数控机床复习资料 第三版.docx
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数控机床复习资料第三版
机床数控技术及应用复习资料
填空
1.现代数控机床（即CNC机床）一般由程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动及检测装置、机床本体及其辅助控制装置组成。
2.数控机床的分类
（1）按运动控制方式分类：
点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床
（2）按伺服系统类型分类：
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
区别标志：
有无位置检测装置，没有为开环控制，有则为闭环控制；半闭环也带有检测装置，检测转角。
3.数控加工程序编制方法：
自动编程、手工编程
4.数控编程指令采用有EIA和ISO标准，我国采用的是ISO标准。
5.切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度、进给量三个要素。
主轴转速（S=1000Vc/πD,Vc表示切削速度，D（mm）表示工件或刀具的直径）
切削深度由工艺系统的刚度决定。
6.刀具补偿的作用：
把零件轮廓转换成刀具中心点的轨迹。
7.CNC实施插补前必须完成的两件工作：
1刀具补偿；2进给速度处理。
CNC装置控制刀具中心点。
8.旋转变压器是根据互感原理工作的。
由定子和转子组成，分为有刷和无刷两种。
9.伺服系统常见驱动元件：
步进电机、直流电机、交流电机和直线电机。
10.步进电机用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的机械角位移。
11直线电机是直接产生直线运动的电磁装置，电磁力矩直接作用于工作台。
12用直线逼近曲线的方法：
等间距法、等步长法和等误差法。
计算节点的方法：
等间距法、等步长法、等误差法。
13在编程时，X方向可以按半径值或直径值编程。
按增量坐标编程时，以径向实际位移量的2倍值表示。
14对刀的实质：
使“刀位点”与“对刀点”重合。
15常见的三种机床布局形式：
平床身布局、斜床身布局和立式床身布局。
16数控机床进给运动分为直线运动和圆周运动两大类。
17数控机床与传动机床相比优点是：
滚珠丝杠螺母副
18实现直线进给运动的三种形式：
过丝杠螺母副、过齿轮齿条副、直接采用直线电机驱动
19坐标偏差原则：
逼近给定轨迹朝偏差缩小的方向进行
20机床回零目的：
消除坐标漂移积累的误差
21螺纹加工方法：
直进式（螺距＜3mm）、斜进式（螺距＞3mm）
22切削分配方式：
常量式、递减式
原则：
后一刀的切削深度不能超过前一刀切削深度
23刀具半径补偿原则：
内轮廓增大，外轮廓减小。
24切削内轮廓角时，过渡圆弧的半径应大于刀具半径。
25在加工中心上，刀具的交换方式通常可以分为斜无机械手换刀和带机械手换刀。
26数控机床的圆周运动包括：
分度运动和连续圆周进给运动。
27回转工作台的型式：
分度工作台和数控回转工作台。
28.CK6132数控车床系统的三大主功能：
加工主功能、参数主功能、操作主功能
29.CK6132数控车床系统的操作面板由：
地址功能键盘区域、数字键盘区域、手动键盘区域三个区域组成。
30.机床零点是一个固定点；工作零点可用程序指令来设置和改变；机床参考点一般为机床各坐标轴的正极限位置。
部分指令介绍
1．准备功能G代码
（常用的有G00-G99）,按功能分为模态代码和非模态代码。
模态代码一旦被指定，功能一直保持，非模态代码只在本程序段中生效。
表一常用准备功能G代码
代码
状态
功能
代码
状态
功能
G00
模态
点定位
G17
模态
XY平面选择
G01
模态
直线插补
G18
模态
ZX平面选择
G02
模态
顺时针方向圆弧插补
G19
模态
YZ平面选择
G03
模态
逆时针方向圆弧插补
G90
模态
绝对尺寸
G04
非模态
暂停
G91
模态
增量尺寸
G40
模态
刀具补偿/刀具偏置注销
G92
非模态
预置寄存
G86
模态
指令格式：
G86▲XZKIRNL
注意：
1.G90、G91不能同时在同一个程序段中出现，对坐标X、Y、Z起作用；
2.G92指令仅用于工件坐标系的设定，只对原点起作用。
3.对于数控车床，默认在ZX（G18）平面加工，数控铣床默认XY（G17）平面内加工。
4.G86指令格式中：
▲X表示X向直径变化，▲X=0时是直螺纹。
Z表示螺纹降速段终点Z坐标，绝对或相对均可；K表示螺距；I表示螺纹每次切削后，在X方向上的退刀量，外螺纹为正值，内螺纹为负值。
R表示螺纹实际牙型高度，正值；N表示螺纹头数（1--5），L表示螺纹循环加工次数。
加工螺纹前，必须先进行精加工；加工整圆只能用圆心坐标编程。
判断步骤：
1.找出要判断的圆弧所在的平面
2.用右手笛卡尔规则找出垂直圆弧所在平面的坐标轴
3.用右手握住垂直圆弧的坐标轴，大拇指指向该坐标轴的负方向
4.四指弯曲的方向为顺圆G02，相反为G03
二．圆弧插补的顺逆判断
以XY平面为例：
1.圆心坐标编程：
用I、J、K指定圆心位置。
G17G02
X~Y~I~J~F~
G17G03
2.半径R编程：
用圆弧半径R指定圆心位置。
G17G02
X~Y~R~F~
G18G03
注意：
（1）采用绝对坐标编程时，X、Y、Z的值为圆弧插补的终点坐标值；
（2）采用增量坐标编程时，X、Y、Z的值为圆弧插补的坐标增量值。
（3）无论是绝对坐标编程还是增量坐标编程，I、J、K都为圆心坐标相对于圆弧起点坐标的增量值。
（4）圆弧所对的圆心角α≤180º时，用+R表示，α>180º时，用-R表示。
三．工件坐标系设定指令G92
G92XA~YA~ZA~
式中XA、YA、ZA的值是当前刀具位置相对于加工坐标系的原点位置的值。
注意：
刀具相对于机床坐标系的位置并没有改变。
四．辅助功能M代码
程序结束指令M02
5．F、S、T代码
F代码—进给速度S代码—主轴转速或切削速度T代码—刀具功能指令
简答题（黑色字体为名词解释）1.数控机床各部分装置的作用？
程序载体：
（1）人与机床联系的中间媒介物，
（2）存储功能。
输入装置：
把程序载体上的数据代码转化为相应的电脉冲信号并传输CNC装置中。
数控装置：
接收并存储输入装置传输来的信息，并进行数据变换、插补运算，完成各种控制功能。
伺服驱动及检测装置：
把CNC装置的脉冲信号转换成机床运动部件的运行，同时检测电机工作台位移进行反馈。
机床本体：
完成各种切削加工。
2.数控机床的应用特点？
1生产柔性大；2加工精度高；3生产效率高；
4减轻劳动强度，改善劳动条件；5良好的经济效率。
3.数控机床的应用范围？
数控机床适用于品种变换频繁、批量较小，加工方法区别大且复杂程度较高的零件。
4.数控机床的分类
按运动控制方式分类：
点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床
按伺服系统类型分类：
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
5.点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床各自特点及典型机床？
（1）点位控制机床特点：
机床运动部件只能实现从一个位置到另一个位置的精确定位，无严格移动轨迹且不进行切削加工。
典型机床：
数控钻床、数控冲床
（2）直线控制机床特点：
机床运动部件不仅要实现从一个位置到另一个位置的精确定位，而且要求机床工作台或刀具以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴呈45°方向进行直线移动和切削加工。
典型机床：
数控磨床、数控镗铣床
（3）轮廓控制机床特点：
机床运动部件能够实现两个或两个以上坐标轴的联动控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件轮廓要求。
典型机床：
数控铣床、数控车床
6.数控加工编程步骤：
1分析零件图纸，确定工艺过程；2数值计算；3编写零件加工程序单；
4程序输入数据系统；5校对程序及首件试切削。
7.机床坐标系建立原则？
a标准坐标系用右手笛卡尔直角坐标系；
b刀具相对静止的工件而运动的原则；
c增大工件和刀具之间距离的运动方向为坐标轴正方向。
8.机床原点和参考点定义
机床原点：
是机床上的一个固定点，也是工件坐标系、机床参考点的基准点，机床厂商设定。
机床参考点：
是机床厂商设定在机床上的一个固定点，一般位于机床坐标轴的正极限位置，用于对机床工作台与刀具相对运动的测量系统进行标定测量。
9.工序与工步的定义和划分方法
工序：
指一个零件在同一台机床上完成的全部加工内容。
划分方法：
1按所用刀具加工的内容加工；2按加工部分划分；3按粗、细加工划分。
工步：
指零件在同一台机床上一次装夹，用同一刀具完成的全部加工内容。
划分方法：
1按加工精度划分；2按效率划分。
10.对刀点定义和选择原则
对刀点：
是数控机床加工时刀具相对于工件运动的起点，也是程序的起点。
也叫起刀点。
对刀点的选择原则：
应便于简化程序编制，在机床上容易找到，加工过程便于检查，引起的加工误差要小。
对刀的实质：
使“刀位点”与“对刀点”重合。
刀位点：
表示刀具特征的基准点。
换刀点：
指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。
会找刀具的刀位点：
下图黑圆圈为刀位点
11.加工路线的定义和确定原则
加工路线：
指加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和方向。
加工路线的确定原则：
（①先粗后精②先近后远）
1保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度；
2尽量使数值计算简单，以减少编程工作量；
3尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间和换刀次数以提高生产率。
12.基点和节点
基点：
构成零件轮廓的两相邻几何元素的交点或切点。
节点：
在误差允许范围内，逼近非圆曲线的若干个直线段或圆弧段的交点。
13.插补定义
插补：
根据进给速度和给定轮廓线的要求，在轮廓的已知点之间确定一些中间点的方法称为插补，即数据密化过程。
最小分辨率：
刀具或工件能够移动的最小工作量称为数控机床的脉冲当量，也叫最小分辨率。
插补方法分类：
基准脉冲插补（逐点比较法、数字插补法）、数据采样插补
脉冲当量：
每个单位脉冲对应坐标轴的位移量称为脉冲当量。
插补的实现：
硬件插补和软件插补
14.刀具半径补偿
刀具半径补偿：
轮廓加工中，是按零件轮廓进行编程的。
由于刀具总有一定的半径，刀具中心轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。
这种偏离称为刀具半径补偿。
刀具补偿方法：
B刀具半径补偿、C刀具半径补偿
B刀具半径补偿要求编程轨迹的过渡方式为圆角过渡，且连接处必须相切。
圆角过渡：
轮廓线之间以圆弧连接，并且连接处轮廓线必须相切。
刀具半径矢量：
再加工过程中始终垂直于编程轨迹，大小等于刀具半径，方向指向刀具中心的矢量。
15.过渡方式
矢量夹角α：
指两编程轨迹在交点处非加工侧的夹角。
程序段间转接方式：
伸长型、缩短型和插入型
缩短型：
α≥180°刀具中心轨迹短于编程轨迹
伸长型：
90°≤α≤180°刀具中心轨迹长于编程轨迹
插入型：
α＜90°在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线
会画直线与直线转接（课本208页四张图）
16.位置检测装置的组成和分类
位置检测装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的，检测元件是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。
数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。
◆按检测方式分类：
直接测量和间接测量；
◆按测量装置编码方式分类：
增量式测量和绝对式测量；
◆按检测信号的类型分类：
模拟式测量和数字式测量；
◆按运动形式分类：
回转型和直线型；
◆按信号转换的原理：
光电效应、光栅效应、电测感应原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等。
17.对位置检测装置的要求：
1工作可靠，抗干扰能力强；2能满足精度和速度的要求；3使用维护方便，适合机床的工作环境；4成本低；5便于与数控系统相连。
18直线感应同步器
直线感应同步器是由定尺绕组和滑尺绕组组成。
直线感应同步器的标准定尺长度一般为250mm。
直线感应同步器正弦绕组和余弦绕组在空间上错开1/4定尺节距（相当于电角度错开
/2）
定尺安装在机床的不动部件上，滑尺安装在机床的移动部件上。
19光栅的定义和组成
光栅：
是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件。
光栅分为长光栅和圆光栅，分别测量线位移和角位移，测量精度较高。
光栅是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。
标尺光栅一般安装在机床活动部件（如工作台）上，光栅读数头安装在机床固定部件上（如机床底座）上。
20.莫尔条纹的作用？
1放大作用；2平均效应；3莫尔条纹移动和栅距的移动成正比。
21.磁栅的定义和组成
磁栅（又称为磁尺，属于励磁环式电磁式编码器）是利用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测装置，可用于线位移和角位移的测量。
磁栅检测装置是由磁性标尺、磁头和检测装置电路三部分组成。
按磁性标尺的基体形状的不同分为：
实体性磁栅、带状磁栅、线状磁栅和回转型磁栅，前三种是测量线位移用的，回转型磁栅是测量角位移的。
22.数控机床对伺服系统的要求？
1精度高；2快速响应性好；3调速范围要宽；4稳定性好，可靠性要高；5低速大转矩
23.步距角α：
指每给一个脉冲信号，电机转子应转过角度的理论值。
公式为：
其中，m为定子相数，z为转子齿数，k为通电系数，若连续两次通电相数相同为1，不同为2.
例如：
三相三拍工作方式步进电机，若z=4，则α=30°；三相六拍工作方式步进电机，若z=4，则α=15°。
24.步进电动机的原理？
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应角位移的机电元件。
25.提高步进伺服系统精度的措施？
结构上：
1改善步进电机性能；2减小步距角；3采用精密传动副；4减小传动链中传动间隙。
控制方法上：
1传动间隙补偿；2螺距误差补偿；3约分线路。
26.数控机床的基本功能和性能对机械结构的影响？
1自动化；2大功率和高精度；3高速度；4工艺复合化和功能集成化；5可靠性
27.数控机床机械结构特点？
1具有较强的静、动刚度；2高抗振性；3高的低速运动平稳性；
4高的定位精度；5良好的热稳定性
A机床刚度：
指机床抵抗切削力和其它力引起的变形。
提高机床刚度的措施：
1提高构件自身刚度；2提高局部刚度；3提高接触刚度；4选用焊接结构构件；5采用补偿构件变形的措施。
B机床抗振性：
指机床在工作时，抵抗由交变载荷和冲击载荷引起振动的能力。
提高机床的抗振性的措施：
1减少机床内部振源；2提高静刚度；3提高阻尼比或增加构件。
C机床高的低速平稳性D机床的热稳定性E提高机床的定位精度
F减小机床的热变形措施：
1控制热源和发热量；2加强冷却散热；3改进机床布局和结构设计；
4恒温处理；5采用热变形补偿装置。
爬行：
低速时运动不稳定现象。
27.提高数控机床机械性能的措施？
1合理选择机床的总体布局；2提高结构的刚度；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。
28.主传动系统三个配置方式：
1带有变速齿轮的主传动；2通过带传动的主传动；3由主轴电机直接驱动。
29.对数控机床进给传动系统的要求：
1高传动刚度；2高谐振；3低摩擦；4低惯性；5无间隙
30.滚珠丝杠螺母副的特点
优点：
1传动效率高；2摩擦力小；3使用寿命长；4转动精度高，反向时无间隙；
5具有运动可逆性。
缺点：
1制造成本高；2不能实现自锁
32.数控机床导轨的特点和分类
1导轨导向精度高；2精度保持性好；3足够的刚度；4良好的摩擦特性；
5结构工艺性好，便于制造、装配，便于检验、调整和维修
数控机床导轨分为：
滑动导轨、滚动导轨（不易发生爬行现象）、静压导轨（摩擦系数低）。
33.数控机床自动换刀装置
自动换刀装置（ATC）：
在数控机床上，实现刀具自动变换的装置称为自动换刀装置。
APC：
工作台自动变换装置
回转刀架换刀动作步骤：
刀架松开、刀架转位、刀架定位、刀架夹紧
计算
1.逐点比较法
逐点比较法直线插补
表1
Fi≥0
Fi<0
直线线性
进给方向
偏差计算公式
直线线性
进给方向
偏差计算公式
L1L4
+X
Fi+1=Fi-|ye|
L1L2
+Y
Fi+1=Fi+|xe|
L2L3
-X
L3L4
-Y
注：
L1L2L3L4分别表示第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限直线，xeye均代入坐标的绝对值。
课后题5.1（第一问）
解：
插补从直线起点开始，故F0=0，终点判断寄存器E存入X和Y两个方向总步数，即X+Y=7+5=12，每进给一步减1，E=0停止插补。
由该直线在第一象限，根据上表1公式求得插补运算过程见下表2，插补轨迹见右图1。
表2逐点比较法直线插补运算
步数
偏差判别
坐标进给
偏差计算
终点判断
起点
F0=0
E=12
1
F0=0
+X
F1=F0-5=-5
E=11
2
F1<0
+Y
F2=F1+7=2
E=10
3
F2>0
+X
F3=F2-5=-3
E=9
4
F3<0
+Y
F4=F3+7=4
E=8
5
F4>0
+X
F5=F4-5=-1
E=7
6
F5<0
+Y
F6=F5+7=6
E=6
7
F6>0
+X
F7=F6-5=1
E=5
8
F7>0
+X
F8=F7-5=-4
E=4
9
F8<0
+Y
F9=F8+7=3
E=3
10
F9>0
+X
F10=F9-5=-2
E=2
11
F10<0
+Y
F11=F10+7=5
E=1
12
F11>0
+X
F12=F11-5=0
E=0
图1插补轨迹
课后题5.2
解：
插补从直线起点开始，故F0=0，终点判断寄存器E存入X和Y两个方向总步数，即X+Y=6+4=10，每进给一步减1，E=0停止插补。
由该直线在第二象限，根据表1公式求得插补运算过程见下表3，插补轨迹见右图2。
表3逐点比较法直线插补运算
步数
偏差判别
坐标进给
偏差计算
终点判断
起点
F0=0
E=10
1
F0=0
-X
F1=F0-4=-4
E=9
2
F1<0
+Y
F2=F1+6=2
E=8
3
F2>0
-X
F3=F2-4=-2
E=7
4
F3<0
+Y
F4=F3+6=4
E=6
5
F4>0
-X
F5=F4-4=0
E=5
6
F5=0
-X
F6=F5-4=-4
E=4
7
F6<0
+Y
F7=F6+6=2
E=3
8
F7>0
-X
F8=F7-4=-2
E=2
9
F8<0
+Y
F9=F8+6=4
E=1
10
F9>0
-X
F10=F9-4=0
E=0
图2插补轨迹
逐点比较法圆弧插补
表4
Fm≥0
Fm<0
圆弧线性
进给方向
偏差计算公式
圆弧线性
进给方向
偏差计算公式
SR1NR2
-Y
Fm+1=Fm-2Ym+1
SR1NR4
+X
Fm+1=Fm+2Xm+1
SR3NR4
+Y
SR3NR2
-X
NR1SR4
-X
Fm+1=Fm-2Xm+1
NR1SR2
+Y
Fm+1=Fm+2Ym+1
NR3SR2
+X
NR3SR4
-Y
注：
S为顺圆，R为逆圆；后缀1234表示圆弧在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。
课后题5.3
解：
插补从圆弧起点开始，故F0=0，终点判别寄存器E存入X和Y两个坐标方向总步数，即E=7+7=14，每进给一步减1，E=0停止插补。
由该圆弧为第二象限逆圆，根据表4公式求得插补运算过程见下表5，插补轨迹见右图3。
表5逐点比较法圆弧插补运算
步数
偏差判别
坐标进给
偏差计算
坐标计算
终点判断
起点
F0=0
x0=0,y0=7
E=14
1
F0=0
-Y
F1=F0-14+1=-13
x0=0,y0=7-1=6
E=13
2
F1<0
-X
F2=F1+0+1=-12
x0=0-1=-1,y0=6
E=12
3
F2<0
-X
F3=F2+2+1=-9
x0=-1-1=-2,y0=6
E=11
4
F3<0
-X
F4=F1+4+1=-4
x0=-2-1=-3,y0=6
E=10
5
F4<0
-X
F5=F1+6+1=3
x0=-3-1=-4,y0=6
E=9
6
F5>0
-Y
F6=F1-12+1=-8
x0=-4,y0=6-1=5
E=8
7
F6<0
-X
F7=F1+8+1=1
x0=-4-1=-5,y0=5
E=7
8
F7>0
-Y
F8=F1-10+1=-8
x0=-5,y0=5-1=4
E=6
9
F8<0
-X
F9=F1+10+1=3
x0=-5-1=-6,y0=4
E=5
10
F9>0
-Y
F10=F1-8+1=-4
x0=-6,y0=4-1=3
E=4
11
F10<0
-X
F11=F1+12+1=9
x0=-6-1=-7,y0=3
E=3
12
F11>0
-Y
F12=F1-6+1=4
x0=-7,y0=3-1=2
E=2
13
F12>0
-Y
F13=F1-4+1=1
x0=-7,y0=2-1=1
E=1
14
F13>0
-Y
F14=F1-2+1=0
x0=-7,y0=1-1=0
E=0
图3圆弧插补轨迹
2.数字积分法（数字微分分析器（DDA）法）
DDA直线插补（课后题5.1）
解：
由于采用3位寄存器，所以累加次数m=23=8。
插补计算过程如下表6，插补轨迹如右图。
表6DDA法直线插补运算
累加次数
X积分器
Y积分器
X被积函数寄存器
X累加器
X累加溢出脉冲
Y被积函数寄存器
Y累加器
Y累加溢出脉冲
0
7
0
0
5
0
0
1
7
0+7=7
0
5
0+5=5
0
2
7
14-8=6
1
5
10-8=2
1
3
7
13-8=5
1
5
2+5=7
0
4
7
12-8=4
1
5
12-8=4
1
5
7
11-8=3
1
5
9-8=1
1
6
7
10-8=2
1
5
1+5=6
0
7
7
9-8=1
1
5
11-8=3
1
8
7
8-8=0
1
5
8-8=0
1
图4DDA法直线插补
DDA圆弧插补（课后题5.4）
解：
在X和Y方向分别设计一个终点判别计数器EX、EY，EX=7，EY=5，X积分器和Y积分器有溢出时，就在相应的终点判别坐标器中减1，当两个计数器均为0时，插补结束。
插补计算过程如下表，插补轨迹如右图。
为计算方便，采用3位累加器，即X、Y累加器计数≥8溢出，溢出脉冲加1.
表7DDA法圆
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