数控技术3

控 技
术 5. 易于实现机电一体化
2021/3/4
第
数控系统控制柜的体积小（采用计算机，硬件数量减
三
章
少；电子元件的集成度越来越高，硬件的不断减小），
计
算
使其与机床在物理上结合在一起成为可能，减少占地
机
数
控
面积，方便操作。
装
置
(CNC)
15
数 第一节 概 述
控
技 术
三. CNC装置的功能
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数
功能。
控
装 C轴控制——主轴周向任意位置控制的功能。
置
主轴修调率——人工实时修调预先设定的主轴转速。
(CNC)
21
数 第一节 概 述
控 技
术 6. 辅助功能（M功能）
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第 三
—— 用于指令机床辅助操作的功能。
章
计
已在第二章介绍。
算
机
数
控
装
置
(CNC)
22
数 第一节 概 述
控 技
第
三 CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用
章
模块化的结构，对设计和开发者而言，系统功能
计
的修改、扩充变得较为灵活。
算
机 数
CNC装置其基本配置部分是通用的，不同的数控
控
机床仅配置相应的特定的功能模块，以实现特定
装 置
的控制功能。
(CNC)
11
数 第一节 概 述
控 技
术 2. 数控功能丰富
计
有独立功能的单元模块,并配上相应的驱动软件。
算 机
系统设计时按功能的要求选择不同的功能模块，并
数 控
将其插入控制单元母板上，即可组成一个完整的控
装 置
制系统的方法。其中单元母板一般为总线结构的无
源母板，它提供模块间互联的信号通路。
34
(CNC)
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数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
2021/3/4
第 插补功能：二次曲线、样条、空间曲面等插补 三 章 补偿功能：运动精度、随机误差补偿、非线性误
计
差补偿等
算 机 数
人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人 机对话窗口
控 装
编程功能：G代码、篮图编程、部分自动编程功能。
置

(CNC)
12
数 第一节 概 述
控 技
术 3. 可靠性高
数
习题与思考题
控
技
术 1．名词解释：
2021/3/4
第
插补功能、恒线速度控制、非线性误差补
三
章
偿功能
计
算 2. 数控装置的功能有哪些。
机 数 控 装 置
(CNC)
29
2021/3/4
数 控 技 术
第 三
第二节
章
计 CNC装置的硬件体系结构
算
机
数
控
装
置
(CNC)
30
2021/3/4
数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
2021/3/4
第
操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可
三 章
进行正确操作。
计
编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验
算 机
和模拟仿真功能。
数 控
维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润
装 置
滑，关键部件的定期检查等)，数控机床的自诊
断功能，可迅速实现故障准确定位。
(CNC)
14
数 第一节 概 述
25
数 第一节 概 述
控 技
术 10. 自诊断功能
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第 —— CNC自动实现故障预报和故障定位的功能。
三
章
开机自诊断；
计 算
在线自诊断；
机
数 控
离线自诊断；
装 置
远程通讯诊断。
(CNC)
26
数 第一节 概 述
控 技
术 11. 通讯功能
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—— CNC与外界进行信息和数据交换的功能 第
装
置
定的进给速度。
(CNC)
20
2021/3/4
数 第一节 概 述
控
技 术
5. 主轴功能
——主轴切削速度、周向位置控制功能。
第 主轴转速——主轴转速的控制功能，单位：r/min。
三
章 恒线速度控制——刀具切削点的切削速度为恒速
计
的控制功能。单位：（m/min）
算 机
主轴定向控制——主轴周向定位于特定位置控制的
装 置
采用AI、专家系统等新技术进行建模，利用模型实
施在线补偿。
(CNC)
24
数 第一节 概 述
控 技 术
9. 人机对话功能
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第 三
在CNC装置中这类功能有：
章
菜单结构操作界面；
计
算 机
零件加工程序的编辑环境；
数
控
系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查
装
置
询或修改画面等。
(CNC)
... 件 显 机 入 障
程示交 输诊 序处互 出断
... 编 具 速 插 位 床 主
译半 度补置 输 轴 处径 处运控 入 控
数
管理交 管处
理补 理算制 输 制
控
理
互 理理
偿
出
装
置
图 3 - 2 C N C 软 件 系 统 功 能 框 图
(CNC)
9
数 第一节 概 述
控 技
术 ⒊ CNC硬件、软件的作用和相互关系
机
数
➢ 分布式结构：系统有两个或两个以上带CPU的
控
装
功能模块，各模块有自己独立的运行环境，模
置
块间采用松耦合，且采用通讯方式交换信息。
(CNC)
33
2021/3/4
数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
控 技
术 二. 单机或主从结构模块的功能介绍
第 CNC装置是按模块化设计的方法构造的。
三 章
➢ 模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干具
第 功能：满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。 三 章 基本功能——数控系统基本配置的功能，即必备的
计
功能；
算
机 数
选择功能——用户可根据实际使用要求选择的功能。
控
装
置
(CNC)
16
数 第一节 概 述
控 技 术
1. 控制功能
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第
—— CNC能控制和能联动控制的进给轴数。
三
章 CNC的进给轴分类：
(CNC)
23
数 第一节 概 述
控 技
术 8. 补偿功能
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刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的
第 三
程序控制刀具中心轨迹的功能。
章
传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补
计
偿功能。
算
机 非线性误差补偿功能：对诸如热变形、静态弹性变
数
控
形、空间误差以及由刀具磨损所引起的加工误差等，
置
它是处于以从属地位的，故称之为主从结构。
(CNC)
32
2021/3/4
数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
控
技 术
➢ 多主结构：系统中有两个或两个以上带CPU的
模块部件对系统资源有控制或使用权。模块之
第 三
间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过仲裁
章
器来解决总线争用问题，通过共公存储器进行
计 算
交换信息。
控 技
术 4. 进给功能
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—— 进给速度的控制功能。
第
三 进给速度—— 控制刀具相对工件的运动速度，单
章
位为mm/min（inch/min）。
计 算
同步进给速度—— 实现切削速度和进给速度的同
机
步，单位为 mm/r （inch/min） 。
数
控 进给倍率（进给修调率）——人工实时修调预先给
控 技
术 多机系统: CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即
系统中的某些功能模块自身也带有CPU，根据部件
第 三
间的相互关系又可将其分为：
章
计
➢ 主从结构，系统中只有一个CPU(称为主CPU)对
算 机
系统的资源有控制和使用权其它带CPU的功能
数 控
部件，只能接受主CPU的控制命令或数据，或
装
向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。即
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结构：由计算机基本系统、设备支持层、设备层组成。
第
三
计算机基本系统
章
设备支持层
设备层
计
其他设备
算
显示设备
机
数
计算机系统
控
装
输入/出设备
置
接
口
人机控制 运动控制
PMC
其他I/O
机床 机器人 测量机 ...
(CNC)
图3-1 CNC的一般性硬件结构
7
数 第一节 概 述
控 技
术 ⒉ CNC系统软件的功能性结构
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第 本质特征: CNC系统软件是具有实时性和多任务性的
三
章
专用操作系统，
计 算
功能特征: 其操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件
机
数
两部分组成。它是CNC系统的灵魂。
控
装
置
(CNC)
8
数 第一节
控 技 术
概述
操作系统
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第 三
管理软件
章
控制软件
计
零
人 输故
刀
机
算 机
控 技 术
第 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化。 三 章 采用模块化结构时，CNC系统设计工作则可归结为
计
算 机
功能模块的合理选用。
数
控
装
置
(CNC)
35
2021/3/4
数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
控
技
术
标准PC计算机
控制面板
计算机主板
PLC模块
机床I/O
第
主轴控制模板
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数 控 技 术
第
第三部分
三
章
计 计算机数控装置(CNC)
算
机
数
控
装
置
(CNC)
1
第 三 章 计 算 机 数 控 装 置
(CNC)
第 三 章 计 算 机 数 控 装 置
(CNC)
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数 控 技 术
第 三
第一节
章
计 算
概述
机
数
控
装
置
(CNC)
4
数 第一节 概 述
控 技 术
计 算
➢ 移动轴（X、Y、Z）和回转轴（A、B、C）；
机 数
➢ 基本轴和附加轴（U、V、W）。
控
装 联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编程也越困
置
难。
(CNC)
17
数 第一节 概 述
控 技
术 2. 准备功能（G功能）
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第 三
—— 指令机床动作方式的功能。
章
计
已在第二章介绍。
算
机
控 技
术 一、概述
第 CNC装置从它的硬件组成结构来看，若按其中含有CPU 三 章 的多少来分，可分为:
计 算
单机系统: 整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制
机
和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现
数
控
各种NC功能。
装
置
(CNC)
31
2021/3/4
数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
2021/3/4
在第一章我们就知道了数控装置是机床数
第 三
控系统的核心，并对其在系统中的主要作
章
用也有了一个概括性的了解，由于它在整
计 算
个系统中的重要性，故在本章我们将对其
机 数
进行较详细的讨论。
控
装
置
(CNC)
5
数 第一节 概 述
控
技 术
一.
CNC装置的组成
2021/3/4
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨
三
章
RS232C接口，可传送零件加工程序，
计
DNC接口，可实现直接数控，
算
机
MAP(制造自动化协议)模块，
数
控
网卡
装
置
适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的要求。
(CNC)
27
(CNC)
数
内容小结
控
技
术
1．数控装置的组成
第
三
2. 数控装置的优点
章
计
3. 数控装置的功能
算
机
数
控
装
置
2021/3/4 28
三 章
显示卡
系
统
位置控制板1
速度控制单元1
… …
…
总
计 算
I/O设备 多功能卡
线 （
位置控制板n
速度控制单元n
BUS
机 数
电子盘
功能模板1 ）
功能驱动1
…
控
装
功能模板m
功能驱动m
置
CNC装置
CNC系统
(CNC)
CNC 系统硬件框图1
36
2021/3/4
数 第二节 CNC装置的硬件体系结构
控 技
术 1. 计算机主板和系统总线(母板)
数
控
装
置
(CNC)
18
数 第一节 概 述
控 技
术 3. 插补功能和固定循环功能
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第 三
—— 插补功能 数控系统实现零件轮廓(平
章
面或空间)加工轨迹运算的功能。
计
算
—— 固定循环功能 数控系统实现典型加
机
数
工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深
控
装
孔钻削和切螺纹等）的功能
置
(CNC)
19
数 第一节 概 述
术 7. 刀具管理功能
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——实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理功能。
第
三 刀具几何尺寸管理：管理刀具半径和长度，供刀具
章
补偿功能使用；
计 算
刀具寿命管理：管理时间寿命，当刀具寿命到期时
机
，CNC系统将提示更换刀具；
数
控 刀具类型管理：用于标识刀库中的刀具和自动选择
装 置
加工刀具。
第 三
迹）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的
章 位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是
计 算
一种配有专用操作系统的计算机控制系统。
机
数
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和
控 装
专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
置
(CNC)
6
数 第一节 概 述
控 技
术 ⒈ CNC系统的硬件一般性结构