CNC装置

2）恒线速度控制，指保持刀具切削点的切削速度 恒定的功能。
3）主轴定向控制，指将主轴周向定位控制于特定 位置的功能，又称为主轴准停。
4）C轴控制，指对主轴周向任意位置控制的功能。
5）切削倍率（主轴修调率），用于人工实时修调 切削速度。
7.辅助功能
辅助功能指CNC装置能指令的辅助操作，即 M功能。
8.刀具管理功能
3. 位置控制器
（1）数控机床的位置控制 1）进给运动轴的位置控制。 对单个轴的运动和位置精度有严格的要求，
还要求多个轴协调运动、精确配合。 2）主轴的位置控制。 主轴位置准停，以便换刀、让刀。 3）刀库位置控制。 以便准确选择所需刀具。 主轴位置控制、刀库位置控制比进给轴位置控
制精度要求底，控制简单简单，因此又称为简易 位置控制。
2）同步进给速度，指主轴转一转时，刀具 相对于工件的位移量（mm/r）。
3）快速进给速度，指机床的最高移动速度 （mm/min），用于非切削加工时的快速进给。
4）进给倍率（进给修调率），用于人工实时修 调进给速度。
6.主轴功能
主轴功能是指CNC装置对主轴运动的控制 功能。
一般包括：
1）主轴转速（r/min），用S指令设定。
4.1.2 CNC装置的组成
CNC装置由计算机硬件和软件两大部分组成。
CNC装置的系统软件在系统硬件的支持下运行，合理地 组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能。
CNC装置的硬件：
通用计算机的一般 结构；
数控特有的功能模 块和接口单元。
EPROM或 E2PROM
RAM I/O接口 通信接口 主轴控制
主轴 电机
机 /O信号
伺服驱动 单元
进给伺服 床 电机
位置检测
装置
进给伺服驱动装置
计算机数控（CNC，Computer Numerical Control）装置：
由计算机通过软件来实现全部或大部分数控 功能的数控装置。
美国电子工业协会EIA （Electronic Industries Association）数控化标准委员会定义： 借助于计算机通过执行其存储器内的程序， 完成数控要求的部分或全部功能， 并配有接口电路和伺服驱动装置的 一种专用计算机系统。
（平均故障修复时间短）
4．使用维护方便
在操作上具有良好的菜单式操作界面，用户只需 根据菜单的提示就可以进行正确的操作，使用十 分方便。
在编程上具有多种编程功能，而且具有程序子校 验和模拟仿真功能。使得数控加工程序编制更加 方便和快捷。
在维护维修上，CNC装置可以承担许多日常的数 控机床维护工作，如润滑、关键部位的定期检查， 减少了人工维护的工作量。另外，CNC装置的自 诊断功能，可以迅速判断故障类型和位置，方便 维修人员的维修。
3．可靠性高
CNC装置可靠性高的原因主要在于：
1）采用高集成度的电子元件和大规模集成电 路（VLSI）芯片，在器件层面上保证其具有高的 可靠性。
2）由软件实现数控功，减少了硬件数量，从而 减少硬件故障发生的概率，提高了可靠性。
（平均无故障时间长） 3）由于具有自诊断功能，从而使系统发生故障 的频率降低，发生故障后的修复时间缩短，可靠 性提高。
硬件被划分为各种功能模块，有多个模块使用CPU并 对系统资源有控制和使用权。有CPU的模块称为主模块； 没有CPU的模块称为从模块。
互连通信方式：
（1）各模块采用紧偶合，有集中的操作系统，通过总 线仲裁器解决争用总线问题，通过公用存储器来交换信息； （2）各模块采用松偶合，每个主模块都有自己独立的运 行环境（系统总线、存储器、操作系统等），采用通信方 式交换信息。
处补处运控 控输
理偿理算制 制入
程计程程程 程输
序算序序序 序出
程
控
序
制
4.1.3 CNC装置的功能
CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控 制要求的方法和手段。
数控装置的功能包括基本功能和选择功能。 基本功能是数控系统基本配置的或者说必备的
功能。
选择功能则是供用户根据数控机床的特点和 用途的实际需要来选择的功能。
2. 内部存储器
内部存储器包括只读存储器（ROM）和读写存储器 （RAM）两种。
ROM（ EPROM）：放在系统程序，由生产厂家固化， 断电时程序不会丢失。
RAM：存放运算的中间结果、需显示的数据资料、运行 中的状态信息等，它可以随时读出和写入，但断电后信息 将丢失。
有后备电池的 SRAM（静态 RAM）、 EEPROM：存放 加工的零件程序、机床参数、刀具参数，上述信息能被随 时读出，还可以根据操作的需要写入或修改，断电后，信 息仍保留。
4.2 CNC装置的硬件结构
4.2.1 概述
按其使用的CPU的多少来分，可分为单微处理器结 构和多微处理器结构。
1.单微处理器结构：
CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系 统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。
优点：投资少、结构简单、易于实现。 缺点：数控功能受CPU字长、数据宽度、寻址能力 和运算速度等因素的限制。
CNC装置的主要功能：
1.控制功能
控制功能是指CNC装置能够控制的进给轴数和联动进 给轴数。
它是CNC装置的重要性能指标，是区分CNC装置档次的 重要参数。 数控车床: X、Z两轴联动；
车削中心：X、Z、C三轴控制，两轴联动； 活塞数控车床：X、Z、U三轴联动。（加工活塞裙部中凸椭
圆型面 ） 两轴联动数控铣床：三轴控制，两轴联动；（加工平面轮廓） 三轴联动数控铣床：三轴联动；（加工复杂曲面） 多轴联动数控铣床：多轴控制，多轴联动；（高精度加工复
4.2.2 单微处理器结构的CNC装置
单微处理器结构的 CNC装置以微处理器 （CPU）为核心，CPU 通过总线与内存以及各种 接口相连接，采取集中控 制、分时处理的工作方式， 完成各种数控任务。
1．微处理器和总线
微处理器主要完成信息处理，包括控制和运算两方面 的任务。 总线是 CPU 与各部件（存储器、接口等）之间信息的公 共传输线，包括控制总线、地址总线和数据总线。
10.显示功能
显示功能是指CNC装置利用配置的显示器显示器提 供显示各种信息的的功能。
11.通信功能
通信功能是指NCN装置能提供的与上级计 算机或计算机网络进行信息传输的功能。 RS232C接口； DNC接口，MAP（自动化制造协议）通信； 现代CNC装置则配置网卡。
12．自诊断功能
自诊断功能是指CNC装置具有的对数控系统 和机床出现的故障进行诊断的功能。 有在线诊断；离线诊断；远程故障诊断。
刀具管理功能是指CNC装置刀具的管理和控 制功能。 包括： 1）刀具几何尺寸管理。存储、修改刀具的半径、 长度等参数。 2）刀具寿命管理。记录、存储刀具使用的时间， 当刀具时间寿命到期时，提示用户更换刀具。 3）刀号管理。即T功能，用于识别和选用刀具。
9.补偿功能
补偿功能是指CNC装置根据设定的一些补偿量，在控制 机床进给时对刀具轨迹或位置进行修正补偿的功能。 1）刀具半径和长度补偿功能。 2）传动链误差补偿功能（螺距误差补偿和和反向间隙 补偿）。 3）智能误差补偿。对几何误差造成的综合加工误差、 热变形引起的误差、静态弹性变形误差、刀具磨损带来 的误差等，采用专家系统、人工神经网络、模糊控制等 人工智能方法建立误差补偿模型。CNC装置在控制数控 机床加工的过程中，根据检测的机床状态参数和误差补 偿模型，实时地进行误差补偿。
CPU BUS
CRT或液晶 显示接口
MDI接口 PLC接口
位置控制
纸带阅读机 接口
CNC装置的软件：
管理软件 控制软件
CNC装置系统软件
管理软件
控制软件
零件 程序 输入 输出 管理 程序
零 件 程 序 的 管 理
显 示 处 理 程 序
故 障 诊 断 处 理 程
程
序
序
编刀速插位 主机
译具度补置 轴床
2．数控功能丰富
❖ 插补功能： 除直线和圆弧插补外，还能实现复杂的二次曲线
插补、样条曲线插补等功能。
❖ 补偿功能： 除刀具半径和长度补偿、反向间隙补偿外，还能
实现运动精度补偿、随机补偿、非线性补偿、智 能补偿等功能。
❖ 显示功能： 具有高级的人机交互界面，具有加工过程的动、
静态跟踪显示以及图形显示。 ❖ 编程功能：能进行一定的自动编程。
主从结构：
有多个CPU，但只有一个CPU（主CPU）对系统资源 （存储器、总线）有控制和使用权，而其他带有CPU的 功能模块（通常称为智能部件）无权控制和使用系统资 源，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发 出请求信息以获得所需数据。（处于从属地位）
2．多微处理器结构
CNC装置中有两个或两个以上的CPU对系统资源有控制和 使用权。
5．易于实现制造系统的集成
CNC装置具有的通信功能，使得CNC装置能够与 上级计算机和网络进行连接通信。CNC装置能接 受上级计算机或网络发出的控制和管理信息，同 时也能向上级计算机或网络发送机床和系统运行 的各种信息。因此，数控机床能容易的集成到各 种类型的现代制造系统之中。
特别是配置有网卡的CNC装置，CNC装置及其数 控机床可直接作为网络终端，使得通过计算机网 络组成跨地区的网络制造系统成为可能。
接口分为四种类 第一类为与驱动有
关的连接电路 第二类CNC与测量
装置和传感器的 连接电路， 第三类为电源及保 护电路。 第四类为开/关信号 和代码信号连接 电路。
(2）输入、输出信号的分类及接口电路的任务
输入信号：机床
CNC装置
进给坐标轴的位置控制可采用专用位置控制芯 片，也可采用通用芯片构成位置控制模板。
（2）位置控制芯片 MB8739 是 FANUC 公司设计的专用位置控制芯片，其