数控机床考点复习整理.doc
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第一章绪论
考核知识点与考核要求
一.机床数控技术的基本概念
识记：
数控机床的工作流程：
1.数控加工程序的编制（根据零件的图样规定的零件的形状、尺寸、材料、技术要求确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数，然后根据规定的代码和程序格式编程）
2.输入（把零件程序、控制参数、补偿数据输入到数控装置中去，工作方式：
边加工变输入、一次性将整个零件程序输入）
3.译码
4.刀具补偿（作用：
把零件轮廓轨迹换成刀具中心轨迹运动，加工所要求的零件轮廓。
包括：
刀具半径补偿&刀具长度补偿）
5.插补（作用：
控制加工运动，使刀具相对于工件做出符合零件轮廓轨迹的相对运动，只有辅助功能完成后才允许插补）
6.位置控制和机床加工（在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值控制伺服电机，使运动部件带动工具相对于工件进行加工）
理解：
数字控制以及数控技术的概念。
1.数字控制：
利用数字化的信息对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。
用数控技术实施加工控制的机床称为数控机床
2.数控系统包括：
数控装置、可编程控制器、主轴驱动、进给装置
二、数控机床的组成和分类
识记：
数控机床的各组成：
数值控制机床的工作母机总称
1.输入输出设备（实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印）
2.数控装置<机床控制器>（接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制功能），机床控制器的作用：
实现对机床辅助功能M、主轴功能S、刀具功能T的控制。
补偿包括：
刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿
3.伺服系统（接受数控装置的命令，驱动机床执行机构运动的驱动部件）
4.测量反馈装置（检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置构成闭环控制系统）
5.机床本体（用于完成各种切削加工的机械部分）
理解：
a）点位控制数控机床
指刀具从某一位置移到下一个位置的过程中，不考虑其运动轨迹，只要求刀具最终能准确地到达目标位置。
有数控钻床、数控镗床、数控冲床
b）直线控制数控机床
不仅要保证点与点之间的准确位定位，而且要控制两相关点之间的位移速度和路线。
有简易数控车床、简易数控铣床，一般有2~3个可控制轴，但同时可控制的只有一轴。
c）轮廓控制数控机床
能同时控制两个及以上的轴，对位置和速度进行严格的不间断控制。
具有直线圆弧插补功能、刀具补偿功能等，有数控车床、车削中心、加工中心
d）开环控制数控机床（用于经济型中小型数控机床）
这类机床不带有位置检测装置，数控装置将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。
指令信号流时单向的
e）闭环控制数控机床。
（用于精度要求很高数控铣床、超精车床、超精铣床）
这类机床带有检测装置，随时接受在工作台断测得的实际位置反馈信号，将其与数控装置发来的指令信号向比较，由其差值控制进给轴运动，直到差值为0，进给轴停止运动。
闭环控制可以消除包括工作台传动链在内的误差，从而定位精度高，速度调节块，但由于工作台惯量大，给系统的设计和调整带来很大的困难
f）半闭环控制数控机床
其与闭环控制的数控机床的区别在于检测的反馈信号不是来自工作台，而是来自电动机端或丝杠端连接的测量元件。
控制精度没有闭环高，但机床的稳定性却由于大惯量工作台被排除在控制环外而提高，调试方便，广泛用于数控机床中
应用：
用框图描述数控机床的组成及各部分之间的控制关系。
三、数控机床的特点及适用范围
理解：
数控机床的特点：
1.加工零件的适应性强，灵活性好（能完成普通机床难以胜任，或根本不能加工出来的复杂型面的零件）
2.加工精度高，产品质量稳定（按照预定的程序自动加工，不受人为因素的影响，精度由机床保证）
3.生产率高（数控机床能合理选用切削用量，机加工时间短）
4.减少工人劳动强度（能自动换刀、开关切削液、自动变速，大部分操作无需人工）
5.生产管理水平提高
应用：
数控机床的适用范围：
当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；当生产批量较大时，宜采用专用机床；当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床
本章重点、难点
数控机床的组成、特点和分类。
第二章数控加工编程基础
考核知识点与考核要求
一、数控加工编程的基本概念和编程的内容
识记：
1.数控编程的概念
将零件图样到制成控制介质的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程
2.数控编程的方法
手工编程：
用人工完成程序编制的全部工作。
几何形状简单的零件、数值计算简单，程序段不多
自动编程：
程序大部分或全部由计算机来完成
理解：
数控编程的内容和步骤
1.确定工艺过程
2.数值计算（按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需的输入数控装置的数据数据，主要内容：
在规定的坐标系内计算零件的轮廓和刀具运动的轨迹坐标值。
）
3.编写零件加工程序单
4.制备控制介质（把编制好的程序单上内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息）
5.程序校验和蚀切削（程序单和制备好的控制介质必须经过校验和试切削，才能用于正式加工）
应用：
认识工艺对于编程人员的重要性
编程人员要根据图样进行工艺分析，然后选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装卡方式、刀具、工装以及切削用量等工艺参数，综合考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥数控机床的效能
二、编程的基础知识
识记：
1.数控加工程序的结构
完整的零件加工程序由程序号和若干个程序段组成，每个程序段由若干个指令字组成，每个指令字由字母、数字、符号组成。
O0600，O为程序号地址码，0600程序的编号。
每个程序段易程序段序号N开头，以“；”结束
2.控制介质及代码的概念。
1）载有数控机床加工所用全部信息的介质，称为控制介质
2）代码：
功能代码描述了程序段的各种操作和运动特征，是程序段的重要组成部分
理解：
1.数控程序段的格式
指一个程序段中字的排列顺序和表达方式。
广泛采用的是字地址程序段格式，这种格式的程序段长短、字数、字长都是可变的，字的排列顺序没有要求，其程序简短、直观、可读性强，易于检验和修改。
字地址程序段的一般格式：
N—G—X—Y—Z—F—S—T—M—；
N—程序段序号字；G—准备功能字；X—Y—Z—尺寸字；F—进给功能字；S—主轴转速功能字；T—刀具功能字；M—辅助功能字；“；”程序段结束符
2.机床坐标系的建立
1）直线运动用直角坐标系X、Y、Z表示，围绕X、Y、Z旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C，其正向根据右手螺旋定则确定，以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。
2）Z坐标，平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z坐标。
取刀具远离工件的方向为+Z
3）X坐标，规定X坐标轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工装的装夹面。
对于工件旋转的机床，X坐标的方向是在工件的径向上，远离工件方向+X；当刀具旋转的机床：
当Z轴水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，向右方为+X，当Z轴垂直时，对于单立柱机床，面对主轴向立柱看，向右为+X
4）Y坐标，Y坐标垂直于X、Z
5）A、B、C坐标分别为绕X、Y、Z坐标的回转进给运动坐标，确定X、Y、Z坐标正方向后，根据右手螺旋定则来确定A、B、C坐标正方向
6）附加运动坐标：
X、Y、Z坐标为机床的主坐标或第一坐标，平行于主坐标系的其他坐标系为附加运动坐标，第二坐标为U、V、W，第三坐标P、Q、R
3.常用编程代码的种类和意义。
1）准备功能G代码：
使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。
分为续效代码（表示该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，直到出现同组中的其他任一G代码时才失效。
同一组续效代码在同一程序段中不能同时出现，否则只有最后的代码有效）和非续效代码（只在该代码的程序段中有效）
2）辅助功能M代码：
控制机床辅助动作的指令，主要用作机床加工时工艺性指令。
3）进给功能F代码：
为续效代码，用来指定进给速度，一般为mm/min，当进给速度与主轴转速有关时（加工螺纹），单位为mm/r。
直接表示法：
F100为100mm/min
4）主轴速度功能S代码，指定主轴的转速，S100为100r/min
5）刀具功能T代码，用以选择所需的刀具号和刀补号。
T0102，指1号刀选用2号刀补值
应用：
1.常用M指令的使用
1）M00：
程序停止，在完成该程序段其他指令后，用以停止主轴转动、进给、切削液，以执行某一固定的手动操作，当程序运行停止时，全部现存的模态信息保持不变，操作完成后，按“启动键”便可继续执行下一段程序段
2）M01：
计划（任选）停止，只有在面板上的“任意停止”按键被按下时，M01才有效，用于工件关键尺寸停机检查及其他要临时停车的场合，完成后，按“启动键”继续执行以后的程序
3）M02：
程序结束。
程序全部结束后，机床所有动作停止，系统处于复位状态，该指令必须出现在程序的最后一个程序段中
4）M03主轴正传、M04主轴反转、M05主轴停转（该程序段其他指令执行完成后才能执行）
5）M06：
换刀指令
6）M07（切削液开雾状）、M08（切削液开液状）
7）M09：
切削液停
8）M10（夹紧）、M11（松开）：
运动部件
9）M30：
与M02类似，但程序结束，使程序返回开始状态（换工件使用）
2.常见数控机床坐标系的描述
1）机床坐标系和机床原点：
机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。
机床原点是固有的点，不能随意更改
2）工件坐标系和工件原点：
工件坐标系是编程人员编程时使用的，由编程人员以工件图样上的某一点为原点所建立的坐标系。
工件原点可以设置和改变的，根据需要可以一次或多次设定或改变工件原点
3）工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴相平行，方向也相同，但原点不同。
工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点和机床原点之间的距离，称为工件原点偏置，偏置值需预存到数控系统中
4）绝对坐标系：
所有的坐标点均以固定的坐标原点为起点确定坐标值
5）增量坐标系：
在坐标系中，运动轨迹的终点坐标值以起点开始计算的，用U、V、W表示
三、常用准备功能指令的编程方法
识记：
功能指令：
是程序段组成的基本单位，是编制加工程序的基础
理解：
常用G指令及其格式：
1.与坐标系相关的指令
1）绝对坐标与增量坐标BC
G90绝对坐标，G90G01X30Y40
G91增量坐标，G91G01X-50Y-30与G01U-50V-30等效
2）坐标系设定指令G92，规定工件原点到起刀点（可放置在机床原点、换刀点上、任意一点）的距离，或者说以工件原点为基准确定起刀点的的坐标值，本指令只设定坐标原点位置，刀具或机床不产生运动，仍在原来位置，在执行指令前，刀具必须放在程序所要求的位置上。
坐标系设定程序：
G92X320Z200，X为刀尖相对于回转中心的直径的值，只能使用绝对坐标，不能使用增量坐标，可根据需要重复设定或改变编程原点
3）坐标平面选择指令G17（XY）、G18（ZX）、G19（YZ），由于XY平面最常用，固G17省略，车床总在XZ平面内运动，无需使用平面指令。
2.运动控制指令
1）快速点定位指令G00，刀具从当前位置以系统设定的速度快速移动到坐标系的另一点，只是快速到位，不进行切削加工。
格式：
G00X_Y_Z_，XYZ为绝对或增量坐标，G00无需指定速度，即F指令无效；
2）直接插补指令G01是直线运动控制指令，该指令一般作为轮廓切削。
编程格式：
G01X_Y_Z_F_，XYZ为直线终点的决定或增量坐标，F为沿插补方向的插补速度。
G01即可双坐标联动插补，也可三坐标联动插补，其程序段中必须含有F，否则机床不动作，G01和F均为续效指令
3）圆弧插补指令G02（顺时针）、G03（逆时针）车床平面XZ的-Y方向由纸面指向观察者，铣床平面XY的-Z方向由观察者指向纸面，由正方向向负方向看。
程序段格式：
车床，程序段中的平面指令可省略；铣床，G17可省略。
终点坐标XYZ，可以为绝对坐标，也可为增量坐标，还可用增量坐标字UVW指定。
圆心坐标IJK一般用圆弧起点指向圆心的矢量在坐标系中的分矢量来决定，且不受G90控制。
用R编程时，R带有“±”，若圆弧对应的圆心角θ≤180°，取﹢，若180°＜θ＜360°，取﹣。
用半径值编程时，不能描述整圆。
4）暂停（延迟）指令G04可使刀具做短时间的无进给运动，进行光整加工，可用于车槽、镗平面、锪孔等场合。
格式：
G04β△△，β为地址符，常用：
X、U、P表示，△△为数字，表示暂停时间（单位s或ms），G04为非续效指令，只在本程序段有效。
3.刀具补偿指令
1）刀具半径自动补偿指令G41、G42、G40
G41表示刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边
G42表示刀具右偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边
G40为注销左右偏置的指令，取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合
G40与G41或G42配合使用，G41、G42为续效指令
格式：
①与G00、G01配合使用
②与G02、G03配合使用
D功能字指定刀具半径补偿值寄存器的地址号，如D01,D02等，加工时由G调用
应用：
1.刀具磨损或重磨后半径变小，这时只要手工输入新的刀具半径值到程序的D功能字指定的储存器即可，不必修改程序；2.利用刀具半径补偿能做粗精加工余量补偿，欲留加工余量Δ，则在粗加工前输入数值r+Δ的偏置量；3.利用改变输入R值的大小，可以控制轮廓尺寸的精度，对加工误差进行补偿；4.利用刀补功能进行凹凸模具加工，用G41可以得到凸模轨迹，用G42可以得到凹磨轨迹
2）刀具长度补偿指令G43、G44
用于刀具轴向（Z方向）的补偿，它可使刀具在Z方向上的实际位移大于或小于给定值，即：
正偏置G43Z实际值=Z指令值+（H--），负偏置G44Z实际值=Z指令值-（H--）
格式：
Z是程序中给定的坐标值，H值是刀具长度补偿值寄存器的地址号，该寄存器中存放着补偿值。
注销也用G40。
四、数控编程的工艺处理
识记：
1.工艺处理的重要性及内容
重要性：
关系到所编零件加工程序的正确性和合理性
内容：
数控加工的合理性分析，零件的工艺性分析，工艺过程和工艺路线的确定，零件安装方法的确定，选择刀具和确定切削用量
2.工艺文件的概念
1）是数控加工、产品验收的依据
2）是操作者要遵守、执行的规范
3）是产品零件重复生产在技术上的工艺资料积累和储备
理解：
1.加工路线的选择
数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向
1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求
2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间
3）应使数值计算简单、程序段数量少，以减少编程工作量
注意点举例：
①为避免铣刀沿法向直接切入切出零件时在轮廓处直接抬刀而留下刀痕，应采用外延法；②在轮廓铣削过程中应避免停顿，否则会引起切削力突然变化，会在停顿处轮廓留下刀痕；③当切削余量较大时，采用多次进给逐渐切削的方法，最后留精加工余量0.2~0.5mm
2.一些“点”的概念和选择
1）对刀点：
数控机床加工零件时，刀具相对于工件运动的起点
对刀点可在工件上，也可在工件外，但必须与零件的定位基准有尺寸关系，应尽量选择零件的设计基准或工艺基准上。
选择原则:
①要便于数学处理和简化程序编制；②在机床上找正容易，加工中检查方便；③引起的加工误差小
2）换刀点：
刀架转位换刀时的位置
可为某一固定点，也可为任意设定的一点，应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件为准
3）刀位点：
表示刀具在机床上的位置，各刀位点：
车刀、镗刀是刀尖，钻头是钻尖，立铣刀、面铣刀为底面中心，球头铣刀为球心
3.工艺装备及工艺参数
刀具的选用影响机床的加工效率和加工质量，选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、机床加工能力、工序内容
切削用量包括：
主轴转速、背吃刀量、进给速度、切削宽度
应用：
针对不同类型的加工，如何合理的选择加工路线、工艺装备和工艺参数
1）选择加工路线
①应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求
②应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间
③应使数值计算简单、程序段数量少，以减少编程工作量
2）选择工艺装备
①尽量选用组合夹具、可调整夹具等标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具
②工件的装卸要快速、方便、可靠，减少机床停机时间
③零件上加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工
3）选择工艺参数（切削用量）
①粗加工时，以提高生产率为主，也应考虑经济性和加工成本
②半精加工和精加工时，应在保证质量的前提下，兼顾切削率、经济性和加工成本
五、程序编制中的数值处理
识记：
数值处理的目的
根据工件图样的要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。
包含：
①基点和节点的计算；②刀位点轨迹的计算；③辅助计算
理解：
1.基点的概念
把各几何元素（直线、圆弧、二次曲线等）相互间的连接点称为基点
2.节点的概念
任一轮廓的曲线均用连续的直线来逼近，这时根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其相邻两直线交点称为节点
3.非圆曲线的节点计算方法。
1）用直线段逼近非圆曲线时的节点计算
等间距法、等步长法、等误差法
2）用圆弧段逼近非圆曲线时的节点计算
圆弧分割法、三点作圆法
应用：
具有简单轮廓的零件的基点的计算
1）基点计算时，首先选定坐标系原点，列出各直线和圆弧的数学方程，求出交点
2）直线方程，圆弧方程
3）刀位点轨迹的基点坐标值，直线的等距线方程，圆的等距线方程
本章重点、难点
数控编程的内容和步骤、数控机床的坐标系、常用准备功能G指令及其使用、加工路线的选择以及基点的计算。
第三章数控加工程序的编制
考核知识点与考核要求
一.数控车床的程序编制
识记：
数控车床的编程特点
1）在一个程序段中，根据图样上标准的尺寸，可以采用绝对值编程、增量编程或混合编程
2）由于图样尺寸和测量值都是直径值，直径方向绝对值编程时，X以直径值表示。
增量坐标编程时，以径向实际位移量的二倍值表示
3）为提高工件径向尺寸精度，X向脉冲当量取Z向的一半
4）数控装备具备不同形式的固定循环功能，可以进行多次重复循环切削
5）大多数数控车床都具有刀具补偿功能（G41、G42），可直接按工件轮廓尺寸编程
6）许多车床用X、Z表示绝对坐标指令，用U、W表示增量指令，不用G91、G90
7）第三坐标指令I、K在不同的程序段中作用不相同，在圆弧切削时表示圆心相对于圆弧起点的坐标位置，在自动循环指令的程序中则表示每次循环的进给量
理解：
车削编程中使用的循环指令、车削加工的工艺分析。
应用：
给定零件，进行车削加工的编程。
二.数控铣床以及加工中心的程序编制
识记：
数控铣床以及加工中心的编程特点。
数控铣床编程特点：
1）铣削是机械加工中最常用的方法之一，包括平面铣削和轮廓铣削
2）数控铣床的数控装置具有多种插补方式
3）编程时要充分利用数控铣床齐全的功能
4）由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单
加工中心的编程特点：
1）首先应进行合理地工艺分析
2）根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手工换刀
3）自动换刀要流出足够的换刀空间
4）为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调
5）对于编好的程序，必须进行认真检查并于加工前安排好试运行
6）尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中
7）一般使一把刀具尽可能担任较多的表面加工，且进给路线得设计合理
理解：
铣削及加工中心编程中常用的功能指令、加工中心换刀程序的编制。
应用：
给定零件，进行铣削加工的编程。
三.自动编程简介
识记：
1.自动编程的概念
是指用计算机来代替手工编程
2.常见的自动编程系统
CAXA-ME、UGⅡ、Pro/E、CATIA、MasterCAM、CIMATRON
理解：
图像交互式自动编程系统的处理过程
1.几何造型利用图形交互自动编程软件的图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等有关功能
2.刀具路径产生图形交互自动编程的刀具轨迹的生成是面向屏幕上的图形而交互进行的
3.后置处理目的是形成数控加工程序
本章重点、难点
数控车床的编程、数控铣床的编程。
第四章计算机数控装置
考核知识点与考核要求
1.CNC装置的组成及功能
识记：
CNC系统的组成:
数控程序、输入输出设备、CNC装置（核心）、PLC、主轴驱动装置、进给驱动装置
CNC装置组成：
硬件（具有一般计算机的基本结构和特殊功能的模块与接口）、软件（管理软件和控制软件）
理解：
CNC装置的主要功能（基本功能<必备>和选择功能）
1）控制功能指CNC装置能够控制的并且能够同时控制联动的轴数
2）准备功能又称G功能，用来指明机床下一步如何动作
3）插补功能对零件轮廓加工的控制（有直线插补、圆弧插补）
4）固定循环加工功能将典型动作事先编好程序并存储在内存中，用G代码进行指定。
使编程工作得以简化
5）进给功能用F指令给出各进给轴的进给速度
6）主轴功能三个方面：
指令主轴转速，设置恒定线速度，主轴准停
7）辅助功能用于指定主轴的正转、反转、停止、切削液泵的打开和关闭、换刀等动作
8）刀具功能用来选择刀具并且指定有效刀具的几何参数的地址
9）补偿功能把刀具的长度或半径的相应补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入到期内部存储器，在控制机床时按一定的方法将这些补偿量补上
10）显示功能
11）通信功能
12）自诊断功能
应用：
能用图表的方式表达CNC装置的软、硬件的构成：
书P80图4-2&图4-3
2.CNC装置硬件结构
识记：
CNC装置的分类：
1）按体系结构分：
专用体系结构（单微处理机和多微处理机）、开放式体系结构
2）按功能分：
经济型CNC装置（采用单微处理机）、高级型CNC装置（采用多微处理机和开放式体系结构）
开放式数控系统及其特点：
定义：
必须提供不同应用程序协调地运行于系统平台之上的能力，提供面向功能的动态重构工具，同时提供标准化的应用程序界面
特点：
1）开放性：
运行不同的功能、开发商的软硬件模块介入
2）可移植性：
不同的应用程序模块可以运行于不同供应商提供的CNC系统平台上；系统的软件平台可运行于不同类型、不同性能的硬件平台上
3）扩展性：
添加或减少系统的功能仅表现为特定功能的装载与卸载
4）相互替代性：
不同性能、可靠性和不同功能能力的模块可以相互替代，不影响系统协调运行
5）相互操作性：
提供标准化的接口、通信和交互模型
系统的实时性：
指执行任务有严格的时间要求，必须在系统规定的时间内完成，否则将导致执行结果错误和系统故障。
理解：
△单微处理器、多微处理器结构的区别和各自的特点；
1）在单微处理器结构的CNC结构中只有一个CPU，采用集中控制分时处理数控的每一项任务。
有些CNC装置有两个以上CPU，但只有一个能控制总线并访问存储器，其他CPU完成一些辅助功能，依然属于单微处理器结构。
微处理器由控制器和运算器组成，完成控制和运算方面内容。
总线是将微处理器、存储器、输入输出接口等相对独立的装置或功能部件联系起来，并传输信息的公共通道。
它包括数据总线、地
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