数控技术操作手册目录目录 (1)第一章绪论 (3)1 数字控制的的基本原理 (3)1.1 数字控制的基本概念 (3)1.2 数控机床的构成 (4)1.3 数控机床的特点和分类 (4)第二章数控系统的插补工作原理 (8)1 概述 (8)2 差补的方法与特点 (8)2.1 逐点比较法 (8)2.2 数字积分法 (11)2.3 数据采样法 (11)3 刀具的半径补偿 (11)第三章数控机床加工程序的编写 (13)1 编程基础 (13)2 数控编程的方法 (14)3 编程代码与指令格式 (15)3.1 数控程序的指令代码 (15)3.2 程序的结构与格式 (19)第四章计算机数控系统（CNC系统） (21)1 概述 (21)1.1 CNC系统的组成 (21)2 CNC系统的功能和一般工作过程 (21)3 CNC系统的硬件结构 (22)4 CNC系统的软件结构 (23)5 CNC系统的输入、输出和通信功能 (24)第五章数控机床的伺服驱动及控制 (27)1 概述 (27)2 步进电动机伺服系统 (27)3 数控机床的位置检测装置 (28)4 直流电动机伺服系统 (28)5 交流电动机伺服系统 (29)附录 (30)第一章绪论1数字控制的的基本原理1.1数字控制的基本概念数字控制（Numerical Control——NC），简称为数控，是一种自动控制技术，使用数字化信号对控制对象建议控制的一种方法。

数字控制是相对于模拟控制而言的，数字控制系统种的控制信息是数字量，二模拟控制系统中的控制信息是模拟量。

数字控制与模拟控制相比有许多优点，如可用不同的字长表示不同精度的信息，可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，从而使机械设备具有很大的“柔性”。

因此数字控制已被广泛用于机械运动的轨迹控制和机械系统的开关量控制，如机床的控制、机器人的控制等。

数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。

数控机床是才用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。

数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上实现给定的数字量，并将其译码，再进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作和加工零件。

最初的数控系统是有数字逻辑电路构成的专用硬件数控系统。

随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统（Computer Numerical Control）简称CNC。

CNC系统是有计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。

犹豫计算机可完全有软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的“柔性”，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，是数字控制系统的性能大大提高。

1.2数控机床的构成程1.1 程程程程程程程程程1.3数控机床的特点和分类1.3.1数控机床的特点与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：（1）加工精度高，质量稳定。

数控系统每输出一个脉冲，机床移动部件的位移量成为脉冲当量，数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控机床可达0.0001mm，其运动分辨率远高于普通机床。

（2）能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。

（3）生产效率高。

数控机床的主轴转速和进给量饭俄日比普通机床的范围大，良好的结构刚性允许数控机床采用大的切削用量，从而有效的节省了机动时间。

（4）对产品改型设计的适应性强。

当别加工的零件改型设计后，在数控机床上只需变换零件的加工程序，调整刀具参数等，就能实现对改型设计后零件的加工，生产准备周期大大缩短。

（5）有利于制造技术想综合自动化方向发展。

数控机床是机械加工自动化的基本设备，以数控机床为基础建立起来的FMC、FMS、CIMS等综合自动化系统使机械制造的集成化、智能化和自动化得以实现。

（6）监控功能强，具有故障诊断的能力。

CNC系统不仅控制机床的运动，而且可对机床进行全面监控。

（7）减轻工人劳动强度、改善劳动条件。

1.3.2数控机床的分类数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成的不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。

1、按控制轨迹分类（1）点位控制系统它的特点是刀具相对工件的移动过程中，不进行切削加工，对定位过程中的运动轨迹没有严格要求，只要求从一坐标点到另一坐标点的精确定位。

（2）直线控制系统这类控制系统的特点是除了控制起点与终点之间的准确位置外，而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控制位移的速度，应为这类数控机床的刀具在位移过程中要进行切削加工。

（3）轮廓控制系统也称连续控制系统。

其特点是能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。

加工时不仅要控制起点和重点位置，而且要控制两点之间没一点的位置和速度，使机床加工出符合图样要求的复杂形状的零件。

它要求数控机床的辅助功能比较齐全。

CNC装置一般都具有直线插补和圆弧插补功能。

2、按伺服系统分类（1）开环伺服系统这种控制方式不带位置测量元件。

数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，是执行机构移动或转动。

图1.2开环伺服系统工作原理图（2）闭环伺服系统这是一种自动控制系统，其中包含功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。

数控装置次发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。

装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。

若两者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。

这种系统称为闭环伺服系统。

图1.3闭环伺服系统工作原理图（3）半闭环伺服系统这种控制系统不是直接测量工作台的位移量，俄日是通过旋转变压器、光电编码盘或分解器等角位移测量元件，测量伺服机构中电动机或丝杠的转角，连间接测量工作台的位移。

这种系统中滚珠丝杠螺母副和工作台均在反馈环路之外，其传动误差等仍会影响工作台的位置精度，故称为半闭环控制系统。

图1.4半闭环伺服系统工作原理图（4）混合控制数控机床即将上述控制方式的特点有选择地集中，可以组成混合控制方案。

较多的采用下述两种形式：一、开环补偿型图为开环补偿型控制方式。

其特点是基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，附加一个位置校正电路，通过装在工作台上直线位移测量元件的反馈信号来矫正机械传动误差。

二、半闭环补偿型图为半闭环补偿型控制方式。

其特点是用半闭环进行基本驱动以取得稳定的告诉响应特性，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环，然后用全闭环和半闭环的差进行控制，以获得高精度。

3、按功能及用途分类按数控系统的功能水平同窗把数控系统分为低档、中档、高档三类。

按其基本用途可划分为四大类：（1）金属切削类即指采用车、铣、镗、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。

它还分两类：一是普通型数控机床，二是加工中心。

（2）金属成型类即指采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床，床用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机。

（3）特种加工类主要有数控电火花线切割机、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、绘图类主要有三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。

第二章数控系统的插补工作原理1概述插补的概述插补是指数据密化的过程。

在对数控系统输入有限坐标点的情况下，计算机根据线段的特征，运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，从而自动地对个坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，使机床加工出所要求的轮廓曲线。

对于轮廓控制系统来说，插补是最重要的计算任务，插补程序的运行时间和计算精度影响整个CNC系统的性能指标，可以说插补是整个CNC系统控制软件的核心。

人们一直在女里探求一种简单而有效的插补算法，目前普遍应用的算法可分为两大类：一是脉冲增量插补；而是数据采样插补。

2差补的方法与特点2.1逐点比较法逐点比较法的基本原理，是被控对象在按要求的轨迹运动时，每走一步都要与规定的轨迹进行比较，有此结果军顶下一部移动的方向。

着点比较法既可以作直线插补又可以做圆弧插补。

这种算法的特点是，运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较为普遍。

逐点比较法直线插补（四个步骤）（1）：方向判定：根据偏差值判定进给方向。

（2）：坐标进给：根据判定的方向，向该坐标方向发一进给脉冲。

（3）：偏差计算：每走一步到达新的坐标点，按偏差公式计算新的偏差。

（4）：终点判别：判断是否到达终点，若到达就结束该插补运算，若未到达则重复上述循环步骤。

以第一象限为例图2.1第一象限直线如上图第一象限的直线OA，直线的起点坐标为原点，直线终点坐标（Xe,Ye）是已知的，M(Xm,Ym)为加工点（动点），若M在OA直线上，则根据相似三角形的关系可得Xm/Ym=Xe/Ye取 Fm=YmXe-XmYe作为直线插补的判别式。

若Fm=0,表明M点在OA直线上；若Fm>0,表明M点在OA直线上方M’处；若Fm<0,表示M点在OA直线下方M’’处。

当Fm>=0时，沿+X轴方向走一步，当Fm<0时，沿+Y方向走一步，若两方向上的步数与终点坐标（Xe,Ye）相等时，发出到达终点信号，停止插补。

逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补圆弧插补加工：是将加工点到圆心的距离与被加工圆弧的名义半径相比较，并根据偏差大小确定坐标进给方向，以逼近被加工圆弧。

下面以第一象限逆圆弧为例，讨论圆弧的插补方 。

如图三所示，设要加工圆弧为第一象限逆圆弧AB ，原点为圆心0，圆弧起点为A （Xo,Yo ）,终点为B （Xe,Ye ）,圆弧半径为R 。

令瞬时加工点为M （Xm,Ym ）,它与圆心的距离为Rm,比较Rm 和R 来反映加工误差。

图2.2第一象限逆圆弧由上述内容知：R 2 m=Xm 2 +Ym 2 R 2=Xo 2+Yo 2因此，可得圆弧偏差判别式如下：Fm 2=Rm 2-R 2=Xm 2+Ym 2-R 2若Fm=0,表明加工点M 在圆弧上；Fm>0，表明加工点在圆弧外；Fm<0，表明加工点M 在圆弧内。

圆弧插补计算过程与直线插补过程基本相同，即：偏差判别，坐标进给，偏差计算，坐标计算，及终点判别。

2.2数字积分法数字积分法法又称数字微分分析法（Digital Differential Analyzer）。

这种插补方法可以实现一次、二次、甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制。