导图社区 数控技术
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数控技术
机械制造工艺
数控技术-数控机床
数控技术-编程
数控技术-计算机数控装置（插补计算、刀补）
数控技术-伺服系统
数控技术-机床运动系统
数控编程
数控技术思维导图
数控车铣编程与加工
数控机床
数控机床工作原理
基本概念
数字控制NC：采用数字化信息实现自动化控制的技术
数控技术 ：用数字、字母和特定符号对某一工作过程（加工、测量、装配）等进行自动控制的技术
数控系统：为实现数控技术相关功能而专门设计的软、硬件模块等有机集成的系统，是数控技术的载体
工作原理
数控装置内计算机对输入的编码信息进行处理后，通过伺服系统、 PLC 向机床主轴等执行机构发出指令，完成加工
数控与传统的比较
数控加工与传统加工的区别和联系
传统加工：操作者由工序卡及零件要求，在加工过程中不断改变刀具与工件的相对运动轨迹和加工参数，从而得到合格零件
数控加工：将零件图的几何信息工艺信息数字化，按规定编程，人工操作由数控系统替代，自动完成零件加工
数控机床相较于普通机床的特点
自动化程度高，生产效率高
对加工对象的适应性强
加工精度高，质量稳定
易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控
设备投资大，技术复杂
数控加工过程中的数据转换过程
译码
刀补：由于程序是按照零件轮廓编制的，需要通过刀补转换为刀具中心的轨迹
插补
PLC控制
数控机床的组成
机床本体
计算机数控系统
操作面板
输入/输出设备
数控装置
伺服单元
驱动装置
PLC
机床I/O电路
数控机床的分类
按运动控制方式
点位控制
刀具与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一点的准确性，不考虑运动轨迹
直线控制
刀具与工件相对运动时，除控制起点到终点准确定位，还需保证平行于坐标轴的直线切削运动
轮廓控制
刀具与工件相对运动时，能控制多轴联动
按进给伺服系统组成
开环、闭环、半闭环
开环没有位置检测装置和反馈回路
半闭环的位置检测装置不直接安装在最终运动部件上，而是安装在传动装置的一个环节上（丝杠或传动轴）
闭环的位置检测装置在最终运动部件上
坐标系
规定原则
工件静止 刀具运动
笛卡尔直角坐标系 右手法则
大拇指：x轴正向
食指：y轴正向
中指：z轴正向
刀具远离工件方向为坐标系正向
xyz轴
z
平行于主轴轴线的坐标轴
z轴正方向是使刀具远离工件的方向
注：
若没有主轴，或有多个主轴：垂直于工件装夹面方向为z轴
若主轴能摆动，且在摆动范围内只与某一坐标轴平行，该轴为z轴
若主轴能摆动，且在摆动范围内与多个坐标轴平行，取工件装夹面为z轴
x
刀具旋转
若z轴水平
从刀具(主轴)向工件看，x正方向指向右
若z轴垂直
单立柱机床
从刀具向立柱看，x指向右
双立柱机床（龙门机床）
从刀具向左立柱看，x指向右
工件旋转
x轴运动方向沿工件径向，并平行于横向拖板
x轴正方向为刀具离开工件旋转中心的方向
y
已知x z 用右手定则或右手螺旋法则确定
常用指令
模态指令与非模态指令
模态：输入后一直有效，直到注销
eg：G01 G41 G42 G40 F S
非模态：只在本程序段中有效
eg：M00
准备功能指令G
重点
程序调用98 99
主程序调用子程序
G98
子程序返回
G99
定运动平面17 18 19
xy面
G17
Z
zx
G18
Y
yz
G19
X
移动指令
G00
快速移动，无运动轨迹要求，不需要F
G01
需要给出进给速度F
圆弧插补02 03
顺时针
G02
逆时针
G03
调用格式
G02 X_Y_ I_J_(K_/R半径)
X Y：圆弧终点位置
I J K：圆心坐标相对于圆弧起点坐标
刀补40-49
刀具半径补偿
左刀补
G41
右刀补
G42
取消刀具半径补偿
G40
eg
刀具长度补偿
正补偿
G43
负补偿
G44
G43 Z_ H_
Z：目标点坐标
H：补偿值
取消刀具长度补偿
G49
螺纹切削
G32
G32 X_Z_R_E_P_F_
X Z:螺纹终点
R E：螺纹切削退尾量，一般以增量方式确定
R：Z向
E：X向
P：主轴基准脉冲处距离螺纹切削起点的主轴转角
F：螺纹导程
固定复合循环70-73
精加工
G70
内外径粗车复合循环
G71
G71 U_ R_ P_ Q_ X_ Z_ F_ S_ T_
U：粗切削深度
R：退刀量
P-Q：精加工程序
X Z：X和Z方向精加工余量
车端面
G72
G72 U_ R_ P_ Q_ X_ Z_ F_ S_ T_
选择
长径比小（短粗）：G72
封闭轮廓复合循环
G73
辅助功能指令M
程序结束02 30
不能复位
M02
能复位
M30
FST指令
F
进给速度
mm/min
ps：车削螺纹：mm/r
S
转速
ps:
G96主轴恒转速:m/min
G97恒切削速度:r/min
主轴最高转速限定
T
刀具指令
格式：T_ _ _ _
前两位表示刀号
后两位表示刀补
00则为刀补取消
ps：指令D也表示刀补
程序结构
通常加工程序
主程序
子程序
程序
一个完整的程序
程序名
程序内容
程序段
程序字
程序指令中最小单位
地址符
带符号或不带符号的数值
程序结束指令
编程
数控车削
套路
开始
G50 X Z（定对刀点）
T0101 M03 S400 F0.1
①刀补与刀号同
②粗加工S400；精加工S600；切槽S300
③粗加工F0.25；精加工F0.1；切槽F0.05
G00 X Z（快进到刀具起点）
加工（毛坯-车端面-车外圆-切槽）
G01 反复进给 退刀
T0100 M05 （去刀补，停主轴）
G28 U0；G28 W0（安全归位）
车外圆
粗车
T M S F （换刀启动主轴）
G00到刀具起点
循环指令G71
P10 Q20
T0200 M05 （去刀补，停主轴）
精车
精车G70
T0300 M05 （去刀补，停主轴）
切槽
G01反复进给 退刀
T0400 M05 （去刀补，停主轴）
四步走
① G50；T0101 M03 S400 ；G00
对刀点确定
换刀 启动主轴
快速定位到起点
②具体加工
ps：G01 后跟F0.1
③T0100 ；M05
去刀补
停主轴
④G28 U0；G28 W0； M30
安全归位
程序结束返回开头
程序结束
M30返回
数控铣削
机床运动系统
主运动传动方式
简单变速机构
皮带传动
电机直接驱动
联轴器连接
电主轴
主轴
主轴配置形式
前后支承用不同轴承（前后种类不同）
前后支承均用成组角接触球轴承（前后完全相同）
前支承用双列圆锥滚子轴承；后支承用单列圆锥滚子轴承（前后种类同，数量不同）
主轴控制功能
主轴准停装置
机械式
原理
电器式
刀具自动夹紧与切屑清除装置
传动机构
要求
刚度好
惯量小
间隙小
摩擦阻力小
滚珠丝杠螺母副
丝杠和螺母上有螺旋槽，组装在一起形成螺旋滚道，把螺旋滚道前后连接起来形成封闭的循环滚道。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，迫使螺母（丝杠）轴向移动
循环方式
外循环
内循环
工作特点
传动效率高，摩擦损失小
运动平稳，无爬行
精度保持好
结构复杂，成本高，不能自锁
轴向预紧（调隙）方法
双螺母垫片调隙
双螺母齿差调隙
双螺母螺纹调隙
单螺母变位螺距预紧
自动换刀装置
基本形式
①回转式刀架换刀
②更换主轴换刀
③更换主轴箱换刀
④带刀库的自动换刀系统
刀库
刀具交换机构
刀具交换装置
形式
由刀具和主轴的相对运动实现刀具的交换
由机械手进行刀具交换
功能
实现刀库与机床主轴装卸与传递刀具的装置，交换装置的形式和结构对数控机床的总体布局、生产率和工作可靠性都有直接影响
伺服系统
进给伺服系统
组成
控制调节器
功率驱动装置
检测反馈装置
伺服电机
进给伺服系统的要求
精度高
响应速度快
调速范围宽
工作稳定性好
低速转矩大
进给伺服分类
按有无位置检测装置
开环
半闭环
闭环
区别
按伺服电机类型
步进电机
三相反应式步进电机
通电方式
单三拍通电方式
双三拍通电方式
三相六拍通电方式
特性
失调角
如在电机轴上加一负载转矩，步进电机转子将转过一个小角度，该角称为失调角。
矩角特性
描述步进电机静态时电磁转矩与失调角之间的关系曲线
步距角=3°，则最大静转矩时失调角=1.5°
步距角
Z=齿数
m=相
k=拍/相
相关因素
旋转方向：通电顺序
转速：通电频率
步距角：相数、齿数、通电方式
环形分配器
功率放大器
电路类型
单电压驱动电路
双电压驱动电路
斩波电路
细分电路
直流电机
速度调节系统
晶闸管调速系统
脉宽调制调速系统（PWM）
交流电机
直线电机
位置检测装置
传感器
信号处理装置
分类
按检测信号
数字式
模拟式
按测量基准
增量式
绝对式
按安装位置
直接测量
间接测量
性能指标
系统精度
在一定长度或转角内测量累计误差的最大值
±0.002~0.02mm/m、±10″/360°
分辨率
测量元件所能正确检测的最小位移量
直线位移分辨率为0.001~0.01mm
角位移分辨率为2″
编码器
测量角位移
绝对式光电编码器
码制
自然二进制码
循环二进制码（格雷码）
光栅
莫尔条纹式光栅原理
光栅尺：直接测量
旋转变压器
计算机数控装置
插补实质：数据密化
常见插补方法
脉冲增量插补
每次插补结束，数控装置向各个运动坐标输出基准脉冲序列
每个脉冲表示最小位移
脉冲序列频率表示速度
脉冲数量表示移动量
每次仅产生一个单位的行程增量
脉冲当量是脉冲分配的基本单位
比较简单
逐点比较法
步骤
进行插补计算时，每走一步要进行四个步骤的逻辑运算和算术运算
偏差判别
坐标计算和进给
偏差计算
终点判别
直线插补
判别式：
（第一象限）
第一象限
第二象限
第三象限
第四象限
注
①公式中ye与xe是绝对值
②Fi＋1的表达式第一、第三象限一样；第二、第四象限一样
圆弧插补
起点非原点
①顺逆中的Fi+1，x，y位置互换
②Fi+1公式先－再＋
1
如何选用？
代入计算，不合理换另一个
与x有关 就-或+x；y就y
起点不是原点则F0≠0，用这个公式计算
数字积分法（DDA）
特点
运算速度快
逻辑功能强
脉冲分配均匀
易实现2、3次等高次曲线插补，易实现多轴联动
原理（了解）
数据采样插补（数字增量插补、时间标量插补）
数控装置产生的不是单个脉冲而是标准二进制数
插补分两步完成
①粗插补
在起点终点插入若干点，用微小直线逼近曲线
②精插补
在微小直线段上进行插补
用直线逼近曲线
刀补
任务
数控车床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的实际运动轨迹不是零件的轮廓，而是加工刀具的中心，而用户实际是按照零件轮廓编写的加工程序，为了加工出合格零件，加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值
执行过程
常用方法
B刀补
刀具中心轨迹的段间连接以圆弧进行
C刀补
相邻两段轮廓的刀具中心轨迹之间用直线进行连接
三种转接方式
插入型
伸长型
缩短型
刀补中心的计算
P124 125表
