數(shù)控技術(shù)概論

1、第一章數(shù)控技術(shù)概論1.數(shù)控（numerical control, NC）：用數(shù)字化信息，對機床運動及其加工過程進行控制的一種 方法。2.計算機數(shù)控（computer numerical control， CNC） 3.數(shù)控系統(tǒng)的基本組成：輸入輸 出裝置，CNC裝置，可編程控制器（PLC），主軸伺服驅(qū)動裝置，進給伺服驅(qū)動裝置，檢測 裝置4.數(shù)控機床加工零件的整個過程：零件圖工藝處理數(shù)學(xué)處理數(shù)控編程程序輸 入譯碼數(shù)據(jù)處理插補伺服驅(qū)動和加工5.數(shù)控機床的特點：適應(yīng)性，靈活性好 精度高，質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)效率高勞動強度低，勞動條件好有利于實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理 使用，維護要求高6.數(shù)控機床的分類:a.按運動方

2、式分：點位控制數(shù)控機床直線 輪廓b.按伺服系統(tǒng)類型分：開環(huán)數(shù)控機床半閉環(huán)閉環(huán)c.按功能水平 份：經(jīng)濟型中檔型高檔型上按工藝方法分:金屬切削金屬成 形特種加工7.多軸聯(lián)動：對于輪廓控制數(shù)控機床，根據(jù)同時控制坐標軸的數(shù)目 可分為兩軸聯(lián)動，兩軸半，三軸，四軸和五軸聯(lián)動8.開環(huán)控制數(shù)控機床:沒有位置檢測反 饋裝置的數(shù)控機床。閉環(huán)：帶有位置檢測裝置，而且檢測裝置安裝在刀架或工作臺等 執(zhí)行部件上，用以隨時監(jiān)測這些執(zhí)行部件的實際位置半閉環(huán)：帶有位置檢測裝置，它 的監(jiān)測裝置安裝在伺服電機上或絲杠的端部，通過檢測伺服電機或絲杠上的角位移間接計算 出機床工作臺等執(zhí)行部件的實際位置，然后與指令位置進行比較，進行差值

3、控制。9值速 加工的概念：指切削速度高，超過普通切削的510倍。機床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般在10000 轉(zhuǎn)以上，最高可達150000r/min.進給速度很高，一般認為，高速加工的機床不僅指要有高的 主軸轉(zhuǎn)速，與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的高進給速度，還必須具備高的進給加速度。以電主軸和直線 電機的應(yīng)用為特征第二章數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)數(shù)控編程的方法:手工編程，白動編程2.正方向：假定工件相對禁止不動，而刀具在移動， 并同時規(guī)定刀具遠離工件的方向作為坐標軸的正方向3.機床坐標系:機床上固有的坐標系， 用于確定被加工零件在機床中的坐標，機床部件的位置，以及運動范圍。機床原點（零點）: 機床坐標系的原點工件坐標系：編

4、程人員在編制零件加工程序時使用的坐標系工件原點 （零點）工件坐標系的原點4.程序地址碼:FANUC系統(tǒng)用O,西門子系統(tǒng)用 5.零件數(shù)控 加工程序可由主程序和子程序組成6.數(shù)控編程中常用指令:1）準備功能G代碼：分為模 態(tài)代碼和非模態(tài)代碼，掌握 G90 G91 G00 G01 G02 G03 G41/42 G40 G43/44 G49 G17/18/19 G04P/X（U）刀具補償功能應(yīng)用的優(yōu)點：簡化編程工作量實現(xiàn)粗精加工實現(xiàn)內(nèi)外型面 的加工2）輔助功能M代碼（M，S，T指令由PLC實現(xiàn)）：掌握M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07 M08 M09 M30 3）F,S,T

5、代碼：F： G94:mm/min G95:mm/r S： G96 S600:160m/min G97 S1000:1000r/min T： T0101 （前兩位為刀具號，后兩位表示刀具補償號）7.數(shù)控加工 工藝的特點：工序內(nèi)容具體工序內(nèi)容復(fù)雜工序集中8.工序的安排：在遵循基準先行， 先粗后精，先面后孔，先主后次的一般原則基礎(chǔ)上，還應(yīng)遵循先進行內(nèi)形腔加工，后進行 外形加工工序有相同裝夾方式或同一把刀具加工的工序最好一起進行，以減少重復(fù)定位， 節(jié)省換刀時間同一次裝夾中進行的多道工序，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工序9. 數(shù)控機床上使用的夾具只需具備定位和夾緊兩種功能，不需要導(dǎo)向和對刀功能數(shù)控加工的

6、 刀具應(yīng)滿足調(diào)整方便，剛性好，精度高，耐用度高由于普通銑刀端面中心處無切削刃，所 以立銑刀不能作軸向進給，端面刀主要用來加工與側(cè)面相垂直的底平面銑刀的選擇：a. 加工較大的平面應(yīng)選擇面銑刀b.加工凹槽，較小的臺階面及平面輪廓應(yīng)選用立銑刀。.加工空 間曲面，模具型腔或凸形表面等多選用模具銑刀d.加工封閉的鍵槽選擇鍵槽銑刀e.加工變斜 角零件的變斜角面應(yīng)選用鼓形銑刀f.加工各種直的或圓弧形的凹槽，斜角面，特殊孔應(yīng)選用 成形銑刀g.航天領(lǐng)域加工薄壁件應(yīng)選用短切削刃的立銑刀10.對刀點:是數(shù)控加工時刀具相 對工件運動的起點，也是程序的起點，亦可稱為程序起點或起刀點刀位點：刀具在機床的 位置是由“刀位點

7、”的位置來表示，所謂刀位點就是表征刀具特征的點。平頭立銑刀，端 銑刀(底面中心)鉆頭(鉆尖)車刀，鏜刀(刀尖)球頭銑刀(球心)刀具對刀時，應(yīng) 使“刀位點”和“對刀點”重合。11.凹槽加工的三種走刀路線:“行切法”“環(huán)切法”“先 行切，最后環(huán)切一刀光整表面” 12.對于多框復(fù)雜薄壁件的加工，在確定不同框之間的走刀 路線時，應(yīng)選擇層優(yōu)先，而不能采用深度優(yōu)先的方法，以減少薄壁的加工變形13.車螺紋 時，在Z向應(yīng)使車刀刀位點離待加工面(螺紋)有一定的引入距離，退刀時有一定的引出 距離(提高精度)14 .用直線段逼近非圓曲線時可采用的方法弦線逼近法(等間距法，等步 長法，等誤差法)割線逼近法，切線逼近法

8、15.等步長法的步驟:用直線段逼近非圓曲線時， 如果每個逼近線段長度相等，稱為等步長法。求最小曲率半徑計算允許步長l計算節(jié) 點坐標16.等誤差法的概念步驟：用直線段逼近非圓曲線時，如果每個逼近誤差相等，則稱 等誤差法。以起點a(xa，ya)為圓心，S為半徑作圓求圓與曲線的公切線PT的斜率 求出過a點與直線PT平行的直線方程由直線方程與曲線方程聯(lián)立求解b點坐標按以 上步驟依次求得才c，d各節(jié)點坐標第三章數(shù)控加工編程方法L數(shù)控車床根據(jù)主軸的方向可分為立式數(shù)控車床和臥式數(shù)控機床 勿數(shù)控車床刀具的選擇要 保證其剛度，強度，耐用度3.編程時，直徑方向按絕對坐標編程時以直徑表示，按增量坐 標編程時，以徑向

9、實際位移量的2倍表示4.數(shù)車編程：1)G00 G01 G02 G03 2)F,S指令 F指令設(shè)置G99F_(每轉(zhuǎn)進給模式：mm/r) G98F_(每分鐘進給模式：mm/min)S指令設(shè) 置G96S_( m/min)-設(shè)置為恒切削速度，此時為了防止計算出的主軸轉(zhuǎn)速過高而發(fā)生危險， 在設(shè)置前應(yīng)將主軸最高轉(zhuǎn)速設(shè)置在某一最高值，指令格式為G50S_(r/min) G97S_ (r/min) 3)暫停指令G04 4)車削常用固定循環(huán)指令：單一形狀圓柱或圓錐切削循環(huán)：圓柱： G90 X(U)_Z(W)_F_ 圓錐：G90 X(U)_Z(W)_I_F_ X,Z 為圓柱或圓錐面切削終點 坐標值，U,W為圓柱或

10、圓錐面切削終點相對循環(huán)起點的坐標增量，I為椎體切削始點與切削 終點的半徑差端面切削循環(huán)：G94 X(U)_Z(W)_F_多重復(fù)合循環(huán)：a.外圓粗車循環(huán) G71 b.端面車加工循環(huán)G72 c.成形車削循環(huán)G73 d.精車循環(huán)G70 5)其他指令工 件坐標系設(shè)定指令G50 G50 X_Z_參考點返回指令G28 G28 X(U)_Z(W)_刀具功 能T刀尖半徑補償建立與取消指令G41/42 G40 在數(shù)銑中，如果采用G54-G59進行坐 標系設(shè)定值，操作者在實際加工前，應(yīng)測量工件坐標系原點與機床坐標系原點的偏置，并在 數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定，這個值稱為“工件零點偏置” 6.加工中心編程：1)加工中心：它

11、帶 有刀庫和換刀裝置，能進行銑，鏜，鉆，攻螺紋等多種工序的加工2)編程指令：孔加 工固定循環(huán)指令:G81-89選刀與換刀指令:T02 M06參考點返回指令:G28 X_Y_Z_ x,y,z為返回參考點時經(jīng)過的中間坐標子程序調(diào)用指令刀具位移偏置指令G45-48(非模 態(tài))：G45增加一個刀具偏量G46減少一個刀具偏量G47增加兩個刀具偏量G48減少一個 刀具偏量7.宏程序：1)變量：a, #0空變量 該變量總為空，不能賦值b,#1-33局部變量 在宏程序中有存儲數(shù)據(jù)，斷電時不保存c,#100-199 #500-999全局變量 在不同的宏程序 中意義相同，#100-199斷電為空#500-999斷

12、電不丟失d.#1000系統(tǒng)變量 用于保存CNC 各種數(shù)據(jù)，如當前位置刀具偏置值等 引用時：G01 X#1+#2 F#3，G00 X-#1 2)算數(shù)和 邏輯運算3)轉(zhuǎn)移和循環(huán)指令無條件跳轉(zhuǎn)GOTO n;向前跳轉(zhuǎn)GOTO #i；向后跳轉(zhuǎn) 有條件跳轉(zhuǎn) IF 條件 GOTO n； IF條件 GOTO #i EQ ( = ) NE (尹)GT () GE (3) LT () LE (W) 循環(huán)語句： WHILE 條件表達式DO m (=1,2,3) END m 4)宏 程序調(diào)用非模態(tài)調(diào)用 G65模態(tài)調(diào)用G66取消G67G65 P_ L_例：G65 P9010 L2 A1.0 B2.0 P調(diào)用程序號L重復(fù)

13、調(diào)用次數(shù)A1.0 B2.0表1.0，2.0傳遞到#1, #2變量中模態(tài)調(diào)用G66 P_ 1_自變量表7.自動編程的過程幾何造型生成 加工軌跡加工軌跡編譯加工仿真后置處理數(shù)控加工程序傳輸和機床加工第四章計算機數(shù)字控制裝置1.CNC裝置的兩種不同結(jié)構(gòu)：單微處理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.多微處理器在結(jié)構(gòu)上分為：共享總線型， 共享存儲器型 3.開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念？數(shù)控系統(tǒng)哪三種不同層次的開放？開放式數(shù)控 系統(tǒng)是一種模塊化的，可重構(gòu)的，可擴充的通用數(shù)控系統(tǒng)，它以工業(yè)PC機作為CNC裝置 的支撐平臺，再由各專業(yè)數(shù)控廠商根據(jù)需要裝入自己的控制卡和數(shù)控軟件構(gòu)成相應(yīng)的CNC 裝置 三種不同層次的開放：CNC系統(tǒng)的開放用戶操

14、作界面的開放CNC內(nèi)核的深 層次開放4.CNC裝置的軟件包括管理軟件和控制軟件兩大部分管理軟件主要包括：輸入 I/O處理通信診斷和顯示等功能 控制軟件主要包括：譯碼刀具補償速度控制插補控 制位置控制（優(yōu)先級最高）開關(guān)控制5.典型的CNC系統(tǒng):FANUC： FANUCO系列， FANUCOi 系歹 U，F(xiàn)ANUC16i/18i/21i 系列 SIEMENS： SINUMERIK802S/C, SINUMERIK802D, SINUMERIK810D，SINUMERIK840D, SINUMERIK810D/840D第五章數(shù)控機床中，道具或工件能移動的最小位移量成為數(shù)控機床的脈沖當量或最小分辨率。

15、插補的實質(zhì)是根據(jù)有限信息，完成數(shù)據(jù)密化的工作：3.插補分類：基準脈沖插補，脈沖的 數(shù)量代表了刀具或工件移動的位移量，脈沖序列的頻率代表了刀具或工件運動的速度，數(shù)據(jù) 采樣插補，一是粗插補，二是精插補。4.一般取插補周期為采樣周期的整數(shù)倍。5.提高數(shù)字 積分法的措施：左移規(guī)格化，使進給速度均勻，余數(shù)寄存器預(yù)置數(shù)，提高插補精度。第六章1.位置檢測裝置的作用是檢測位移和速度。2.閉環(huán)和半閉環(huán)控制的數(shù)控機床的加工精度主要 由監(jiān)測系統(tǒng)的精度決定。3.位置檢測的精度包括系統(tǒng)精度和分辨率。4.直接測量，對機床的 直線位移采用直線型檢測裝置測量，間接測量，采用回轉(zhuǎn)型元件測量。5.旋轉(zhuǎn)變壓器:根據(jù) 互感工作原理，

16、定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙磁通分布呈正余弦規(guī)律。當定子加上一定頻率的激磁電 壓時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個繞 組軸線在空間的相對位置。工作方式：鑒相，鑒幅。6.感應(yīng)同步器:直線式，由定尺和滑尺 組成，用于檢測直線位移，應(yīng)用于全閉環(huán)伺服系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)式，由釘子和轉(zhuǎn)子組成，用于測量 角位移，應(yīng)用于半閉環(huán)。7.光柵：按用途分為物理、計量光柵。計量光柵按形狀分為：長光 柵和圓光柵，按制作原理分為玻璃透射和金屬反射光柵。結(jié)構(gòu)由標尺光柵和指示光柵組成。 8.莫爾條紋特性：放大作用、實現(xiàn)平均誤差、莫爾條紋的移動和柵距的移動成比例。9.光柵 系統(tǒng)：四倍頻鑒相電路在光柵測量系

17、統(tǒng)中被廣泛使用，所謂四倍頻，就是在一個莫爾條紋寬 度安裝彼此距離1/4個莫爾條紋寬度的4個光電元件，這樣，莫爾條紋移動時，四個光電元 件將產(chǎn)生四個依次相差1/4周期的正弦信號。10.光柵測量系統(tǒng)的分辨率取決于光柵柵距d 和鑒相倍頻的倍數(shù)n，即分辨率=d/n。11.光柵輸出信號:正弦波、方波。12.編碼器:根據(jù) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式分為接觸式、光電式、電磁式。接觸式編碼器：4位二進制碼盤、格雷 碼。非單值誤差：弱若電刷恰好位于兩位碼的中間或電刷接觸不良，則電刷的檢測實數(shù)可能 會出現(xiàn)任意數(shù)字。應(yīng)用：位移測量。第七章1.步進電機（用于開環(huán)伺服系統(tǒng)）：每給步進電機輸入一個電脈沖信號，其子軸就轉(zhuǎn)過一 個角

18、度，稱為步距角改變頻率可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，改變通電順序可以控制電機的轉(zhuǎn)動方 向步距角=360 /m （定子相數(shù)）z （轉(zhuǎn)子齒數(shù)）k （通電系數(shù)）功率放大電路：對從環(huán) 形分配器輸出的信號進行功率放大并送至步進電機各繞組，有幾相就需要幾組功率放大電 路。2.直流伺服電機:按控制方式：磁向控制、電樞控制常用有永磁式（大慣量寬調(diào)諫）、 小慣性、無刷三種調(diào)速方式：調(diào)節(jié)電樞電阻（不經(jīng)濟，很少用）、電樞電壓（數(shù)控機床伺 服進給驅(qū)動系統(tǒng)采用調(diào)壓）、磁通（機床主軸電機調(diào)速采用磁調(diào)速）。PWM調(diào)諫控制系統(tǒng): 實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，主要用于直流伺服控制系統(tǒng)。3.交流伺服電機分類：異步、同步調(diào)速 應(yīng)用最多的是變頻調(diào)速變頻器分為交-交變頻和交-直-交變頻（整流-混波-逆變）4.直線電 機：機床進給系統(tǒng)采用直線電機直接驅(qū)動，與原旋轉(zhuǎn)電機直接驅(qū)動最大區(qū)別是取消了從電機 到工作臺之間的機械傳動環(huán)節(jié)，即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，故稱直接