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第一章绪论考核知识点与考核要求一.机床数控技术的基本概念识记：数控机床的工作流程：1.数控加工程序的编制（根据零件的图样规定的零件的形状、尺寸、材料、技术要求确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数，然后根据规定的代码和程序格式编程）2.输入（把零件程序、控制参数、补偿数据输入到数控装置中去，工作方式：边加工变输入、一次性将整个零件程序输入）3.译码4.刀具补偿（作用：把零件轮廓轨迹换成刀具中心轨迹运动，加工所要求的零件轮廓。
包括：刀具半径补偿&刀具长度补偿）5.插补（作用：控制加工运动，使刀具相对于工件做出符合零件轮廓轨迹的相对运动，只有辅助功能完成后才允许插补）6.位置控制和机床加工（在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值控制伺服电机，使运动部件带动工具相对于工件进行加工）理解：数字控制以及数控技术的概念。
1.数字控制：利用数字化的信息对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。
用数控技术实施加工控制的机床称为数控机床2.数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动、进给装置二、数控机床的组成和分类1.输入输出设备(实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印)2.数控装置<机床控制器>（接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制功能），机床控制器的作用：实现对机床辅助功能M、主轴功能S、刀具功能T的控制。
补偿包括：刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿3.伺服系统（接受数控装置的命令，驱动机床执行机构运动的驱动部件）4.测量反馈装置（检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置构成闭环控制系统）5.机床本体（用于完成各种切削加工的机械部分）a)点位控制数控机床b)直线控制数控机床简易数控车床、简易数控铣床，一般有2~3个可控制轴，但同时可控制的只有一轴。
c)轮廓控制数控机床功能、刀具补偿功能等，有数控车床、车削中心、加工中心d)开环控制数控机床（用于经济型中小型数控机床）e)闭环控制数控机床。
数控加工编程技术陈为国思考与练习答案第四章C装置由哪几部分组成？各有什么作用？参考答案：CNC装置有硬件系统和软件系统组成。
硬件系统一般有：CPU：负责整个系统的运算、控制和管理。
存储器：用于存储系统软件和零件加工程序及运算的中间结果。
输入输出接口：用来交换数控装置和外部的信息位置控制部分：完成主轴与进给的位置、速度控制；软件系统包括管理软件和控制软件。
2.简述CNC装置的工作原理？参考答案：CNC装置通过各种输入方式，接受机床加工零件的各种数据信息，经过CNC装置译码，在进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电机，带动各轴运动，并进行实时位置反馈控制，是各个坐标轴能精确地走到所要求的位置。
C装置的主要功能有哪些？参考答案：主要功能有控制轴数和联动轴数、准备功能、插补功能、主轴速度功能、进给功能、补偿功能、固定循环加工功能、辅助功能、字符图形显示功能、程序编制功能、输入输出和通讯功能及自诊断功能。
C装置的硬件结构是什么？CNC装置的软件包括哪些内容？其特点是什么？参考答案：硬件结构分为：单微处理器结构与多微处理器结构，其中多微处理器结构又分为主从结构、多主结构和分布式结构CNC装置的软件包括管理软件和控制软件两大部分。
管理软件主要包括输入、l/0处理、通信、诊断和显示等功能。
控制软件包括译码、刀具补偿、速度控制、插补和位置控制及开关量控制等功能。
软件的特点1：多任务性与并行处理特点2：实时中断处理C装置中的接口电路有哪些？作用是什么？参考答案：接口主要有：键盘接口，用于输入程序、数据集控制命令；显示器接口，用于人机交互，显示字符或图形；开关量接口，用于开关信号的输入输出；网络通讯接口，用于和上位机或其他设备通讯；C装置中PLC的作用是什么？参考答案：PLC在现代数控系统中的有重要的作用。
1.机床操作面板控制2.机床外部开关输入信号控制3.输出信号控制对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还对冷却泵电动机、润滑泵电动机及电磁制动器等进行控制。
数控技术一填空：40分共50个空（答40个空及以上可得40分）二简答：40分三小计算：20分(一个插补题一个小计算题)第一章1．机电一体化技术是微电子技术和计算机技术向机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门多学科领域交叉的新型综合性学科，它是机械工业的发展方向。
数控技术是机电一体化技术中的核心技术，机电一体化技术的另外一个重要表现形式是机器人技术。
2．系统论、信息论和控制论是数控技术的理论基础，微电子技术、计算机技术和精密机械技术就是数控技术的技术基础。
3．数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。
数控技术采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
数控系统实现数字控制的装置。
它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。
CNC系统的核心是CNC装置。
4．数控机床的优势：自动化程度高；效率高，操作人员少；精度高和质量稳定；废品率低、工装成本低；复杂零件加工；一机多用；便于建立通讯网络，实现企业信息化管理；附加值高5．数控技术的发展趋势：1.大功率、高精度2.高速度C智能化（a.适应控制技术b. 故障自诊断、自修复功能c.刀具寿命自动检测和自动换刀功能d.模式识别技术e.智能化交流伺服驱动技术）4 .具有高速、多功能的内装可编程机床控制器5. 彩色CRT图形显示、人机对话功能及自我诊断功能6 .采用交流数字伺服系统。
6．数控机床一般由主机、数控装置、伺服驱动系统、辅助装置、程编机以及其他一些附属设备组成。
7．数控机床的分类：一、按控制功能分类（点位控制数控系统；直线控制数控系统；轮廓控制数控系统）二、按工艺用途分类（金属切削类数控机床；金属形成类数控机床；特种加工数控机床；其它类型机床：如火焰切割数控机床、数控测量机、机器人等。
数控技术练习题一、填空题1.数控加工中心是具有自动刀具交换装置并能进行多种工序加工的数控机床。
2.NC机床是用数控技术实现加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床,是一种柔性的、高效能的自动化机床。
3、数控机床一般是由数控装置、伺服系统、机床本体和检测反馈装置组成，其中数控装置是数控机床的核心，伺服系统是数控系统的执行部分。
4.数控机床是由程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床本体和其它辅助装置共同组成的。
3. 数控装置是数控机床的核心，主要由输入、处理、和输出三个基本部分构成。
4.驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。
5、数控系统的插补精度是以脉冲当量的数值来衡量的。
6.柔性制造系统是制造模块的主体，主要包括：零件的数控加工、生产调度、刀具管理、质量检测和控制、装配、物料储运等。
7.切削用量主要包括以下数据：主轴转速、进给速度、背吃刀量等。
8.程序送入数控机床后，还需要经过试运行和试加工两步检验后，才能进行正式加工。
9.一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束三部分组成。
10.对于数控机床的进给指令F100表示进给速度为 100mm/min 对于回转轴的进给指令F12表示每分钟进给速度为 12011.对于刀具功能字T指令，T0102中的 01 表示刀号、02表示刀补号。
12.在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点称之为起刀点、对刀点或程序起点。
13. 数控机床加工过程中需要换刀时，刀架转位换刀时的位置称之为：换刀点。
14. 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
15. 在圆弧插补指令中， G02 为顺时针圆弧插补指令， G03 为逆时针圆弧插补指令。
16.主轴控制指令中 M03 指令为控制主轴顺时针方向转动的指令、 M04 指令为控制主轴逆时针方向转动的指令、M05 指令为控制主轴停止转动的指令。
17.自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，分为以数控语言为基础的自动编程方法和以计算机绘图为基础的自动编程方法。
第四章数控编程常用指令答案一、选择题1、ISO标准规定增量尺寸方式的指令为( B )。
A) G90 B) G91 C) G92 D)G932、沿刀具前进方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边是 B 指令，刀具偏在工件轮廓的右边是( C ) 指令。
A) G40 B) G41 C) G423、刀具长度正补偿是( A ) 指令，负补偿是( B ) 指令，取消补偿是( C ) 指令。
A) G43 B) G44 C) G494、在铣削工件时，若铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反称为( B )。
A) 顺铣 B) 逆铣C) 横铣 D) 纵铣5、圆弧插补指令G03 X Y R 中，X、Y后的值表示圆弧的( B )。
A) 起点坐标值 B)终点坐标值C)圆心坐标相对于起点的值6、G00指令与下列的( C ) 指令不是同一组的。
A) G01 B) G02，G03 C) G047、下列G指令中( C ) 是非模态指令。
A) G00 B) G01 C) G048、G17、G18、G19指令可用来选择( C ) 的平面。
A) 曲线插补B) 直线插补 C)刀具半径补偿9、用于指令动作方式的准备功能的指令代码是 ( B )。
A)F 代码 B)G 代码 C)T 代码10、辅助功能中表示无条件程序暂停的指令是 ( A )。
A) M00 B) M01 C) M02 D) M3011 、执行下列程序后，累计暂停进给时间是 ( A )。
N1 G91 G00 X120.0 Y80.0N2 G43 Z-32.0 H01N3 G01 Z-21.0 F120N4 G04 P1000N5 G00 Z21.0N6 X30.0 Y-50.0N7 G01 Z-41.0 F120N8 G04 X2.0N9 G49 G00 Z55.0N10 M02A) 3 秒B) 2 秒C)1002 秒D) 1.002 秒12、G00的指令移动速度值是( A )。
A) 机床参数指定B)数控程序指定C)操作面板指定13、圆弧插补段程序中，若采用圆弧半径Ｒ编程时，从起始点到终点存在两条圆弧线段，当( D ) 时，用－Ｒ表示圆弧半径。
教师课时授课计划教师姓名林砺宗课程名称机电数控设计授课时数2h 累计天授课日期班次课题第四章插补、刀具补偿与速度控制之加减速控制教学目的1、了解速度控制和工作流程2、掌握前加减速和后加减速控制原理重点难点后加减速控制原理教具计算机作业实训报告参考书数控加工实训数控加工技术教学过程一、旧课复习(建议用时:10分钟)二、新课的教学内容(建议用时:60分钟)1．前加减速控制原理2．后加减速控制原理课后小记第四节加减速控制对于任何一个数控机床来说，都要求能够对进给速度进行控制，它不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。
按照加工工艺的需要，进给速度的给定一般是将所需的进给速度用F代码编入程序。
对于不同材料的零件，需根据切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速度。
在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。
数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。
另外，在机床加工过程中，由于进给状态的变化，如起动、升速、降速和停止，为了防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律完成升速和降速的过程。
V S进给速度计算开环系统:速度通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。
速度计算的方法是根据程编的F 值来确定该频率值。
半闭环和闭环系统:采用数据采样方法进行插补加工。
速度计算是根据程编的F 值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。
一、开环CNC进给速度控制和加减速控制1、速度控制进给速度控制方法和所采用的插补算法有关。
基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理是根据程编的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。
进给速度F 与脉冲源频率f 之间关系为式中—为脉冲当量(mm/脉冲)；f —脉冲源频率(Hz)；F —进给速度(mm/min)。
脉冲源频率为fF δ60＝()δ60F f =VS 两轴联动时，各坐标轴速度为:合成速度（即进给速度）V 为δx x f 60v =δy y f 60v =Fv v V 2y 2x =+=VS （1）程序计时法原理用途：点位直线控制系统。
脉冲增量。
空运转等待时间越短，发出进给脉冲频率越高，速度就越快。
每次插补运算后的等待时间插补运算时间进给速度要求的进给脉冲间隔时间程序计时法利用调用延时子程序的方法来实现速度控制。
根据要求的进给速度F，求出与之对应的脉冲频率f，再计算出两个进给脉冲的时间间隔（插补周期），在控制软件中，只要控制两个脉冲的间隔时间，就可以方便地实现速度控制。
进给脉冲的间隔时间长，进给速度慢；反之，进给速度快。
这一间隔时间，通常由插补运算时间tch 和程序计时时间tj两部分组成，即fT1jchttT＋＝由于插补运算所需时间一般来说是固定的，因此只要改变程序计时时间就可控制进给速度的快慢。
程序计时时间（每次插补运算后的等待时间），可用空运转循环来实现。
用CPU执行延时子程序的方法控制空运转循环时间，延时子程序的循环次数少，空运转等待时间短，进给脉冲间隔时间短，速度就快；延时子程序的循环次数多，空运转等待时间长，进给脉冲间隔时间长，速度就慢。
例3-5已知系统脉冲当量δ＝0.01mm/脉冲，进给速度F＝300mm/min，插补运算时间t ch ＝0.1ms，延时子程序延时时间为t y＝0.1ms，求延时子程序循环次数。
脉冲源频率插补周期)1(50001.06030060sFf=⨯==δ)(2)(002.01mssfT===程序计时时间t j＝T－t ch＝1.9(ms)循环次数n=t j/t y＝19程序计时法比较简单，但占用CPU时间较长，适合于较简单的控制过程。
（2）时钟中断法程序计时时间还可以用时钟中断来实现原理：求一种时钟频率，用软件控制每个时钟周期内的插补次数。
2.加减速控制因为步进电机的启动频率比它的最高运行频率低得多，为了减少定位时间，通过加速使电机在接近最高的速度运行。
随着目标位置的接近，为使电机平稳的停止，再使频率降下来。
因此步进电机开环控制系统中，运行速度都需要有一个加速-恒速-减速-低恒速-停止的过程，如下图所示。
频率FK 0A 时间或距离FK FK1 BC x 加速 减速恒速 低速O 图3-47速度曲线二、闭环或半闭环（数据采样法）CNC 装置的加减速控制1.速度控制数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中，速度计算的任务是确定一个插补周期的轮廓步长，即一个插补周期T 内的位移量。
FT L 601=∆式中F —程编给出的合成进给速度（mm/min ）；T —插补周期（ms ）；ΔL —每个插补周期小直线段的长度（µm ）。
以上给出的是稳定状态下的进给速度处理关系。
当机床起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统应自动进行加减速处理。
频率FK 0A 时间或距离FKFK 1 B C x 加速 减速 恒速 低速 O加减速控制目的：保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡方法：插补前加减速控制插补后加减速控制速度处理和加减速控制插补前加减速控制插补后加减速控制原理对合成速度（程编指令速度F）进行控制对各运动坐标轴分别进行加减速控制优点不影响实际插补输出的位置精度不需预测减速点，在插补输出为0时，开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段终点。
缺点需预测减速点，这要根据实际刀具位置与程序段之间距离来确定，计算工作量大。
合成位置可能不准确，但这种影响只在加减速过程，进入匀速状态后，这种影响就不存在了。
（一）前加减速控制1、稳定速度与瞬时速度进行加减速控制，首先要计算出稳定速度和瞬时速度。
所谓稳定速度，就是系统处于稳定进给状态时的进给速度在数据采样插补的系统中，零件程序段中速度命令（或快速进给）的F值（mm/min）需要转换成每个插补周期的进给量。
另外为了调速方便，设置了快速和切削进给二种倍率开关，一般CNC系统允许通过操作面板上进给速度倍率修调旋钮，进行进给速度倍率修调。
稳定速度的计算公式如下：式中V w —稳定速度（mm/插补周期）;T —插补周期（ms ）；F —程编指令速度（mm/min ）；K —速度系数，调节范围在0~200%之间，它包括快速倍率，切削进给倍率等。
100060V w ⨯=TKF 对应教材中的f s 允许在数控程序不变的情况下实现对速度的调整稳定速度计算完之后，进行速度限制检查，如果稳定速度超过由参数设定的最高速度，则取限制的最高速度为稳定速度。
所谓瞬时速度V i，即系统在每一瞬时，每个插补周期的进给量。
当系统处于稳定进给状态时，V i＝V w；当系统处于加速状态时，V i<V w；当系统处于减速状态时V i>V w。
线性加减速的加速度可按下式计算式中F —进给速度（mm/min ）；t —加速时间（ms ）；a —加速度（mm/(ms)2）。
tFa 51067.1-⨯=加速时，系统每插补一次都要进行稳定速度、瞬时速度和加速处理的计算。
当上一个插补周期瞬时进给速度V i 小于当前稳定速度V w 时，则要加速，每加速一次，瞬时速度为(3-58)aTV V i i +=+1对应教材中的f i新的瞬时速度V i+1参加插补计算，对各坐标轴进行分配。
当上一个插补周期瞬时进给速度Vi 大于稳定速度V w 时，则要减速。
减速时，首先计算出减速需要的区域长度S ，当稳定速度V w 和设定的加速度确定后，S 可由下式求得：aV S w22减速时，系统每进行一次插补计算，都要进行终点判别，计算出离开终点的瞬时距离S i 。
若本程序段要减速，且S i ≤S ，开始减速处理。
每减速一次，瞬时速度为aTV V i i -=+1新的瞬时速度Vi+1参加插补运算，对各坐标轴进行分配。
一直减速到新的稳定速度或减到零。
若要提前一段距离开始减速，将提前量ΔS 作为参数预先设置好，由下式计算：(3-61)S aT V S w ∆+222＝在每次插补结束后，系统都要根据求出的各轴的插补进给量，来计算刀具中心离开本程序段终点的距离S i ，然后进行终点判别。
直线插补时S i 的计算应用公式YY Y XX X i i i i ∆+=∆+=--11计算其各坐标分量值，取其长轴（如X 轴），则瞬时点A 离终点E 距离S i 为式中—X 轴（长轴）与直线的夹角，见下图所示。
αcos 1⋅-=i e i X X S αyE(Xe ,Ye)Y eA(Xi ,Yi)αY iO Xi Xex图3-50直线插补终点判别圆弧插补时S i计算分圆弧所对应圆心角小于π和大于π两种情况。
小于π时，瞬时点离圆弧终点的直线距离越来越小，如图3-51a 所示。
y y A(X i ,Y i )ACDO O a)圆心角小于πb)圆心角大于π图3-51圆弧插补终点判别x xααB(Xb,Yb)B(Xb,Yb)PA （X i ，Y i ）为顺圆插补上某一瞬时点，B （X b ，Y b ）为圆弧的终点；AP 为A 点在X 方向上离终点的距离，；PB 为A 在Y 方向离终点的距离，；AB =S i 。
以PB 为基准。
则A 点离终点的距离为(3-64)i b X X AP －＝i b Y Y PB -=ααcos 1cos 1⋅-=⋅=i b i Y Y PB S大于π时，设A点为圆弧AB的起点，C点为离终点的弧长所对应的圆心角等于π时的分界点，D点为插补到离终点的弧长所对应的圆心角小于π的某一瞬时点，如图3-51b所示。
显然，此时瞬时点离圆弧终点的距离S i的变化规律是，当从圆弧起点A开始，插补到C点时，S i越来越大，直到S i等于直径；图3-51b 圆弧插补终点判别当插补越过分界点C后，Si 越来越小，与图3-51a的情况相同。
为此，计算S i时首先判别S i的变化趋势。
S i若变大，则不进行终点判别处理，直到越过分界点；若S i变小，再进行终点判别处理。
图3-51b 圆弧插补终点判别(二）后加减速控制自动加减速处理可按常用的指数加减速或直线加减速规律进行。
加减速控制多数采用软件来实现。
V(t)V(t)VcA B A BO t1t2C t O t1t2C t加速匀速减速加速匀速减速图3-48指数加减速图3-49直线加减速VS加减速曲线指数加减速线性加减速钟形加减速S 曲线加减速指数加减速控制的目的是将起动或停止时的速度突变变成随时间按指数规律加速或减速，如图3-48所示。
指数加减速的速度与时间的关系为加速时(3-53)式中—时间常数；V c —稳定速度。
