数控复习提纲.docx
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数控复习提纲
1.数字控制（NumericalControl）
以数字代码的形式实现控制的一门技术，简称数控（NC）。
2.计算机数字控制（ComputerNumericalControl）
简称CNC，现代数控技术主要采用计算机或微型计算机进行控制。
数控技术广泛应用于生产装备、生产自动线、汽车、飞机、军事、民用电气等方面。
4.数控机床（NumericalControlMachinetools）
采用数字控制技术的机床简称，也称NC机床。
数控机床综合应用了计算机技术、自动控制技术、传感测量技术、光机电技术、精密机械的设计制造技术等各方面现代科技各方面的最新成果，是现代制造业的主要加工装备，也是数控技术的重要应用方面。
数控机床是制造机器的机器，是先进的“母机”。
5.柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem;FMS）
6.柔性制造单元（flexiblemanufacturingcell;FMC）
7.计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem；CIMS）
8.计算机直接控制
9.数控系统的组成：
输入/输出装置、数控单元、伺服单元、辅助控制装置、其它开关和传感器件。
10.数控机床的组成：
控制介质、数控单元、伺服系统、辅助控制装置、机床本体。
11.数控机床与普通机床在机械本体的主要差别：
⏹性能方面——高刚度、高精度、小热变形；
⏹结构方面——机械传动大为简化；
⏹布局方面——更加适应数控机床的高效、自动化、工序集中、操作方式的改变。
12.程序编制阶段：
从工艺设计到制作介质、运行调试的过程称为加工程序编制阶段。
13.数控机床的主要分类方法
（1）按加工方法和工艺用途分类：
金属切削类【①单工艺用途（按加工方法或使用的刀具）
数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控铣镗床、数控齿轮加工机床等；
2多工艺用途（加工中心MachineCenter—MC）
立式加工中心、卧式加工中心、车削中心、磨削中心；】、
特种加工类、压力加工类、复合加工类
（2）按控制运动轨迹的方式分类
①点位控制的数控机床（又称点到点控制）
控制执行件以快速移动的速度，从一个位置准确地移动到另一位置。
主要有：
数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。
②直线点位控制数控机床
除点位控制功能，还能控制执行件按指令的进给速度沿平行于坐标轴或45°的直线轨迹运动。
应用于：
简易数控车床、数控内、外圆磨床、数控镗床等。
③连续控制的数控机床（又称为轮廓控制）
能够进行两个或两个以上坐标联动控制，执行件按照指令的速度沿直线、圆弧、复杂的曲线或曲面轨迹运动。
应用于：
各种数控车床、数控铣床、加工中心、电火花线切割机床等。
⑶按伺服单元的控制方式分类
①开环伺服控制：
以步进电动机、液压伺服马达为驱动元件，执行件没有位置反馈与校正，控制信号的流程是单向的。
系统简单、调整和维修容易，用在精度和速度要求不高的中小型数控机床，如经济型数控机床、快走丝线切割机床等。
②闭环伺服控制：
驱动元件为交流或直流伺服电动机。
在执行件上安装了位置检测元件，通过反馈电路与比较环节的输入指令信号比较。
主要应用于大型或精密的数控机床上
③半闭环伺服控制：
驱动元件为交流或直流伺服电动机。
位置检测元件安装在伺服电动机或丝杠上，检测的信号为角位移量。
结构紧凑，又具有一定控制精度，广泛地应用于各类数控机床。
14.数控机床的应用特点与适用范围
（1）数控机床的应用特点
①加工精度高②生产率高③机床的柔性强④良好的经济效益
⑤自动化程度高、劳动强度低⑥有利于现代化管理
（2）数控机床的适用范围
1．适用于多品种变批量生产；
2．形状复杂、精度高的工件，大型、造价昂贵的关键工件的单件生产；
3．质量稳定的成批量生产；4．缩短生产周期的生产方式。
15.数控机床机械结构的主要特点:
1．结构简单、布局紧凑
2．广泛采用高效、无间隙传动装置
3．自动化程度高，各种设施完善
4．适用工艺复合化和柔性化要求
5．多采用高效、高速、集成化的功能化部件
6．广泛应用精密机械的设计制造技术
16.数控机床对机械结构的基本要求
1．具有较高的静、动刚度和良好的抗振性
2．具有良好的热稳定性
3．具有较高的运动精度与良好的低速稳定性
4．具有良好的操作、安全防护性能
17.提高数控机床性能的措施
1．采用新型的数控机床总体布局
2．提高结构件的刚度
3．提高机床的抗振性
4．改善机床的热变形
5．保证运动的精度和稳定性
18.数控车床支承件的布局形式:
1）平床身:
热变形对加工精度影响小,但床身刚度最差，排屑不好，操作不方便。
2）斜床身:
采用三角形封闭式截面，倾斜角度有45˚、60˚、75˚，排屑、刚性好，操作方便。
3）立式床身:
用于部分大型机床，减小机床的横向尺寸。
19.三种刀架配置方案:
1）立式转塔刀架:
要用于加工复杂的盘类或短套类零件，或用于传统机床本体布置。
2） 卧式回轮刀架:
要适用于加工轴类或轴套类零件。
3） 排式刀架:
主要用于加工不复杂的小型短轴或短套类零件。
20.数控卧式车床的组成:
机床本体、数控系统、辅助设施、防护罩
卧式加工中心的组成：
机床本体、数控系统、辅助设施、防护罩（箱体类、叉架类）
立式加工中心的组成：
机床本体、数控系统、辅助设施、防护罩（高度小,工序多）
机床本体：
床身，主轴箱，大滑板（床鞍）及中滑板，自动转位刀架，尾座等
数控系统：
数控单元，伺服单元，辅助控制装置，电源等。
辅助设施：
液压气动装置，液压（或气动）卡盘、冷却系统，润滑系统，排屑装置等
21.
（1）主要传动与变速方式：
1）定比带传动+电动机无级调速主要用于中小型数控机床，结构简单，主轴的变速范围有限，与电动机的变速范围相等。
2）有级变速+电动机无级调速主要用于大型或高性能的数控机床，通过有级的机械变速，扩大电动机的变速范围，在低速时有足够的输出力矩。
3）电主轴：
调速电动机与主轴成一体，主要应用于高速加工机床，无机械传动，结构简单，转速高，调速范围受电机的调速范围限制，形成功能化部件
（2）主传动的机械特性指主轴转速与输出功率、扭矩间的关系。
机械特性曲线的应用：
1）在机械特性曲线范围内工作
2）发挥机床的最大效能
22.数控机床的主轴部件的轴承配置的典型结构：
（1）双列圆柱滚子轴承+60˚接触角球轴承。
承受轴向载荷的轴承在前端，称为轴向定位在前端。
适应中速、较大载荷；
（2）双列圆柱滚子轴承+角接触球轴承
前端是角接触球轴承，轴向定位在前端；
前端采用双列滚子轴承，轴向定位在后端。
这两种配置适应于较高转速。
（3）并列角接触球轴承
前后均用角接触球轴承，为了提高刚度和承载能力，前支承采取多个轴承并列的方式，多为“背靠背”布置。
适应于高速。
23.三种轴向定位的方式的特点：
（1）前端定位：
主轴热变形向后伸长，对加工精度影响小，但前端支承结构会趋向复杂，温升高。
数控机床多用此结构。
（2）后端定位：
主轴热变形向前伸长，对加工精度影响大。
有两顶尖加工细长轴时，容易引起工件的弯曲变形。
（3）两端定位：
多采用圆锥滚子轴承，热变形时轴承间隙增大。
24.不同轴承配置轴承间隙的调整：
（1）对于角接触球轴承、圆锥滚子轴承，主要改变内外圈的相对轴向位置；双列圆柱滚子轴承，使内圈相对轴向前移产生径向涨大。
（2）调整内圈轴向位置，常用螺母，但螺纹的位置精度影响调整精度。
热调整套可保证位置精度。
25.
（1）数控车床主轴前端结构
1）内孔：
莫氏锥度（约3˚）。
特点：
自锁锥。
2）外部：
短锥法兰结构（悬伸长度短、定位安装迅速可靠，但工艺性差）
C型结构：
后面螺母锁紧；D型结构：
悬伸长度更短，偏心锁紧。
（2）刀柄在加工中心的主轴的定位和夹紧：
端面键：
传递转矩内孔：
7：
24锥度。
非自锁锥，要用拉杆锁紧。
锁紧与松刀结构：
主轴后部的拉杆及蝶形弹簧；前部的钢球与限制内孔。
（3）电主轴：
1）在高速加工机床上，大多数使用电主轴，主要用于磨床和数控机床
2）特点：
①机械结构简单，传动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度，加速度和定角速度的快速准停（C轴控制）
②通过采用交流变频调速或磁场矢量控制的交流主轴驱动装置，输出功率大，调速范围宽，并有比较理性的转矩——功率特性
③可以实现主轴部件的单元化。
3）电主轴的安装的形式；
①置于主轴前、后支承之间。
特点：
主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度高，出力大，较适用于中、大型高速加工中心。
②置于主轴后支承之后（主轴箱和主电动机做轴向的同轴布置）特点:
有利于减小电主轴的径向尺寸，电动机的散热条件也较好。
但整个主轴单元的轴向尺寸较大，常用于小型高速数控机床，特别是模具型腔的高速精密加工。
4）电主轴发热及解决方法:
内藏式高速主电动机的发热和主轴轴承的发热是电主轴的主要热源。
一般采用外循环油——水冷却系统或油——气润滑系统。
26.对数控机床进给传动部件的基本要求：
⑴传动精度高
1定位精度：
指机床各坐标轴在数控系统的控制下运动所能达到的位置精度。
定位精度反映了加工零件的尺寸及几何形状的准确程度。
②重复定位精度：
指各坐标轴在系统的控制下，多次到达同一位置的离散程度。
重复定位精度高，加工零件的尺寸一致性好。
⑵高的传动刚度传动刚度低，影响了系统的定位精度、运动的稳定性和响应的灵敏度。
⑶能减小或消除传动间隙减小或消除传动间隙，保证传动精度、并达到长期的精度保持性。
在减小或消除传动间隙同时，增加摩擦阻力要小。
⑷摩擦阻力小要求传动件的摩擦因数要小，其动、静摩擦因数要相近。
在减小摩擦因数，又要注意提高系统的稳定性。
⑸减小传动部件的惯量提高进给的快速响应性能。
⑹使用维护方便
27.数控机床的进给传动的基本形式：
电机-丝杠电机-齿轮（带）-丝杠
电机-齿轮齿条直线电机直接驱动【滚珠丝杠螺母副（主要应用形式）；静压丝杠螺母副（大型或重型机床）；静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副（长行程的大型或重型机床）；直线电机直接驱动）；
28.滚珠丝杠螺母副：
（1）滚道截面形状：
①单圆弧：
形状简单，接触角受轴向载荷影响大
②双圆弧：
传动刚度好，空隙可储油和容纳赃物
（2）分滚珠循环形式：
为内循环（径向尺寸小，反向器复杂）、
外循环（结构简单，径向尺寸大）
（3）特点：
①摩擦损失小，传动效率高②可消除间隙，提高传动刚度③动静摩擦力变化小，不易产生低速爬行现象④寿命长，精度保持性好，成本高⑤不能自锁
（4）滚珠丝杠螺母副间隙的调整
调隙螺母由两个组成，通过其相对轴向移位，消除传动间隙。
①垫片式：
结构简单，刚性好，必须卸下修磨调整。
2螺纹式：
调整方便，对调整工人的要求高。
③齿差式：
L——滚珠丝杠的导程。
L=kP
（5）丝杠支承的主要技术要求:
高的支承刚度（主要是轴向）；
小的轴向窜动（轴向回转精度）；适应较高的转速；可调间隙和预紧。
（6）支承形式
（1）一端固定、一端自由（G—Z）：
结构简单，适用于短丝杠；
（2）一端固定，一端游动（G—Y）：
另一端只做径向支承，减少弯曲变形，适用于较长丝杠；
（3）两端支承（J—J）：
两端装推力轴承，但热变形时轴向间隙增大；
（4）两端固定（G—G）：
适用于预应力丝杠，主要用在精密和高刚度传动上。
29.
（1）对导轨的基本要求:
导向精度高、精度保持性好、足够的刚度、良好的摩擦特性
（2）导轨的类型：
塑料导轨、滚动导轨、静压导轨
（3）三种导轨各自的应用特点：
①塑料导轨：
摩擦因数小（0.05-0.08），且动静摩擦因数相近；
具有良好的减磨、抗磨、吸振效果；
保护配合的硬导轨面，具有自润滑作用；易加工；
对切屑等硬物敏感。
2滚动导轨：
摩擦因数很小，动静摩擦因数相近；使用寿命长，响应快；
安装方便、维护方便；抗振性、承载能力不如滑动导轨；
成本高。
多应用于运动速度在30m/min以上，或高性能的数控机床。
30.数控加工编程的方法：
手工编程、自动编程
31.数控机床的坐标系：
（1）坐标和运动方向命名的原则
①标准坐标系的规定：
笛卡儿直角坐标系——右手定则移动：
X、Y、Z转动：
A、B、C
②相对运动规定：
假定工件不动，刀具相对静止的工件运动。
正方向规定：
使工件尺寸增大的方向为“+”
1）Z轴：
单主轴：
沿主轴轴线
多主轴：
垂直于工件装夹面的主轴轴线
无主轴：
垂直于工件装夹面的方向
2）X轴：
原则：
水平或平行于工件装夹面
（1）工件旋转的机床：
垂直于工件的轴线，远离中心为“+”。
（2）刀具旋转的机床：
Z轴垂直：
由主轴向立柱看，立柱右侧
Z轴水平：
沿Z轴向工件看，工件右侧
3）Y轴——由笛卡儿坐标的右手定则唯一确定
4）附加坐标：
U、V、W（第二坐标系）；P、Q、R（第三坐标系）；I、J、K（圆心坐标或其它坐标表示）。
上述坐标均平行于X、Y、Z。
32.
（1）机床坐标原点：
又称机械原点，是数控机床各执行件运动的基准参考点。
是机床装配、调试后确定的，使用者不能改变。
（2）参考点：
“回零”操作专门设置的基准点。
用于建立机床坐标系。
通过“回零”，执行件回到参考点，建立起机床坐标系。
（3）典型数控机床的坐标原点和参考点：
1）数控车床的机床原点：
卡盘端面与主轴中心线的交点上；
参考点：
刀架X、Z轴正方向极限点。
2）立式加工中心、铣床的机床原点：
在X、Y、Z轴正方向的极限位置。
参考点：
一般在X、Y、Z轴正方向的极限位置。
对于左侧置式刀库的立式加工中心，X轴为极限负方向。
3）卧式加工中心的机床原点：
也是在X、Y、Z轴正方向的极限位置。
执行件移动时，相对于机床坐标系均为负值。
参考点：
也在X、Y、Z轴正方向的极限位置
33
（1）数控机床的加工程序，以程序字作为最基本单位，程序字的集合构成了程序段，程序段的集合构成了完整的加工程序。
（2）可变程序段字地址格式
N070G01X120Y-70S790F80T01M03LF（程序段结束符）
（3）主程序与子程序结构
O0001（主程序）O1000（子程序）
N10……N1010……
N20……N1020……
N30M98P21000N1030……
N40……N1040……
N50M98P1000N1050……
N60……N1060M99
……
（4）M98是调用子程序指令,格式：
M98P×××××××；M99——子程序结束指令
（5）M99的其它特殊用途：
1）从子程序返回到主程序的其它程序段
主程序子程序
O0002O1011
N10……N2010……
…………
N40M98P1011N2070M99P0070……
……
N70
2）主程序中应用M99
①在某一程序段中执行M99，将从该程序段返回到主程序的开头；
②采用M99Pn格式，将返回到第n程序段。
例：
O0003
N10……
N20……
N30……
……
/N90M99P0030
N100……
……
“/”是跳步符号，与操作面板上的开关相配合使用
当跳步开关OFF时，执行到程序段N90，转返N30；
若跳步开关为ON，则跳过程序段N90，从N100继续执行。
34.
（1）准备功能（G）代码
指令机床各种加工运动或插补方式
1）范围：
G00—G99，共100个。
2）特性：
定义性：
部分指令有明确的含义，部分为不定义（考虑扩展或机床厂自定义）。
续效性：
又称模态指令。
指令一旦被使用，将保持到同组模态指令出现取代为止。
排拆性：
同组的模态指令不能出现在同一程序段中，不同组的模态G代码可以出现在同一程序段中。
（2）辅助功能（M）代码
指令机床辅助操作动作，对应接通或断开的开关量控制。
1）范围：
M00~M99
2）特性：
也具有定义性、续效性、排拆性、顺序性
第2列有“#”标记的指令，在一个程序段中最先被执行；在第3列中有“#”标记的指令，在一个程序段中最后被执行；
3）M00——程序停止。
系统处于暂停状态，按“运行”继续；
M01——计划停止。
“任选按钮”接通时与M00等效；
M02——程序结束。
运动停止，系统处于起始状态；
M03、M04、M05——主轴正、反转和停止；
M07、M08、M09——冷却液开、关；
M30——纸带结束。
与M02作用相当，并且系统复位。
（3）主轴转速指令 ：
格式：
S××××，单位：
r/min。
进给量指令：
格式：
F××××，单位：
mm/min
35.
（1）坐标平面选择指令：
G17——XY平面（可省略）、G18——ZX平面、
G19——YZ平面。
加工圆弧、应用刀具半径补偿等要求指明坐标平面。
（2）①返回参考点检测（G27）：
格式：
G27XYZ；
说明：
（1）X、Y、Z为参考点位置，以G00速度运动；
（2）在执行G27前必须取消刀补；
（3）正确返回参考点时，指示灯亮，否则报警。
用于检查机床移位和定位精度。
可用跳步指令：
/G27XYZ；
②自动返回参考点（G28）：
格式：
G28XYZ；
说明：
（1）X、Y、Z为中间点坐标，经中间点返回参考点；
（2）在执行G28前必须取消刀补；
（3）应用G28前，应手动回零操作一次；
（4）在加工中心中使用G28，主轴自动停、冷却液关，主要用于自动换刀。
③从参考点返回（G29）：
格式：
G29XYZ；
说明：
（1）X、Y、Z为移动终点坐标，指令从参考点—中间点—终点；
（2）与G28配套使用，先使用G28，建立了中间点后才能使用G29；
（3）增量尺寸编程时，X、Y、Z为中间点到终点的距离；
（4）变更坐标系后，其G28、G29的中间点位置也变了
④返回第二参考点（G30）：
格式：
G30XYZ；
说明：
（1）功能同G28，X、Y、Z为中间点坐标，指令经中间点—第二参考点；
（2）第二参考点位置由参数设置；
（3）执行G30前，应先手动或使用G28返回参考点一次；
（4）执行G30前先取消刀补。
⑤绝对尺寸指令（G90）：
G90G01X15Y12F__；
增量尺寸指令（G91）：
G91G01X-20Y-18F__；
⑥预置寄存指令（G92）：
格式：
G92XYZ；
又称为设定工件坐标系指令。
指明了对刀点相对工件坐标原点的距离。
注意：
执行该指令前，刀具必须精确调整到指定位置；
用绝对尺寸编程必须先设定工件坐标系；
一个程序中可多次设定G92；
执行该指令后，刀具不产生运动，只是确认了刀具出发点相对于坐标原点的位置。
36.
（1）快速点定位指令（G00）；格式：
G00XYZ；
指令刀具快速移动到指定坐标位置。
（2）直线插补指令（G01）：
格式：
G01X_Y_（Z_）F_；
说明：
X、Y、Z为终点坐标。
G01后面要指令进给量F；
增量尺寸编程
N10G91G00X40Y20；
N20G01X45Y30F100；
N30X-100Y20；
N40X55Y-50；
N50G00X-40Y-20M30；
（3）圆弧插补指令（G02、G03）格式：
G02（G03）XYIJF_；
说明：
（1） 方向判断：
G02——顺时针G03——逆时针
（2）X、Y——圆弧终点坐标（可以绝对或增量尺寸编程）；
（3）I、J——圆心坐标（增量尺寸,以圆弧起点为原点）。
说明：
X、Y、Z为终点坐标。
G01后面要指令进给量F；
37.建立刀具半径补偿（G41、G42）格式
G17G00（G01）G41（G42）XYD；
说明：
（1）G41、G42为刀具偏置方向。
其中：
G41—左偏刀具半径补偿；G42—右偏刀具半径补偿。
（2）D××—刀具补偿号。
对应寄存器存刀具半径补偿值；
（3）刀具半径补偿的建立要在G00或G01的指令下，至终点处建立半径矢量r；
（4）该矢量r与下一程序段的起点处切线方向垂直。
是否建立起矢量r，还要根据后2个程序段的位移状态判断。
因此，要求后续相邻2个程序段必须有所在补偿平面的位移操作；
例：
铣削加工。
设刀具在Z轴上方距工件表面100mm处，切削深度为10mm。
O0001
O0001
N010G92X0Y0Z100；
N020G90S680M03；
N030G17G00G41X50Y70D01；
N040Z2；
N050G01Z-10F120；
N060Y100；
N070G02X70Y120R20；
N080G01X102；
N090G00Z100M05；
N100G40X0Y0M02；
N30是指定在G17的平面建立刀具半径补偿，而N040、N050为非G17平面的位移操作，故建立不了矢量r。
只有在N60执行完后才建立矢量r，以至造成过切。
修改如下：
……
N030G17G00G41X50Y65D01；
N035Y70；
N040Z2；
……；
更好的程序是：
……；
N030G00Z-10；
N040G17G41X50Y70D01；
N050G01Y100F120；
N060G02X70Y120R20；
N070G01X102；
N080G00Z100M05；
N90G40X0Y0M02；
说明：
①建立半径补偿，须先指定补偿平面：
G17或G18、G19；
②现在所用的多为C类补偿功能，不仅能进行所指定的轮廓线段的补偿，也可以自动完成线段间的尖角自动过渡。
③偏置量的符号。
在G41中的D××设为-r，与G42作用相同。
（5）取消刀具半径补偿格式：
G00（G01）G40XY；G00（G01）XYD00；
取消刀具半径补偿，也要在G00或G01指令下，移动过程逐步取消。
（6）改变偏置
1）改变偏置量
可在已偏置的状态下，修改偏置量r的大小。
其原则是：
每程序段终点的矢量r的大小，由该段中D××所设定的r的大小决定。
2）改变偏置方向
（7）补偿中的过切
原因：
刀具半径大于工件内轮廓的拐角半径；刀具直径大于所加工沟槽宽。
（8）刀具半径补偿的用途
1）按工件轮廓编程；2）补偿刀具直径磨损；3）调整刀具的加工精度；
4）设置加工余量。
通过改变补偿值，使粗、精加工可用相同的加工程序。
38.
（1）数控加工的工艺设计特点:
1）数控加工的工艺内容具体详细；
（2）数控加工的工艺规范要十分严格；
3）数控加工的工艺设计工作要一丝不苟；（4）数控加工加工的工艺设计要确保质量的稳定性
（2）处理自动加工带来的程序设计问题：
①车削过程的切屑缠绕问题；②铣削过程的切屑堆积问题；
③加工内孔时的排屑问题；④在数控机床上钻孔加工的对中问题。
（3）注意发挥数控机床加工的特点：
①普通机床上加工不宽的槽，主要采用成
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