.常用数控系统的结构及工作原理
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2.1.3 数控系统的组成 数控系统以微型计算机（CPU、存储器等） 为核心，由决定位置的机构（伺服机构），人 机对话装置（按压按钮键盘，显示装置等）， 可编程序逻辑控制器（PLC）以及动力控制装 置等构成。如图2-1所示说明了数控系统的组 成。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
根据驱动用电机的回转角进行位置反馈。 3）开环控制方式
使用步进电机驱动工作台的移动，并且无位 置反馈。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理 数控机床多采用价格便宜、位置精
度较好的半闭环控制方式。在需要高精 度的加工时，通常采用全闭环控制方式。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2 定位原点 数控机床是以机床原点为基准来确定
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PLC处于CNC和MT之间，对NC和MT侧的输 入、输出信号进行处理，主要执行M、S、T功 能。
M：辅助功能。如主轴的正、反转和停止、主 轴齿轮箱的换档变速、切削液的开关、卡盘的 夹紧、松开等。
S：主轴转速控制。 T：刀具功能。表示要求的刀具号和刀具补偿
号。可以管理刀库、自动更换刀具，包括选刀 方式、刀具累计使用的次数、刀具的剩余寿命 和刀具刃磨次数等。
动作坐标系的。机床原点是由机床生产厂 在机床上设定的一个固定点。因为机床原 点在电源切断的情况下，原点位置的记忆 会消失。所以，在电源接通时，必须找出 机床原点（即进行回机床参考点的操作）。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2.1.2 数控装置的功能 NC是Numerical Control（数字控制）的缩
略语，在JIS中被定义为“在NC机床中，将工 具对工件的位置用对应的数字信息进行指令控 制。”
自从世界上第一台数控机床在美国麻省理 工学院问世以来，控制元件相继由真空管、晶 体管、集成电路，直至现在的大规模、超大规 模集成电路，进一步缩小了数控装置的体积， 降低了成本，同时也提高了它的可靠性。此外， 驱动电机也由电气油压式步进电机改为直流伺 服电机，现在正在进一步向交流电机发展。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
1 伺服集成模块的位置决定方式 伺服集成模块由机械系统（工作台、滚珠
丝杠等），驱动用的电机（直流电机，交流电 机），传感检测器（回转角检测器）等构成。
普及型数控系统的产品有：北京机床研究所的 1060型CNC系统；无锡雷特数控公司的8MC/8TC CNC系统；北京凯恩帝数控公司KND-500系列；北京 航天数控集团则最新推出了CASNUC-901，902系列 等。
经济型数控系统的产品有：南京大方股份有限公 司的JWK系列。南京江南机床数控工程公司（大地） 的JN系列，上海开通数控公司的KT-300系列等。
数控机床 故障诊断与维修
机械工程与自动化学院 机械工程系 马维金 2010.9
Fra Baidu bibliotek
第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2.1 概述 2.1.1 国内外主要生产厂家的产品 随着计算机技术及电子技术的迅速发展， 机械加工行业中数控机床的应用已相当普及。 机床上常用的数控系统有日本FANUC公司的 0M、15M、16M、18M，MITSUBISHI公司生 产的M50、M300、M520，SIEMENS公司生 产的3、8、810、820、850、840等。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
国内生产高档数控系统的主要厂家有：珠峰数控 公司的CME988（中华Ⅰ型）系列，北京航天数控集 团的CASNUC911MC（航天Ⅰ型），华中科技大学的 HNCI（华中Ⅰ型）及中科院沈阳计算所的LT8520/30 （兰天Ⅰ型）等。
路
机
速度检 速度反馈 测元件
闭环控制系统框图
工作台 位置检 测元件
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输入 数控 装置
控制 电路
伺服 电机
速度反馈 速度检测元件
位置反馈
转角检测元件
半闭环控制系统框图
工作台
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
1）闭环控制方式 将被控对象的位置反馈量与控制量（指令值）
进行比较，用差值进行控制，直到差值等于零为 止。 2）半闭环控制方式
伺服控制。 另一部分是对数控机床加工过程的顺序
控制（PLC控制）。即对机床的主轴、 刀具和各种开关信号进行控制（如主轴 的正、反转、启动和停止、刀具交换、 工件夹紧和、工作台交换以及切削液的 开关和润滑系统的起动等。）
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理 通常，数控装置内装有PLC（可编
程序逻辑控制器）。PLC具有控制机床 与信号交换的能力。早期的PLC主要用 于代替继电器实现逻辑控制。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
数控装置的功能是：能将记录在专 用纸带上的加工程序（数字信息）读出 来，存储和进行必要的运算，并能将位 置信息和速度信息送至伺服放大器，控 制伺服电机驱动机床上的刀具及工作台 协调地进行相对运动，加工出所需要的 零件。
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目前数控机床的控制可分为两大部分： 一部分是对坐标轴方向的进给进行位置
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
在单微处理机结构中，只有一个微处理机，实 行集中控制，并分时处理数控的各个任务。
在多微处理机组成的CNC装置中，可以根据具 体情况合理划分其功能模块，一般来说，基本 由CNC管理模块、CNC插补模块、位置控制模 块、PC模块、操作和控制数据输入输出和显示 模块、存储器模块这6种功能模块组成，若需 要扩充功能，再增加相应的模块。这些模块之 间互连与通信是在机柜内耦合，典型的有共享 总线和共享存储器两类结构。
伺服系统的典型结构为三环结构：位置环、 速度环和电流环。位置调节器的输出是速度调 节器的输入；速度调节器的输出是电流调节器 的输入，电流调节器的输出直接控制功率驱动 器PWM。
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（1）开环控制数控机床
输入 数控 装置
控制 电路
步进 电机
减速器
工作台
开环控制系统框图
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输入 数控装 置
位置反馈
控制电 伺服电
第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2.1.3 数控系统的组成 数控系统以微型计算机（CPU、存储器等） 为核心，由决定位置的机构（伺服机构），人 机对话装置（按压按钮键盘，显示装置等）， 可编程序逻辑控制器（PLC）以及动力控制装 置等构成。如图2-1所示说明了数控系统的组 成。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
根据驱动用电机的回转角进行位置反馈。 3）开环控制方式
使用步进电机驱动工作台的移动，并且无位 置反馈。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理 数控机床多采用价格便宜、位置精
度较好的半闭环控制方式。在需要高精 度的加工时，通常采用全闭环控制方式。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2 定位原点 数控机床是以机床原点为基准来确定
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PLC处于CNC和MT之间，对NC和MT侧的输 入、输出信号进行处理，主要执行M、S、T功 能。
M：辅助功能。如主轴的正、反转和停止、主 轴齿轮箱的换档变速、切削液的开关、卡盘的 夹紧、松开等。
S：主轴转速控制。 T：刀具功能。表示要求的刀具号和刀具补偿
号。可以管理刀库、自动更换刀具，包括选刀 方式、刀具累计使用的次数、刀具的剩余寿命 和刀具刃磨次数等。
动作坐标系的。机床原点是由机床生产厂 在机床上设定的一个固定点。因为机床原 点在电源切断的情况下，原点位置的记忆 会消失。所以，在电源接通时，必须找出 机床原点（即进行回机床参考点的操作）。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2.1.2 数控装置的功能 NC是Numerical Control（数字控制）的缩
略语，在JIS中被定义为“在NC机床中，将工 具对工件的位置用对应的数字信息进行指令控 制。”
自从世界上第一台数控机床在美国麻省理 工学院问世以来，控制元件相继由真空管、晶 体管、集成电路，直至现在的大规模、超大规 模集成电路，进一步缩小了数控装置的体积， 降低了成本，同时也提高了它的可靠性。此外， 驱动电机也由电气油压式步进电机改为直流伺 服电机，现在正在进一步向交流电机发展。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
1 伺服集成模块的位置决定方式 伺服集成模块由机械系统（工作台、滚珠
丝杠等），驱动用的电机（直流电机，交流电 机），传感检测器（回转角检测器）等构成。
普及型数控系统的产品有：北京机床研究所的 1060型CNC系统；无锡雷特数控公司的8MC/8TC CNC系统；北京凯恩帝数控公司KND-500系列；北京 航天数控集团则最新推出了CASNUC-901，902系列 等。
经济型数控系统的产品有：南京大方股份有限公 司的JWK系列。南京江南机床数控工程公司（大地） 的JN系列，上海开通数控公司的KT-300系列等。
数控机床 故障诊断与维修
机械工程与自动化学院 机械工程系 马维金 2010.9
Fra Baidu bibliotek
第2章 常用数控系统的结构及工作原理
2.1 概述 2.1.1 国内外主要生产厂家的产品 随着计算机技术及电子技术的迅速发展， 机械加工行业中数控机床的应用已相当普及。 机床上常用的数控系统有日本FANUC公司的 0M、15M、16M、18M，MITSUBISHI公司生 产的M50、M300、M520，SIEMENS公司生 产的3、8、810、820、850、840等。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
国内生产高档数控系统的主要厂家有：珠峰数控 公司的CME988（中华Ⅰ型）系列，北京航天数控集 团的CASNUC911MC（航天Ⅰ型），华中科技大学的 HNCI（华中Ⅰ型）及中科院沈阳计算所的LT8520/30 （兰天Ⅰ型）等。
路
机
速度检 速度反馈 测元件
闭环控制系统框图
工作台 位置检 测元件
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输入 数控 装置
控制 电路
伺服 电机
速度反馈 速度检测元件
位置反馈
转角检测元件
半闭环控制系统框图
工作台
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
1）闭环控制方式 将被控对象的位置反馈量与控制量（指令值）
进行比较，用差值进行控制，直到差值等于零为 止。 2）半闭环控制方式
伺服控制。 另一部分是对数控机床加工过程的顺序
控制（PLC控制）。即对机床的主轴、 刀具和各种开关信号进行控制（如主轴 的正、反转、启动和停止、刀具交换、 工件夹紧和、工作台交换以及切削液的 开关和润滑系统的起动等。）
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理 通常，数控装置内装有PLC（可编
程序逻辑控制器）。PLC具有控制机床 与信号交换的能力。早期的PLC主要用 于代替继电器实现逻辑控制。
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
数控装置的功能是：能将记录在专 用纸带上的加工程序（数字信息）读出 来，存储和进行必要的运算，并能将位 置信息和速度信息送至伺服放大器，控 制伺服电机驱动机床上的刀具及工作台 协调地进行相对运动，加工出所需要的 零件。
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目前数控机床的控制可分为两大部分： 一部分是对坐标轴方向的进给进行位置
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第2章 常用数控系统的结构及工作原理
在单微处理机结构中，只有一个微处理机，实 行集中控制，并分时处理数控的各个任务。
在多微处理机组成的CNC装置中，可以根据具 体情况合理划分其功能模块，一般来说，基本 由CNC管理模块、CNC插补模块、位置控制模 块、PC模块、操作和控制数据输入输出和显示 模块、存储器模块这6种功能模块组成，若需 要扩充功能，再增加相应的模块。这些模块之 间互连与通信是在机柜内耦合，典型的有共享 总线和共享存储器两类结构。
伺服系统的典型结构为三环结构：位置环、 速度环和电流环。位置调节器的输出是速度调 节器的输入；速度调节器的输出是电流调节器 的输入，电流调节器的输出直接控制功率驱动 器PWM。
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（1）开环控制数控机床
输入 数控 装置
控制 电路
步进 电机
减速器
工作台
开环控制系统框图
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输入 数控装 置
位置反馈
控制电 伺服电