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数控


第一章
1、基本概念(NC NC 机床 CNC) ① What is the NC machine tool? The programmed numerical commands are used to control the relative movement and actions of machine tool !是装有数字控制系统的机床,该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成 各种加工运动和辅助运动。 ② NC 是一种程序控制系统,它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序,控制数 控机床运动并加工出零件 机床数控技术:用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。 ③ CNC 计算机数控系统(CNC)是以计算机为核心的数控系统 2、 CNC 机床组成(basic components of a CNC machine tool)组成:输入输出设备,数控 装置,伺服系统,机床本体,测量反馈装置。数控装置是数控机床的核心 The work process of NC(工作过程)

3、数控机床的分类与区别

①Mode of NC control System:Point to point 、点为控制、直线控制 contouring control system 轮廓控制 ②Types of NC Servo-Drive Systems: a. 开环控制 Open-Loop Servo-Drive 没有位置检测装置,指令信号是单向的。结构简单, 制造成本较低,价格便宜, 精度一般不高。用于经济型数控车、铣、线切割机床 b. 半闭环控制 Half-Closed-Loop Servo-Drive 带有位置检测装置, 常安装在伺服电机上或丝 杠的端部, 通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际 位置值,然后与指令位置值进行比较,进行差值控制。 c. 闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节, 因此可以获得稳定 的控制特性,而且调试比较方便,价格也较全闭环系统便宜; 闭环控制 Closed-Loop Servo-Drive 带有位置检测装置 ,安装在机床刀架或工作台等执行部件上,随时检测执行 部件的实际位置。差值控制,误差修正,直到消除。加工精度很高,但由于它将丝杠螺 母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内 ,系统稳定性受到影响,调试困难,且 结构复杂、价格昂贵 4、数控系统的优点与应用 Milling (铣削) 、Turning (车外圆) 、Electric discharge machining, or EDM (电火花) 、 Punching (冲压) 、Forming and bending (成形与弯曲) 、Grinding (磨削) 、Flame and laser

cutting (激光切割) 、Inspection (检测) 、Robotics

第二章
5、编程基础:坐标系、绝对编程、相对编程、直径编程 a. 坐标系: 标准规定: Z 轴定义为平行于机床主轴的坐标轴,其正方向定义为从工作台到刀具夹持的方向,即 刀具远离工作台的运动方向; X 轴作为水平的,平行于工件装夹平面的坐标轴,它平行于主要的切削方向,且以此方 向为主方向; Y 轴的运动方向则根据 X 轴和 Z 轴按右手法则确定。 旋转坐标轴 A、B、C 相应地在 X、Y、Z 坐标轴正方向上,按右手螺纹前进方向来确 定. 机床坐标系是机床上固有的坐标系, 用于确定被加工零件在机床中的坐标、 机床运动部 件的位置(如换刀点、参考点)以及运动范围(如行程范围、保护区)等 工件坐标系与工件原点 1) 由编程人员确定,用于编程; 2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点,可用程序指令来设置和改变; 3)根据编程需要,在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。 b. 绝对编程(Absolute ) c. 相对编程(incremental) d. 直径编程 P46 直径方向按绝对坐标编程时常以直径值表示,按增量坐标编程时,以径 向实际位移量的 2 倍值表示。 自己掌握 2、数控编程的内容和步骤 Analyzing part graphics 分析零件图纸 Determining the manufacturing technological process Calculating numerical value Programming Fabricating control medium Verifying part programs 分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校 验和试切削。 3、数控编程方法 The methods of NC Programming:手工 Manual 编程和自动 Automatic 编程 手工编程:几何形状不太复杂的零件; 自动编程:形状复杂的零件;虽不复杂但编程工作量很大的零件(如有数千个孔的零件) ; 虽不复杂但计算工作量大的零件(如非圆曲线的计算)等。 4、常用的 G 指令、M 指令 G 指令 ①G00 rapid positioning N_ G00 X_ Y_ Z_快速点定位指令 G00 ②直线插补指令 G01 ③圆弧插补指令 G02 顺时针/G03 逆时针 G02/G03 X_Y_I_J_ (R_) (x y z 终点坐标 i j k 原点 相对于其点的坐标 R 角度小于 180 时:+) ④G92 – absolute zero setting 工件坐标系设定 指令 formatG92 G92 Xx Yy Zz ⑤绝对坐标与增量坐标编程指令 G90、G91 ⑥刀具半径补偿 建立与取消指令 G41/G42、G40 ⑦G40 左刀补(刀具在工件的左边) G41 右刀补 & G42 取消刀补 ⑧G43 : instating tool length positive compensation 正偏移 G44: instating tool length negative compensation 负偏移 G49: cancel tool length compensation 取消偏移 ⑨坐标平面选

择指令 G17(xy 平面) 、G18(zx) 、G19 (zy) ⑩暂停(延迟)指令 G04 在车削加工中,该 指令可用于车削环槽、不通孔以及加工螺纹等场合; M 指令 ①M00 – M01 Program Stop / Optional Program Stop②M02 最后一行/M30 – End of Program / EOP Rewind③M03–Spindle On CW④M04–Spindle On CCW ⑤M05–Spindle Stop⑥M06–Tool Change 换刀⑦M07& 08(开冷却液) /09 关 Coolant On/Off 5、数控车、铣、钻加工程序编程 P39-P57 例题 2.1 2.42.5

N0001 G92 X0 Y0 Z0 N0002 G91 G17 M03 N0003 G00 Z10 N0004 G42 X80 Y50 D01 N0005 G01 Z-15 F50 N0006 X50 F120 N0007 Y40 N0008 X40 N0009 Y-40 N0010 X30 N0011 G03 X30 Y30 R30 N0012 G01 Y20 N0013 G02 X-30 Y30 R30 N0014 G01 X-120 N0015 Y-80 N0016 G40 G00 X-80 Y-50 N0017 Z30 N0018 M05 N0019 M02 6、自动编程 几何定义语句的描述、了解交互式编程的基本内容

第三章
1、插补 Interpolation 概念:What is Interpolation? "To estimate a missing functional value by taking a weighted average of known functional values at neighboring points. " 2、插补方法: 逐点比较法 Evaluation Function、 数字积分法 digital differential analyzers (DDA )

3、插补计算 4、逐点比较法四个节拍及其含义 Sign identification of Evaluation Function、Coordinate feed、Evaluation Function computation、 End point identification(必须记住) 偏差判别、坐标进给、新偏差计算、终点判别

第四章
1、CNC 系统组成、数控装置地位(核心) 从外部特征来看,CNC 系统是由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两大部分组 成的。 2、CNC 系统和装置的功能 The main functions and features of CNC unit CNC 装置由硬件和软件组成。主要功能:控制功能,准备功能,插补功能,固定循环加工功 能,进给功能,主轴功能,辅助功能,刀具功能,补偿功能,显示功能,通信功能,自诊断 功能 3、CNC 系统软件组成 操作系统

管理

控制

零 人 输 故 刀 机 件 显 机 入 障 ... 编 具 速 插 位 床 主 ... 程 示 交 输 诊 译 半 度 补 置 输 轴 序 处 互 出 断 处 径 处 运 控 入 控 管 理 交 管 处 理 补 理 算 制 输 制 4、CNC 理 装置的工作原理和过程 互 理 理 偿 出 工作原理 通过各种输入方式,接受机床加工零件的各种数据信息,经过 CNC 装置译码,再进 行计算机的处理、运算,然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路,经过转换、放 大去驱动伺服电动机,带动各轴运动。并进行实时位置反馈控制,使各个坐标轴能精确地走 到所要求的位置。 过程:输入→译码→数据处理→插补→位置控制→I/O 处理→显示→诊断 输入→译码→数据处理→插补→将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路,经过转换、 放大去驱动伺服电动机, 带动各轴运动→实时位置反馈控制, 使各个坐标轴能精确地走到所 要求的位置。 5、CNC 装置的类型(4 种分法) ①by the architecture of printed circuit boards(All-in-one board architecture 、multi-functional modules architecture) ②by the number of microprocessors(single microprocessor、multi- microprocessors ③ by the manufacturing fashions ( ordinary personal computer architecture 、 special purpose architecture ④ according to their opening degree ( Close architecture 、 PC-plug-in-NC architecture 、 NC-plug-in-PC architecture、software based open architecture of CNC unit 6、并行处理概念、中断处理作用、并行处理的三种形式

①Parallel process means that computer implements two or more tasks at the same time or within the same time interval. It can improve the processing speed greatly ③ methods to realize parallel process : Time overlap method ( 时间重叠 ) 、 resource-sharing technology (资源共享) 、resource-apposition (资源重复) 7、CNC 系统软件结构:There are two different architectures:tandem architecture 前后台型、 interruption architecture 中断型

第五章
1、测量装置的分类 Classification for Position Measuring Devices ①安装的位置及耦合方式—直接测量和间接测量;②测量方法—增量型和绝对型;③检测信 号的类型—模拟式和数字式; 2、格雷码编码符 Gray code 格雷码盘:各码道的数码不同时改变,每次只切换一位数,把误差控制在最小单位内。

3、莫尔条纹特征 Moire fringe characteristic (1)莫尔条纹的变化规律:两片两光栅相对移过一个栅距,莫尔条纹移过一个条纹间距。 由于光的衍射与干涉作用,莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数,变化周期数与两光栅 相对移过的栅距数同步。 (2)放大作用 莫尔条纹宽度 W 和光栅栅距 p、栅线夹角θ 之间关系: 由图可知 W=p /sinθ 又θ 很小可认为 sinθ ≈ θ 故 W=p /θ 例如 p= 0.01, θ = 0.01rad, 得 W =1mm, 放大 100 (3)均化栅距误差作用 4、编码器光栅 OPTICAL GRATING、旋转变压器 Resolver、感应同步器 INDUCTOSYN 的 工作原理和应用 ①光栅:闭环系统 ②旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机, 数控机床上常见 的角位移测量装置, 广泛用于半闭环控制的数控机床。 旋转变压器转子轴与电机轴或丝杠连 接在一起,实现电机轴或丝杠转角的测量。 原理:电磁感应,当定子加上一定频率的激磁电压时,通过电磁耦合,转子绕组产生感应电 势,其输出电压的大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。 ③感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时,由于电磁耦合的变化,感应 绕组中的感应电压随位移的变化而变化, 借以进行位移量的检测。 感应同步器滑尺上的绕组 是励磁绕组,定尺上的绕组是感应绕组。

5、鉴幅方式和鉴相方式的含义 鉴相方式:转子输出信号的相位角(ω t-α )与转子的偏转角之间有着严格的对应关系。 Vs=Vmsinω t Vc=Vmcosω t E2= KV m cosα - KV csinα = KV m (sinω tcosα - cosω tsinα ) = KV m sin(ω t-α ) 鉴幅方式 :感应电势(E2)是以ω 为角频率、以 Vm sin(α 电 -α 机 )为幅值的交变电压信 号。若电气角α 电已知,只要测出 E2 幅值(利用 E2 =0),便可间接的求出机械角α 机 ,从 而得出被测角位移。 Vs=Vmsinα 电 sinω t Vc=Vmcosα 电 sinω t E2 = KV m cosα 机- KV csinα 机= KV m sinω t(sinα 电 cosα 机- cos 电 sinα 机)= KV m sin(α 电-α 机) sinω t

第六章
1、数控装置 the CNC unit 和伺服系统 servo system 的关系 数控机床的“大脑” ;数控机床的“四肢” ,是执行“命令”的机构,它是一个不折不扣的跟 随者。 2、伺服系统的分类 Classification of Servo System ? 按控制原理和有无检测反馈装置:开环、半闭环、闭环 ? 按被控对象:进给驱动、主轴驱动; ? 按使用的执行元件:电液、电气伺服驱动(步进、直流、交流、直线电机); ? 按反馈比较控制方式分类:脉冲、数字比较伺服系统,相位比较伺服系统 ,幅值比较 伺服系统,全数字伺服系统 3、伺服系统的要求 Basic Requirement for Servo System 数控机床对进给伺服系统的要求有: ? 调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) ? 输出位置精度要高(动态、静态、灵敏度) ? 负载特性要硬 ? 响应速度快且无超调 ? 能可逆运行和频繁灵活启停。 ? 系统的可靠性高,维护使用方便,成本低。 (1.高精度(输出量能复现输入量的精确程度)2.稳定性好(抗干扰能力)3.响应速 度快(系统跟踪精度)4.电机调速范围宽(最高转速和最低转速比)5.低速大转矩 6.可 靠性高(对环境的适应性)) 对伺服电机的要求: (1)调速范围宽且有良好的稳定性,低速时的速度平稳性 (2)电机应具有大的、较长时间的过载能力,以满足低速 大转矩的要求。 (3)反应速度快,电机必须具有较小的转动惯量、较大的 转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度 (400rad / s2 以上)。 (4)能承受频繁的起动、制动和正反转。 4、步进电机 STEPPER MOTOR 参数

??

360 ? mzk

m—定子相数;z—转子齿数;k—通电系数,

m 相 m 拍,k=1;m 相 2m 拍,k=2。 5、环形分配器 环形分配器的主要功能: 将数控装置送来的一串指令脉冲, 按步进电机所要求的通电顺序分配给步进电机驱动电源的 各相输入端,以控制励磁绕组的通断,实现步进电机的运行及换向。 环形分配的功能可由硬件或软件的方法来实现, 分别称为硬件环形分配器和软件环形分配器。 6、功率放大器作用 作用: 是将环形分配器或微处理机送来的弱电信号变为强电信号, 以得到步进电机控制绕组 所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。 7、高低电压切换电路工作原理 特点:高压充电,保证电流以较快的速度上升, 低压供电,维持绕组中的电流为额定值。
i? ? 8、 ? : ? ? 360: i t → Z 2 Z1 360 ? ?t

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