數(shù)控機床概論考試要點小結(jié)

第一章緒論

1、數(shù)字控制：簡稱數(shù)控，是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對機床的運動加工過程進行控制的一種技術(shù)。

2、數(shù)控系統(tǒng)：即采用數(shù)字控制的系統(tǒng)，能邏輯的處理輸入到系統(tǒng)中具有特定代碼的程序，并將其譯碼，從而使機床運動并加工零件。

3、數(shù)控機床的發(fā)展方向：1）高速、高效；2）多功能；3）智能化；4）高精度；5）高可靠性；6）柔性化和集成化；7）開放性。

4、數(shù)控機床的特點：1）適合與復雜異性零件的加工；2）加工精度高；3）加工穩(wěn)定可靠；4）高柔性；5）高生產(chǎn)率；6）勞動條件好；7）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；8）投資大，維修困難，使用費用高；9）生產(chǎn)準備工作復雜。

5、數(shù)控機床的工作原理：1）根據(jù)零件加工圖樣進行工藝分析，擬定工藝方案，確定工藝過程，工藝參數(shù)和刀具位移數(shù)據(jù)；2）用規(guī)定的程序代碼和格式編寫零件加工程序，或用CAD/CAM軟件直接生成零件的加工程序；3）把零件加工程序輸入或傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)；4）數(shù)控系統(tǒng)對加工程序進行譯碼或運算，發(fā)出相應的命令，通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動機床的各個運動部件，并控制刀具與工件的相對運動，最后加工出零件。

6、數(shù)控機床的組成：程序載體、控制面板、CNC裝置、輔助控制裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、檢測與反饋裝置、機床本體。

7、按加工方式和工藝用途分類：普通數(shù)控機床和加工中心。

8、按機床運動軌跡分類：點位控制數(shù)控機床、直線控制數(shù)控機床、輪廓控制數(shù)控機床。

9、按伺服系統(tǒng)控制方式：開環(huán)控制數(shù)控機床、閉環(huán)控制數(shù)控機床、半閉環(huán)控制數(shù)控機床。

10、數(shù)控機床的主要性能指標：分辨率、脈沖當量、定位精度、重復定位精度、分度精度。

分辨率是指數(shù)控機床對兩個相鄰的分散細節(jié)之間可以分辨的最小間隔。脈沖當量是數(shù)控裝置每發(fā)出一個脈沖信號，執(zhí)行運動部件的位移量。

定位精度是指數(shù)控機床工作臺等移動部件在確定的終點所到達的實際位置的精度。重復定位精度是指同一臺數(shù)控機床上，應用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。

分度精度是指分度工作臺上在分度時，理論要求回轉(zhuǎn)角度值和實際回轉(zhuǎn)的角度值的差

第二章數(shù)控機床的控制原理

1、插補周期：兩個微小直線段之間的插補時間間隔。

1）插補周期T必須大于差不運算時間，插補周期等于插補運算時間與完成其他任務所占用的時間之和。

2）插補周期與位置反饋采樣周期可以相同也可以不同。若不同，則取插補周期為位置反饋采樣周期的整數(shù)倍。

3）對于直線插補來講，由于坐標軸的脈沖當量很小，再加上位置檢測反饋補償，可以認為插補所形成的輪廓補償l與給定的直線重合，不會造成軌跡誤差。2、基準脈沖插補與數(shù)據(jù)采樣插補的區(qū)別：1）基準脈沖插補適用于以步進電機為驅(qū)動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其特點是計算機每進行一次插補，坐標軸進給一個脈沖當量，進給速度受到計算機插補速度的限制。2）數(shù)據(jù)采樣插補適用于交、直流伺服電動機驅(qū)動的閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其特點是差不輸出的是下一個插補周期內(nèi)個坐標軸的運動距離，因此可以達到很高的運行速度。

3、DDA直線插補與圓弧插補的區(qū)別：1）直線是終點坐標常值累加，累加本坐標的終點坐標；2）圓弧是動點坐標變量累加，X坐標值累加的溢出脈沖作為Y軸的進給脈沖，Y坐標值累加的溢出脈沖作為X軸的進給脈沖。

4、進給速度均化的目的：均化處理后，行程短的程序段，累加次數(shù)N減少得多，則進給數(shù)度提高得多；而行程長的程序段，累加次數(shù)N減少得少，則進給數(shù)度提高得較少，因為達到進給速度均化的目的。

5、譯碼讀取加工點坐標刀具半徑補償插補

在加工內(nèi)輪廓時，刀具中心要想零件的內(nèi)側(cè)偏移一定的距離；在加工外輪廓時，刀具中心要想零件的外側(cè)偏移一定的距離。

6、B道具半徑補償：刀具中心軌跡的段間連接是圓弧，計算簡單。但加工外輪廓尖角時，刀具中心通過連接圓弧輪廓尖角時始終處于切削狀況，使零件的輪廓尖角被加工成小圓角；加工內(nèi)輪廓時，要有編程人員插入一個比刀具半徑大的過度圓弧，一旦疏忽，會產(chǎn)生過切現(xiàn)象；B刀具半徑補償在處理道具中心軌跡時，采用讀一段、算一段、再走一段的方法，這樣無法預計由于刀具半徑補償所造成的下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響。

7、C道具半徑補償：一次對零件的兩段輪廓進行處理，即先處理本段，然后根據(jù)下一段的方向來確定道具中心軌跡的段間過渡狀態(tài)，從而完成本段的刀補運算，然后再從程序段緩存器讀下一段，用于完成第二段的刀補軌跡，依次進行直到程序結(jié)束。采用直線作為輪廓之間的過渡，能自動處理兩個相鄰程序段之間的連接（即尖角過渡）的各種情況，并直接求出刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點，然后再對原來的刀具中心軌跡作伸長或縮短修正。第三章數(shù)控機床的經(jīng)典結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)特點：1）采用高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，機械傳動結(jié)構(gòu)大大簡化，傳動鏈縮短；2）采用剛度和抗振性好的機床新結(jié)構(gòu)；3）采用在效率、剛度、精度等個方面較良好的傳動元件。

2、提高機床的結(jié)構(gòu)剛度：1）合理設(shè)計構(gòu)件形式：正確選擇截面形狀尺寸、合理選擇和布置筋板、提高構(gòu)件的局部剛度、適當采用焊接結(jié)構(gòu)；2）采用合理的結(jié)構(gòu)布局；3）補償構(gòu)件的變形。

3、提高機床的抗振性：機床內(nèi)部振源的處理、提高靜剛度、提高阻尼比。、

4、減小機床的熱變形：1）控制熱源和發(fā)熱量；2）加強冷卻和潤滑；3）改進機床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計；4）控制環(huán)境溫度；5）采用熱變形補償裝置。5、數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)包括：主軸電動機、傳動系統(tǒng)、主軸組件。

6、數(shù)控機床主傳動調(diào)速控制的四種配置方式：帶有變速齒輪的主傳動、通過帶傳動的主傳動、用兩個電動機分別驅(qū)動主軸、采用電主軸的主傳動。

7、滾動軸承特點：摩擦系數(shù)小，能夠預緊，潤滑維護簡單，并且在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍內(nèi)能穩(wěn)定的工作，但噪音大，滾動體的數(shù)目有限，剛度變化大，抗振性差，并且限制轉(zhuǎn)速。8、機械準停裝置：V行槽定位盤準停裝置、端面螺旋凸輪準停裝置。9、電氣準停裝置：磁傳感器方式、編碼器方式、數(shù)控系統(tǒng)方式。

10、編碼器準停裝置的控制原理于磁傳感器裝置的不同：1）檢測元件不同，其中編碼器的安裝位置更靈活多樣；2）編碼器準停的準停位置可由外部開關(guān)信號設(shè)定給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)向主軸驅(qū)動單元發(fā)出準停信號，而磁傳感器準停裝置只能靠調(diào)整磁發(fā)體或磁傳感器的相對位置來實現(xiàn)。

11、數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的基本要求：1）提高傳動部件的精度和剛度；2）減小傳動部件的慣量；3）減小系統(tǒng)的摩擦阻力；4）系統(tǒng)要有適度的阻尼比；5）高諧振；6）無傳動間隙。

12、數(shù)控機床的進給運動分為直線運動和圓周運動。實現(xiàn)直線運動：通過絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副、通過齒輪齒條副、直接采用直線電動機進行驅(qū)動。實現(xiàn)圓周運動：使用齒輪副或蝸輪蝸桿副。

13、消除齒輪間隙的方法：1）剛性調(diào)整法：偏心軸套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法；2）柔性調(diào)整法：軸向壓簧調(diào)整法、周向拉簧調(diào)整法。

14、滾珠絲杠螺母副特點：1）傳動效率高，磨損損失小。傳動效率為0.92~0.96；2）給予適當?shù)念A緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高、剛度好；3）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高；4）有可逆性，直線運動和旋轉(zhuǎn)運動可相互裝換，即螺母和絲杠都可作為主動件；5）制造工藝復雜、成本高；6）不能自鎖，對于垂直絲杠，常需添加制動裝置。

15、滾珠絲杠螺母副：1）內(nèi)循環(huán)：圓柱凸鍵反向器、扁圓鑲塊反向器2）外循環(huán)：端蓋式、插管式、螺旋槽式。外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸。外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸。

16、支承形式：1）一端固定、一端自由：僅在一端裝有可以承受雙向軸載荷和與徑向載荷的軸承。結(jié)構(gòu)簡單，承載能力較小，剛度較低，適用于短絲杠或豎直安裝的絲杠（加自鎖裝置，否則工作臺會引起自身重力下降）；2）一端固定、一端簡支：適用于絲杠較長的情況。應將推力軸承遠離液壓馬達等熱源及絲杠常用段，以減少變形的影響；3）兩端固定：可實現(xiàn)絲杠的預拉伸安裝，以補償絲杠熱變形對導程的影響，適用于長絲杠、高轉(zhuǎn)速、要求高精度、高剛度的場合。

17、選刀方式：1）順序選刀：優(yōu)點是不需要刀具識別裝置，刀庫的驅(qū)動控制也較簡單。但刀庫中每把刀在不同的工序中不能重復使用，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴重的后果。2）任意選刀：優(yōu)點是刀庫中的刀具的排列順序與工件加工順序無關(guān)，沒有裝入刀具失誤的問題，刀具可重復使用，但增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復雜性。任意選刀分為：刀座編碼方式、刀具編碼方式、跟蹤記憶方式、（軟件選刀）。

18、機械手刀具交換步驟：抓刀、拔刀、換刀、插刀、復位。

19、自動排屑裝置：作用是排出機床在加工過程中的切屑，主要有平板式、刮板式、螺旋槽式。

20、常用的數(shù)控機床導軌有：矩形導軌、三角形導軌、燕尾形導軌、圓柱形導軌。21、導軌的選擇原則：1）導軌有較大的剛度和承載能力選擇矩形導軌（中小型機床導軌采用V形和矩形組合，而重型機床采用雙矩形組合）；2）精度高選擇三角形導軌（三角形能自動補償間隙，兩邊其支承作用）；3）結(jié)構(gòu)緊湊、高度小及調(diào)整方便的機床選擇燕尾形導軌。第四章典型數(shù)控機床

1、按數(shù)控車床的功能分類：經(jīng)濟型數(shù)控車床（采用步進電機驅(qū)動的開環(huán)伺服系統(tǒng)，無刀尖圓弧半徑自動補償和恒線速切削等功能）、全功能型數(shù)控車床、車削中心（配置刀庫、換刀裝置、分度裝置、銑削動力頭和機械手等）、FMC車床（由數(shù)控車床和機器人等構(gòu)成）。

2、數(shù)控車床的組成：車床主機、數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、輔助裝置、機外編程器3、數(shù)控車床與普通車床從主運動與進給運動的聯(lián)系上的差別：數(shù)控車床，主運動與進給運動之間沒有直接的機械聯(lián)系，主運動、橫向進給運動、縱向進給運動分別由獨立的電機驅(qū)動，每條傳動鏈較短，結(jié)構(gòu)簡單；同時也能夠加工各種導程的螺紋，數(shù)控車床的主軸上安裝有脈沖編碼器，主軸的運動通過同步齒形帶1：1地傳到脈沖編碼器。當主軸旋轉(zhuǎn)時，脈沖編碼器發(fā)出檢測脈沖信號給數(shù)控系統(tǒng)，使主軸電動機的旋轉(zhuǎn)與刀架的切削進給保持同步關(guān)系，即實現(xiàn)加工螺紋是主軸旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具正好移動一個工件導程的運動關(guān)系，從而加工出所要求的螺紋。普通車床，主運動和進給運動由一臺電機驅(qū)動，它們之間存在直接的機械聯(lián)系，傳動鏈長，結(jié)構(gòu)復雜，變速時需要人工調(diào)整；加工米制、模數(shù)制、英制等各種導程的螺紋，主要通過配掛輪、基本組、增倍組的配合得到，并要通過查表、計算的方式確定掛輪、基本組、增倍組的齒輪副參數(shù)，比較復雜。

4、數(shù)控車床車身和布局：水平車身（用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局）、斜車身（導軌的導向性及受力情況差，用于中小規(guī)格的數(shù)控車床）、平床身斜滑板（工藝性能好，小型數(shù)控車床普遍采用）、立床身。

5、數(shù)控車床結(jié)構(gòu)的特點：傳動鏈短；機床剛度大、轉(zhuǎn)速較高，可實現(xiàn)無級變速；輕拖動、潤滑好、排屑方便、機床壽命較長；加工冷卻充分、防護較嚴密；自動換刀；模塊化設(shè)計等。

數(shù)控車床的加工特點：高精度、高效率、高柔性和高可靠性、工藝能力強。

6、數(shù)控車床的工藝范圍：精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件，輪廓形狀復雜的回轉(zhuǎn)體零件，表面粗糙度好的回轉(zhuǎn)體零件，特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件，超精密、超低表面粗糙度的零件。7、同步帶傳動具有齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動的各種優(yōu)點。具有準確的傳動比，無滑動，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸震。

8、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特點：控制機床運動的坐標特征，數(shù)控銑床的主軸特征。

數(shù)控銑床的加工特點：加工靈活、通用性強；加工精度高；生產(chǎn)效率高；減輕操作者勞動強度。

9、數(shù)控銑床的工藝范圍：平面類零件，變斜角類零件，曲面類零件。

10、加工中心的結(jié)構(gòu)特點：機床的剛度高、抗振性好；機床的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，傳遞精度高，速度快；主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無齒輪箱變速系統(tǒng)；加工中心的導軌都采用了耐磨損材料和新結(jié)構(gòu)，能長期地保持導軌的精度，在高速切削下，保證運動部件不振動，低速進給時不爬行及運動中的高靈敏度；設(shè)置有刀庫和換刀機構(gòu)；具有主軸準停機構(gòu)、刀桿自動夾緊松開機構(gòu)和切屑自動清除裝置。

加工特點：全封閉防護，加工精度高；能自動進行刀具交換，加工生產(chǎn)效率高；工序集中，加工連續(xù)進行；加工中心能自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助機能；操件者的勞動強度減輕；功能強大，趨向復合加工，對加工對象的適應性強；經(jīng)濟效益高，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。

擴展閱讀：數(shù)控技術(shù)考試重點總結(jié)

第一章緒論

1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢a高速度、高精度化b多功能c智能化d小型化e高可靠性

2數(shù)控技術(shù)：利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法，簡稱數(shù)控。3數(shù)控系統(tǒng)：由實現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件和軟件組成的。4數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置。

5數(shù)控機床的特點：a精度高,質(zhì)量穩(wěn)定b生產(chǎn)率高c適應性靈活性好d減輕勞動強度、改善

勞動條件e有利于ERP、CAPP現(xiàn)代化數(shù)據(jù)信息管理f有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的改型和升級、提高市場的竟爭力

6數(shù)控系統(tǒng)的工作過程：a輸入信息b譯碼c數(shù)據(jù)處理d插補e伺服控制f管理與診斷

7數(shù)控機床加工零件的操作過程a編程數(shù)控加工程序b控制介質(zhì)的制備c加工信息的輸入與

處理d加工過程的在線檢測

8按機床的運動軌跡分類a點位控制系統(tǒng):只控制機床運動的終點位置，對到達終點的路徑不

加管理，既可以走單坐標，也可以兩坐標聯(lián)動。(特點：僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工)

b直線切削控制系統(tǒng)：被控制的刀具或工作臺以適當?shù)乃俣劝雌叫?/p>

于坐標軸的方向（或與坐標軸成45方向）的直線移動對工件進行切削加工。（特點：既要求準確定位，又要求刀具走直線；在運動過程中，進行切削加工；軌跡和速度均可控制。）

c連續(xù)切削控制系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調(diào)運動(坐標聯(lián)

動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。（特點：數(shù)控裝置能夠同時對兩個或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)控制。）

9按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：

a開環(huán)控制系統(tǒng)(沒有位移檢測反饋的數(shù)控系統(tǒng))特點：移動量與進給脈沖成正比；控制精度完全依賴電機及傳動部件；不能反饋矯正，控制精度低；結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，造價低。b半封閉控制系統(tǒng)（采用裝在絲杠或伺服電機上的角位移測量元件，測量絲杠與電機轉(zhuǎn)動角度的誤差，間接控制工作臺的位移量）特點：控制精度較高；沒有考慮直線移動距離，只控制轉(zhuǎn)角誤差；機床調(diào)試簡單，穩(wěn)定性好，造價便宜；控制精度受測量元件和部分傳動件精度的影響；

c閉環(huán)控制系統(tǒng)（直接測量循環(huán)系統(tǒng)的末端元件（工作臺）的位移量，考慮了全系統(tǒng)所有元件的不正確性和環(huán)境的影響。）特點：控制精度高，控制了系統(tǒng)內(nèi)的所有元件；直接控制工作臺位移量（反復修正，直至為零或精度允差內(nèi)）；精度取決于測量元件，在理論上與傳動誤差、制造誤差、熱變形等無關(guān)；調(diào)試不方便，造價高，適應與精度要求很高的機床10按實現(xiàn)的功能水平分類

a經(jīng)濟型（簡易）數(shù)控系統(tǒng)：特點：滿足一般加工精度，分辨率為10um；形狀簡單的輪廓；控制系統(tǒng)采用的是單板機或單片機；采用數(shù)碼或CRT顯示位置值；采用驅(qū)動元件為步進電機（一般為3軸以下）；結(jié)構(gòu)簡單，價格低；

b普及型（全功能）數(shù)控系統(tǒng)特點：加工精度較高，分辨率為1um；加工形狀較復雜：一般采用工控機為運算控制中心（16位、32位）；驅(qū)動元件為伺服電機；控制的軸數(shù)為4軸下的聯(lián)動；采用PLC控制通信輸入、輸出；靈活性強，應用范圍廣；造價適中。

c高檔型數(shù)控系統(tǒng)特點：加工精度高，分辨率為0.1um；加工形狀復雜，采用PC或32為以上微處理器；工序集中，自動化程度高；動能強大，柔性好；具有三維動畫功能，人機界面好，智能化強；造價昂貴；

11按工藝特點分類：金屬切削數(shù)控機床、金屬成型數(shù)控機床、特種加工數(shù)控機床

12數(shù)控機床的工作原理：按照零件圖紙的技術(shù)要求和加工工藝要求，將幾何信息和加工工藝信息轉(zhuǎn)化成可執(zhí)行的指令程序，并將指令程序輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置去控制機床的各種規(guī)定動作和設(shè)置機械參數(shù)，從而加工出符合圖紙要求的零件。13數(shù)控機床的組成：

a控制介質(zhì)，作用：存儲和傳遞各種被控制信息；b數(shù)控系統(tǒng)，作用：接受載體的信息，并經(jīng)計算機處理后去控制機床各種動作;c伺服系統(tǒng)，作用：接受數(shù)控系統(tǒng)的指令、反饋、調(diào)節(jié)、放大、執(zhí)行指令動作。d機床本體，作用：完成指令的各種動作及刀具與工件之間的相對運動。

14數(shù)控機床本體與傳統(tǒng)機床相比，具有傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動路線好、傳動路線短、運動部件的運動精度高、剛性好、可靠性高和傳動效率高等特點。

第二章數(shù)控機床的刀具

1按結(jié)構(gòu)分類：整體式、鑲嵌式、減振式、內(nèi)冷式和特殊式

2按切削部分的材料來分：高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石3數(shù)控刀具按加工方法來分：車削刀具、鉆削刀具、鏜削刀具、銑削刀具

4刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，一般要求刀具材料硬度在62HRC以上。5選擇數(shù)控刀具應該考慮的因素：被加工工件材料的種類和性能、切削工藝方法、被加工工件的幾何形狀、刀具的承載狀況、生產(chǎn)大綱

6第八位用一個英文字母來描述切削刃狀態(tài)，它包括刀尖切削刃或倒角切削刃。7第九位用一個英文字母來描述進刀方向或倒刃寬度；

第三章數(shù)控機床程序的編制

1數(shù)控機床坐標系都是假設(shè)刀具相對工件運動來確定的。

2在國際標準或國家標準中均采用右手螺旋原則的笛卡爾坐標系。右手拇指代表x的方；右手食指代表y的方向；右手中指代表z的方向。右手拇指與平動的坐標軸正方向一致，則其余四指的方向就是繞該軸旋轉(zhuǎn)正方向分別是A、B、C來表示3Z軸：它是機床坐標軸確定的關(guān)鍵，一般是主軸。

規(guī)定：Z軸的位置是由傳遞切削力的主軸確定的，與主軸的軸線平行的坐標軸;沒有主軸或有多個主軸,垂直于工件的安裝面;Z軸的正方向為刀具遠離工件的方向。4X軸：刀具旋轉(zhuǎn)類機床（鉆、鏜、銑），X軸位置一般平行于工件的裝卡方向。

X軸的正方向：如果人處在工作操作位置，則X的正方向與主進給運動方向一致。Z軸水平（臥式），則從刀具(主軸)向工件看時，X坐標的正方向指向右邊。Z軸垂直（立式）：單立柱機床，從刀具向立柱看時，X的正方向指向右邊；Z軸垂直（立式）：雙立柱機床(龍門機床)，從刀具向左立柱看時，X軸的正方向指向右邊。

在工件旋轉(zhuǎn)的機床上（車床、磨床等），X軸位置位于工件的徑向,并平行于橫向拖

板。X軸正方向:刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向。

5Y軸：X、Z方向確定后，由右手定則自然確定。

右手螺旋法則：在XZ平面，從Z至X，姆指所指的方向為+y。

6附加坐標：如果在XYZ主要直線運動之外另有第二組平行于它們的坐標運動，就成為附加坐標。

7工件坐標系：為了便于編程和實際加工中的工件安裝，往往選擇工件上的某一點作為編程原點，平行于機床坐標軸建立一個新的坐標系即工件坐標系。

8絕對坐標系：以某一固定點計量的坐標值計算方法為絕對坐標，即運動軌跡的終點坐標值是以起點來度量的。

9相對坐標：運動軌跡的終點坐標值是以前一終點為基準來度量的。

10機床原點：機床坐標系的原點，它是機床的最基本參考位置點是所有坐標、編程坐標、機床參考點的確定依據(jù)和基準。一般均選取在機床上具有特征意義的位置上。11注意：機床坐標系一般不作為編程坐標系，僅作為工件坐標系的參考坐標系。12注：在實際工作時，裝下工件，必須將刀具回參考點。

13對刀點（起刀點）：確定刀具與工件相對位置的點，刀具相對于工件運動的起點，又稱起刀點，也就是程序運行的起點。

14對刀點不僅是程序的起點，而且往往又是程序的終點。

15對刀點的選擇原則：對刀點應便于數(shù)學處理和程序編制；對刀點在機床上容易校準；在加工過程中便于檢查；引起的加工誤差小。

16程序編制中的基本指令主要包括：準備功能指令G代碼、輔助功能指令M代碼、進給功能指令F代碼、主軸功能指令S代碼、刀具功能指令T代碼等。17準備性工藝指令：包括準備功能指令G代碼和輔助功能指令M代碼18Ｇ指令分成模態(tài)與非模態(tài)兩類19G90（模態(tài)）表示語句中給定的坐標值是絕對坐標方法進行計算，所有的終點距離值（或坐標值）都是從編程零點開始

20G91（模態(tài)）表示語句中給定的坐標值是相對坐標方法進行計算的，軌跡運動的前一個終點是下一段程序的起點。

21G92指令（模態(tài)）格式：G92X_Y_Z_；

作用：使用G92指令用來確定起刀點與編程原點的相對位置關(guān)系，從而建立加工坐標系22執(zhí)行G92指令，機床不產(chǎn)生任何運動。

23必須保證起刀點位置與程序中G92指令中的坐標值一致，重復加工時應特別注意；24G00（模態(tài)）格式：G90G00X----Y----Z----；G91G00X----Y----Z----；

作用：用于刀具從參考點運動到對刀點，處于非加工狀態(tài)，按機床固有的最快速度運行。25G01（模態(tài)）格式：G90G01X----Y----Z----F---；G91G01X----Y----Z----F---

作用：刀具從當前位置以進給速度F作直線運動到達目標位置，處于加工狀態(tài)，是加工工作指令。

26G00與G01的區(qū)別：

兩者的運動軌跡不同：G00不規(guī)定運動軌跡；G01運動軌跡一定是直線；

兩者的運動速度不同：G00按機床固有的最快速度運行；G01按指令給定的速度運行；兩者的工作狀態(tài)不同：G00運行過程中不進行切削；G01運行過程中進行切削。27G02：順時針填充圓弧方向；G03：逆時針填充圓弧方向；

格式有兩種，具體如下：G90(G91)G02（G03）X----Y----Z----I----J---K---F----；其中:X、Y、Z為圓弧終點坐標；I、J、K為圓心增量坐標，即圓心坐標減去圓弧起點坐標；F為進給量。28注:順、逆方向判別規(guī)則：沿垂直于圓弧所在平面的坐標軸的負方向（或逆坐標軸箭頭方向）觀察，來判別圓弧的順、逆時針方向。

29注：當圓心角θ≤180°時，即加工劣弧時，R取正直；當圓心角θ＞180°時，加工優(yōu)弧R取負直；對于整圓不能用此格式，因為整圓起點就是終點，一般將圓分成兩段首尾相接的圓弧來處理。

30暫停指令：G04（非模態(tài)）格式：G04X----；G04P----；

其中：X----：停留的時間單位用秒；P----；停留的時間單位用毫秒31刀具補償相關(guān)的G指令（模態(tài)）刀具半徑補償指令：G41、G42、G40

格式：G00（G01）G41（G42）DXX_XYF--；G00（或G01）G40X_Y_

其中：G41左刀補：沿刀具的進給方向，刀具位于工件的左側(cè)謂左補；G42右刀補：沿刀具的進給方向，刀具位于工件的右側(cè)謂右補。G40：取消刀補。D：偏置值寄存器選用指令。xx：刀具補償偏置值寄存器號。

32規(guī)定G41用于刀具的左刀補，即沿刀具的進給方向，刀具位于工件的左側(cè)；G42用于刀具的右刀補，即沿刀具的進給方向，刀具位于工件的右側(cè)，兩者都是模態(tài)指令。33G43：正修正，刀具長于標準刀具；G44：負修正，刀具短于標準刀具。34固定循環(huán)指令：G80~G89（模態(tài)）

固定循環(huán)指令：G81格式：G81F1----S----Z1----F2----Z2---；

其中：G81：鉆孔指令；F1----：進給速度；S----：主軸轉(zhuǎn)速；Z1----：鉆孔深度；F2----：停留時間；Z2----：退刀距離（是標量）。

作用：主要應用與某些特殊工序，一般包含幾個獨立的動作。

注：G84：用于螺紋（非車床）加工指令；G85：用于鉸孔加工指令；G80：為循環(huán)取消指令

35在車床加工螺紋指令：G33~G35（非模態(tài)）一般格式為：G33（G34、G35）Z----K----；

G33：用于加工普通等距螺紋；G34：用于加工增距螺紋；G35：用于加工減距螺紋；Z----：為螺紋加工后的終點坐標；K----：為螺距。

36只有在主軸上安裝脈沖編碼器或通過同步齒形帶驅(qū)動脈沖編碼器的數(shù)控車床，才能進行螺紋切削。

37M00程序暫停指令(模態(tài))格式:M00

作用:（1）作用的時間，程序指令運行開始執(zhí)行;（2）執(zhí)行該指令，機床自動停止;（3）便于檢測、調(diào)試、換刀、排屑和工件調(diào)頭。注：只有重新啟動程序后，才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序。38M01選擇停止指（模態(tài)）格式:M01作用:（1)作用的時間，程序運行一段后才執(zhí)行;（2)機床執(zhí)行該指令，只有在“選擇停止”旋鈕鍵（控制面板）置于“ON”時，才有效，實現(xiàn)臨時停止，否則該指令無效;（3)用于關(guān)鍵部位的檢測、對刀。

39M02程序結(jié)束指令（非模態(tài)）格式:M02作用:（1)作用的時間，程序完成后；（2）停止機床的一切工作，等待復位，表明加工結(jié)束；（3）程序結(jié)束的標識，裝下工件。

注：執(zhí)行該指令后，不會回到加工程序的首句，要按復位鍵，才能回到加工程序的首句。40M30程序結(jié)束指令（非模態(tài)）格式:M30作用:（1)作用的時間，程序執(zhí)行完后；（2）結(jié)束程序，并自動回到加工程序的首句，按“啟動”按鈕鍵，重復加工本程序；（3）裝下工件、檢測。注：M30返回到加工程序的首句，等待再次執(zhí)行。

41注：1）M98位于主程序中，M99是子程序的結(jié)尾。2）必須成對使用。42進給功能指令F的最大值是機床本身設(shè)定的。

43T0101表示調(diào)用01號刀具，刀具的偏置量存放在01暫存器中44數(shù)控編程的方法分為兩種：手動編程和自動編程。45程序編制內(nèi)容（數(shù)控編程的步驟）：分析圖紙、確定工藝過程、數(shù)值計算、編寫程序單、制備控制介質(zhì)、程序的調(diào)試和試切

46注:車床上的X坐標值為工件的直徑,不是半徑.二、Fanuc系統(tǒng)的特征指令

1常用工件坐標建立指令G50（模態(tài)）1）格式：G50X_Z_；

2）作用：建立工件坐標系并設(shè)定主軸最高轉(zhuǎn)速。

2常用的坐標計算方式：不采用G90，G91的格式來指明坐標值的計算方式。采用X_Z_為絕對坐標計算方式，采用U_W_為相對坐標計算方式。3慎用G00進退刀1）格式:G00X(u)_Z(w)__;（模態(tài)）2）作用：以機床固有的最高速度快速移到目標位，不規(guī)定軌跡。

3）原因：運動過程中不約束軌跡，當退刀和進刀的距離距工件表面很近時，易產(chǎn)生碰刀或損壞工件。

4調(diào)用子程序指令M98格式：M98P__xxxx

其中：_P為調(diào)用子程序的次數(shù)，xxxx為調(diào)用子程序的程序名。5返回主程序指令M99格式：M99注：（1）M98語句位于主程序中。（2）M99語句位于子程序中。（3）兩者必須成對，否則程序不能執(zhí)行，機器將報警。

6G96，G97恒速指令獲得滿意的粗糙度。（模態(tài)）1）格式：G96S200（單位：m/min）；G97S200（單位：r/min）

作用：可通過調(diào)用G96恒線速，用于車端面、錐面和圓弧；G97恒轉(zhuǎn)速，用于車光軸且取消G96，默認狀態(tài)為G97。使加工面粗糙度的均勻一致。7G96保證恒定的切削速度，獲得均勻一致的粗糙度。8單一固定循環(huán)指令G90、G94（模態(tài)）

圓柱面和圓錐面的循環(huán)切削指令G90（模態(tài)）

（1）加工圓柱面格式：G90X（U）Z（W）F；2）加工圓錐面格式：G90X(U)Z(W)IF；

I錐體大小端的半徑差。錐面起點坐標大于終點坐標時為正，反之為負。端面切削循環(huán)指令G94（模態(tài)）

（1）加工無錐度的端面格式:G94X(U)Z(W)F；

(2)加工有錐度的端面格式:G94X(U)Z(W)K（或R）F；K（或R）端面切削始點到終點位移在Z軸方向的坐標增量值，單位：mm9粗車內(nèi)外圓循環(huán)指令G71（非模態(tài)）1)格式：G71U（△d）R（e）；

G71P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）FST；

10刀尖半徑補償不能用于G71、G72、G73、G76的程序段中。11粗車端面循環(huán)指令G72(非模態(tài))

1)格式：G72W（△d）R(e)；

G72P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）FST

作用：用于毛坯端面方向粗車，主要應用于長徑比較小的盤類零件的粗加工。G72指令用于切除棒料毛坯的大部分余量。12粗車外輪廓循環(huán)指令G73（非模態(tài)）

1）格式：G73U(△i)W(△k)K(△d)

G73P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）FST；

其中：△i徑向（X向）粗車余量，單邊余量，單位：mm；△k軸向（Z

向）粗車余量，單邊余量，單位：mm；△d粗車循環(huán)次數(shù)；

13精車循環(huán)G70(非模態(tài)）

1）格式：G70P(ns)Q(nf)

在精車循環(huán)G70狀態(tài)下，ns至nf程序中指定的F、S、T有效，當ns到nf程序中

不指定F、S、T時，粗車循環(huán)中指定的F、S、T有效。

14單導程螺紋加工指令G32（非模態(tài)）

（1）格式：G32X（U）Z（W）FX（U）、Z（W）螺紋的終點坐標，單位：mm；F螺紋的導程，單位：mm。（2)作用：主要是用于加工單頭直、錐、端面螺紋。15螺紋切削循環(huán)指令G92(非模態(tài))

(1)格式：G92X(U)Z(W)IF；

其中：X、Z螺紋終點的坐標值；U、W螺紋終點坐標相對于螺紋起點的增量坐標；

I錐螺紋起點和終點的半徑差；F螺紋導程作用：用于加工圓柱、圓錐螺紋。

在需要經(jīng)過多次走刀時，進行幾次走刀就要調(diào)用幾次G92指令。16螺紋切削復合循環(huán)指令G76（非模態(tài)）

（1）格式：G76P(m)(r)(a)Q(△dmin)R(d)；

G76X（U）Z（W）R(i)P(k)Q(△d)F(f)；

當切端面螺紋、錐螺紋也使用恒切削速度控制時，由于主軸轉(zhuǎn)速一直變化，會出現(xiàn)螺紋導程不準的情況，因此切螺紋時不用恒切削速度控制，選用固定轉(zhuǎn)速。螺紋切削中主軸倍率開關(guān)無效，固定在100%。精加工時，應將m的值設(shè)置成m=1。

17數(shù)控車床編程實例：a零件圖分析、b確定工件的裝夾方式、c確定數(shù)控加工刀具d合理選擇切削用量、e編寫加工程序

第四章數(shù)控系統(tǒng)典型功能模塊的數(shù)學建模方法

1在數(shù)控機床中，可采用硬件插補和軟件插補。

2刀具或工件能夠移動的最小位移量稱為數(shù)控機床的脈沖當量或最小分辨力。

3插補：數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輪廓線形的有限信息，如直線的起點、終點、圓弧的起點和圓心等，按照進給速度、刀具參數(shù)和進給方向等要求，計算出滿足加工精度要求的中間插入點的坐標值，并用已知線形逼近零件輪廓的過程。

4插補根據(jù)數(shù)控裝置輸出到伺服驅(qū)動裝置信號的不同，插補方法歸納為基準脈沖插補和數(shù)據(jù)采樣插補。

5基準脈沖插補應用較多的是逐點比較法和數(shù)字積分法。特點：直觀易掌握；一般用硬件較多；運算速度較快；適宜精度為：10~1um。

數(shù)據(jù)采樣插補應用較多的是直線函數(shù)法和擴展數(shù)字積分法。特點：分步進行，粗精分開；采用軟件插補較多；靈活性高，對系統(tǒng)要求高；適宜精度為：≤1um

6直線插補(G01有人又將這種方法叫做：直線判別法，代數(shù)運算法，醉步近似法�；�本原理：每走一步都要將加工點的瞬時坐標與規(guī)定的圖形軌跡相比較判斷一下偏差，然后決定下一步的走向

7逐點插補法每走一步都要完成：偏差判別、坐標進給、偏差計算、終點判別四個步驟。8數(shù)字積分法插補法具有運算速度快，邏輯功能強，脈沖分配均勻等特點。可進行一次、二次和高次曲線的插補，適合于多軸聯(lián)動，被CNC系統(tǒng)中廣泛采用進給原理：整數(shù)部分溢出，尾數(shù)留下累加終點判別：不論xe、、ye值為多大，都只有累加m=2n次才能結(jié)束，終點判別是用累加次數(shù)的減數(shù)來標記：∑=2n；∑=∑－1；被積函數(shù)kxe=xe/2n；（kye=ye/2n）與xe（ye）兩數(shù)之差為n位小數(shù)，只將kxe（kye）左移n位即可，所以一個n位寄存器xe（ye）和kxe（kye）的數(shù)字相同，只是小數(shù)點出現(xiàn)的位置不同，對計算沒有影響。

9數(shù)字增量插補法：將被加工的曲線（直線、圓�。┌磿r間劃分成若干個相等的間隔，依據(jù)加工指令中的進給速度，等步長的以直代曲的進行逼近的插補方法。其中，劃分曲線的時間間隔稱為插補周期

解決的主要問題

1）如何選擇周期；它與插補精度、系統(tǒng)速度相關(guān)；

2）如何計算在一個周期內(nèi)的坐標值的增量，各坐標值是依次遞推計算的。插補周期大于運算時間，它包括運算、顯示、監(jiān)控、位置選擇和控制。

10DDA法插補過程中，我們是用合成速度方向來逼近曲線，即曲線的切線來代替弧線，起點保證在曲線上，單位切矢的終點肯定不會在曲線上。

11擴展DDA為了克服DDA法模擬的誤差較大的缺陷，采用割線代替曲線，保證割線的起點和終點均落在曲線上，精度更高。

12時間增量插補的基本思路是：在滿足加工精度的前提下，用弦線代替弧線進給，即以直線逼近圓弧。

13數(shù)控系統(tǒng)是通過控制刀具中心或刀架參考點實現(xiàn)輪廓加工的。

14刀補：由于切削的有效部位是刀尖或刀刃邊緣，它們與刀具中心或刀架參考點在通常情況下是不重合的。因此，需要通過數(shù)控系統(tǒng)計算出兩者的偏差量，并將控制對象由刀具中心或刀架參考點變換到刀尖或刀刃邊緣處。這種變化過程稱為刀具補償。15刀補分為刀具長度補償和刀具半徑補償。

16刀具長度補償：實現(xiàn)刀尖圓弧中心與機床刀架參考點之間的坐標值轉(zhuǎn)換。17刀具半徑補償：刀具必須沿工件的輪廓的法向修正一個半徑值。18刀補的過程；建立、進行、撤消

19B功能刀具半徑補償本質(zhì)：讀取一段、計算一段、再走一段的控制過程，不作下一段程序的修正分析

20C功能刀具半徑的補償本質(zhì)：計算完本段，馬上修正計算下一段加工輪廓，避免刀具半徑與工件輪廓轉(zhuǎn)接出的干涉，是一種積極主動的補償控制系統(tǒng)。

21數(shù)控機床的加減速控制目的：當速度高于一定值時，在啟動和停止時，為了防止產(chǎn)生沖擊、失步、超程和震蕩，保證運動平穩(wěn)和準確定位。

22CNC系統(tǒng)的進給速度控制包括：自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)兩種方式。

23一次插補算法進給速度的控制主要是通過控制插補運算的頻率來實現(xiàn)主要有：程序延時法和中斷方法

24加減速控制分類：前加速控制（在插補進行之前對進給速度進行控制處理）；后加減速控制

25穩(wěn)定速度fs：系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，每插補一次（一個插補周期）的進給量。當系統(tǒng)處于加速（減速）狀態(tài)時，瞬時速度小于（大于）穩(wěn)定速度。

26CNC系統(tǒng)由硬件（I/O設(shè)備、計算機裝置、PLC、驅(qū)動控制裝置）和軟件（管理軟件、控制軟件）組成。核心：計算機數(shù)字控制（CNC）裝置，簡稱數(shù)控系統(tǒng)。軟件只在硬件的支持下才能運行，硬件離開軟件無法工作。

27CNC系統(tǒng)的組成：機床本體、計算機數(shù)控裝置、位置/速度控制單元、主軸控制單元、位置檢測裝置、可編程控制器（PLC）、輸入/輸出裝置、通信接口。

28CNC系統(tǒng)的功能：基本功能（控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、顯示功能、故障診斷功能）；選擇功能（補償功能、固定循環(huán)功能、通信功能、人機對話功能）。

29CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)按印刷線路板插接方式分：大板式、功能模塊:

30PLC處于計算機控制裝置與機床之間，對計算機控制裝置和機床的輸入輸出信號進行處

理，實現(xiàn)輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速S及刀具功能T的控制和譯碼。31PLC的組成：中央處理器存儲器、輸入輸出單元、（輸入輸出接口）、編程器、電源和外部設(shè)備。

32典型軟件結(jié)構(gòu)：前后臺軟件結(jié)構(gòu)、多重中斷軟件結(jié)構(gòu)、功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)。

第六章數(shù)控機床的常用檢測裝置簡介

1伺服系統(tǒng)：以機械角位移和位置作為控制對象的自動控制系統(tǒng):2

2伺服驅(qū)動元件：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機、直線電機。3檢測裝置：感應同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、脈沖編碼器等

4旋轉(zhuǎn)變壓器的特點：結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護方便。輸出信號幅度大，抗干擾能力強，工作可靠，廣泛應用于數(shù)控機床上。

5感應同步器特點：高精度；測量的量程大；對環(huán)境的適應性強；維護簡單，壽命長；感應電動勢低，阻抗低，抗干涉能力差，回路阻抗對精度影響大6莫爾條紋紋距B與光柵節(jié)距w和傾角θ之間的關(guān)系：Wdsind

7脈沖編碼器按檢測原理不同：光電式、接觸式、和電磁式

第七章數(shù)控機床的主要機械部分

1數(shù)控機床機械部分的主要組成部分：基礎(chǔ)部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、自動換刀裝置

2基礎(chǔ)部件主要包括：床身、立柱、導軌、工作臺。作用：支承機床的其它部件，并使它們各自在運動和靜止時占有正確的相對位置。

3機械結(jié)構(gòu)要求：剛度高、抗振動性能好、靈敏性高、熱穩(wěn)定性好、操作安全性4驅(qū)動方式：高速齒輪變速、帶傳動、多電機驅(qū)動、變頻器調(diào)速、內(nèi)置電機

5除屑清理目的：防止在安裝刀具時，切屑對主軸孔的劃傷和臟物對刀柄與主軸內(nèi)孔配合精度的影響。

6滾珠絲杠滾珠有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)

7滾珠絲杠螺母副的預緊目的：減小軸向間隙。預緊方法：（1）雙螺母墊片式2)雙螺母螺紋式（3）雙螺母齒差式

8回轉(zhuǎn)進給系統(tǒng)工作過程：松開待令、周向進給、靜止鎖緊工作狀態(tài)。9自動換刀裝置主要有兩種：轉(zhuǎn)塔式自動換刀、刀庫式自動換刀10刀庫形式：鼓盤式、鏈式、格子箱式

11刀庫交換裝置：無機械手換刀、機械手換刀12選刀方式：順序選刀、任意選定

13刀具識別裝置：接觸式識別、非接觸式識別（磁性識別、光電識別）

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