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《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基础课程。
通过本课程的学习，使学生掌握现代数控技术的基本理论体系、方法和应用工具;具有综合运用所学知识，正确使用数控设备的能力;了解与本课程有关的机电一体化新技术及发展趋势;提高分析问题和动手动脑的综合能力;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基础。
本课程主要研究数控机床的工作原理、各组成部分及其在机械生产中的应用．基本教学内容有: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、数控技术的发展、数控机床的故障诊断与维修等。
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:了解机床数控技术基本概念及其发展概况;掌握数控机床的工作流程、基本组成、工作原理、分类、特点和适用范围.２、自学学时安排：2学时3、知识点:概述、数控技术概念，数控机床概念。
数控机床的基本工作原理，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、轮廓控制数控机床概念,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、轮廓控制数控机床概念,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．数控机床是由哪几部分组成,它的工作流程是什么?2.按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？4.数控机床有哪些特点？3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别?第二章数控机床的加工程序的编制1、本章内容概述:掌握数控编程基础知识;掌握常用G、M指令的编程方法；掌握数控编程的工艺处理原则；了解程序编制中的数学处理方法。
2、自学学时安排：103、知识点:数控编程基本概念，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的确定,机床原点与机床坐标系，工件原点和工件坐标系,绝对坐标与相对坐标,尺寸设定单位,数控加工程序的结构常用的准备功能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),常用的辅助功能M指令，F、S、T指令。
数控技术第三版章节练习答案第一章绪论1.1数控机床的工作流程是什么？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。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工1.2 数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
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。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
1.3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：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）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：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控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
1.4．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；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．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等1.5．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
数控技术面试重点概念提问37题！第1章绪论1.数控加工的特点及主要加工对象数控加工的特点：答：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）生产率高4）改善劳动条件5）有利于生产管理现代化数控加工的主要对象：答：1)多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件2）几何形状复杂的零件3）精度及表面粗糙度要求高的零件4)加工过程中需要进行多工序加工的零件5)用普通机床加工时，需要昂贵的工装设备（如工具、夹具和模具）的零件2.数控系统由哪几部分组成答：数控系统一般由控制介质、输入装置、数控装置、伺服系统、执行部件和测量反馈装置组成。
3.什么是数控技术?什么是数控机床?数控机床由哪几部分组成？答：数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
用数控技术实现加工控制的机床称为数控机床。
数控机床由程序载体，数控装置，伺服驱动装置，机床主体和其他辅助装置组成。
4.数控系统的分类：答：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）三、按伺服驱动的方式分类（开环控制；半闭环控制；闭环控制）5.什么是开环控制、闭环控制、半闭环控制？答：开环控制数控机床：该机床无位置反馈检测装置，加工精度不是很高但控制方便。
闭环控制数控机床：该类机床有位置反馈检测装置和位置比较电路，该类机床的加工精度很高，但是该类机床的反馈信息考虑了丝杠等的影响，所以稳定性比较差，系统较复杂，调试不方便。
半闭环控制数控机床：该类机床的位置反馈检测装置一般装在伺服电机上，通过实时检测伺服电机的转速和转数来间接反映机床的位置信息，并反馈到CNC中，因此常称为半闭环。
该类机床把丝杠等的影响考虑在反馈之外，因此稳定性较好，调试比较方便。
第2章数控加工工序6.数控工艺的三个特点答：工艺详细、工序集中、多坐标联动自动控制加工。
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。
第一章概论一、选择题1.数控机床的控制核心是。
a) 数控系统b) 专用软件c)CPU2.FMS是指。
a）直接数控系统；b）自动化工厂；c）柔性制造系统；d）计算机集成制造系统3.编排数控加工工序时，为了提高精度，可采用。
a)精密专用夹具； b）一次装夹多工序集中；c)流水线作业法； d）工序分散加法。
4.加工中心与普通数控机床区别在于。
a)有刀库和自动换刀装置； b）转速c）机床的刚性好；d）进给速度高。
5.“CNC”的含义是（）A．数字控制B. 计算机数字控制 C.网络控制6.数控机床是在（）生的。
A．日本 B. 美国 C. 英国7.数控机床的核心是（）A．伺服系统B. 数控系统 C. 反馈系统 D. 传动系统8.开环控制系统用于（）数控机床上。
A．经济型 B. 中、高档 C. 精密9.心与数控铣床的主要区别是（）。
A. 数控系统复杂程度不同B. 机床精度不同C. 有无自动换刀系统10. 基本控制轴数是（）A．一轴 B. 二轴 C.三轴 D. 四轴28.加工精度高、（）、自动化程度高、劳动强度小、生产效率高等是数控机床加工的特点。
A.加工轮廓简单，生产批量又特别大B.加工对象适应性强C. 夹装困难或必须依靠人工找正，定位才能保证其加工精度的单件零件D.适于加工余量特别大，材料和余量都不均匀的零件10.二、填空题1.数控机床组成包括CNC数控系统和机床主体两大部分。
2.数控机床的类型按加工功能分为金属切削类、金属成型类、特种加工类和其他等几种类型。
3.简单地说，是否采用数控机床进行加工，主要取决于零件的复杂程度；而是否采用专用机床进行加工，主要取决于零件的生产批量。
4.数控机床的基本组成包括_____输入装置______、____数控系统________、__伺服测量反馈系统、____辅助控制装置______、加工程序及机床本体。
5.FMC代表________柔性制造单元__________，FMS代表___柔性制造系统_______________，CIMS代表_________计算机集成制造系统_________。
第4章计算机数字控制系统4.1 概述前章已经述及，CNC系统是在传统硬结构数控（NC）的基础上发展起来的。
它主要由硬件和软件两大部分组成。
通过系统控制软件和硬件的合理配合完成数据系统的输入、数据处理、插补运算和信息输出，控制数控机床的执行部件运动，实现所需零件的加工。
此外，现代数控系统采用PLC取代了传统的机床电气逻辑控制装置（即继电器控制电路），利用PLC的逻辑运算功能实现诸如主轴的正、反转及停止，换刀，工件的夹紧、松开，切削液的开、关以及润滑系统的运行等各种开关量的控制。
4.2 计算机数字控制装置的硬件结构20世纪70年代中期，采用中小规模集成电路为基础的硬结构数控开始被采用小型计算机作为硬件基础的CNC所替代，这标志着数控技术由硬结构数控进入了CNC时代。
由于CNC的出现，机床数控装置发生了巨大的变化，体积缩小了，功能扩大了，可靠性也大幅提高了。
由于在70年代后期出现了微处理器，80年代初随之出现了以微处理器为基础的CNC系统，如日本的FANUC和德国的SIEMENS 7系列，之后又出现了采用Intel 8086 CPU 的FANUC 3/6系列和SIEMENS 3/8系列的CNC。
到80年代后期，CNC已达到了相当高的水平。
随着计算机技术的发展以及用户对CNC功能要求的不断提高，CNC的硬件结构从单CPU结构发展到多CPU结构，并出现了以个人计算机为基础的开放式CNC结构。
在下面的章节里将介绍CNC装置的单微处理器结构、多微处理器结构和开放式CNC结构。
4.2.1 单微处理器结构在单微处理器结构中，只有一个微处理器，对存储、插补运算、输人输出控制、CRT 显示等功能进行集中控制和分时处理。
一个微处理器通过总线与存储器、输入输出（Ｉ／O）接口及其它接口相连，构成整个CNC系统，其结构框图如图4-1所示。
早期的CNC系统和当前的一些经济型CNC系统都采用单微处理器结构。
1．微处理器微处理器是CNC装置的中央处理单元，它能实现数控系统的数字运算和管理控制，由运算器和控制器两部分组成。
运算器对数据进行算术运算和逻辑运算。
在运算过程中，运算器不断地从存储器中读取数据，并将运算结果送回存储器保存起来。
通过对运算结果的判断，设置寄存器的相应状态（进位、奇偶和溢出等）。
控制器则从存储器中依次取出程序指令，经过译码后向数控系统的各部分按顺序发出执行操作的控制信号，以执行指令。
控制器是数控系统的中央机构，它一方面向各个部件发出执行任务的指令；另一方面接收执行部件发回的反馈信息。
控制器根据程序中的指令信息和反馈信息，决定下一步的指令操作。
微处理器总EPROMRAM存储器输入/输出I/O接口位置控制器图4-1 单微处理器结构框图目前CNC装置中常用的有8位、16位、32位和64位的微处理器，可以根据机床实时控制和处理速度的要求，按字长、数据宽度、寻址能力、运算速度及计算机技术发展的最新成果选用适当的微处理器。
如日本的FANUC-15／16 CNC系统选用Motorola公司的32位微处理器68020作为其控制CPU。
2．总线在单微处理器的CNC系统中常采用总线结构。
总线一般可分为数据总线、地址总线、和控制总线三组。
数据总线为各部分之间传送数据，数据总线的位数和传送的数据宽度相等，采用双方向线。
地址总线传送的是地址信号，与数据总线结合使用，以确定数据总线上传输的数据来源或目的地，采用单方向线。
控制总线传输的是一些控制信号，如数据传输的读写控制、中断复位及各种确认信号，采用单方向线。
3．存储器CNC装置的存储器包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两类。
ROM一般采用可擦除的只读存储器（EPROM），存储器的内容由CNC装置的生产厂家固化写入，即使断电，EPROM中信息也不会丢失。
若要改变EPROM中的内容，必须用紫外线抹除之后重新写入。
RAM中的信息可以随时被CPU读或写，但断电后，信息也随之消失。
如果需要断电后保留信息，一般需采用后备电池。
4．输入/输出（I／O）接口CNC装置和机床之间的信号传输是通过输入（Input）和输出（Output）接口电路来完成。
信号经接口电路送至系统寄存器的某一位，CPU定时读取寄存器状态，经数据滤波后作相应处理。
同时CPU定时向输出接口送出相应的控制信号。
I/O接口电路可以起到电气隔离的作用，防止干扰信号引起误动作。
一般在接口电路中采用光电耦合器或继电器将CNC 装置和机床之间的信号在电气上加以隔离。
5．位置控制器CNC装置中的位置控制器主要是对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制。
坐标轴控制是数控机床上要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动和位置的精度有严格要求，在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动态配合。
对于主轴的控制，要求在很宽的范围内速度连续可调，并且每一种速度下均能提供足够的切削所需的功率和扭矩。
在某些高性能的CNC机床上还要求能实现主轴的定向准停，也就是主轴在某一给定角度位置停止转动。
6．MDI／CRT接口MDI接口是通过操作面板上的键盘，手动输入数据的接口。
CRT接口是在CNC软件配合下，将字符和图形显示在显示器上。
显示器一般是阴极射线管（CRT），也可以是平板式液晶显示器（LCD）。
7．可编程序控制器（PLC）可编程序控制器用来代替传统机床强电的继电器逻辑控制，实现各种开关量（S 、M 、T ）的控制。
如主轴正转、反转及停止，刀具交换，工件的夹紧及松开，切削液的开、关以及润滑系统的运行等，同时还包括主轴驱动以及机床报警处理等。
8．通信接口通信接口用来与外部设备进行信息传输，如与上位计算机或直接数字控制器DNC 等进行数字通信，一般采用RS232C 串口。
单微处理器结构由于CPU 通过总线与各个控制单元相连，完成信息交换，结构比较简单，但是由于只用一个微处理器来集中控制，CNC 的功能受到微处理器字长、寻址功能和运算速度等因素的限制。
4.2.2 多微处理器结构多微处理器结构中有两个或两个以上微处理器。
多微处理器CNC 装置采用模块化技术，由多个功能模块组成。
一般包括如下几种功能模块：1．CNC 管理模块 管理和组织整个CNC 系统的工作，包括系统初始化、中断处理、总线冲突裁决、系统出错识别和处理、软硬件诊断等功能。
2．CNC 插补模块 完成零件加工程序的译码、刀具半径的补偿、坐标位移量的计算和进给速度处理等插补前的预处理，以及进行插补计算，确定各坐标轴的位置。
3．位置控制模块 插补后的坐标位置给定值与位置检测装置测得的位置实际值进行比较，进行自动加减速、回基准点、伺服系统滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压，去驱动进给电机。
4．存储器模块 主要用于存放程序和数据，也可以是各功能模块间进行数据传送的共享存储器。
5．操作面板监控和显示模块 包括零件的数控程序、参数、各种操作命令和数据的输入、输出、显示所需要的各种接口电路。
6．PLC 模块 零件程序中的开关功能和从机床来的信号在这个模块中作逻辑处理，实现各开关功能和机床操作方式之间的对应关系，如机床主轴的启停、冷却液的开关、刀具交换、回转工作台的分度、工件数量和运转时间的计数等。
根据CNC 装置的需要，还可再增加相应的模块实现某些扩展功能。
多微处理器CNC 装置在结构上可分为共享总线型和共享存储器型，通过共享总线或共享存储器，来实现各模块之间的互联和通信。
1．共享总线结构 共享总线结构以系统总线为中心，把组成CNC 装置的各个功能部件划分为带有CPU 的主模块和不带CPU 的从模块（如各种RAM 、ROM 模块，I ／O 等）两大类。
所有主、从模块都插在配有总线插座的机柜内，共享标准的系统总线。
系统总线的作用是把各个模块有效地连接在一起，按照标准协议交换各种数据和控制信息，实现各种预定的功能，如图4-2所示。
图4-2 多微处理器共享总线结构框图 CNC 管理模块（CPU ） 总 线 主存储器模块 对话式自动编程模块 CNC 插补模块操作面板显示 位置控制模块 （CPU ） PLC 功能模块主轴控制模块在共享总线结构中，只有主模块有权控制使用系统总线。
但由于有多个主模块，可能会同时请求使用总线，而某一时刻只能由一个主模块占有总线。
为了解决这一矛盾，系统设有总线仲裁电路。
按照每个主模块负担的任务的重要程度，预先安排各自的优先级别顺序。
总线仲裁电路在多个主模块争用总线而发生冲突时，能够判别出发生冲突的各个主模块的优先级别的高低，最后决定由优先级高的主模块优先使用总线。
共享总线结构中由于多个主模块共享总线，易引起冲突，使数据传输效率降低；总线一旦出现故障，会影响整个CNC 装置的性能。
但由于其结构简单、系统配置灵活、实现容易等优点而被广泛采用。
2．共享存储器结构共享存储器结构通常采用多端口存储器来实现各微处理器之间的连接与信息交换，由多端口控制逻辑电路解决访问冲突，其结构框图如图4-3所示。
图4-3 多微处理器共享存储器结构框图在共享存储器结构中，各个主模块都有权控制使用系统存储器。
即便是多个主模块同时请求使用存储器，只要存储器容量有空闲，一般不会发生冲突。
在各模块请求使用存储器时，由多端口的控制逻辑电路来控制。
共享存储器结构中多个主模块共享存储器时，引起冲突的可能较小，数据传输效率较高，结构也不复杂，所以也被广泛采用。
4.2.3 开放式数控系统前述的数控系统是由厂商专门设计和制造的，其特点是专用性强，布局合理，是一种专用的封闭系统，但是没有通用性，硬件之间彼此不能交换。
各个厂家的产品之间不能互换，与通用计算机不能兼容，并且维修、升级困难，费用较高。
虽然专用封闭式数控系统在很长时期内占领了国际市场，但是随着计算机技术的不断发展，人们对数控系统提出了新的要求，这种封闭式的专用系统严重制约着数控技术的发展。
针对这种情况，开放式数控系统的概念应运而生，国内外正在大力研究开发开放式数控系统，有的已经进入实用阶段。
开放式数控系统是一种模块化的、可重构的、可扩充的通用数控系统，它以工业PC 机作为CNC 装置的支撑平台，再由各专业数控厂商根据需要装入自己的控制卡和数控软件构成相应的CNC 装置。
由于工业PC 机大批量生产，成本很低，因而也就降低了CNC 系统的成本，同时工业PC 机维护和升级均很容易。
开放式数控系统采用系统、子系统和模块的分布式控制结构，各模块相互独立，各模块接口协议明确，可移植性好。
根据用户的需要可方便地重构和编辑，实现一个系统的多种用途。
以工业PC 机为基础的开放式数控系统，很容易实现多轴、多通道控制，实时三维实体图形显示和自动编程等，利用Windows 工作平台，使得开发工作量大大减少，而且可以实现数控系统三种不同层次的开放：1．CNC 系统的开放 CNC 系统可以直接运行各种应用软件，如工厂管理软件、车间控制软件、图形交互编程软件、刀具轨迹校验软件、办公自动化软件、多媒体软件等，这大CNC 管理模块（CPU ） 存储器 （ RAM ） I/O 控制模块（CPU ） 输出至机床的控制信号 操作面板显示 位置控制模块 主轴控制模块来自机床的控制信号大改善了CNC 的图形显示、动态仿真、编程和诊断功能。
