数控技术自学指导书

精心整理数控技术自学指导书一、课程名称：数控技术二、自学学时：30课时三、教材名称：数控技术，赵玉刚 宋现春 编著，机械工业出版社四、课程简介：本课程是高等学校机械类专业学生必修的一门专业根底课程。通过本课程的学习，使学生驾驭现代数控技术的根本理论体系、方法和应用工具；具有综合运用所学学问，正确运用数控设备的实力；了解与本课程有关的机电一体化新技术及开展趋势；提高分析问题和动手动脑的综合实力；为学习其他有关课程和将来从事数控技术方面的工程设计与开发打好必要的根底。本课程主要探究数控机床的工作原理、各组成局部及其在机械生产中的应用。根本教学内容有：数控技术概述、数控加工程序的编制、计算机数控装置、进给伺服系统、数控技术的开展、数控机床的故障诊断与修理等。六、考核方式：开卷考试七、自学内容指导：第一章 绪论1、本章内容概述：了解机床数控技术根本概念及其开展概况；驾驭数控机床的工作流程、根本组成、工作原理、分类、特点和适用范围。2、自学学时支配：2学时3、学问点：概述、 数控技术概念，数控机床概念。数控机床的根本工作原理，数控机床的工作流程，数控机床的组成。数控机床的特点，数控机床的适用范围。点位、直线、轮廓限制数控机床概念，开环、闭环、半闭环数控机床概念，多轴联动数控机床的含义和实例。4.本章重点：点位、直线、轮廓限制数控机床概念，开环、闭环、半闭环数控机床概念，多轴联动数控机床的含义和实例。5.习题1数控机床是由哪几局部组成，它的工作流程是什么？2按伺服系统的限制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？4数控机床有哪些特点？3什么是点位限制、直线限制、轮廓限制数控机床？三者如何区分？其次章 数控机床的加工程序的编制1、本章内容概述：驾驭数控编程根底学问；驾驭常用G、M指令的编程方法；驾驭数控编程的工艺处理原那么；了解程序编制中的数学处理方法。2、自学学时支配：103、学问点：数控编程根本概念，数控编程的一般步骤，数控编程代码的含义，手工编程和自动编程两种方法的异同数控机床的坐标系和坐标轴确实定，机床原点与机床坐标系，工件原点和工件坐标系，肯定坐标与相对坐标，尺寸设定单位，数控加工程序的构造常用的打算功能G指令包括坐标系相关指令、运动方式相关指令、刀具补偿指令、子程序调用指令，常用的协助功能M指令，F、S、T指令。数控编程中数值计算的任务，基点和节点的概念，非圆曲线节点计算的几种方法。加工路途确实定原那么及实例，对刀点，换刀点的选择，工件的装夹方式的选择，数控加工切削用量的选择。4、本章重点：数控机床的坐标系和坐标轴确实定，机床原点与机床坐标系，工件原点和工件坐标系，肯定坐标与相对坐标，尺寸设定单位，数控加工程序的构造常用的打算功能G指令包括坐标系相关指令、运动方式相关指令、刀具补偿指令、子程序调用指令，常用的协助功能M指令，F、S、T指令。数控编程中数值计算的任务，基点和节点的概念，非圆曲线节点计算的几种方法。5.习题1什么是对刀点、刀位点、换刀点？2什么是数控编程中的数值计算？它包含哪些内容？3什么是基点？什么是节点？4数控车削编程的特点是什么？5车削固定循环功能的作用是什么？常用的有哪些？6数控铣削编程的特点是什么？ 第三章 插补计算原理、刀具半径补偿与速度限制 1、本章内容概述：本章主要了解数控系统的硬件构造和软件构造，驾驭插补的根本概念；驾驭逐点比拟法插补算法；驾驭数字积分法插补算法；驾驭数据采样法时间分割法算法。2、自学学时支配：4学时3、学问点： 数控系统的硬件构造和软件构造，插补的根本概念；逐点比拟法插补算法；数字积分法插补算法4、本章重点：逐点比拟法插补算法；数字积分法插补算法；数据采样法时间分割法算法；习题1.什么是对刀点、刀位点、换刀点？2 什么是数控编程中的数值计算？它包含哪些内容？3 什么是基点？什么是节点？4数控车削编程的特点是什么？何为插补？有哪两类插补算法？试述逐点比拟法的4个节拍。圆弧终点判别有哪些方法？圆弧自动过象限如何实现？简述DDA稳速限制的方法及其原理数据采样插补是如何实现的？加减速限制有何作用？有哪些实现方法？脉冲增量插补的进给速度限制常用哪些方法？ 第四章 计算机数控系统1、本章内容概述：本章主要讲解CNC数控装置的各项主要功能； CNC数控装置硬件构造、CNC数控装置软件构造及特点。开放式数控系统的构造及其特点2、自学学时支配：4学时3、学问点：CNC数控系统的组成，CNC数控装置的组成，CNC数控装置的主要功能。CNC装置软件硬件的功能界面，CNC装置软件构造的特点，多任务并行处理，多重实时中断，CNC装置的中断构造模式。单微处理机构造CNC装置的硬件构造，输入/输出接口的分类及任务，多微处理机构造CNC装置的硬件构造简介4、难点：C装置软件构造的特点，多任务并行处理，多重实时中断，CNC装置的中断构造模式。5.习题CNC系统有哪几局部组成？其核心是什么？CNC装置的软件有哪几局部组成？CNC装置的主要功能是什么？每一部功能的内容是什么？CNC装置软件构造有何特点？ CNC装置软件采纳的并行处理方法有哪几种？这些方法是如何实现并行处理的？CNC装置中断构造模式有哪两种？各有何特点？第五章 数控机床用可编程限制器1、本章内容概述：本章主要讲解PLC的根本学问，数控机床用PLC的特点及应用，典型PLC的指令系统，数控机床PLC的程序设计及调试。2、自学学时支配：4学时3、学问点：PLC的产生于开展 典型PLC的指令系统 FANUC PLC指令系统 PLC在数控机床限制中的应用 PLC位置限制4、本章重点：典型PLC的指令系统 FANUC PLC指令系统.习题.数控机床PLC的有哪些限制对象与继电器线路比拟PLC有何优势可编程限制器的硬件系统有哪几局部组成？各局部的作用是什么简述PLC的根本工作原理，并说明PLC在输入和输出的处理上有什么特点。 第六章 数控机床的伺服驱动系统1、本章内容概述：本章主要讲解并描述常用的伺服驱动装置及其系统；常用的位置检测装置工作原理。 2、自学学时支配：4学时3、学问点：伺服系统的概念、作用，数控机床对进给伺服系统的要求，伺服系统的分类及其特点。步进电机的工作原理及主要特性，步进电机的驱动限制线路，开环步进式伺服系统的工作原理。 闭环伺服系统的执行元件及其调速，鉴相式伺服系统工作原理，鉴幅式伺服系统工作原理，数字脉冲比拟式伺服系统工作原理。进给伺服系统对位置测量装置的要求，位置检测装置的分类，感应同步器的工作原理及其工作方式，脉冲编码器的工作原理。4、重点、难点步进电机的工作原理及主要特性，步进电机的驱动限制线路，开环步进式伺服系统的工作原理。 闭环伺服系统的执行元件及其调速，鉴相式伺服系统工作原理，鉴幅式伺服系统工作原理，数字脉冲比拟式伺服系统工作原理。习题1数控机床对伺服系统有哪些要求？2数控机床的伺服系统有哪几种类型？各自有何特点？3步进电机步距角的大小取决于哪些因素？4简述提高开环系统的伺服精度方法。5数控机床对检测装置有哪些要求？第七章 数控机床的机械构造1、本章内容概述：本章主要讲解数控机床常用的伺服驱动装置及其系统；常用的位置检测装置工作原理2、自学学时支配：2学时3、学问点：伺服系统的概念、作用，数控机床对进给伺服系统的要求，伺服系统的分类及其特点。步进电机的工作原理及主要特性，步进电机的驱动限制线路，开环步进式伺服系统的工作原理进给伺服系统对位置测量装置的要求，位置检测装置的分类，感应同步器的工作原理及其工作方式，脉冲编码器的工作原理。闭环伺服系统的执行元件及其调速，鉴相式伺服系统工作原理，鉴幅式伺服系统工作原理，数字脉冲比拟式伺服系统工作原理。4.本章重点步进电机的工作原理及主要特性，步进电机的驱动限制线路，开环步进式伺服系统的工作原理， 进给伺服系统对位置测量装置的要求，位置检测装置的分类，感应同步器的工作原理及其工作方式，脉冲编码器的工作原理。习题1数控机床对进给运动系统有哪些要求？2数控机床的主轴准停装置的作用？3滚珠丝杆如何预紧？4数控机床的导轨副有哪些形式？5数控机床导轨副有哪些特点？章节习题答案第一章1答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。2答：1开环限制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采纳脉冲插补法：逐点比拟法、数字积分法；c.通常采纳降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。2闭环限制系统；其特点：a. 反应信号取自于机床的最终运动部件机床工作台；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以限制，价格高。3半闭环限制系统：其特点：a. 反应信号取自于传动链的旋转部位；b. 检测电动机轴上的角位移；c. 精度及稳定性较高，价格适中。应用最普及。3答：a加工零件的适用性强，敏捷性好；b加工精度高，产品质量稳定；c柔性好；d自动化程度高，生产率高；e削减工人劳动强度；f生产管理水平提高。适用范围：零件困难、产品变更频繁、批量小、加工困难等4答：1点位限制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。2直线限制数控机床特点：a.既要限制点与点之间的准确定位，又要限制两相关点之间的位移速度和路途。b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速限制功能。3连续限制数控机床轮廓限制数控机床：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加限制的系统。具有点位限制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。其次章1.什么是对刀点、刀位点、换刀点？对刀点：在数控机床上加工零件时，道具相对与工件运动的起点刀位点：刀具在机床上的位置换刀点：刀架转位换刀时的位置2 什么是数控编程中的数值计算？它包含哪些内容？依据工件的图样要求，遵照已确定的加工路途和允许的变成误差，计算出数控系统所需输入的数据。基点和节点的计算；刀位点轨迹的计算；协助计算3 什么是基点？什么是节点？基点：把各几何元素间的连接点节点：当利用基友直线插补功能的数控机床加工零件的曲线轮廓时，任一几何元素均用直线靠近，即任一轮廓的曲线军用连续的折线来靠近。这时，应依据编程所允许的误差，将曲线分割成假设干个直线段，其相邻的而直线的交点称为节点。4数控车削编程的特点是什么？1在一个程序段中，依据图样上标注的尺寸，可以采纳肯定值编程，增量值编程或二者混合编程。2由于图样尺寸和测量值都是直径值，故直径方向用肯定值编程时，X以直径值表示；用增量值表示时，以经向实际位移量的二倍值表示。3为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半4由于毛胚常用棒料或断料，加工余量较大，所以数控装置常具备不同形式的固定循环功能，可进展屡次重复循环切削。5编程时，为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，须要对刀具半径进展补偿。对不具备刀具自动补偿功能的数控车床，编程时，需先计算补偿量。6很多数控车床用X,Z表示肯定坐标指令；用U,W表示增量坐标指令。而不用G90，G91指令7第三坐标指令I,K在不同的程序段中作用也不一样。I,K在圆弧切削时表示圆心相对圆弧的起点的坐标位置；而在有自动循环指令的程序中，I,K坐标那么用来表示每次循环的进给量。5车削固定循环功能的作用是什么？常用的有哪些？由于车削的毛胚多为棒料和铸锻件，因此车削加工多为大余量屡次进给切除，所以在车床的数控装置中总是设置各种不同形式的固定循环功能。常用的循环指令：柱面循环指令，锥面循环指令，简洁螺纹循环指令，困难螺纹循环指令，复合式粗车循环指令6数控铣削编程的特点是什么？1铣削是机械加工中最常用的方法之一，它包括平面铣削和轮廓铣削。运用数控铣床的目的在于：解决困难的和难加工的工件的加工问题；把一些用平凡机床可以加工的工件，改用数控铣床加工，可以提高加工效率。2数控铣床的数控装置具有多种插补方式，一般都具有直线插补和圆弧插补，有的还具有极坐标插补，抛物线插补，螺旋线插补等多种插补方式。3程序编制是要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿，刀具长度补偿，刀具半径补偿和固定循环，对称加工等问题。4由直线，圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比拟简洁。非圆曲线，空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，数学处理比拟困难，一般采纳计算机协助计算和自动编程。第三章何为插补？有哪两类插补算法？插补的任务就是要遵照进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出假设干中间点的坐标值。分类：脉冲增量插补和数据采样插补试述逐点比拟法的4个节拍。第一节拍偏差判别 判别刀具当前位置相对于给定的轮廓的偏离位置，一次确定刀具移动方向其次节拍进给 依据偏差判别结果，限制刀具相对于工件轮廓进给一步，即向给定的轮廓靠拢，削减偏差第三节拍偏差计算 由于刀具进给已变更了位置，因此应计算出刀具当前位置的新偏差，为下一次判别做打算第四节拍终点判别 判别刀具是否已到达被加工轮廓线段的终点，到达停顿，未到接着圆弧终点判别有哪些方法？两种方法：一是把每个程序段中的总步数求出来，每走一步n-1，只到n=0为止；二是每走一步判定 且 是否成立，假如成立，插补完毕。圆弧自动过象限如何实现？圆弧自动过象限是指圆弧的起点和终点不在同一象限内，为实现一个程序段的完整功能，需设置圆弧自动过象限功能。首先应判别何时过象限，过象限有一显著特点，就是过象限时正好是圆弧和坐标轴相交的时刻，因此在两个坐标值中必有一个为零，判定是否过象限只要检查是否有坐标值为零即可简述DDA稳速限制的方法及其原理方法：左移规格化，按进给速度率数FRN代码编程数据采样插补是如何实现的？数据采样插补是依据程编的进给速度将轮廓曲线按时间分割为采样周期的进给段，即进给步长采样数据补偿一般分为粗，精补偿两步完成。第一步是粗插补，由它在给定曲线的起，终点之间插入假设干个中间点，将曲线分割成假设干个细小直线段，即用一组微小直线段来靠近曲线。这些微小直线段由精插补进一步进展数据点的密化工作，即进展对直线的脉冲增量插补。脉冲增量插补的进给速度限制常用哪些方法？方法：软件延时法和中断限制法软件延时法：依据程编进给速度，可以求出要求的进给脉冲频率，从而得到两次插补运算之间的时间间隔t，它必需大于CPU执行插补程序的时间t程，t与t程之差即为应调整的时间t延，可以编写一个延时子程序来变更进给速度中断限制法：依据程编进给速度计算出定时器/计数器的定时时间常数，以限制CPU中断。在中断效劳中进展一次插补运算并发出进给脉冲，CPU等待下一次中断，如此循环进展，直至插补完成加减速限制有何作用？有哪些实现方法？为了保证加工质量，在进给速度突变时必需对送到进给电动机的脉冲频率和电压进展加减速限制。当速度突然提升时，应保证加在伺服进给电动机上的进给脉冲频率或电压渐渐增大，反之减小。方法：前加减速限制 后加减速限制第四章CNC系统有哪几局部组成？其核心是什么？数控程序、输入输出设备、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给驱动装置；核心CNC装置CNC装置的软件有哪几局部组成？管理软件：零件程序的输入输出程序，显示程序，CNC装置的自诊断程序限制软件：译码程序，刀具补偿计算程序，速度限制程序，插补运算程序和位置限制程序CNC装置的主要功能是什么？每一部功能的内容是什么？限制功能：CNC装置能够限制的并且能够同时限制联动的轴数，它是CNC装置的重要性能指标。打算功能：用来指明机床的下一步如何动作插补动能：用于对零件轮廓加工的限制固定循环加工功能：将典型动作事先编好程序并储存在内存中，用G代码进展指定进给功能：用F指令给出各进给轴的进给速度主轴功能：指令主轴转速、设置恒定线速度、主轴准停协助功能：指定主轴的正转、反转、停顿、切削液泵的翻开和关闭、换刀等动作刀具功能：选择刀具并且指定有效刀具的几何参数的值补偿功能：把刀具长度或半径的相应补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入到其内部储存器，在限制机床进给时按必须的计算方法将这些补偿量补偿显示功能：显示程序、零件图形、人机对话编程菜单、故障信息通信功能：完成上级计算机与CNC装置之间的数据和吩咐传送自诊断功能：装置运行过程中、运行前或故障停机后进展诊断CNC装置软件构造有何特点？多任务并行处理，实施中断处理CNC装置软件采纳的并行处理方法有哪几种？这些方法是如何实现并行处理的？资源共享、资源重复和时间重叠。资源共享：依据分时共享原那么，使多个用户按时间依次运用同一套设备时间重叠：依据流水线处理技术，使多个处理工程在时间上相互错开资源重叠：通过增加资源提高运算速度CNC装置中断构造模式有哪两种？各有何特点？中断型构造模式：除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块分别支配在不同级别的中断效劳程序中，整个软件就是一个大的中断系统前后台型构造模式：前后程序是一个中断效劳程序，完成全部实时功能。第五章.数控机床PLC的有哪些限制对象数控机床PLC在机床里限制M 功能,S 功能,T 功能,和机床操作面板.急停限位等。M 功能：协助功能。包括主轴限制正转，反转，停顿，换挡，定向，定位，等，卡盘限制，冷却限制，润滑限制，中心架限制，尾座限制，液压限制，等.S 功能:主轴速度功能。主轴转速，.T功能：刀具功能。刀库换刀，转塔转位，.急停，限位，方式选择，进给倍率，快移倍率，主轴倍率，循环启动，进给保持，单段，跳步，空运行，机床锁住，选择停，程序再启动，协助功能锁住，等.都是由PLC限制。与继电器线路比拟PLC有何优势、功能强，性能价格比高 2、硬件配套齐全，用户运用便利，适应性强 3、牢靠性高，抗干扰实力强 4、系统的设计、安装、调试工作量少 5、编程方法简洁 6、修理工作量少，修理便利 7、体积小，能耗低 可编程限制器的硬件系统有哪几局部组成？各局部的作用是什么1CPU：它是PLC的核心局部，是PLC的运算和限制中心。2存储器：有随机存储器RAM和只读存储器EPROM，存放用户程序和系统程序。3输入/输出I/O模块：是CPU与现场输入输出设备之间的连接部件。4电源模块：用来对PLC内部电路供电。某些PLC还为外部输入设备供应24V直流电源。5编程器：用于用户程序的输入、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。6外设I/O接口：外设I/O接口的作用就是将外设与CPU连接，某些PLC还可以通过通信接口与其他PLC或上位计算机连接，以实现联网功能。7I/O扩展接口：当用户所需的IO点数超过根本单元的IO点数时，可用I/O扩展单元来扩展IO点数。简述PLC的根本工作原理，并说明PLC在输入和输出的处理上有什么特点。 PLC的工作原理可以简洁地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对限制要求进展处理判定，并通过执行用户程序来实现限制任务。 1 输入映像区中的数据，取决于本扫描周期输入采样阶段所处的状态。在程序执 行阶段和输出刷新阶段，输入映像区中的数据不会因为有新的输入信号而发生变更。 2 输出映像区中的数据由程序中输出指令的执行结果确定。在输入采样阶段和输 出刷新阶段，输出映像区的数据不会发生变更。 3 输出端子干脆与外部负载连接，其状态由输出状态存放器中的数据来确定。第六章答：a.精度高。即定位精度和重复定位精度高；b.快速响应特性好跟踪精度高，跟随误差等；c.调速范围宽恒转矩：1：1001000，恒功率：1：10100d.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性。即具有优良的静态与动态负载特性；e.稳定性好抗干扰实力强，牢靠性好；f.低速大转矩。答：按限制理论和有无位置检测反应环节分为：开环限制系统、闭环限制系统和半闭环限制系统。其特点略。答：工作牢靠、抗干扰实力强；运用维护便利，适用机床的工作环境；满意精度、速度和工作行程的要求；本钱低、寿命长；便于与伺服系统的连接。答：步距角是确定开环伺服系统脉冲当量的重要参数，越小，加工精度越高。静态步距误差是指理论的步距角和实际的步距角误差。影响步距误差的因素主要有：步进电机齿距制造误差；定子和转子间气隙不匀称；各相电磁转距不匀称。答：步进电机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表示： ；式中，m相m拍时，k1；m相2m拍时，k=2。第七章1数控机床对进给运动系统有哪些要求？答：a.高的精、动刚度及良好的抗振性能；b.良好的热稳定性；削减热变形主要从两个方面考虑：对热源采纳液冷、风冷等方法来限制温升；改善机床构造，即a、使热变形发生在非敏感方向上；b、在构造上尽可能削减零件变形局部的长度，以削减热变形总量；c、尽量设计对称构造；d、采纳热平衡措施和特别的调整元件来消退或补偿热平衡。c.高的运动精度和低速运动的平稳性；d.充分满意人性化要求。2数控机床的主轴准停装置的作用？答：换刀和准确限制刀具的转动角度。在镗削加工和螺纹加工时能实现准确限制。3滚珠丝杆如何预紧？答：滚珠丝杠副的预紧 滚珠丝杠螺母副的预紧是通过变更两个螺母的相对位置，使每个螺母中的滚珠分别接触丝杠滚道的左、右两侧面来实现的。a、双螺母垫片式预紧；b双螺母螺纹式预紧；c单螺母变导程自预紧。4数控机床的导轨副有哪些形式？答：机床上常用的导轨，按其接触面间的摩擦性质的不同，可分为三大类：1滑动导轨2滚动导轨3静压导轨5数控机床导轨副有哪些特点？答：1导向精度高2耐磨性能好3足够的刚度4低速运动的平稳性5构造简洁、工艺性好。