开工件时慢，中间移动快。

点位直线控制数控机床：有位置速度和简单路线，该类机床除了控制点定位外，还能控制刀具沿某个坐标轴行方向或与坐标轴成四十五度夹角方向的直线切削加工，但不能加工任意斜率的直线。

轮廓控制数控机床：有每点的位置速度路线控制功能，可以对两坐标或者两坐标以上的坐标轴进行控制，能加工曲线和曲面，在加工成中，需不断的进行插补运算及相应的速度和位移控制。

第二章

1、插补的概念:数控装置依据编程时的有限数据，按照一定的计算方法，用基本线性（直线圆弧等）拟合出所需要轮廓的轨迹，边计算边根据计算结果向各坐标轴进行脉冲分配，从而满足加工要求的过程。

2、插补的基本要求：插补所需要的原始数据要少；插补结果没有累计误差；进给速度的变化要小；插补计算速度快。

3、插补方法分类：根据数学模型分类:一次（直线）插补和二次（圆弧抛物线等）插补；根据插不起结构分类：硬件插补和软件插补；

根据数值输出方式分类：脉冲增量插补和数据增量插补

脉冲增量插补分为：数字脉冲乘法器逐点比较法数字积分法矢量判别法比较积分法直接函数法加密判别法

数字增量插补的特点是CNC每次插补运算完后输出坐标点的二进制数字坐标，分粗插补和精插补两个步骤，也称为数字采样插补。

*逐点比较法原理：当刀具按照要求的轨迹移动是，没走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹想比较判断一下偏差，根据比较的结果确定下一步的移动方向，这样就可以得到一个非常接近规定图形的轨迹。

4、逐点比较法插补算法中，每进给一步需要四个节拍：偏差判别坐标进给偏差计算终点判别.

5、刀具的进给速度是插补方法的重要性能指标，也是选择插补方法的依据。

6、直线插补的进给速度：逐点比较法直线插补的刀具进给速度与插补时钟的频率f和所加工直线的倾角有关。与频率成正比。

7、逐点比较法圆弧插补的进给速度是变化的，除了与插补的频率成正比外，还与切削点的半径同Y轴的夹角有关。在零度和九十度附近最快，在四十五度的地方最慢。

8、进给速度受到被加工直线的长度L和背加工圆弧的半径R的影响，就是说行程较长时，走刀速度要快，当行程较短时要求走刀要慢，所以各程序段的走刀速度不一致，导致加工表面的质量受到影响，特别是行程短的程序生产率低，为了克服这一缺点，使溢出脉冲均匀，进给速度提高，同时插补采用左移规格化处理的方法。

9、直线插补的左移规格化：直线插补时，将被积函数寄存器中的终点坐标同时左移，此时把左移后右边的空缺位添零，保证数据的位数，同时也记下左移位数，当其中任一坐标的被积函数寄存器的数据前零全部移去时，则该坐标数据已变成规格化数，此时停止移位。10、圆弧插补的左移规格化：圆弧插补的左移规格化处理与直线插补基本相同，唯一的区别是圆弧插补的左移规格化是使坐标值最大的被积函数寄存器的次高位为1，即保证前位为0。

11、数字积分法直线插补的插补误差小于一个脉冲当量。由于数字积分器溢出脉冲的频率与被积函数寄存器的存数成正比，数字积分法圆弧插补的插补误差可能大于一个脉冲当量。12、数字积分法插补精度的提高：第一种方法是把积分器的位数增多，从而增加迭代次数。第二种方法是把积分累加器中余数寄存器预置数。EG：预置倍通常称为半加载。半加载可以使直线插补的误差减小到半个脉冲当量以内。

13、在CNC系统中广泛采用的另一种插补计算方法即所谓的数据采样插补法，或称时间分割法。此插补法尤其适用于闭环和半闭环以直流或交流电机为执行机构的位置采样控制系统。这种方法是把加工一段直线或圆弧的整段时间分为许多相等的时间间隔，称为单位时间间隔，或插补周期。

14、一般情况下，数据采样插补法是分两步完成的，即粗插补和精插补。第一步粗插补是有软件来完成的，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曲线，粗插补在每个插补计算周期中计算一次，输出本周期动点应该移动的距离。第二步为精插补，由硬件来完成，它是在粗插补计算出的每一条微小直线段上再做数据点的密化工作，这一步相当于对直线的脉冲增量插补。

总而言之，粗插补是在每一个插补周期内计算出坐标实际位置增量值，而精插补则在每一个采样周期反馈实际位置增量值及插补程序输出指令位置增量值，然后计算出这两者的偏差，即跟随误差，根据跟随误差算出相应坐标轴的进给速度，输出到伺服系统。

15、数字积分法的原理：要实现插补脉冲的合理输出，可令累加器的容量为一个单位面积，则累加器过程中超过一个单位面积时必然产生溢出，那么，累加器过冲中所产生的溢出脉冲总数就是要求面积近似值或者说是要求的积分近似值。

16、数字积分法直线插补与数字积分法圆弧插补的区别：（1）数字积分法直线插补的X轴和Y轴的被积函数寄存器中寄存的是一直不变的直线终点坐标Xe和Ye；而数字积分法圆弧插补的X和Y寄存器中则存储的是变化着的Y和X坐标，属于动态坐标；（2）数字积分法圆弧插补过程当中有X与Y的修正过程，而直线插补没有。（具体见课本P31和P33）。

第三章

1、CNC系统的核心是计算机数控装置，其接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路、插补、逻辑处理后，将各种指令信号输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。

其他的控制任务还有主运动部件的变速、换向和启停，选择和交换刀具的刀具指令，冷却、润滑和启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等。

2、CNC装置的工作原理：输入、译码、刀具补偿、进给速度处理、插补、位置控制、输入输出处理、显示、诊断。

3、CNC装置的软件是一个典型又复杂的实时系统，CNC的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀具半径补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿都是由软件实现的。

4、CNC装置软件结构模式有：前后台型结构模式、中断型结构模式和功能模块结构模式。

5、前后台型结构模式：前台程序，强实时性任务，实现与机床动作直接相关的功能，主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，是一个实时中断服务程序。

后台程序（背景程序），弱实时性任务，完成显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入输出、插补预处理等弱实时性的任务，它是一个循环执行程序。

6、中断型结构模式：即除初始化程序外，所有任务按实时性强弱，分别划分到不同优先级别的中断服务程序中，其管理功能主要是通过各级在终端服务程序之间的相互通信来完成的。

中断服务程序的中断来源主要有两种：一种是由时钟或者其他外部设备或者程序发出的中断请求信号，称为硬件中断；另一种是有程序产生的中断信号，称为软件中断。

CNC装置软件的特点是1，多任务并行处理2多重实时中断。

在多重实时中断当中分为外部中断、内部定时中断、故障中断和程序性中断。

7、刀具半径误差补偿，有了刀具半径补偿功能，对于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径的变化，不必重新编程，只需修改相应的偏置参数即可。

8、根据两段程序轨迹的矢量夹角和刀补方向的不同，过渡方式有伸长型、缩短型和插入型。

9、区分加工左刀补和右刀补的基本就是看在加工过程中，刀具中心在加工方向的哪一侧，在左或者右就是左刀补或者右刀补。

10、可以通过控制输出脉冲频率或者脉冲周期来控制进给速度。常用的进给速度控制方法有两种，程序计时法和时钟中断法。

程序计时法控制进给速度就是要用程序来控制进给脉冲的间隔时间。进给脉冲的间隔时间越长则进给速度越慢，进给脉冲的间隔时间越短则进给速度越快。

时钟中断法，只要求一种时钟频率，用软件控制每个时钟周期内的插补次数达到进给速度控制的目的，其速度要求是用每分钟毫米数直接给定的。

11、在CNC闭环或者半闭环，系统的加减速控制是通过软件实现的，加减速控制可以放在插补前进行也可以放在插补后进行。

12、当将加减速控制放在插补之前进行则称为前加减速控制，前加减速控制是对编程指令F 即合成速度进行控制。其优点是不会影响实际插补输出的位置精度，但需根据实际刀具位置和程序段终点之间的距离来确定减速点，计算工作量比较大。

13、当将加减速控制放在插补之后进行的就是后加减速控制，后加减速控制是对各运动轴分别进行加减速控制。由于是对各个轴分别进行控制，所以在加减速控制中实际的各运动轴合成位置可能不准确，但这种影响只存在于加速或者减速过程中。

14、CNC装置的软件组成：输入数据处理程序、插补计算程序、速度控制程序、位置控制、管理程序、诊断程序（P62）。

15、P74 B刀补与C刀补，掌握刀补建立、进行、撤销阶段的编程。

第四章

1、位置测量装置是由检测元件即传感器和信号处理装置两部分组成的，一般安装在机床工作台丝杠或者电机上，相当于普通机床上的刻度盘和人的眼睛。

2．、位置测量装置的作用是实时测量执行部件的位移和速度信号，并把测得的位移和速度信息变换成CNC中位置控制单元所要求的信号形式，以便于将运动部件的实际位置反馈到位置

控制单元，实现数控系统的半闭环闭环控制。

3、位置测量装置的精度主要包括系统的精度和分辨率。系统精度是指在一定长度或者转角范围内测量累计误差的最大值；系统的分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量。

4、数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。

5、数控测量装置的性能指标：精度、分辨率、灵敏度、迟滞、测量范围和两成要能满足机床加工要求和零漂与温漂。

6、数控检测装置分为测量电流、速度和位移三种类型。常见的位置检测装置有旋转变压器、感应同步器、光栅传感器、光电脉冲编码器。

第五章

1、对伺服系统的基本要求：精度高、稳定性好、快速快速响应、调速范围宽、低速大转矩、

可靠性高。

2、伺服电动机为数控伺服系统的重要组成部分，是速度和轨迹控制的执行元件。数控机床

中常用的伺服电机有直流伺服电机（调速性能好）、交流伺服电机（主要使用的电机）、步进电机（适用于轻载、负荷变动不大的情况）、直线电机（高速高精度）。

3、伺服系统分类：

按照调节理论分类：开环伺服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统

按照使用的执行元件分类：电液伺服系统、电气伺服系统伺服电机

按照被控对象分类：进给伺服是指一般概念的位置伺服系统，包括速度控制环和位置控制环，主轴伺服系统只是一个速度控制系统

按照反馈比较控制方式分类：脉冲数字比较伺服系统，相位比较伺服系统，幅值比较伺服系统，全数字伺服系统。

4、进给伺服系统又称为拖动系统，是数控系统主要的子系统。它忠实地执行由CNC祖昂之

发来的运动命令，精确控制与执行驱动对象的运动方向、进给速度与位移量，同时也通过PLC与CNC通信，实时通报驱动对象的工作状态并接受CNC的控制。

5、开环伺服系统：开环伺服系统没有位置测量装置，信号流是单向的（由数控装置只想进

给系统），故系统稳定性好。无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。开环伺服系统一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。

6、半闭环伺服系统：半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置或丝杠引出，通过采样旋

转角度进行检测，间接检测运动部件的实际位置。半闭环环路内部包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽然不如开环系统，但比闭环要好。

7、全闭环伺服系统：全闭环数控西戎的位置采样点直接对运动部件的实际位置进行检测。

8、步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，步进电机伺服系统是典

型的开环控制系统。

9、步进电机应用中的注意问题：低速转动是震动和噪声相对较大；当频率突变过大是容易

发生堵转、丢步和过冲现象。

10、SPWM的波形等效于正弦波。

11、FMS：简称柔性制造系统，简称ＦＭＳ(Flexible Manufacture System)，是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。

柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成，在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。

12、FMC 柔性制造单元

柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。

所谓柔性，是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务，完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。

13、CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary的缩写，

直译就是计算机/现代集成制造系统。

CIMS 定义：CIMS是通过计算机硬软件。并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统

14、所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。对刀时应使对刀点与刀位点重合。对于各种立铣

刀，一般取刀具轴线与刀具底端的交点；对于车刀，取为刀尖；钻头则取为钻尖。

15、交流伺服电机可以分为永磁式交流伺服电机和感应式交流伺服电机。

16、闭环伺服系统是由位置控制单元、速度控制单元、机械执行部件和位置检测单元构成的。

17、伺服系统的位置控制包括位置监测环节和位置反馈环节，其中监测环节包括测位移、测

速度和测电枢电流，位置反馈环节则将以上三因素的策略结果通过反馈通道实时向数控装置发送信号，具有位置控制的伺服系统才是真正完整的伺服系统。

18、开环伺服系统的位置控制主要靠igao步进电机的运行精度，闭环伺服系统中按监测方

式的不同有相位控制、幅值控制和数字控制三种位置控制方式。

第六章

1、机床参考点：是用于对机床工作台或者滑板与刀具相对运动的测量系统进行定标与控制的点，该点一般设在各轴行程极限点上。

2、数控机床的参考点的两个作用：一个是建立机床坐标系；另一个是消除由于漂移和变形等造成的误差。

机床坐标系是机床固有坐标系，其坐标原点为机床原点，由厂家确定。

3、编程时一般是选择工件上的某一点作为程序原点即程序零点，并以这个远带你作为坐标系的原点，建立一个新的坐标系，称为编程坐标系，加工程序就是根据编程坐标系编写的。

4、而把加工程序应用到机床上，程序原点应该放在工件毛坯的什么位置，其在机床坐标系中的坐标值是多少，这些都必须让数控系统知道，这一操作需要对刀来完成。对刀完成后编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，工件坐标系的原点称为工件原点。

5、数控编程误差：即在数控编程阶段，图纸上的信息砖混成控制系统可以接受的形式，这时会产生近似计算误差、插补误差和尺寸圆整误差三种误差。

6、完整的加工程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。

7、一般来说，数控编程主要包括分析零件图纸、工艺分析、数学处理、编写程序单、输入

数控系统及程序校验与首件试切，修改确认程序。

8、划分加工阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段。

9、划分加工阶段的原因：可保证零件的加工质量、可合理使用机床、可及时发现毛坯缺陷、有利于保护加工表面、便于热处理工序的安排。

10、加工顺序的安排：先粗后精、基准面先加工原则、先主后次、先面后孔、先内后外、减少换刀次数、连续加工。

11、选择走刀路线的原则：避免引入反向间隙误差、切入切出路径、采用顺铣加工，立体轮廓加工、内槽加工。

圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令g02和逆时针圆弧插补指令g03。圆弧插补的顺逆可按图2-1给出的方向判断：沿圆弧所在平面(如xz平面)的垂直坐标轴的负方向(－y)看去，顺时针方向为g02，逆时针方向为g03。

数控车床是两坐标的机床，只有x轴和z轴，按右手定则的方法将y轴也加上去来考虑。观察者让y轴的正向指向自己(即沿y轴的负方向看去)，站在这样的位置上就可正确判断x-z平面上圆弧的顺逆时针了。