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自考数控机床与编程复习资料

第一章 数控机床概述
1、 数字控制简称数控（NC）
2、 计算机数控（CNC又称MNC）
3、 数控机床主要由机床本体、数控系统、驱动装置、辅助装置等几个部分组成。
4、 驱动装置是数控机床执行机构的驱动部分，包括主轴电动机、进给伺服电动机等。
5、 辅助装置指数控机床的一些配套部件，包括刀库、液压装置、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。
• 6、二、数控机床的特点：
• 1、加工精度高
• 2、适应性、灵活性好
• 3、生产效率高
• 4、特别适合复杂型面的加工
• 5、减少劳动强度，改善劳动条件
• 6、良好的经济效益
• 7、有利于现代化管理
• 8、数控机床多用于高精度、形状复杂的、中小批量的零件加工。

主机
程序
编制
程序输
入装置
CNC 数
控装置
伺服驱
动和位
置检测
辅助
控制

• 数控机床的机械结构有三个特点：
• 1、传动链短
• 2、结构性能及自动化程度高：精度、刚度、抗振性、耐磨性、热变形，传动及变速自动化
• 3、采用高效传动件

插补功能：在加工零件的实际轮廓或轨迹的已知点之间确定一些中间点的方法。
7、 插补方法主要有两种：①脉冲增量法 ② 数字增量法
8、 的基本工作原理：数控机床加工时，是根据零件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及机床各部件的移动量、速度及动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式编制成程序单，并输入到机床专用计算机中。然后，数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理，输入各种信号指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的零件。（归纳）
9、 数控机床加工特点：①适应性强 ②精度高 ③效率高 ④减轻劳动强度、改善劳动条件
10、 数控机床的应用范围：⑴多品种小批量的零件；
⑵结构较复杂，精度要求较高或必须用数学方法确定的复杂曲线、曲面等零件； ⑶需要频繁改型的零件；
⑷钻、镗、铰、锪、攻螺纹及铣削工序联合进行的零件，如箱体、壳体等；
⑸价格昂贵，不允许报废的零件；
⑹要求百分之百检验的零件；
⑺需要最小生产周期的急需零件。
数控机床的分类
分类：
一、按控制系统的特点：
1、点位 控制数控机床
2、直线 控制数控机床
3、轮廓 控制的数控机床
二、按伺服系统的类型：
1、开环 伺服系统数控机床
2、闭环 伺服系统数控机床
3、半闭环 伺服系统数控机床
三、按数控装置：
1、普通数控
2、计算机数控（NC CNC）
四、按加工方式：
1、金属切削类 数控机床
2、金属成型类 数控机床
3、特种加工机床
4、其它类型数控机床
五、按功能水平：
1、高档型、2、中档型、3、经济型
14、插补：所谓插补，就是指数据密化的过程，对输入数控系统的有限坐标点（例如起点、 终点），计算机根据曲线的特征，运用一定的计算方法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，以满足加工精度的要求。
15、逐点比较插补法中刀具每进给一步都要完成一下4项内容：⑴偏差符号判别 ⑵坐标进给 ⑶新偏差计算 ⑷终点判别
16、1952年帕森斯公司和麻省理工学院合作研制成功了世界第一台三坐标数控铣床。
17、 柔性制造系统（FMS）是在柔性制造单元基础上研制和发展起来的。
18、 计算机集成生产系统（CIMS）
19、 我国数控机床的研制始于1958年。
20、 数控机床的发展趋势：
1、向高速度、高精度方向发展
2、向柔性化、功能化方向发展
3、向智能化方向发展
4、向高可靠性方向发展

第二章 数控编程中的数值计算
1、 基点就是构成零件轮廓的各相邻几何元素之间的交点或切点。
2、 节点是在满足容差要求条件下用若干插补线段（如直线段或圆弧段）去逼近实际轮廓曲线时，相邻两插补线段的交点。
3、 刀具中心位置是刀具相对每个切削点刀具中心所处的位置。
4、 使用刀具半径补偿的原因：因为刀具都有一定的半径，要使刀具的切削部位切过轮廓的基点和节点，必须对刀具进行一定的偏置。
5、 等步长插补法：等步长是指插补的直线段长度相等，而插补误差则不一定相同。计算插补节点时，必须使产生的最大插补误差δmax 小于或等于容许的插补误差 ，以满足加工精度的要求。
6、 等误差插补法：等误差法可使各插补直线段的插补误差小于或等于容许的插补误差，其插补线段可长可短。该插补法适用于轮廓曲线率变化比较大、形状比较复杂的零件，是插补线段最少的方法。
7、 计算刀具中心位置的原因：机床数控系统在控制刀具进行切削加工时，是按刀具中心（立铣刀是指刀具端面的中心位置）在零件坐标系中的位置进行控制的。显然刀具中心不能落在切削点上，因为刀具都有一定的尺寸，要使刀具的切削表面始终相切地经过零件轮廓的切削点，必须对刀具进行一定的偏置。
8、 刀具在尖角过渡是应考虑的问题是刀具尖角圆弧半径。

第三章 数控编程基础
1、 数控加工程序编制的概念：把零件的加工工艺路线、工艺参数，刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、进给量、切削深度等）以及辅助功能（换到，主轴正反转，切削液开、关等）按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，输入到数控机床的数控装置中，从而控制机床加工零件。
2、 加工程序可分为主程序和子程序，无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序名、程序内容和程序结束3部分组成。
3、 数控程序编制的步骤为：分析零件图样和制定工艺方案、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序检验及首件试切。
4、 制作控制介质就是将编写好的程序记录在控制介质上，并通过机床的输入装置，将控制介质上的数控加工程序输入到数控机床。
5、 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。
①手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。
对于形状简单的零件，计算量小、程序短，用手工编程快捷、简便、经济。因而手工编程 广泛用于点位加工或由直线及圆弧组成的平面轮廓。（特点）
②自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其他数控加工程序均用计算机及相应编程软件（如CAD/CAM软件）编制的过程。
因此，它适用于加工形状复杂或由空间曲面组成的零件的编制。（特点）
6、 标准机床坐标系中的X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定，A、B、C三个旋转坐标用右手螺旋法则确定。
7、 坐标轴方向的确定：先确定Z轴，再确定X轴，然后确定Y轴，最后确定回转轴A、B、C。
8、 确定X轴的方向时，要考虑两种情况：⑴如果零件做旋转运动，则刀具离开零件的方向为X坐标的正方向。 ⑵如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方；Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向零件看时，+X运动方向指向右方。
9、 通常把回参考点的操作称为“机械回零”。
10、 回参考点的目的：回参考点除了用于建立机床坐标系外，还可用于消除漂移、变形等引起的误差，机床使用一段时间后，工作台会造成一些漂移，使加工有误差，进行回参考点操作，就可以使机床的工作台回到准确位置，消除误差。
11、 程序原点在零件上的位置虽可由编程员任意选择，但一般应遵循下列原则：⑴应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。 ⑵应尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的零件表面上，以提高被加工零件的加工精度。 ⑶要便于测量和检验。 ⑷最好选在零件的对称中心上。
12、 数控加工程序中表示几何点的坐标位置有绝对值和增量值两种方式。
13、 准备功能字的地址符是G，又称G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。
14、 辅助功能字的地址符是M，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。
15、
G00
快速定位
G49

G83
端面钻孔循环
G01
直线插补
G70
精车循环
G96
恒表面速度设置
G02
顺时针方向圆弧插补
G71
外圆/内孔粗车循环
G97
恒表面速度设置
G03
逆时针方向圆弧插补
G72
复合端面粗车循环
G98
每分进给
G04
暂停 非模态指令
G73
复合成形粗车循环
G99
每转进给
G40
刀尖补偿取消
G74
端面啄式钻孔循环
M00
程序停止
G41
刀尖左补偿
G76
螺纹车削多次循环
M01
计划停止
G42
刀尖右补偿
G80
固定循环注销
M02
程序结束
G43

G81

M30
程序结束并返回
G44

G82

16、 G20表示英制输入，最小设定单位0.0001in（1in=0.0254m）；G21表示米制输入，最小设定单位0.0001mm。
17、 数控机床中，相对于控制系统发出的每个脉冲信号，机床移动部件的位移量称为脉冲当量。
18、 暂停指令G04使用格式： G04 X_ 或 G04 P或 G04 U_
19、 进给速度单位的设定： G94[F_]；每分进给，单位为mm/min 或 in/min；
G95[F_]；每转进给，单位为mm/r 或 in/r。
20、 G92指令是基于刀具的当前位置来设置零件坐标系的。
21、 G54~G59指令这6个零件坐标系为模态指令，可相互注销，其中G54为默认值。

第四章 数控铣床编程
1、 数控铣床的主要加工对象：⑴平面类零件 ⑵变斜角类零件 ⑶曲面类零件
2、 数控铣床通常分为立式数控铣床、卧式数控铣床和复合式数控铣床。
3、 圆弧插补中，I、J、K为圆心坐标，圆弧半径R。I_J_K_为圆心相对于圆弧起点的增量值，不论是在G90下还是在G91下都是如此。当圆弧所对应的圆心角超过180º时，半径R用负值表示；正好为180º时，正负均可。整圆编程时不能使用R，而只能用I、J、K。
4、 在什么移动指令下才能建立和取消刀具半径补偿？
⑴只能在G00或G01指令下才能建立刀具半径补偿状态及取消刀具半径补偿状态。
⑵在建立刀补时，必须有连续两端的平面位移指令，这是因为，在建立刀补时，控制系统
要连续读入两段平面位移指令，才能正确计算出进入刀补状态时刀具中心的偏置位置。
否则，将无法正确建立刀补状态。
5、 刀具半径补偿（G40,G41,G42）
刀具长度补偿（G43,G44,G49）
6、 比例缩放指令格式： G51 X_Y_Z_P_ （等比缩放） G50 取消比例缩放
G51 X_Y_Z_I_J_K_ （不等比缩放）
7、 M21,关于X轴的镜像（对称于X轴）； M22，关于Y轴的镜像（对称于Y轴）；
M23，取消镜像 （FANUC11-MEA-4系统）
8、 G24，建立镜像； G25，取消镜像。（FANUC 0i系统）
9、 旋转编程指令格式 ：编程格式 ：G68 X_Y_R_
G69 (其中，G68为坐标旋转，G69为取消坐标系旋转）
第五章 数控钻镗床及加工中心编程
1、 加工中心（MC），是由数控铣、数控钻镗类机床发展而来的，集铣削、钻镗、攻螺纹等各种功能于一体，并配备有规模庞大的刀具库，具有自动换刀功能，是适用于加工复杂零件的高效率、高精度的自动化机床。加工程序的编制，是决定加工质量的重要因素。
2、 加工中心的特点：加工中心是高效、高竞速数控机床，零件在一次装夹中遍可完成多道工序的加工，同时还备有刀具库，并且有自动换刀功能。
3、 常用的孔加工固定循环指令有13个：G73、G74、G76、G80、G81~G89，其中G80为取消固定循环指令。
4、 ⑴G81主要用于定位孔和一般浅孔加工。 ⑵G82主要用于锪孔。 ⑶G73为高速深孔加工指令。 ⑷G83为一般深孔加工指令。 ⑸G74为左螺纹加工指令。 ⑹G84为右螺纹加工指令。⑺G85、G86、G88、G89为粗镗循环指令。 ⑻G76为精镗循环指令。 ⑼G87为背镗（又称反镗）循环指令（平面R在孔底Z的上方）。
5、 G73、G74、G76、G81~G89等固定循环指令均具有长效延续性能，在未出现G80（取消固定循环指令）及01组的准备功能代码G00、G01、G02、G03代码时，其固定循环指令一直有效；固定循环指令中的参数除L外也均具有长效延续性能。
6、 固定循环指令的重复调用 G91 G99 G81 X50. Z-20. R-10. L6 F50 （L_不宜在加工螺纹的G74和G84指令中出现）
7、 数控加工中心的主要功能：加工中心是一种集铣床、钻床和躺床3种机床功能于一体，由计算机控制的高效、高自动化程度的机床，其特点是数控系统能控制机床自动更换刀具，零件经一次装夹后能连续地对各加工表面自动进行铣、钻、扩、铰、攻螺纹等多种工序的加工。
8、 数控加工中心的主要加工对象：⑴箱体类零件。 ⑵带复杂曲面的零件。 ⑶异性件。 ⑷盘、套、轴、板、壳体类零件。
9、 常用的加工中心一般分为4种类型：数控立式加工中心、数控卧式加工中心、数控复合加工中心、数控龙门加工中心。
10、 数控加工中心编程的特点：加工中心将数控铣、数控钻镗的功能集于一身，并装有刀具库及自动换刀装置，所以加工中心程序的编制比功能单一的数控机床要复杂的多。
11、 使用G92时，操作人员必须在机床回零后，通过碰刀的方式预先测出刀具中心相对于零件坐标系原点的偏置量，并由程序员编入程序中。
12、 用G54~G59等指令建立坐标系时，程序员不需要预先知道当前刀具中心相对于零件坐标系的位置关系，可直接按零件坐标系原点编程。
13、 刀具长度补偿：每把刀具的长度是不可能完全相同的，要事先测出所有刀具在装卡后刀尖至Z轴机械原点校准面的距离即装卡高度，并分别存入相应的刀具长度补偿地址H中。
第六章 数控车床编程
1、 数控车床的主要功能：⑴简易数控车床 ⑵经济型数控车床 ⑶多功能数控车床 ⑷车削中心
2、 车削中心有两种功能：一是动力刀具功能，另一种是C轴位置控制功能
3、 4种对到形式：一般对刀、机外对刀仪对刀、ATC对刀、自动对刀
4、 G50 S1800 表示最高转速为1800r/min。
5、 G96 S150 表示控制主轴转速，使切削点的线速度始终保持在150m/min。
6、 G97 S1000表示主轴转速为1000r/min。
7、 什么是刀尖圆弧自动补偿功能？
实际上刀尖是有圆角的，刀尖点编出的程序在进行端面、外径、内径等及轴线平行的表面加工时，是没有误差的，但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，具有刀尖圆弧半径自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，自动控制刀尖的运动，以避免上述现象的产生。
8、 利用单一固定循环可以将一系列连续的动作，如“切入—切削—退刀—返回”，用一个循环指令完成。
9、 外圆粗切削循环（G71）
G71 u(Δd) R(e)
G71 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) F(f ) S(s) T(t)
Δd为背吃刀量； e为退刀量； ns为精加工形状程序段中的开始程序段号；
nf为精加工形状程序段中的结束程序段号； Δu为X轴方向精加工余量；
Δw为Z轴方向的精加工余量； f,s,t为F,S,T代码
10、 端面粗加工循环（G72）是沿着平行于X轴进行切削循环加工的。
11、 封闭切削循环（G73）
G73 U(i) W(k) R(d)
G73 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) F(f ) S(s) T(t)
I为X轴上总退刀量（半径值）； k为Z轴上的总退刀量； d为重复加工次数
12、 精加工循环（G70）
13、 螺纹切削（G32） 螺纹切削循环（G92）
14、复合螺纹切削循环（G76）
G76 P(m) (r) (α) Q(Δdmin) R(d)
G76 X(u) Z(w) R(i) P(k) Q(Δd) F(f )
Δd为第一次的切入量（用半径值指定）； F为螺纹的导柱
第七章 数控电火花线切割编程
1、线切割机床加工的原理：电火花加工是在一定介质中，通过工具电极和零件电极之间放电时产生的电腐蚀作用对金属零件进行加工的一种工艺方法。
2、线切割机床加工的特点：
①可以加工用一般切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件。
②电极丝在加工中作为“刀具”不直接接触零件，两者之间的作用力很小，因而不要求电极丝、零件及夹具有足够的刚度，以抵抗切削变形。因此可以加工低刚度零件。
③电极丝材料不必比零件材料硬，便可以加工一般切削加工方法难以加工或无法加工的金属材料和半导体材料。
④直接利用电、热能进行加工。
⑤及一般切削加工相比，线切割加工的金属去除率低，因此加工成本高，不适合形状简单的大批量零件的加工。
3、数控线切割编程的基本方法：3B、ISO
(3B格式为无间隙补偿的五指令程序)。
第八章 图形交互式自动编程应用
1、计算机辅助数控编程技术主要体现两个方面：APT语言自动编程 和 用CAD（计算机辅助设计）/CAM（计算机辅助制造）一体化数控编程语言进行图形交互式自动编程。
2、APT过程：APT语言是用专用语句书写源程序，将其输入计算机，由APT处理程序经过编译和运算，输出刀具轨迹，然后再经过后置处理，把通用的刀位数据转换成数控机床所要求的数控指令格式。
APT源程序中用语言的形式去描述本来十分直观几何图形信息及加工过程，再由计算机处理生成加工程序，致使这种编程方法直观性差，编程过程比较复杂且不易掌握，编制过程中不便于进行阶段性检查。
3、CAD/CAM发展方向：CAD/CAM集成数控编程系统向集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化方向迅速发展。
3、零件CAD模型的描述方法很多，适用于数控编程的方法主要有 表面模型 和 实体模型。
4、组成：一个集成化的CAD/CAM数控编程系统，一般由几何造型、刀具轨迹生成、刀具轨迹编辑、刀具轨迹验证、后置处理、图形显示、几何模型内核、运行控制及用户界面等组成，整个系统的核心是几何模型内核。
5、在几何造型模型中，常用的几何模型包括 表面模型、实体模型和加工（特征）单元模型。
在集成化的CAD/CAM系统中，应用最为广泛的几何模型表示方法是 边界表示法B-Rep、结构化实体几何法CSC。
最常用的几何模型内核主要有两种Parasolid和ACIS。
6、MasterCAM软件自动编程的步骤：构建几何造型——利用CAM生成刀具轨迹——刀具轨迹验证——生成程序（后处理）
7、几何造型
对待加工表面及其约束面进行造型是数控加工编程的第一步。
几何造型就是利用计算机辅助编程软件的图形绘制、编辑修改、曲线曲面造型等有关指令将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上。
8、刀具轨迹生成
计算机辅助编程的刀具轨迹生成是面向屏幕上的图形交互进行。
一般可在所定义的加工表面（或加工单位）上确定其外法向矢量方向，并选择一种进给方式，根据所选择的刀具（或定义的刀具）和加工参数，系统将自动生成所需的刀具轨迹。
9、刀具轨迹验证
10、后置处理
后置处理的目的是形成数控指令文件。

第九章 数控机床的结构
1、数控机床机构设计的要求：
①自动保证稳定的加工精度
②提高加工能力和切削效率
③提高使用效率
2、数控机床的结构设计要求可以归纳为如下几方面：
①具有切削效率大，静、动刚度高和良好的抗振性能
②具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性
③具有实现辅助操作自动化的结构部件
3、无论哪种机床的主轴部件都应该满足下述几个方面的要求：主轴的回转精度、部件的结构刚度和抗振性、运转温度和热稳定性以及部件的耐磨性和精度保持能力。
4、主轴部件所用滚动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级C和超精级B。
5、主轴准停装置的作用：
①所谓准停就是当主轴停转进行刀具交换时主轴需停在一个固定不变的方位上，因而保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。
②准停装置有以下三种：⑴在主轴上或及主轴有传动联系的传动轴上安装位置编码器或磁性传感器，配合直流和交流调速电机实现纯电器定向准停。⑵V形槽轮定位盘准停装置。⑶端面螺旋凸轮准停装置。
6、消除传动齿轮间隙的措施：①刚性调整法 ②柔性调整法 ③滚珠丝杠螺母副
7、滚珠丝杠螺母副
⑴工作原理：在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道，螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道装满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。滚珠丝杠螺母副中是滚动摩擦。
⑵特点：①摩擦损失小，传动效率高，可达0.90～0.96。
②丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动精度。
③摩擦阻力小，几乎及运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象，磨损小、寿命小、精度保持性好。
④不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式使用时，应增加制动装置。
⑶循环方式：外循环、内循环
外循环：滚珠在循环过程中有时及丝杠脱离接触的称为外循环。
特点：外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。其缺点是滚珠接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声比较大。
内循环：始终及丝杠保持接触的称为内循环。
特点：内循环反向器和外循环反向器相比，其结构紧凑，定位可靠，刚性好，且不易磨损，返回滚道短，不易发生滚珠堵塞，摩擦损失也小，其缺点是反向器结构复杂，制造较困难，且不能用于多头螺纹传动。
滚珠直径d0对承载能力有直接影响
8、对导轨的基本要求：①有一定的导向精度 ②有良好的精度保持性 ③有足够的刚度
④有良好的摩擦特性
9、静压导轨的滑动面之间开有油腔，将有一定压力的油通过节流器输入油腔，形成压力油膜，浮起运动部件，使导轨工作表面处于纯液体摩擦，不产生磨损，精度保持性好。
10、滚动导轨就是在导轨工作面之间安排滚动件，使导轨面之间为滚动摩擦。
摩擦系数小（0.0025～0.005），动、静摩擦力相差甚微。
11、分度工作台的常用的定位元件有：插销定位、反靠定位、齿盘定位和钢球定位
12、数控回转工作台的结构：①开环数控转台的结构 ②闭环数控转台的结构
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