数控技数第一章绪论一.数控加工的特点；1. 可以加工具有复杂型面的工件 2.加工精度高，质量稳定3. 生产效率高4.改善劳动条件5.有利于生产过程的现代化：6数控加工是CAD/CAM技术和先进制造技术的基础。

数控加工的对象1.几何形状复杂的工件 2. 新产品的工件3. 精度及表面粗糙度要求高的工件 4.需要多道工序的工件5.原材料特别贵重的工件二. 数控技术的基本概念数控技术，简称数控（Numerical Control）是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。

现在又称为计算机数控。

CNC有三种含义 1.代表一种控制技术 2.代表一种控制系统的实体3.代表一种控制装置。

三.数控技术的组成。

数控系统一般由控制介质（信息载体）、输入装置（键盘）、数控装置、伺服系统（如步进电机）、执行部件（工作台）和测量反馈装置（如编码器和光栅）组成。

输入装置；将数控加工程序单上的内容通过数控装置上的键盘直接输入给数控装置，这种方式称为MDI 方式。

伺服系统；包括伺服驱动电路和伺服驱动元件，它们与执行部件上的机械部件组成数控设备的进给系统。

数控装置可以以很高的速度和精度进行计算并发出很小的脉冲信号，关键在于伺服系统能以多高的速度与精度去响应执行，所以整个系统的精度与速度主要取决于伺服系统。

三.数控加工的基本原理数控加工零件是按照事先编制好的加工程序单来进行的。

1.确定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度 2.确定工件的轮廓衔接点 3.确定起刀和收刀的位置以及坐标原点的位置按规定的语句格式写出数控指令集，将指令集输入到数控装置里进行处理（译码，运算等），通过驱动电路把信号放大，驱动伺服电机输出角位移及角速度，又通过执行部件转换成工作台的直线位移以实现进给。

另外，数控装置还要通过PLC控制强电部件以进行一些辅助性工作，如：照明，冷却、排屑等。

四.数控系统的分类1按数控加工类型分为硬件逻辑数控系统和计算机数控系统。

2按运功方式分类（1）点位控制系统。

特点是加工移动部件只能实现从一个位置到另一个位置的精准移动，在移动和定位过程中不进行任何加工。

（2）点位直线控制系统。

不仅要实现从一个位置到另一个位置的精确移动，而且能实现平行于坐标轴的直线切割加工运动及沿与坐标轴成45o的斜线进行切削加工，但不能沿任意斜率的直线进行切削加工。

（3）轮廓控制系统。

可以使刀具和工件按平面直线，曲线或空间曲面轮廓进行相对运动，加工出任何形状的复杂零件。

3按控制方式分类。

（1）开环控制系统。

（没有反馈系统）。

（2）半闭环控制系统，在伺服电动机输出轴端或丝杠轴端装有角位移检测装置（如旋转变压器或光电编码器），间接测出直线位置。

（3）闭环控制系统，直接安有直线位置检测装置。

五.数控技术的发展趋势；（1）高速度、高精度。

直接关系到加工效率和产品质量。

（2）高可靠性（3）多功能（4）智能化（5）复合化。

第二章数控加工工艺一选择合适的对刀点及换刀点对刀点有时可以称为起刀点（数控程序的起点）‘对刀点与刀位点是有关系的（说法不同）刀位点：刀具在机床上的位置。

端面铣刀的底部中心；钻头的刀尖；球头铣刀的球心；车刀及镗刀的刀尖；对刀原则：对刀方便，便于测量和简化编程（尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上）换刀点：对于多刀机床，（工作中一般要换刀）应在编程时考虑到换刀点的位置可能与工件或夹具产生干涉（换刀点在加工区域以外）二.数控加工工艺设计方法确定本工序的走刀路线，切削用量、工艺装备、定位夹紧方式-----这称为工艺设计1.确定走刀路线（1）寻求最短走刀路线；（2）最终轮廓应一次完成（先用行切法，最后沿周向环切一刀）；刀具急剧改变运动方向会因刀具变形方向的改变而留下痕迹，故应注意走刀路线的选择。

（3）选择刀具的切入及切出方向；为了保证工件轮廓的光滑，进刀与退刀（即切入与切出）应沿零件轮廓的切线方向以减少切削过程刀具速度的变化进而减轻刀痕。

（4）选择使工件在加工后变形小的路线。

对横截面积小的细长零件或薄板零件采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。

2确定定位和夹紧方案。

（1）尽可能做到设计基准、工艺基准、编程计算基准的“三统一”。

（2）尽可能做到工序集中，最好一次装夹完成全部加工（3）避免采用人工调整时间较长的装夹方案（4）工件刚度较大的地方才是较好的夹紧点!3.确定刀具与工件的相对位置（确认对刀点）；。

工件大致为圆形时，其对刀点往往与工件的坐标原点一致。

对刀点的选择原则：（1）所选的对刀点是程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。

4确定切削用量。

第三章数控加工的程序编制一、坐标轴的确定。

坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。

确定坐标轴时，一般先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。

1、Z轴（1）将传递切削力的主轴轴线定为Z坐标轴。

（2）对于刀具旋转的机床，如铣、钻、镗床，旋转刀具的轴线定为Z轴。

（3）对于工件旋转的机床，如车、外圆磨床，工件的轴线定为Z轴。

（4）当机床有几个主轴时，选择一个垂直于工件装夹面的主轴确定Z轴。

（5）对于工件和刀具都不旋转的机床，如刨、插床，Z轴垂直于工件装夹面。

（6）Z轴的正方向以刀具远离工件的方向为准。

2、X轴（1）X轴一般是水平的、平行于工件的装夹面且与Z轴垂直。

（2）对于工件旋转的机床，X轴在工件的径向上，且平行于横滑座，以刀具离开工件旋转中心方向为正方向。

（3）对于刀具旋转的机床：①当Z轴是水平方向时，从刀具主轴向工件看，＋X运动方向指向右方；②当Z轴为垂直方向时，对于单立柱机床，从刀具主轴向立柱看，＋X运动方向指向右方。

（4）对于龙门式机床，从主轴向左侧看，＋X运动方向指向右方。

3、Y坐标轴（1）Y轴的方向由X轴和Z轴按右手定则来确定。

（2）X、Y、Z坐标系是按刀具相对于工件运动的原则命名的，而带撇（“’”）的坐标X’、Y’、Z’则表示工件相对于刀具运动的坐标系。

机床坐标系与工件坐标系机床坐标系：机床本身固有的坐标系。

（具有固定的原点和坐标轴方向）机床原点：机床坐标系的原点。

(出厂已确定）机床参考点：用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点。

工件坐标系：用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系。

(G92)工件原点：工件坐标系的原点。

编程坐标系：编程人员为方便编制数控程序所设定的坐标系。

一般情况下，编程坐标系与工件坐标系一致。

绝对坐标系：刀具（或工件）运动位置的坐标值均是相对于某一固定坐标原点计算的坐标系。

（G90)相对坐标系：刀具（或工件）运动位置的终点坐标值均是相对于起点坐标计算的坐标系。

(G91)第四章数控机床的工作原理一、插补的概念：机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。

插补的实质；（1）数控装置向各坐标提供相互协调的进给脉冲，伺服系统根据进给脉冲驱动机床各坐标轴运动。

（2）数控装置的关键问题：根据控制指令和数据进行脉冲数目分配的运算（即插补计算），产生机床各坐标的进给脉冲。

（3）插补计算就是数控装置根据输入的基本数据，通过计算，把工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给脉冲，对应每个脉冲，机床在响应的坐标方向上移动一个脉冲当量的距离，从而将工件加工出所需要轮廓的形状。

（4）插补的实质：在一个线段的起点和终点之间进行“数据密化”的工作。

二、1.基准脉冲插补（行程标量插补或脉冲增量插补）（1）特点：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，每个脉冲代表了最小位移，脉冲序列的频率代表了坐标运动速度，而脉冲的数量表示移动量。

（2）仅适用于一些中等精度或中等速度要求的计算机数控系统2、数字采样插补（数据增量插补）特点：插补运算分两步完成。

（1）粗插补；在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用若干条微小直线段逼近给定曲线，每一微小直线段的长度都相等，且与给定速度有关。

（2）精插补；在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作，相当于对直线的脉冲增量插补。

适用于闭环、半闭环以直流和交流伺服电机为驱动装置的位置采样控制系统。

第五章计算机数控装置一、计算机数控系统（简称CNC系统）是在硬件数控（NC）系统的基础上发展起来的，它用一台计算机完成数控装置的所有功能。

CNC系统的特点；（1）灵活性大：可改变和扩展其功能。

（2）通用性强：硬件采用模块化设计，易于扩展，改变软件可适应不同需求。

（3）可靠性高：采用大规模和超大规模集成电路；程序被检查后才被调用，保证加工过程中的故障停机。

（4）功能强大：多功能、可以完成复杂零件的一次成形。

（5）使用维修方便：内置自诊断程序，软件检查程序。

二、常用的CNC发展的主要形式有三种；（1）总线式模块化结构的CNC。

多用于多轴控制的高挡数控机床。

（2）以单板或专用芯片及模板组成结构紧凑的CNC。

多用于中档数控机床。

（3）基于通用计算机（PC或IPC）基础上开发的CNC。

可充分利用通用计算机丰富的软件资源，可随计算机硬件进行升级。

前两种CNC系统硬件需专门设计，通用性较差，第三种硬件无需专门设计，改变软件即可构成不同CNC 系统，通用性好。

三、多微处理器CNC的典型结构1、共享总线结构：通过总线连接系统内的各个模块。

主模块控制系统总线，某一时刻只能有一个主模块占用总线，各模块通过仲裁电路判别各模块的优先级，进而共享总线资源。

2、共享存储结构：采用多端口存储器来实现各微处理器之间的相互连接和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口访问。

四、CNC系统软件的组成。

包括应用软件（包括零件数控加工程序或其他辅助软件）和系统软件（为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件。

也称为控制软件）。

系统软件通常包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序等。

1输入数据处理程序。

功能：接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按照规定格式存放。

主要包括输入程序、译码程序和数据处理程序等组成，有些CNC系统还具有补偿计算、为插补运算和速度控制等进行的预计算。

（1）输入程序；一是将加工程序读入存放在程序存储器中，二是将加工程序从程序存储器中读出，送入缓冲区，以便译码用。

（2）译码程序；数控加工程序按零件加工顺序记载着机床加工所需的各种信息，其中包括零件加工的轨迹信息、工艺信息和开关命令。

（3）数据处理程序；包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能处理等。

刀具半径补偿：将工件轮廓轨迹转化为刀具中心轨迹。

速度计算：解决该加工数据段以什么样的速度运2. 插补计算程序；CNC系统是一种实时控制系统，一边插补运算，一边进行加工。