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本提纲只列举关键词，具体内容请参考课本和课件补充第一章：概述1.数字控制2.数字控制技术3.数控机床4.数控系统5.硬件数控（NC）6.计算机数控系统（CNC）7.数控机床的组成和作用：8.数控系统组成9.机床的机械部件10.数控机床的工作过程；数控编程的一般过程12.数控机床的分类：按运动轨迹；按所用的进给伺服系统类型；按所用的数控装置类型；按数控系统功能水平。
第二章：数控加工程序的编制1.数控编程2.编程的步骤3.对刀4.刀位点5.常用标准代码6.数控系统误差来源：7.机床坐标系8.分辨率（运动）9.机床原点10.工件坐标系11.模态与非模态插补和刀补1.插补2.硬件插补3.软件插补5.基准脉冲插补；逐点比较法6.数据采样插补；时间分割法7.刀具半径补偿8.B刀补9.C刀补15.刀具半径补偿的工作过程第三章：计算机数控装置C系统硬件结构：单处理器结构；多处理器结构C系统数据转换流程：4.C系统的软件结构多任务并行处理前后台型软件结构中断型软件结构6.软件系统的特点：多任务性与并行处理技术（单机系统采用资源分时共享，多机系统采用流水处理和并发处理）；实时性和优先抢占调度机制第四章：进给伺服驱动系统1.分辨率（检测）2.编码器、光栅、旋转变压器3.绝对式、增量式、数字式、模拟式4.步距角5.数控机床进给伺服系统、组成、要求6.开环数控系统；闭环数控系统；半闭环数控系统。
7.同步转速第五章：运动系统与典型机构1.主运动、进给运动、换刀运动2.准停、C轴3. 数控机床进给运动系统的性能特点4. 转速和调速范围5.主运动的传动6.电主轴的支承类型7.进给运动传动类型8.数控机床导轨、要求、类型9.回转工作台类型10.自动换刀装置的形式第6章：典型数控机床1.数控车类型2.数控铣类型3.数控特种加工机床类型。
机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。
二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。
从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。
位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。
指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。
位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。
它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。
开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。
如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。
由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。
闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。
系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。
与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。
闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm～±0.005 mm。
半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。
将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。
闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与凋试都比较简单。
全数字伺服系统随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
一、选择题第一章1.数控机床按运动控制方式分类，可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
2.数控系统中的CNC的中文含义是_计算机数字控制_。
3.数控机床大体由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置测量反馈装置和机床本体组成。
4.数控机床是用数字化代码来控制_刀具和工件_的相对运动，从而完成零件的加工。
5.列举两个数控特种加工机床，如_数控电火花成形机床_、_火焰切割机_。
数控激光切割机床，数控线切割机床6.按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于_轮廓控制_的数控机床。
第三章7.数控机床实现插补运算广泛应用的是直线插补和圆弧插补。
8.所谓插补就是在已知特征点之间插入一些中间点的过程，换言之，就是“数据点的密化”过程。
9.平面轮廓加工属于两轴加工方式。
10.沿刀具前进方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边是G41 指令，刀具偏在工件轮廓的右边是G42 指令，刀具中心轨迹和编程轨迹生重合是G40指令。
11．刀具半径补偿的建立与取消都须在G00或G01指令下进行。
12.数控车床的刀具补偿分为两种情况，即刀具的位置补偿和刀尖_半径_补偿。
13.数控车床中的G41／G42是对刀具的__半径_进行补偿。
14.逐点比较法的四个节拍分别是偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别。
15.偏差函数F(x，y)反映了刀具偏离工件廓形曲线的情况。
若刀具在曲线上方，则F(x，y) >0，若刀具在曲线上，则F(x，y)=0；若刀具在曲线下方，则F(x，y) <0。
第四章16.程序编制的方法有手动编程和自动编程两种方法。
17.在坐标平面设定中，一般用G17 来设定XY平面，用G19来设定YZ平面。
18.各几何元素间的联结点称为基点。
19.常见的刀库的类型可分为盘式刀库和链式刀库两种。
20.G91 G01 X3.0 Y4.0 F100执行后，刀具移动了5.0mm 。
21. 走刀路线是指加工过程中，刀位点相对于工件的运动轨迹和方向。
第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。
所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。
在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。
所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。
一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。
这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。
2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。
例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。
进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。
3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。
当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。
所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。
因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。
这就是进给传动恒转矩工作的特点。
4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。
因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。
因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。
这就是“传动比递降原则”。
应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。
二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。
（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。
一． 反应式步进电机的技术指标术语1．齿数：产生不同对极N 、S 磁场的激磁线圈对数叫一个磁极，每个磁极上出现的一个凸凹状叫一个齿。
常用Z 表示。
2．相数：二相 A,B; 三相： A,B,C; 五相：A,B,C,D,E;3．拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用M 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB ，拍数为4；四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 拍数为8。
4．步距角α：每通电一次，转子转过的角度。
MZ360=α （3－1）某步进电机转子齿数Z ＝80，三相六拍工作方式，求步距角：代入（3－1）式α＝0.75度。
5．最大静转矩：电机在任意通电状态下，电机转子自身能输出的最大静力矩。
6．额定电压：加在线圈上的电压：单相驱动电压：6V,12V,27V,60V …… ，高低电压驱动：60/12V, 80/12V …… 7．额定电流：电机在额定电压下，达到最大静转矩各相所需要的电流。
8．失步（丢步）：电机运转时运转的实际步数，少于理论上的步数。
称之为失步（丢步）。
这是由于惯性引起的。
9．超步：电机运转时运转的实际步数，多于理论上的步数。
称之为超步。
这是由于惯性引起的。
10．最大空载起动频率fq ：步进电机从静止开始启动，能够不丢步运行的最大通电频率。
11．最大空载的运行频率f ：步进电机通电启动后，通电频率逐渐升高，能够不丢步运行的最大通电频率。
12. 带负载启动频率f jJJ f fF q j+=1 （3－2） αδ=μα=12Z Z α （3－3） δ=12360360Z Z T Tα=μα （3－4） J F 为负载折合到电机轴上的转动惯量，J 为转子的转动惯量，见（3－2）。
13．转动脉冲当量：步进电机每转一个步距角，最终执行机构转过的角度αδ,（3－3式） 14．直线脉冲当量：步进电机每转一个步距角，最终执行机构运动的直线位移δ,（3－4 式）例题：某数控车床采用110BF003步进电机，步距角α＝0.75º,要求δ＝0.01mm ，T ＝6mm ，设计传动系统，画出传动原理图和结构原理图。
解：由δ=12360360Z Z T Tα=μα得：μ=202501.0360675.0360T =⨯⨯=δα为结构原理图15. 矩频特性： 电机运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据,如图3－5。
原因是自感电动势有关。
Mf矩频特性提示：步进电机功率W 一定，W=Mω 为什么不是双曲线关系呢？因为根据楞茨定律，频率越高，自感电动势削弱了电流，使扭矩降低。
至此，本章涉及电与磁方面的四个定律：1．毕奥－萨伐尔－拉普拉斯定律 （用右手螺旋法则）。
2．安培定律 （用左手定则） 3．法拉第电磁感应定律 （用右手定则，是电机的逆向发电机原理） 4．楞茨定律 （用右手定则判断）16．步进电机自动升降速控制机床开始加工时，伺服系统电机由静止自动升速到要求的速度，恒速加工，快到终点时，伺服系统电机转速逐渐下降，以比较低的速度静止运转，即到加工终点。
步进电机的自动升降速曲线如图3－11所示，这种升降速时间最短。
二．步进电机正反转控制及其与计算机接口电路1. 接口电路设计三相A 、B 、C 步进电机三相单三拍通电脉冲相序：A →B →C →A →B →C →A ………，M =3,当步进电机反转时的通电相序为正转时刻的反向顺序，三相六拍通电脉冲相序：A →A B →B →BC →C →CA →A →AB ………，M =6,某时刻CA 通电，反转通电相序为：C →BC →B →AB →A →CA →C →BC ………设IPC5313并行输入输出接口卡的150H 口的D0、D1、D2分别接A 、B 、C 相，显然是弱电控制强电，需要采用光电隔离，发光二极管正极接＋5V ，负极接计算机IPC5313并行输入输出接口卡的150H 口的D0、D1、D2引脚，计算机向D0、D1、D2位发1为低电平，相应相放大电路导通，线圈通电；发0为高电平，相应相放大电路不导通，线圈不通电；如图3－7：三相六拍正转通电脉冲状态数为：00000001B → 01H A 相通电 00000011B → 03H A 、B 相通电00000010B → 02H B 相通电 00000110B → 06H B 、C 相通电 00000100B → 04H C 相通电 00000101B → 05H C 、A 相通电2．三相六拍+X 向点动程序ZCXZD.CPP,按右箭头键＋X 向点动运行；按ESC 退出点动 #include <bios.h> #define RIGHT 333 #define ESC 27 FILE *fp;int GetKey(void);unsigned char a[6]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05}; int r=0,i=0,shu=0; int key; main() { 图3－7 用IPC5313并行输入输出卡控制三相步进电机接口电路图t{ key=GetKey();if(key==ESC) break;if(key==RIGHT){ outportb(0x150,a[i]);shu++; printf("%d\n",shu);i++;if(i==6) i=0;}}}int GetKey(void) // 执行这个程序，函数返回值为按键的 ASCII 码{int Ch,Low,Hig;Ch=bioskey (0); Low=Ch&0x00ff;Hig=(Ch&0xff00)>>8;return(Low==0? Hig+256:Low); }3．三相六拍+X 向手动运行程序设计ZCXZYX.CPP运行脉冲当量已经存在D 盘根目录下的shoudong.dat 文件中，用150H 口接口电路如图3－7，只是在153H 口的D7位接行程开关，行程开关接口电路图和程序框图如图3－8，边运行边显示运行的步数。
#include <stdlib.h> #include <dos.h> FILE *fp;void yxmove();unsigned char a[6]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05}; int c=0,r=0,i=0,j=0,s=0;main(){fp=fopen("d:\\shoudong.dat","r");fscanf(fp,"%d",&j); fclose(fp); while(j>0){yxmove();c=inportb(0x153);r=c&0x80; if(r!=0){break; }}}void yxmove() {outportb(0x150,a[i]); j--;printf(“%d\n ”,j); i++;图3－8 用IPC5313图 卡的手动运行程序框，行程开关接口电路图行程开关接153H 口的D7位 图3－9 步进电机选择计算步骤i=0; }作业题1：某加工中心机床转动坐标用步进电机有96个齿, 采用5相10拍方式驱动, 要求实现转动脉冲当量0.025度,1. 求步进电机的步矩角。
2. 试设计此传动系统,并画出结构原理。
3. 若工作台转动角速度为360度/分,求计算机发脉冲的频率。
作业题2：某数控机床的步进电机驱动系统，已知步进电机转子的齿数为80，三相六拍工作方式。
丝杠的导程值为6mm ，脉冲当量为0.01mm 。
求：1.步进电机的步距角；2.步进电机每转所需脉冲数；3.若驱动步进电机的脉冲频率f=2400次/s, 此时步进电机的转速，工作台运行的速度；4.设计该传动系统，画出传动结构原理图。
三．步进电机的选择选择步进电机有步距角（涉及到相数、齿数和拍数）、转矩（是工作状态的转矩）、及电流三大要素组成。
一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。
1．步距角的选择： 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。
电机的步距角应等于或小于此角度。
目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机），1.5度/0.75度 （三相电机）等。
步距角的选择遵循公式（3－3）和（3－4）。
这样就选择了传动比，和丝杠螺距，蜗轮蜗杆，带轮等等机械传动一部分参数就确定了，另一些参数，如齿轮齿数模数后续再计算。
2．转矩的选择： 步进电机的动态转矩与频率有关，即图3－5矩频特性，一下子很难确定，先确定电机的静力矩。
静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载（转动惯量）和摩擦负载（摩擦力、切削力等）二种。
单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。
直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。
一般情况下按恒速运行只要考虑摩擦负载，惯性负载作为后续验算：静力矩 M j ≥ （2－3）负载力矩M f （3－5） 静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。
运行频率: δ60V 1000f=（3－6）V –工件运行速度 m/min ,δ脉冲当量mm/步 。
通过f 可以用说明书查图3-5步进电机的动态转矩M d 。
3. 电流的选择: 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）,综上所述选择电机一般应遵循图3－9步骤。
4. 步进电机惯性负载的验算: 步进电机轴上总当量负载转动惯量J d 与电机轴自身转动惯量J m 的比值应控制一定范围内，取：1J J 41md ≤≤（3－7）如果比值太大，相当于J d 太大，J m 太小，则伺服系统的动态性能取决于负载，由于工作条件变化，如刹车，受力大小变化等，引起负载的阻尼，质量，刚度等变化，电机左右不了（把握不了）负载的动态变化，会使伺服系统不稳定，影响寿命，也产生误差。
如果比值太小，相当于J d 太小，J m 太大，则电机选择不合理，能力过剩，或传动系统不足，伺服系统的动态性能取决于电机。
所以根据（3－24）验算后，若不合理，修改机械传动部分的参数。
四. 选择题1．数控系统所规定的最小设定单位就是（ C ）。
A. 数控机床的运动精度B. 机床的加工精度C. 脉冲当量D. 数控机床的传动精度 2．步进电机的转速是通过改变电机的（ A ）而实现。
