重点记忆

数控系统：数控系统（NC System）就是一种自动控制系统，它能自动完成信息输入、译码、运算，从而控制机床运动和加工过程。

计算机数控系统：计算机数控系统（CNC）由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成。目前的数控系统一般指计算机数控系统。

开放式数控系统：一个开放式系统应保证开发的应用软件在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运行，且能与其他应用软件系统协调工作。开放式 CNC 系统的特征如下：① 对用户开放 ② 对机床制造商开放 ③ 对硬件选择开放 ④ 对主轴及进给系统开放 ⑤ 对数据传输及交换等开放

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成

数控装置：即 CNC (computer-ized Numerical Contrial)，主要功能：①多坐标的控制②实现多种函数的插补③多种程序输入功能及编程修改功能④信息转换功能，如坐标转换⑤补偿功能⑥多种加工方式选择⑦故障自诊断功能⑧显示功能⑨通信联网功能

伺服系统：伺服电动机、驱动控制系统、位置检测与反馈装置等。

机床本体：要求：①采用高性能主传动及主轴部件②进给传动采用高效传动件③有较完善的刀具自动交换和管理系统④有工件交换，工件夹紧与放松机构⑤床身机架具有很高的动静刚度。采用全封闭罩壳。

插补运算的基本原理：以脉冲当量为单位，进行有限分段，以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相连成轨迹

脉冲当量：一个脉冲所产生的坐标轴位移量叫做脉冲当量

逐点比较插补法：直线插补不需要动点，全是定点计算，圆弧插补是动点计算

直线：直线插补f=0时走x ， xy相反

圆弧：xy对应，f=0时，结合f定义根据情况判定进给方向

逐点比较插补法：插补循环 偏差判别 进给方向 偏差计算 坐标计算 终点判别

数字积分插补法：方法 x，y 各自累加，溢出 （>7）后则产生脉冲

直线插补

X积分器Y积分器终点判别备注
累加次数JVx=yiJ_Vx=y_iJRxJ_RxJRx+JVxJ_Rx+J_Vx+Δx+\Delta xJVy=xiJ_Vy=x_iJRyJ_RyJRy+JVyJ_Ry+J_Vy+Δy+\Delta yJ_\sum

圆弧插补

X积分器Y积分器终点判别备注
累加次数JVx=yiJ_Vx=y_iJRxJ_RxJRx+JVxJ_Rx+J_Vx+Δx+\Delta xJ_\sum xJVy=xiJ_Vy=x_iJRyJ_RyJRy+JVyJ_Ry+J_Vy+Δy+\Delta yJ_\sum y

C 刀具半径补偿：数控系统在计算完本段加工轨迹后，提前将下一段的加工轨迹读入，然后根据两段轨迹之间的转接的具体情况，采用直线或圆弧过渡，自动对本段轨迹对应的刀具中心轨迹进行恰当的修正，得到本段轨迹正确加工的刀具中心轨迹。

数控编程

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G54;
G40G49G80;
S500M03F200;
G0 X Y ;移动到起始点
G43 Z H01;建立长度补偿
G41 X Y D01;建立半径补偿
(START)

主程序调用子程序
M98P20;

子程序结束
M99;



**数控加工工艺分析与处理原则：**①先粗后精②先近后远、先面后孔③先内后外、内外交叉④刀具最少调用次数原则⑤走刀路线最短原则

计算机数控装置是由电子计算机来承担用户程序的输入、预处理、插补运算及输出控制、反馈控制、参数显示等任务的装置。

CNC 装置工作流程：输入、插补前的准备、插补、位置控制。

CNC硬件结构：单微处理机结构、多微处理结构（1）共享存储器结构（2）共享总线结构（特点：（1）性价比高（2）采用模块化结构（3）硬件易于组织规模生产（4）有很高的可靠性）

CNC软件结构：1.前后台型：（1）实时中断服务程序（2）背景程序2.中断型

位置检测装置的分类：1. 按检测对象分类：①直线位移测量②转动角度测量2.按检测信号的种类分类：①数字式测量②模拟式测量3. 按测量的相对值分类：①增量式测量②绝对值测量

感应同步器、旋转变压器、脉冲编码器、光栅（物理光栅和计量光栅）、磁栅

伺服系统的基本要求：（1）高精度（2）稳定性（3）快速响应无超调（4）宽调速范围（5）低速大转矩

伺服系统的分类

按调节理论分类。开环伺服系统，闭环伺服系统，半闭环系统。

按使用的驱动软件分类。电液伺服系统，电气伺服系统。

按执行电动机类型分类。直流伺服电机，交流伺服电机，步进电机。

按驱动轴分类。进给伺服系统，主轴伺服系统。

按反馈量的方式分类，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。

计算题公式：
α=360∘kmz\alpha=\frac{360^\circ}{kmz}
其中，采用单相或双相时 k=1，轮流使用时 k=2；m 为相数 z 为电动机转子的齿数
f=vδf=\frac{v}{\delta}注意单位
δ=P一圈的步数\delta=\frac{P}{一圈的步数}

交流电动机调速方法：改变磁极对数，改变转差率调速，变频调速。

数控机床的结构要求：①较高的机床静动刚度②减少机床的热变形③减少运动的摩擦和消除传动间隙④提高机床的寿命和精度保持性⑤减少辅助时间，改善操作性。

主传动运动的变速系统：带有变速齿轮的主传动。通过皮带传动的主传动，由调速电机直接驱动的主传动。

数控机床对进给运动的要求：减少运动件的摩擦阻力。提高传动精度和刚度。减少运动惯量。稳定性好，寿命长。使用维护方便。

数控机床的导轨要求：①有一定的导向精度②有良好的精度保持性③有足够的刚度④低速运动平稳性，分为滑动导轨和滚动导轨。

数控机床进给系统的间隙消除：齿轮传动：刚性调整法、柔性补偿法，其他机构。

第一章 数控技术基础

1.1 数控系统的基本概念

数字控制：数字控制是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
数控机床：数控机床（NC⚙️ Machine）就是采用了数控技术的机床，或是装备了数控系统的机床——这定义真是简单直白
数控系统：数控系统（NC System）就是一种自动控制系统，它能自动完成信息输入、译码、运算，从而控制机床运动和加工过程。
计算机数控系统：计算机数控系统（CNC）由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成。目前的数控系统一般指计算机数控系统。
开放式数控系统：一个开放式系统应保证开发的应用软件在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运行，且能与其他应用软件系统协调工作。开放式CNC系统的特征如下：① 对用户开放 ② 对机床制造商开放 ③ 对硬件选择开放 ④ 对主轴及进给系统开放 ⑤ 对数据传输及交换等开放

1.2数控机床的组成 ️

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成，如图所示

graph LR;
控制介质-->数控装置;
数控装置-->伺服系统;
伺服系统-->机床本体;
机床本体-->测量反馈装置;
测量反馈装置-->数控装置;

控制介质：控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介，反映了数控加工的全部内容。

数控装置：即CNC(computer-ized Numerical Contrial)，主要功能：①多坐标的控制②实现多种函数的插补③多种程序输入功能及编程修改功能④信息转换功能，如坐标转换⑤补偿功能⑥多种加工方式选择⑦故障自诊断功能⑧显示功能⑨通信联网功能

伺服系统：伺服电动机、驱动控制系统、位置检测与反馈装置等。

机床本体：要求：①采用高性能主传动及主轴部件②进给传动采用高效传动件③有较完善的刀具自动交换和管理系统④有工件交换，工件夹紧与放松机构⑤床身机架具有很高的动静刚度。采用全封闭罩壳。

机床加工的特点：适应性强、加工精度高、生产效率高、自动化程度高、良好的经济效益、有利于生产管理的现代化。
普通机床、数控机床、专用机床的区别与联系：
可加工工件复杂程度：普通机床<数控机床<专业机床
小批量成本：数控机床<普通机床<专业机床
大批量成本：数控机床<专业机床<普通机床

1.3 数控机床的分类

按运动的控制轨迹分类

点位控制数控机床：钻床、镗床、冲床（数控）移动过程中不进行加工
直线控制数控机床：车床、铣床、磨床（数控）一般只能加工矩形、台阶形零件
轮廓控制数控机床：车床、铣床、线切割机、加工中心（数控）

按伺服控制方式分类

开环、闭环（全闭环、半闭环）、混合控制

按数控系统功能和机床用途分类

①金属切削类：车、铣、镗、铰、钻、磨、刨等，分为普通数控机床和加工中心。
②金属成形类：挤、冲、压、拉等，如数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。
③特种加工类：数控电火花切割机、数控电火花成型机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。
④测量绘图类：三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。

### 1.4发展趋势

柔性制造单元是由加工中心和自动交换工件装置所组成的，同时数控系统还增加了自动检测和工况自动监控等功能。
柔性指能够适应多品种、小批量的生产功能。

第二章 数控系统插补及刀具补偿原理

2.1 概述

插补运算的基本原理：以脉冲当量为单位，进行有限分段，以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相连成轨迹
脉冲当量：一个脉冲所产生的坐标轴位移量叫做脉冲当量
插补方法：

基准脉冲插补：这种插补算法的特点是每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列。脉冲序列的频率代表了坐标运动的速度，而脉冲的数量表示移动量。

数据采样插补：这类插补算法的特点是数控装置产生的不是单个脉冲。而是标准二进制字符。差补运算分两步完成，第一步为粗插补，他是在给练起点和终点的曲线之间插入若干个点。用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一子线段的长度都相等。且与给定进给速度有关，粗插补在每个插补运算周期中计算一次。第二步为精插补，他是在粗插补运算的每一微小直线段的基础上，再做数据点的密集化工作。这一步相当于对直线的脉冲增量插补。主要插补方法：直线函数法，扩展数字积分法，二阶递归扩展数字积分插补法、双数字积分插补法、角度逼近圆弧插补法。

2.2 逐点比较插补法

直线插补：
偏差计算公式Fm=ymxe−xmyeF_m=y_mx_e-x_my_e
其中 m 下标代表动点，e 下标代表终点🏁
常用用法：
Fm≥0F_m\geq0时，沿 x 方向（包括正负）走一步Fm+1=Fm−yeF_{m+1}=F_m-y_e
Fm≤0F_m\leq0时，沿 y 方向（包括正负）走一步Fm+1=Fm+xeF_{m+1}=F_m+x_e

注意：直线插补不需要动点，全是定点计算，圆弧插补是动点计算

圆弧插补：
偏差计算公式Fm=(xm)2+(ym)2−R2F_m=(x_m)^2+(y_m)^2-R^2
其中 m 下标代表动点
常用用法：

逆圆：

Fm≥0F_m\geq0时，沿x方向（包括正负）走一步Fm+1=Fm−2xm+1F_{m+1}=F_m-2x_m+1
Fm≤0F_m\leq0时，沿y方向（包括正负）走一步Fm+1=Fm+2ym+1F_{m+1}=F_m+2y_m+1

顺圆：

Fm≥0F_m\geq0时，沿x方向（包括正负）走一步Fm+1=Fm+2xm+1F_{m+1}=F_m+2x_m+1
Fm≤0F_m\leq0时，沿y方向（包括正负）走一步Fm+1=Fm−2ym+1F_{m+1}=F_m-2y_m+1

做一遍课后题如下

逐点比较法直线插补直线起点0,0终点6,8

N=x+y（绝对值）=14，直线插补f=0时走x ， xy相反，有时误差会构成一个循环

插补循环偏差判别进给方向偏差计算坐标计算终点判别
0F0=0,Xa=6,Ya=8F_0=0,X_a=6,Y_a=80,0m=0,N=14m=0,N=14
1F0=0F_0=0+XF1=F0−ya=−8F_1=F_0-y_a=-81,0m=1<Nm=1<N
2F1=−8F_1=-8+YF2=F1+xa=−2F_2=F_1+x_a=-21,1m=2<Nm=2<N
3F2=−2F_2=-2+YF3=F2+xa=4F_3=F_2+x_a=41,2m=3<Nm=3<N
4F3=4F_3=4+XF4=F3−ya=−4F_4=F_3-y_a=-42,2m=4<Nm=4<N
5F4=−4F_4=-4+YF5=F4+xa=2F_5=F_4+x_a=22,3m=5<Nm=5<N
6F5=2F_5=2+XF6=F5−ya=−6F_6=F_5-y_a=-63,3m=6<Nm=6<N
7F6=−6F_6=-6+YF7=F6+xa=0F_7=F_6+x_a=03,4m=7<Nm=7<N
8F7=0F_7=0+XF1=F0−ya=−8F_1=F_0-y_a=-84,4m=8<Nm=8<N
9F8=−8F_8=-8+YF2=F1+xa=−2F_2=F_1+x_a=-24,5m=9<Nm=9<N
10F9=−2F_9=-2+YF3=F2+xa=4F_3=F_2+x_a=44,6m=10<Nm=10<N
11F10=4F_10=4+XF4=F3−ya=−4F_4=F_3-y_a=-45,6m=11<Nm=11<N
12F11=−4F_11=-4+YF5=F4+xa=2F_5=F_4+x_a=25,7m=12<Nm=12<N
13F12=2F_12=2+XF6=F5−ya=−6F_6=F_5-y_a=-66,7m=13<Nm=13<N
14F13=−6F_13=-6+YF7=F6+xa=0F_7=F_6+x_a=06,8m=14=Nm=14=N到达终点
image-20210626162626881

逆圆插补

逆圆-2x+2y
顺圆+2x-2y

xy对应，f=0时，结合f定义根据情况判定进给方向

逐点比较圆弧插补 起点8,0终点0,8逆圆弧插补，方向为-X,+Y N=x+y（绝对值）=16

插补循环偏差判别进给方向偏差计算坐标计算终点判别
0F0=0,Xm=8,Ya=0F_0=0,X_m=8,Y_a=08,0m=0,N=14m=0,N=14
1F0=0F_0=0-XF1=F0−2xm+1=−15F_1=F_0-2x_m+1=-157,0m=1<Nm=1<N
2F1=−15F_1=-15+YF2=F1+2ya+1=−14F_2=F_1+2y_a+1=-147,1m=2<Nm=2<N
3F2=−14F_2=-14+YF3=F2+2ya+1=−11F_3=F_2+2y_a+1=-117,2m=3<Nm=3<N
4F3=−11F_3=-11+YF4=F3+2ya+1=−6F_4=F_3+2y_a+1=-67,3m=4<Nm=4<N
5F4=−6F_4=-6+YF5=F4+2ya+1=1F_5=F_4+2y_a+1=17,4m=5<Nm=5<N
6F5=1F_5=1-XF6=F5−2xa+1=−12F_6=F_5-2x_a+1=-126,4m=6<Nm=6<N
7F6=−12F_6=-12+YF7=F6+2ya+1=−3F_7=F_6+2y_a+1=-36,5m=7<Nm=7<N
8F7=−3F_7=-3+YF8=F7+2ya+1=8F_8=F_7+2y_a+1=86,6m=8<Nm=8<N
9F8=8F_8=8-XF9=F8−2xa+1=−3F_9=F_8-2x_a+1=-35,6m=9<Nm=9<N
10F9=−3F_9=-3+YF10=F9+2ya+1=10F_10=F_9+2y_a+1=105,7m=10<Nm=10<N
11F10=10F_10=10-XF11=F10−2xa+1=1F_11=F_10-2x_a+1=14,7m=11<Nm=11<N
12F11=1F_11=1-XF12=F11−2xa+1=−6F_12=F_11-2x_a+1=-63,7m=12<Nm=12<N
13F12=−6F_12=-6+YF13=F12+2ya+1=9F_13=F_12+2y_a+1=93,8m=13<Nm=13<N
14F13=9F_13=9-XF14=F13−2xa+1=4F_14=F_13-2x_a+1=42,8m=14<Nm=14<N
15F14=4F_14=4-XF15=F14−2xa+1=1F_15=F_14-2x_a+1=11,8m=15<Nm=15<N
16F15=1F_15=1-XF16=F15−2xa+1=0F_16=F_15-2x_a+1=00,8m=16=Nm=16=N到达终点
image-20210626163613268

2.3数字积分插补法

直线插补：
方法 x，y 各自累加，溢出 （等于也算溢出）后则产生脉冲

数字积分直线插补 0,0-7,5m≥max(x,y)=8m\geq max(x,y)=8二进制 比较简单

X积分器Y积分器终点判别备注
累加次数JRx+JVxJ_Rx+J_Vx+Δx+\Delta xJRy+JVyJ_Ry+J_Vy+Δy+\Delta yJ_\sum
0000012JVx=7,JVy=5J_Vx=7,J_Vy=5
1705012无溢出
214=8+6110=8+2110ΔxΔy\Delta x \Delta y溢出
313=8+51709$\Delta x $溢出
412=8+4112=8+417ΔxΔy\Delta x \Delta y溢出
511=8+319=8+115ΔxΔy\Delta x \Delta y溢出
610=8+21604$\Delta x $溢出
79=8+1111=8+312$\Delta x \Delta y $溢出
88=8+01810$\Delta x \Delta y $溢出
image-20210626170119027

圆弧插补：
x 积分器控制x方向，x 寄存器溢出 x 发射一个脉冲
y 积分器控制 y 方向，y 寄存器溢出 y 发射一个脉冲
JRx=JRx+JVxJ_{Rx}=J_{Rx}+J_{Vx}
其中JRxJ_{Rx}代表寄存器内剩余值JVxJ_{Vx}代表当前 y 坐标
JRy=JRy+JVyJ_{R y}=J_{Ry}+J_{Vy}
其中JRyJ_{Ry}代表寄存器内剩余值JVyJ_{Vy}代表当前 x 坐标、

DDA 起点6,0终点0,6m≥max(x,y)=8m\geq max(x,y)=8二进制

X积分器Y积分器终点判别备注
累加次数JVx=yiJ_Vx=y_iJRxJ_RxJRx+JVxJ_Rx+J_Vx+Δx+\Delta xJ_\sum xJVy=xiJ_Vy=x_iJRyJ_RyJRy+JVyJ_Ry+J_Vy+Δy+\Delta yJ_\sum y
000066006初始状态
100066606
20006612=8+415$\Delta y $溢出
1
31106610=8+214$\Delta y $溢出
2
423066813$\Delta y $溢出
3
536066603
639=8+115612=8+412ΔxΔy\Delta x\Delta y溢出
45
7450559=8+111Δy\Delta y溢出
5
8510=8+2145601Δx\Delta x溢出
4
9570410=8+210Δy\Delta y溢出
6
10613=8+51342Δx\Delta x溢出
3
11611=8+31232Δx\Delta x溢出
2
1269=8+11122Δx\Delta x溢出
1
13670112无溢出
14613=8+51012Δx\Delta x溢出
image-20210626174603207

#### 2.3.2DDA 的改进

左移规格化，来稳定速度

### 2.4数据采样插补

数字积分和逐点比较法适合步进电机，而数据采样插补适合伺服电机

基本原理

插补运算分两步完成：粗插补（插补周期），精插补（采样周期）

特点：插补直线无误差
插补周期：是粗插补时用以产生微小直线段的周期
采样周期：是位置控制周期，是精插补时的采样周期
一般插补周期是采样周期的整数倍或者相同

2.5数控系统中的刀具补偿

刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿
长度补偿是为了使刀具顶端达到编程位置而进行的位置补偿
半径补偿只是数控加工过程中，由于刀具半径的客观存在，数控系统需要能够根据零件轮廓信息和刀具半径自动计算出刀具中心轨迹，使其自动偏移编程轨迹一个半径值的刀具补偿行为
刀具补偿执行过程：[表情] 刀具补偿的建立[表情] 刀具补偿进行[表情] 刀具补偿撤销
一般刀具补偿称为B刀具补偿
C刀具半径补偿：随着数控系统的发展，为解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，需要数控系统在计算完本段加工轨迹后，提前将下一段的加工轨迹读入，然后根据两段轨迹之间的转接的具体情况，采用直线或圆弧过渡，自动对本段轨迹对应的刀具中心轨迹进行恰当的修正，得到本段轨迹正确加工的刀具中心轨迹

第三章数控机床加工程序的手工编制

3.1数控加工程序编制基础

指令说明
G01直线插补G42刀具右补偿
G02顺圆插补G43刀具长度补偿-正
G03逆圆插补G44刀具长度补偿-负
G04暂停G49刀具长度补偿注销
G40刀具半径补偿注销G90绝对值编程
G41刀具左补偿G91增量值编程

F进给速度 S主轴转速 T刀具选择

M辅助功能
M00程序暂停M07 2号冷却液
M01计划停止M08 1号冷却液
M02程序指令结束M09 关冷却液
M03主轴顺时针旋转M30 程序停止并返回开始处
M04 主轴逆时针旋转M98调用子程序
M05 主轴停转M99返回主程序
M06换刀

主程序可以调用多个子程序，也可以反复调用一个子程序

数控机床坐标系

机床坐标系：出厂已经设定好
工件坐标系：人工设定

标准开头

1
2
3
4
5
6
7
G54;
G40G49G80;
S500M03F200;
G0 X Y ;移动到起始点
G43 Z H01;建立长度补偿
G41 X Y D01;建立半径补偿
(START)

3.2数控加工工艺分析与处理

①先粗后精②先近后远、先面后孔③先内后外、内外交叉④刀具最少调用次数原则⑤走刀路线最短原则

3.3数控车削加工编程

3.4数控铣削加工编程

题目及解答

1.加工如图所示内外轮廓，用刀具半径补偿指令编程，刀具直径为8mm。

image-20210627132723454

1
2
3
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18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
O10;外轮廓
G54;
G40G49G80;
S500M03;
G0X70Y-70;
G43Z5H01;
G01Z-4F200;
G01X40Y-40;
G41X0Y-40D01;
G02X0Y40R40;
G02X0Y-40R40;
G40G01X-100Y-40;
G0Z5;
G49Z100;
M30;


O20;槽加工
G54;
G40G49G80;
S500M03;
G0X0Y20;
G43Z5H01;
G1Z-4F200;
G42x0Y-4D02;
G02X-30Y0R15;
X30Y0R30;
X0Y0R15;
G40G01Z5;
G49Z100;
M30;

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5
6
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8
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O10;
G54G90G0Z50F500;
S1500M03;
G00Z3;
G01X25Y20;
M98P20
G90X53Y60;
M98P20;
G90X115Y20;
M98P20;
G49Z100F2000;
M30;

O20;子程序
G91G0X-15Y0;
G01Z-5.0F100;
G02X-5Y10R10;
G01X15;
Y0;
G02X5Y-10R10;
G01X-15;
Y0;
Z5F2000;
M99;

作业三：如图所示零件轮廓，零件毛坯为铸件，周边铣削余量3mm。试按教材中所学的代码格式
(JB3298—83)编写其加工程序。已知与要求：
(1)在给定坐标系内采用绝对尺寸编写加工程序；
(2)刀具初始位置位于坐标原点，也为程序的起点和终点；
(3)加工路径按箭头所示；
(4)进给速度150mm/min，主轴转速800r/min；
(5)数控系统具有跨象限圆弧插补功能；
(6)不考虑刀具直径。

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O01;
G54;
G40G90;
S800M03F150;
G01X12Y0;
Y18;
X25;
G03X32Y35R7;
G01Y40;
G02X68Y40R18;
G01Y30;
G02X45Y7R23;
G01X12;
Z5;
G00X0Y0F1000;
M30;

第四章 数控加工自动编程

4.1自动编程概述

graph TB;
    CAD-->CAD数据库;
    CAD数据库-->几何信息;
    CAPP-->CAPP数据库;
    CAPP数据库-->工艺信息;  
    NC代码库-->NC源程序生成器;
    几何信息-->NC源程序生成器;
    工艺信息-->NC源程序生成器;
    NC源程序生成器-->后置处理程序;
    后置处理程序-->动态仿真;
    动态仿真-->zq{正确};
    zq{正确}--N-->修改;
    zq{正确}--Y-->NC机床;
        修改-->动态仿真;

4.2 UG工作环境及基本操作

第四章内容实验已经做过

第五章 计算机数控装置原理

5.1计算机数控装置概述

计算机数控装置是由电子计算机来承担用户程序的输入、预处理、插补运算及输出控制、反馈控制、参数显示等任务的装置。

基本构成

graph LR;
	MDI-->输入装置;
	信息载体-->输入装置;
	输入装置-->计算机数字控制装置;
	编程器-->通信线路;
	上位机-->通信线路;
	CAD/CAM-->通信线路;
	通信线路==双向===计算机数字控制装置;
	位置检测装置--->计算机数字控制装置;
	计算机数字控制装置-->输出装置;
	主轴控制单元==双向===主轴伺服驱动;
	主轴控制单元==双向===可编程控制器;
	计算机数字控制装置-->主轴控制单元;
	可编程控制器==双向====计算机数字控制装置;
	计算机数字控制装置-->速度控制单元;
	速度控制单元-->进给伺服驱动;
	可编程控制器==双向===机床;

工作过程

graph LR;
CPU---BUS;
ERROM---BUS;
RAM---BUS;
输入接口---BUS;
输出接口---BUS;
BUS---纸带阅读机接口;
纸带阅读机接口---纸带阅读机;
BUS---MDI/CRT接口;
MDI/CRT接口---MDI/CRT;
BUS---位置控制;
位置控制---速度控制单元---伺服电机---位置检测装置---位置控制;
BUS---PLC接口;

CNC装置的软件是为了实现CNC系统各功能而编制的专用软件称为系统软件，在系统软件的控制下，CNC的装置对输入的加工程序进行自动处理并发出相应的控制指令，系统软件有管理软件和控制软件两部分组成。其中管理软件包括输入、io处理、显示和诊断。控制软件包括译码，刀具补偿，速度处理，插补位置控制。

三种情况如下，第1种情况是由软件完成输入、插补前的准备，硬件完成插补和位置控制。第2种情况是由软件完成输入、插补前的准备、插补、硬件完成位置的控制。第3种情况是由软件完成输入插补前的准备、插补、及位置控制的全部工作。

image-20210627112519446

5.2 CNC数控装置的一般结构

5.2.1硬件结构

1.单微处理机结构：只有一个微处理器，采用集中控制、分时方法处理数控的各个任务。
2.多微处理结构：由两个或两个以上微处理器构成处理部件
（1）共享存储器结构：在公共数据存储板上有优先级编码器，规定伺服功能微机级别最高，其次是插补微机再次是io微机等，当两个以上的微机同时请求时，优先编码器决定先接受的请求。（2）共享总线结构
特点：（1）性能价格比高（2）采用模块化结构（3）硬件易于组织规模生产（4）有很高的可靠性

5.2.2 软件结构

1.前后台型：（1）实时中断服务程序（2）背景程序
2.中断型

5.3 PLC

PLC 的类型：
小、中、大，点数 128-、128-512、512+
1.内装型
2.独立型
梯形图，语句表（这些个都学的还行）

第六章 数控机床的位置检测装置

6.1概述

graph LR;
基本传感器-->正交及信号放大;
正交及信号放大-->细分电路;
细分电路-->整形判向;
整形判向-->可逆计数;

位置检测装置的分类：都是用来测量直线位移量
1.按检测对象分类：
①直线位移测量：用于全闭环伺服系统，缺点是测量装置要与工作台等长
②转动角度测量：用于半闭环伺服系统，优点是测量方便可靠，无长度限制缺点是测量信号是由回转运动转换为直线运动，存在传动链误差，测量精度不是很高
2.按检测信号的种类分类
①数字式测量：优点是信号处理简单，抗干扰能力强
②模拟式测量：旋转变压器、感应同步器等，用于小量程高精度测量，缺点是对信号处理比较复杂，需要滤波器增加抗干扰能力
3.按测量的相对值分类
①增量式测量：基点特别重要，一旦出错要重新开始
②绝对值测量：复杂但精度高
p133表格

数字式模拟式
增量式绝对式增量式绝对式
直线式长光栅、激光干涉仪编码尺、多通道投射光栅直线感应同步器磁栅绝对式磁尺
回转式光电盘、圆光栅编码盘旋转变压器、圆感应同步器、圆形磁栅多级旋转变压器

6.2感应同步器

感应同步器根据用途和结构特点不同，分成直线式和旋转式两大类。直线是由定尺和滑尺组成，测量工作机构的直线位移旋转是由定子和转子组成，测量旋转角度。

特点如下，精度高，测量长度不受限制，对环境的适应性较高，维护简单，寿命长。抗干扰能力强，工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。

6.3旋转变压器

小型精密交流电机
鉴相式
鉴幅式

6.4脉冲编码器

p140原理图

6.5光栅

p143原理

光栅分为物理光栅和计量光栅。物理光栅精度更高。光栅传感器为动态测量软件，按运动方式分为长光栅和圆光栅，长光山用来测量直线位移，圆光栅用来测量角度位移。一般是增量式也可以做成绝对式。莫尔条纹的特点。。莫尔条纹光强度分布近似于余弦函数。莫尔条纹起放大作用。莫尔条纹起平均误差作用。

6.6磁栅

原理

第七章 伺服驱动系统

7.1概述

伺服系统的组成
p151图
伺服系统的基本要求：（1）高精度（2）稳定性（3）快速响应无超调（4）宽调速范围（5）低速大转矩
运动控制器：运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心、以传感器为信号源件，以电动机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的预定参数完成相应动作。特点如下：（1）技术更新，功能更加强大（2）结构形式模块化（3）操作简单，PC 即可编程

伺服系统的分类

按调节理论分类。开环伺服系统，闭环伺服系统，半闭环系统。

按使用的驱动软件分类。电液伺服系统，电气伺服系统。

按执行电动机类型分类。直流伺服电机，交流伺服电机，步进电机。

按驱动轴分类。进给伺服系统，主轴伺服系统。

按反馈量的方式分类，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。

7.2步进电机及其工作原理

特点：1.步进电机受脉冲的控制，其转子的角位移量和转速严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比。改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向，改变通电频率可改变步进电动机的转速。
2.当停止输入脉冲时，只要维持控制绕阻的电流不变，步进电动机可以保持章固定位置，不需要机械制动装置。
3.步进电机有一定的步距精度，没有累积误差。
4.步进电机的缺点是效率低，带负载能力低，调速范围小，最高输入脉冲频率不超过 18kHZ。
计算题公式：
α=360∘kmz\alpha=\frac{360^\circ}{kmz}
其中，采用单相或双相时 k=1，轮流使用时 k=2；m 为相数 z 为电动机转子的齿数
f=vδf=\frac{v}{\delta}注意单位
δ=P一圈的步数\delta=\frac{P}{一圈的步数}
p162 例题
计算题

img步进电机的控制线路

graph TB;
变频信号源--脉冲信号-->脉冲分配器;
脉冲分配器--分配后的脉冲信号-->功率放大器;
功率放大器--分配并放大的脉冲信号-->步进电动机;
分配器电源---脉冲分配器;
放大器电源---功率放大器;

7.3直流伺服电机及其速度控制

搞清楚伺服电机和步进电机
伺服电机（闭环）较大：启动快、精度高、可以过载、响应迅速、控制特性优良、启动力矩大、调速范围大、转矩恒定
步进电机（开环）小巧：启动慢、精度低、不可过载、转矩频率都有最大值，称为启动频率和失步转矩、电源为脉冲电源，低速容易震动、转矩随速度增大而减小
直流与交流：直流伺服电机具有优良的性能，但电刷和换向器容易磨损、换向时容易产生电火花，使其最高转速、应用环境均受到限制，制造困难、成本高。
同步和异步（交流）：同步效率高、无集电环和电刷等更加可靠、体积较小、启动转矩大

复杂程度：感应电动机<异步交流电动机<直流电动机

7.4交流伺服电机及其速度控制

交流电动机调速原理

方法：改变磁极对数，改变转差率调速，变频调速。

对交流电动机实现变频调速的装置称为变频器。其功能是将电网电压提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电。

第八章 数控机床的机械结构

数控机床的结构要求：①较高的机床静动刚度②减少机床的热变形③减少运动的摩擦和消除传动间隙④提高机床的寿命和精度保持性⑤减少辅助时间，改善操作性。

主传动运动的变速系统，带有变速齿轮的主传动。通过皮带传动的主传动，由调速电机直接驱动的主传动。

数控机床对进给运动的要求。减少运动件的摩擦阻力。提高传动精度和刚度。减少运动惯量。稳定性好，寿命长。使用维护方便。

数控机床进给传动机构，联轴器，减速机构。 滚珠丝杠的循环方式：内循环外循环
数控机床的导轨要求：①有一定的导向精度②有良好的精度保持性③有足够的刚度④低速运动平稳性,分为滑动导轨和滚动导轨。

数控机床进给系统的间隙消除。齿轮传动：刚性调整法、柔性补偿法，其他机构。