机床数控技术第三章 计算机数控系统
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四高高速高精高效高可靠性五cnc装置的单微处理器系统和多单微处理器系统按硬件含有cpu的多少来划分cnc管理模块cpu主存储器模块对话式自动编程模块cpu操作面板显示总线cnc插补模块cpu位置控制模块cpuplc功能模块主轴控制模块cpu图37多微处理器共享总线结构六开放式数控系统虽然传统的数控系统已经实现了非常复杂的功能并达到了相当的精度但由于传统的数控系统采用专用计算机系统其实现过程对用户来讲是封闭的
位置控制模块 （CPU）
对话式自动编程 模块（CPU） 操作面板显示
线
PLC功能模块 主轴控制模块 （CPU）
图3-7 多微处理器共享总线结构
六、开放式数控系统
虽然传统的数控系统已经实现了非常复杂的功能并达到了相当的精度，但由于传统的数控系统采用 专用计算机系统，其实现过程对用户来讲是封闭的。 传统的数控系统的各个模块功能固定，各厂商的软硬件互不兼容，用户无法对系统进行重新定义和 扩展，系统与外部缺乏有效的通信功能，这增加了用户的投资风险和成本。
3.3
CNC装置的插补原理
一、 插补的概念
插补(Interpolation)原理：根据给定进给速度和给定轮廓线形 的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法
插补算法：对应于每种插补方法(原理)的各种算法。
插补功能是轮廓控制系统的本质特征。
一、 插补的概念
插补方法的分类及各自特点： 分类： 脉冲增量插补(行程标量插补) + 数字增量插补(时间标量插补) 脉冲增量插补特点：
刀补缓冲区 运行缓冲区 速 度 预 处 理
位置反馈 位 控 处 理 伺 服 驱 动 PLC控制
程 序 输 入
译 码
刀 补 处 理
插 补 处 理
译码缓冲区
插补缓冲区
CNC装置数据转换流程示意图
一、CNC装置软件的主要任务
R
2、 刀补处理(计算刀具中心轨迹) 根据 G90/G91计算零件轮廓的终点坐标 根据 R 和 G41/42 ，计算本段刀具中心轨 根据本段与前段连接关系，进行段间连 值。
微处 理器 CPU
总
RAM存储器 输入/输出 I/O接口 位置控制器 MDI/CRT
线
可编程控制 通信接口
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
2、多微处理器系统: 整个CNC装置中有两个或两个以上CPU
整个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
5
X
二、逐点比较法
推广：对不同象限的直线插补，由于其终点坐标和加工坐标均取绝对值，偏差函数F计算与第
一象限相同。只是坐标进给方向视具体象限而定。
Fm<0,+Δ y
Fm<0,+Δ y Fm≥0,+Δ x Fm≥0,+Δ x Fm<0,-Δ y
Fm≥0,-Δ x Fm≥0,-Δ x Fm<0,-Δ y
二、逐点比较法
2.逐点比较法加工圆弧的原理（ Ⅰ象限圆心过原点的逆圆为例）
机械数控技术
第三章 计算机数控系统
3.1 概 述
3.1 概 述
计算机数控（Computerized numerical control）简称CNC，是采用计算机控制机床的 加工，实现数字控制功能的系统。
CNC系统本质上是以各执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控
制系统。
3.1 概 述
三、CNC装置的功能
（一） 基本功能
1. 控制功能 —— CNC能控制和能联动控制的进给轴数。 2. 准备功能（G功能） —— 指令机床动作方式的功能。 3. 插补功能 ——数控系统实现零件轮廓加工轨迹运算的功能。 4. 进给功能 —— 进给速度的控制功能。
5. 主轴功能
—— 数控系统的主轴的控制功能。
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
如FANUC SIEMENS 等多机系统。 特点：“四高”
高速
高精
高效
高 可靠性
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
CNC管理模块 （CPU）
主存储器模块
总
CNC插补模块 （CPU）
每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）
脉冲增量插补的实现方法较简单 插补速度较低、精度较低，适合开环系统 脉冲增量插补常用的算法： 逐点比较法；数字积分法（DDA）
一、 插补的概念
数字增量插补特点及方法 特点： 插补程序以一定的时间间隔定时(插补周期)运行，在每个周期内根据进给速度计算出各
三、CNC装置的功能
（一） 基本功能
6. 辅助功能（M功能） —— 用于指令机床辅助操作的功能。
7. 刀具管理功能
——实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。 8. 字符图形显示功能 9. 自诊断功能
三、CNC装置的功能
(二） 选择功能
1.固定循环功能 —— 是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能。 2.补偿功能 3.人机对话功能 4.通讯功能
二、CNC装置的软件结构
2.中断型结构
0级初始化程序 中断管理系统（硬件 + 软件） …… 级 中 断 服 务 程 序 1
级 中 断 服 务 程 序
中断型软件系统结构图
2
级 中 断 服 务 程 序
3
……
级 中 断 服 务 程 序
7
……
二、CNC装置的软件结构
中断程序的优先级及其功能
优先级 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 主要功能 初始化 CRT显示，ROM奇偶校验 工作方式选择及预处理 PLC控制，M、S、T处理 参数、变量、数据存储器控制 插补运算，位置控制，补偿 监控和急停信号，定时2、3、5 ARS键盘输入及RS232C输入 纸带阅读机 报警 RAM校验，电源断开 中断源 开机后进入 由初始化程序进入 16ms软件定时 16ms软件定时 硬件DMA 8ms软件定时 2ms硬件时钟 硬件随机 硬件随机 串行传送报警 硬件，非屏幕中断
人机控制
设备 层
机
床
口
其他设备
运动控制
显示设备 PMC
机器人 测量机 ...
输入/出设备
接
计算机系统
其他 I/O
图3-1 CNC系统硬件的层次结构
一、CNC装置的组成
软硬件功能界面划分的准则：系统的性能价格比
操作系统
管理软件
控制软件
零 件 程 序 管 理
显 示 处 理
人 机 交 互
输 入 输 出 管 理
机床接口
阅读机 MDI 键盘 存储器
伺 服 接 口
驱 动 系 统
背景程序
实时中断服程序
硬件
图3-16 前后台型软件结构中的信息流
二、CNC装置的软件结构
入口
背景程序结构
系统初始化
键盘
工作 方式选择 自动 单段
手动
键盘服务程序
加工服务程序
手动操作服务程序
工作方式 键盘 手动 单段
自动
功 能 说 明 主要完成数据输入和零件加工程序的编辑。 用来处理坐标轴的点动和机床回原点的操作。 单段工作方式是加工工作方式，在加工完成一个程序段后停顿,等待执 行下一步。 自动工作方式也是加工工作方式，在加工一个程序段后不停顿，直到整 个零件程序执行完毕为止。
四、CNC系统的工作过程
信息输入
译码
刀具补偿
加工速度处理
插补
诊断
显示
I/O处理
位置控制
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
EPROM
1. 单微处理器系统 整个 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NC功能。
X
二、逐点比较法
逐点比较法直线插补的计算步骤：
•• •Βιβλιοθήκη 偏差判别坐标进给 偏差计算
Fi≥0， +X向输出一步;
Fi＜0， +Y向输出一步
• 终点判别
判断xi>xe?且yi>ye? 判断n=xe+ye?
二、逐点比较法
逐点比较法直线插补的计算步骤：
开始
初始化(xe,ye,Fo=0,∑=|xe|+|ye|)
△X 3 = X 1 新- X 2 新；
计算速度指令值：
△Y 3 = Y 1 新- Y 2 新；
VX=f（△X3）； VY=f（△Y3）
二、CNC装置的软件结构
1.前后台型结构
后台程序
监控和急停
前台程序
PLC控制
二、CNC装置的软件结构
1.前后台型结构
输入 决策 PLC程序产生 辅助信息 插 补 准 备 插补 程序 产生 轨迹 信息 位 置 控 制 输出
Y
Pe’
G41
Pe（200，300） Pe”
迹的终点（P’e/P〃e）坐标值。
G42
接处理。
P0（72，48）
X
一、CNC装置软件的主要任务
3、 位置控制处理
插补输出 △X1△Y1
指令位置 X1新Y1新 + +
跟随误差 △X3△Y3 f（）
速度指令 VX、VY
+
+ + 反馈位置增量 △X2、△Y2
CNC系统的组成如下图所示：
编程计算机 操作面板 电子手轮 纸带阅读机 程序 输入设备 输出设备 打 印 机 穿 孔 机 电 传 机 显示设备
CNC控制器
计数 算控 机系 硬统 件软 与件 可编程控 制器PLC 主轴控制 单 元 电气控制 单 元 速度控制 单 元 主轴电机 机床电器 进给电机 位置检测
X1旧Y1旧 实际位置 X2新Y2新
X2旧Y2旧
位置控制转换流程
一、CNC装置软件的主要任务
位置控制完成以下几步计算：
计算新的位置指令坐标值：
X1新= X1旧+△X1；Y1新= Y1旧 +△Y1；
计算新的位置实际坐标值： X 2 新 = X 2 旧 + △ X 2 ； Y 2 新= Y 2 旧 + △ Y 2 计算跟随误差(指令位置值— 实际位置值)：
NC功能。 主微处理器结构：系统中只有一个主CPU对系统的资源有控制和使用权.其它带CPU的功能部 件，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的数据。 多微处理器结构：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。 有集中的操作系统，通过仲裁器来解决总线争用问题，通过共公存储器进行交换信息。 分布式结构：系统有两个或两个以上带CPU的功能模块，各模块有自己独立的运行环境。采 用通讯方式交换信息。
六、开放式数控系统
为了改变这种状况，迫切需要能开发一种可以方便扩展、功能柔性并且对用户开放的数控系统，开 放式数控系统便应运而生。 三种不同层次的开放：
CNC系统的开放； 用户操作界面的开放； CNC内核开放。
3.2 计算机数控装置的软件结构
一、CNC装置软件的主要任务
将由零件加工程序表达的加工信息，变换成各进给轴的位移指令、主轴转速指令和辅助动作指令， 控制加工设备的轨迹运动和逻辑动作，加工出符合要求的零件。 1、 CNC装置的数据转换流程
1.逐点比较法加工直线的原理（Ⅰ象限过原点直线为例）
偏差函数:
Fi = Xe · Yi - Ye · Xi
理想轨迹
Y
实际轨迹
(Xe，Ye)
Fi＞0 Fi＝0 Fi＜0
在直线上方，+X向输出一步; 在直线上， +X向输出一步; 在直线下方，+Y向输出一步
Yi Xi
＞ Ye ＝ X e ＜
直线
(Xi，Yi)
图3-1 CNC系统的组成
一、CNC装置的组成
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分 组成的，共同实现各种数控功能。
硬件是基础，软件是灵魂。
一、CNC装置的组成
1、CNC装置的硬件结构
由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。
计 算 机 基 本 系 统 设备 支持层
Ⅰ Ⅱ 硬件 Ⅲ Ⅳ
软件
软件 软件 软件
硬件
硬件
位置检测
硬件 硬件
软件和硬件的功能界面
硬件处理速度快；软件设计灵活
二. CNC装置的特点
具有灵活性和通用性
数控功能丰富
可靠性高、使用维护方便
易于实现机电一体化
三、CNC装置的功能
指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段
基本功能——数控系统基本配置的必备功能。 选择功能——用户可根据实际要求选择的功能。
Y 进给一步+Δ X
F≥0?
N 进给一步+Δ y
F-ye→F
F+xe→F
∑-1→∑ N ∑=0? Y 结束
图 3-22
第一象限逐点比较法直线插补的运算流程
二、逐点比较法
例1 设Ⅰ象限直线段OA，A（5，3），写出插补计算步骤；并绘出插补轨迹。 解：总步数=xe+ye=8
插补轨迹
Y 3
A（5，3）
O
故 障 诊 断 处 理
...
编 译 处 理
刀 具 半 径 补 偿
速 度 处 理
插 补 运 算
位 置 控 制
机 床 输 入 输 出
主 轴 控 制
...
图 3-2 CNC 软件系统功能框图
一、CNC装置的组成
2、CNC装置的软件结构
程 序 输 入 预 处 理 插 补 运 算 位 置 控 制 速 度 控 制 伺 服 电 机
坐标轴在下一插补周期内的位移增量（数字量）。
数字增量插补的实现算法较脉冲增量插补复杂。 主要应用于闭环和半闭环的控制系统。
插补方法： 数字积分法(DDA)、二阶近似DDA插补法、双DDA插补法等。
二、逐点比较法
CNC系统在控制过程中，能逐点地计算和判别运动轨迹与给定轨迹的偏差，并根据偏差
控制进给轴向给定轮廓靠扰，缩小偏差，使加工轮廓逼近给定轮廓。
位置控制模块 （CPU）
对话式自动编程 模块（CPU） 操作面板显示
线
PLC功能模块 主轴控制模块 （CPU）
图3-7 多微处理器共享总线结构
六、开放式数控系统
虽然传统的数控系统已经实现了非常复杂的功能并达到了相当的精度，但由于传统的数控系统采用 专用计算机系统，其实现过程对用户来讲是封闭的。 传统的数控系统的各个模块功能固定，各厂商的软硬件互不兼容，用户无法对系统进行重新定义和 扩展，系统与外部缺乏有效的通信功能，这增加了用户的投资风险和成本。
3.3
CNC装置的插补原理
一、 插补的概念
插补(Interpolation)原理：根据给定进给速度和给定轮廓线形 的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法
插补算法：对应于每种插补方法(原理)的各种算法。
插补功能是轮廓控制系统的本质特征。
一、 插补的概念
插补方法的分类及各自特点： 分类： 脉冲增量插补(行程标量插补) + 数字增量插补(时间标量插补) 脉冲增量插补特点：
刀补缓冲区 运行缓冲区 速 度 预 处 理
位置反馈 位 控 处 理 伺 服 驱 动 PLC控制
程 序 输 入
译 码
刀 补 处 理
插 补 处 理
译码缓冲区
插补缓冲区
CNC装置数据转换流程示意图
一、CNC装置软件的主要任务
R
2、 刀补处理(计算刀具中心轨迹) 根据 G90/G91计算零件轮廓的终点坐标 根据 R 和 G41/42 ，计算本段刀具中心轨 根据本段与前段连接关系，进行段间连 值。
微处 理器 CPU
总
RAM存储器 输入/输出 I/O接口 位置控制器 MDI/CRT
线
可编程控制 通信接口
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
2、多微处理器系统: 整个CNC装置中有两个或两个以上CPU
整个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
5
X
二、逐点比较法
推广：对不同象限的直线插补，由于其终点坐标和加工坐标均取绝对值，偏差函数F计算与第
一象限相同。只是坐标进给方向视具体象限而定。
Fm<0,+Δ y
Fm<0,+Δ y Fm≥0,+Δ x Fm≥0,+Δ x Fm<0,-Δ y
Fm≥0,-Δ x Fm≥0,-Δ x Fm<0,-Δ y
二、逐点比较法
2.逐点比较法加工圆弧的原理（ Ⅰ象限圆心过原点的逆圆为例）
机械数控技术
第三章 计算机数控系统
3.1 概 述
3.1 概 述
计算机数控（Computerized numerical control）简称CNC，是采用计算机控制机床的 加工，实现数字控制功能的系统。
CNC系统本质上是以各执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控
制系统。
3.1 概 述
三、CNC装置的功能
（一） 基本功能
1. 控制功能 —— CNC能控制和能联动控制的进给轴数。 2. 准备功能（G功能） —— 指令机床动作方式的功能。 3. 插补功能 ——数控系统实现零件轮廓加工轨迹运算的功能。 4. 进给功能 —— 进给速度的控制功能。
5. 主轴功能
—— 数控系统的主轴的控制功能。
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
如FANUC SIEMENS 等多机系统。 特点：“四高”
高速
高精
高效
高 可靠性
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
CNC管理模块 （CPU）
主存储器模块
总
CNC插补模块 （CPU）
每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）
脉冲增量插补的实现方法较简单 插补速度较低、精度较低，适合开环系统 脉冲增量插补常用的算法： 逐点比较法；数字积分法（DDA）
一、 插补的概念
数字增量插补特点及方法 特点： 插补程序以一定的时间间隔定时(插补周期)运行，在每个周期内根据进给速度计算出各
三、CNC装置的功能
（一） 基本功能
6. 辅助功能（M功能） —— 用于指令机床辅助操作的功能。
7. 刀具管理功能
——实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。 8. 字符图形显示功能 9. 自诊断功能
三、CNC装置的功能
(二） 选择功能
1.固定循环功能 —— 是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能。 2.补偿功能 3.人机对话功能 4.通讯功能
二、CNC装置的软件结构
2.中断型结构
0级初始化程序 中断管理系统（硬件 + 软件） …… 级 中 断 服 务 程 序 1
级 中 断 服 务 程 序
中断型软件系统结构图
2
级 中 断 服 务 程 序
3
……
级 中 断 服 务 程 序
7
……
二、CNC装置的软件结构
中断程序的优先级及其功能
优先级 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 主要功能 初始化 CRT显示，ROM奇偶校验 工作方式选择及预处理 PLC控制，M、S、T处理 参数、变量、数据存储器控制 插补运算，位置控制，补偿 监控和急停信号，定时2、3、5 ARS键盘输入及RS232C输入 纸带阅读机 报警 RAM校验，电源断开 中断源 开机后进入 由初始化程序进入 16ms软件定时 16ms软件定时 硬件DMA 8ms软件定时 2ms硬件时钟 硬件随机 硬件随机 串行传送报警 硬件，非屏幕中断
人机控制
设备 层
机
床
口
其他设备
运动控制
显示设备 PMC
机器人 测量机 ...
输入/出设备
接
计算机系统
其他 I/O
图3-1 CNC系统硬件的层次结构
一、CNC装置的组成
软硬件功能界面划分的准则：系统的性能价格比
操作系统
管理软件
控制软件
零 件 程 序 管 理
显 示 处 理
人 机 交 互
输 入 输 出 管 理
机床接口
阅读机 MDI 键盘 存储器
伺 服 接 口
驱 动 系 统
背景程序
实时中断服程序
硬件
图3-16 前后台型软件结构中的信息流
二、CNC装置的软件结构
入口
背景程序结构
系统初始化
键盘
工作 方式选择 自动 单段
手动
键盘服务程序
加工服务程序
手动操作服务程序
工作方式 键盘 手动 单段
自动
功 能 说 明 主要完成数据输入和零件加工程序的编辑。 用来处理坐标轴的点动和机床回原点的操作。 单段工作方式是加工工作方式，在加工完成一个程序段后停顿,等待执 行下一步。 自动工作方式也是加工工作方式，在加工一个程序段后不停顿，直到整 个零件程序执行完毕为止。
四、CNC系统的工作过程
信息输入
译码
刀具补偿
加工速度处理
插补
诊断
显示
I/O处理
位置控制
五、CNC装置的单微处理器系统和多单微处理器系统——按硬件含有CPU的多少来划分
EPROM
1. 单微处理器系统 整个 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NC功能。
X
二、逐点比较法
逐点比较法直线插补的计算步骤：
•• •Βιβλιοθήκη 偏差判别坐标进给 偏差计算
Fi≥0， +X向输出一步;
Fi＜0， +Y向输出一步
• 终点判别
判断xi>xe?且yi>ye? 判断n=xe+ye?
二、逐点比较法
逐点比较法直线插补的计算步骤：
开始
初始化(xe,ye,Fo=0,∑=|xe|+|ye|)
△X 3 = X 1 新- X 2 新；
计算速度指令值：
△Y 3 = Y 1 新- Y 2 新；
VX=f（△X3）； VY=f（△Y3）
二、CNC装置的软件结构
1.前后台型结构
后台程序
监控和急停
前台程序
PLC控制
二、CNC装置的软件结构
1.前后台型结构
输入 决策 PLC程序产生 辅助信息 插 补 准 备 插补 程序 产生 轨迹 信息 位 置 控 制 输出
Y
Pe’
G41
Pe（200，300） Pe”
迹的终点（P’e/P〃e）坐标值。
G42
接处理。
P0（72，48）
X
一、CNC装置软件的主要任务
3、 位置控制处理
插补输出 △X1△Y1
指令位置 X1新Y1新 + +
跟随误差 △X3△Y3 f（）
速度指令 VX、VY
+
+ + 反馈位置增量 △X2、△Y2
CNC系统的组成如下图所示：
编程计算机 操作面板 电子手轮 纸带阅读机 程序 输入设备 输出设备 打 印 机 穿 孔 机 电 传 机 显示设备
CNC控制器
计数 算控 机系 硬统 件软 与件 可编程控 制器PLC 主轴控制 单 元 电气控制 单 元 速度控制 单 元 主轴电机 机床电器 进给电机 位置检测
X1旧Y1旧 实际位置 X2新Y2新
X2旧Y2旧
位置控制转换流程
一、CNC装置软件的主要任务
位置控制完成以下几步计算：
计算新的位置指令坐标值：
X1新= X1旧+△X1；Y1新= Y1旧 +△Y1；
计算新的位置实际坐标值： X 2 新 = X 2 旧 + △ X 2 ； Y 2 新= Y 2 旧 + △ Y 2 计算跟随误差(指令位置值— 实际位置值)：
NC功能。 主微处理器结构：系统中只有一个主CPU对系统的资源有控制和使用权.其它带CPU的功能部 件，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的数据。 多微处理器结构：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。 有集中的操作系统，通过仲裁器来解决总线争用问题，通过共公存储器进行交换信息。 分布式结构：系统有两个或两个以上带CPU的功能模块，各模块有自己独立的运行环境。采 用通讯方式交换信息。
六、开放式数控系统
为了改变这种状况，迫切需要能开发一种可以方便扩展、功能柔性并且对用户开放的数控系统，开 放式数控系统便应运而生。 三种不同层次的开放：
CNC系统的开放； 用户操作界面的开放； CNC内核开放。
3.2 计算机数控装置的软件结构
一、CNC装置软件的主要任务
将由零件加工程序表达的加工信息，变换成各进给轴的位移指令、主轴转速指令和辅助动作指令， 控制加工设备的轨迹运动和逻辑动作，加工出符合要求的零件。 1、 CNC装置的数据转换流程
1.逐点比较法加工直线的原理（Ⅰ象限过原点直线为例）
偏差函数:
Fi = Xe · Yi - Ye · Xi
理想轨迹
Y
实际轨迹
(Xe，Ye)
Fi＞0 Fi＝0 Fi＜0
在直线上方，+X向输出一步; 在直线上， +X向输出一步; 在直线下方，+Y向输出一步
Yi Xi
＞ Ye ＝ X e ＜
直线
(Xi，Yi)
图3-1 CNC系统的组成
一、CNC装置的组成
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分 组成的，共同实现各种数控功能。
硬件是基础，软件是灵魂。
一、CNC装置的组成
1、CNC装置的硬件结构
由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。
计 算 机 基 本 系 统 设备 支持层
Ⅰ Ⅱ 硬件 Ⅲ Ⅳ
软件
软件 软件 软件
硬件
硬件
位置检测
硬件 硬件
软件和硬件的功能界面
硬件处理速度快；软件设计灵活
二. CNC装置的特点
具有灵活性和通用性
数控功能丰富
可靠性高、使用维护方便
易于实现机电一体化
三、CNC装置的功能
指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段
基本功能——数控系统基本配置的必备功能。 选择功能——用户可根据实际要求选择的功能。
Y 进给一步+Δ X
F≥0?
N 进给一步+Δ y
F-ye→F
F+xe→F
∑-1→∑ N ∑=0? Y 结束
图 3-22
第一象限逐点比较法直线插补的运算流程
二、逐点比较法
例1 设Ⅰ象限直线段OA，A（5，3），写出插补计算步骤；并绘出插补轨迹。 解：总步数=xe+ye=8
插补轨迹
Y 3
A（5，3）
O
故 障 诊 断 处 理
...
编 译 处 理
刀 具 半 径 补 偿
速 度 处 理
插 补 运 算
位 置 控 制
机 床 输 入 输 出
主 轴 控 制
...
图 3-2 CNC 软件系统功能框图
一、CNC装置的组成
2、CNC装置的软件结构
程 序 输 入 预 处 理 插 补 运 算 位 置 控 制 速 度 控 制 伺 服 电 机
坐标轴在下一插补周期内的位移增量（数字量）。
数字增量插补的实现算法较脉冲增量插补复杂。 主要应用于闭环和半闭环的控制系统。
插补方法： 数字积分法(DDA)、二阶近似DDA插补法、双DDA插补法等。
二、逐点比较法
CNC系统在控制过程中，能逐点地计算和判别运动轨迹与给定轨迹的偏差，并根据偏差
控制进给轴向给定轮廓靠扰，缩小偏差，使加工轮廓逼近给定轮廓。