.常用数控系统的结构及工作原理
数控机床各组成部分结构及控制原理
1．插补周期的选择
T的选择非常重要 基本思想：采用时间分割的思想，根据编程给定的进 给速度F将轮廓曲线分割为相等的插补周期T的进给段， 即轮廓步长ΔL，ΔL＝F.T
2．插补运算时间
T必须大于插补运算时间和CPU执行其他实时任务所 需的时间之和
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3．位置反馈采样周期
插补运算结果是供位置采样周期使用的各坐标轴的 位置增量值，因此，采样周期TF通常＝T，或者T 是TF的整数倍。T=8ms ，TF＝4ms
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2．4 数控机床的进给伺服系统
伺服系统的特点
1. 伺服系统的运动来源于偏差信号 偏差：指令信号与反馈信号的比较
2. 伺服系统必须有负反馈回路 3. 伺服系统始终处于过渡过程状态 4. 伺服系统必须具有力（力矩）放大作用
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伺服系统的基本要求
位移精度要高 定位精度高 稳定性好 动态响应快 调速范围宽 低速大转矩
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
6
3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
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❖ 4. 举例
❖ 若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。按逐点 比较法进行插补计算，并作出插补轨迹图。
1. 调速范围宽而有良好的稳定性，低速 时要求速度平稳；
2. 负载特性硬，即使在低速时，有足够 的
负载能力，反应速度快； 3. 可频繁地起、停、换向等。
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2．4．2 开环进给伺服系统
一、工作原理： ❖ 组成部分：驱动控制环节、执行元件 ❖ 驱动控制环节的任务：是将指令脉冲
转化为执行元件所需的信号 ❖ 步进电机的任务：是将（处理过的指
数控系统的组成及工作原理
数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交、直流主轴电动机、伺 服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进 给变速及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮。轴承和轴类零件数量大为 减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给丝杠。
4、高传动效率和无间隙传动装置
数控机床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进 给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵 敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械装 置主要有3种：滚珠丝杠副、静压蜗杆——蜗母条机构和预加载荷双齿轮－ 齿条。
机床基础部件又叫机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作 台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件 上，或者工作时在它的导轨上运动。
数控机床机械结构的主要特点
1、高刚度和高抗振性
机床刚度时机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。 提高数控机床结构刚度的措施 1）提高机床构件的静刚度和固有频率 改善薄弱环节的结构或布局，以 减少所承受的弯曲载荷和转矩负载。 2）改善机床结构的阻尼特性 3）用新材料和钢板焊接结构 2、减少机床的热变形的影响 3、驱动系统机械结构简化
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。 数控装置每发出一个脉冲，反映到机床坐标轴上的位移量，通常称为脉冲当量
3、效率指标 1）最高主轴转速和最大加速度
2）最大快移速度 4、可靠性指标
1）平均无故障工作时间 2）平均修复时间 3）固有可用度
二、数控机床的功能 1、控制功能
2、插补功能 3、准备功能 4、进给功能
数控机床的工作原理
数控机床加工工件，首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化，用 规定的代码格式编写加工程序，并储存到程序载体，然后用相应的输入装置 将所编的程序指令输入到CNC单元，CNC单元将程序译码、运算之后，向机 床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件， 并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的工件
数控机床各个组成部分的工作原理及结构
数控机床各个组成部分的工作原理及结构第一节输入装置输入装置是整个数控系统的初始工作机构,它将准确可靠的接收信息介质上所记录的“工程语言"、运算及操作指令等原始数据，转为数控装置能处理的信息，并同时输送给数控装置。
输入信息的方式分手动输入和自动输入。
手动输入简单、方便但输入速度慢容易出错。
现代数控机床普遍采用自动输入,其输入形式有光电阅读机、磁带阅读机及磁盘驱动器以及无带自动输入方式.其它输入方式：1。
无带自动输入方式在高档数控机床上，设置有自动编程系统和动态模拟显示器(CRT).将这些设备通过计算机接口与机床的数控系统相连接，自动编程所编制的加工程序即可直接在机床上调用,无需经制控制介质后再另行输入。
2。
触针接触式阅读机输入方式又称为程控机头或电报机头,结构简单，阅读速度较慢,但输入可靠、价格低廉故在部分线切割机床加工中仍在用。
3。
磁带、磁盘输入方式磁带输入方式进行信息输入，其信息介质为“录音"磁带,只不过录制的不是声音，而是各种数据。
加工程序等数据信息一方面由微机内的磁盘驱动器“写入”磁盘上进行储存，另外也由磁盘驱动器进行阅读并通过微机接口输入到机床数控装置中去。
第二节数控装置数控装置是数控机床的核心,数控机床几乎所有的控制功能（进给坐标位置与速度，主轴、刀具、冷却及机床强电等多种辅助功能）都由它控制实现。
因此数控装置的发展，在很大程度上代表了数控机床的发展方向。
数控装置的作用是接收加工程序等送来的各种信息，并经处理分配后，向驱动机构发出执行的命令,在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后,发出新的命令。
一、数控装置的组成1、数字控制的信息1)几何信息——是指通过被加工零件的图样所获得的几何轮廓的信息。
这些信息由数控装置处理后，变为控制各进给轴的指令脉冲,最终形成刀具的移动轨迹。
几何信息的指令，由准备功能G具体规定。
2）工艺信息———通过工艺处理后所获得的各种信息。
数控机床的结构组成及原理
数控机床的结构组成及原理数控机床是一种通过计算机控制的机床，可以实现多种复杂的加工操作。
它的结构组成及原理可以大致分为机床主体部分、控制系统部分和辅助装置部分。
一、机床主体部分1.床身：床身是整个数控机床的基础部分，承载整个机床的各个部件和装置，同时具有足够的刚性和稳定性。
床身通常由大型整体铸件制成，常见的有平面床、斜床和立式床等。
床身上设有导轨、滑块和滚珠丝杠等装置，用于支撑和导向主轴箱、工作台等。
2.主轴箱：主轴箱是数控机床的重要部件之一，通常由主轴、主轴动力装置、主轴箱座、电动机及其驱动装置等组成。
主轴箱用来传递动力，使主轴旋转，是实现机床加工功能的关键部分。
3.工作台：工作台是数控机床上用于夹持工件的装置，它可以沿各个方向进行移动和转动。
工作台通常由工作台体、刀架座、刀具变位装置等组成。
工作台的移动和转动由驱动装置控制，实现对工件的定位和加工。
二、控制系统部分1.数控装置：数控装置是整个机床的控制中心，由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括主机、输入输出设备、接口电路等，软件部分是指数控机床的控制程序。
数控装置能够根据加工要求，自动生成加工程序，并控制机床的各个动作。
2.伺服系统：伺服系统是数控机床的动力系统，主要由伺服电机、传动机构和测量装置等组成。
伺服电机通过控制系统接收指令，根据要求实现各个轴向的运动。
传动机构将电机运动传递到工作台或刀架等部位，测量装置用于检测轴向运动的位置和速度。
三、辅助装置部分1.刀具变位装置：刀具变位装置是数控机床上用来实现刀具的换刀和夹紧的装置。
它能够实现快速的刀具换向和自动夹紧，提高机床的加工效率。
2.冷却液供给装置：冷却液供给装置是用于给切削过程提供冷却润滑的装置，它能够保持刀具的正常工作温度，延长刀具的使用寿命，并提高加工质量。
3.操作平台：操作平台是供操作人员进行操作和监控的地方，它通常设有显示屏、键盘、手柄等操作设备，用于输入指令、调整参数以及监控加工过程。
数控系统的结构和工作原理
伺服放大器，则再从COP10A 到 COP10B。 FANUC 0iC I/O：I/O Link NC上的口为JD1A， 接I/O单元上JD1B，如再有一个I/O单元，从上一
单元JD1A接至下一个单元JD1B。CB104— CB107为4根扁平电缆,每根50芯,通向机床面板和
机床
FSSB和I/O Link体现 FANUC 公司硬件结构思想, 主运动信息和辅助运动信息分离
四、SIEMENS（西门子）802D系统结构
一、数控系统主要部件
数控控制器 伺服（主轴）放大器、电机（反馈） I/O装置 机床
二、数控机床装配过程
1、机床厂选型购置 2、电器、机械连接 3、PLC编程（辅助功能） 4、参数确定（主运动） 5、联调
三、FANUC 0iC 系统的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FSSB 主运动信息
I/O Link 辅助运动信息
数控机床的原理及组成结构
数控机床的原理及组成结构
数控机床又称为数控加工中心，是一种利用计算机控制的机床。
它通过预先输入的指令，实现对工件的自动加工，具有高精度、高稳定性和高效率的特点。
数控机床的原理主要包括三个方面：数控系统、伺服系统和执行系统。
1. 数控系统：数控系统负责接收输入的工艺程序，对指令进行解析和处理，并发送控制信号给伺服系统和执行系统。
数控系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括主控板、接口板、数控终端等，软件包括操作系统、数控编程软件等。
2. 伺服系统：伺服系统负责将数控系统发送的控制信号转换为电信号，通过电机驱动系统，控制工件在加工过程中的运动。
伺服系统由伺服电机、伺服控制器和传感器等部件组成，它可以实现对工件运动的精确控制。
3. 执行系统：执行系统是指实际进行加工的部分，包括机床本体、刀具系统和夹具系统等。
它根据数控系统发送的指令，控制切削工具在工件上进行切削、铣削、镗削等操作。
执行系统的结构包括主轴、进给系统、工作台、刀库等。
总的来说，数控机床的组成结构主要包括数控系统、伺服系统和执行系统三个方面，它们相互配合，实现对工件的自动加工。
简述数控机床的工作原理
简述数控机床的工作原理数控机床是一种高精度、高效率、高自动化程度的机床，其工作原理是将数字信号转换为机床运动指令，通过控制系统控制各个执行机构实现工件的加工。
本文将从数控机床的基本结构、控制系统、加工过程等方面简述其工作原理。
一、数控机床的基本结构数控机床主要由机床主体、数控装置、执行机构、测量系统和辅助装置等组成。
其中，机床主体是指数控机床的机械部分，包括床身、主轴、进给机构等；数控装置是指数控机床的控制部分，包括控制器、输入设备、输出设备等；执行机构是指数控机床的动力部分，包括主轴驱动、进给驱动等；测量系统是指数控机床的检测部分，包括测量传感器、编码器等；辅助装置是指数控机床的辅助部分，包括冷却液系统、废屑输送系统等。
二、数控机床的控制系统数控机床的控制系统是指数控装置及其控制算法。
数控装置按照功能可分为系统控制器、数据输入设备、数据输出设备和辅助设备。
系统控制器是数控机床的核心部分，它负责将输入设备输入的数字信号转换成机床运动指令，并通过输出设备将指令传递给执行机构，从而实现工件的加工。
系统控制器的控制算法包括插补算法、轨迹控制算法、路径规划算法和运动控制算法等。
插补算法是将输入的数字信号转换为机床运动指令的核心算法，它通过对数字信号进行插补计算，生成机床的运动轨迹。
轨迹控制算法是指控制机床主轴的运动，它通过控制主轴马达的转速和转向实现工件的旋转加工。
路径规划算法是指规划机床加工路径的算法，它通过对工件的几何形状和加工要求进行分析，生成最优的加工路径。
运动控制算法是指控制机床进给运动的算法，它通过控制进给马达的转速和转向实现工件的直线运动。
三、数控机床的加工过程数控机床的加工过程包括工件的设计、程序的编写、加工的准备和加工的执行等步骤。
其中，工件的设计是指根据加工要求和工件的几何形状，设计出工件的CAD模型。
程序的编写是指将CAD模型转换成数字信号，用于控制数控机床进行加工。
加工的准备是指根据程序要求，调整数控机床的各项参数，使其符合加工要求。
数控 系统基本原理与结构
（4）正是由于只有一个微处理机集中控制，其功能将受微处理机字长、数据 宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。
多微处理机（紧耦合、松耦合）的结构特点：
1）性能价格比高。
2）采用模块化结构具有良好的适应性和扩展性。
3）可靠性高。
4）硬件易于组织规模生产。
多微处理机CNC装置的典型结构
输出至机床的
控制信号图2-18 双端口存储器结构框图
CRT （CPU2）
插补 （CPU3）
轴控制 （CPU4）
图2-19 多微处理机共享存储器结构框图
2.3.2 PC-based数控系统的硬件构成
1. PC-based数控系统的体系结构主要有以下3种形式 （1）专用数控加PC前端的复合式结构
串口
并口
模块 （CPU）
系统总线
操作面板 显示模块
CNC插补 模块
（CPU）
PC功能 模块
（CPU）
位置控制 模块
（CPU）
主轴控制 模块
图2-17 多微处理机共享总线结构框图
1）共享存储器结构
中断 控制
仲裁逻 辑控制
端口1 RAM
地址和数据多 路转换器
从机床来的 控制信号
I/O(CPU1) 共享存储器
端口2
第二章 数控系统基本原理与结构
2.3 计算机数控系统硬件结构
2.3.1 CNC系统的定义与结构
CNC系统: 是用一个存储程序的计算机，按照存储在 计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置 的一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接 口。
CNC控制器
指令 输入
计算机 (CNC软件)
硬件电路 (CNC硬件)
数控机床的组成与基本工作原理
1．2 数控机床的组成及基本工作原理一、数控机床组成数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。
1、程序的存储介质，又称程序载体1)穿孔纸带（过时、淘汰）；2)盒式磁带（过时、淘汰）；3)软盘、磁盘、U盘；4)通信。
2、输人/输出装置1)对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）；2)对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）；3)对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；4)现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)；5)DNC网络通讯、RS232串口通讯。
3、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。
其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。
准备功能：G00,G01,G02,G03,辅助功能：M03，M04刀具、进给速度、主轴：T，F，S4、伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。
每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。
如三轴联动的机床就有三套驱动系统。
脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。
常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。
5、位置反馈系统（检测反馈系统）伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。
包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。
（作业：让同学们网上查找反馈元件，下节课用5分钟自述所查容）反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。
数控系统的组成及工作原理
3．刀具半径补偿原理（2）： ．刀具半径补偿原理（ ）：
X ′ = X + ∆X Y ′ = Y + ∆Y Y ∆X = R ⋅ sin α = R X 2 +Y 2 X ∆Y = − R ⋅ cos α = − R X 2 +Y2 Y X′= X +R X 2 +Y 2 X Y ′ = Y − R X 2 +Y 2
上面讨论的是单段轮廓的刀补情况，通常工件轮 廓由多段曲线组成，如直线与直线、直线与圆弧、 圆弧与圆弧、圆弧与直线等，这就存在一个轮廓 交接处如何过渡的问题。C刀具补偿能自动地处 理两段程序之间的刀具中心轨迹的转接，编程人 员完全按工件轮廓编程。
刀具补偿原理（ ） ４．C刀具补偿原理（2） 刀具补偿原理
图例给出了左刀补和右刀补时轮廓过渡处的处理 情形。从图可以看出：轮廓过渡时，为了避免过 切或间断，需要采用缩短、延长或插入的方式。
C刀具补偿原理图（1） 刀具补偿原理图（ ） 刀具补偿原理图
C刀具补偿原理图（2） 刀具补偿原理图（ ） 刀具补偿原理图
刀具补偿原理（ ） ４．C刀具补偿原理（3） 刀具补偿原理
速度控制程序：根据给定的速度值控制插补运算的 频率，保证预定的进给速度。并能根据反馈值的正 与负自动地调节速度的大小。 管理程序：负责对数据输入、数据处理、插补运算 等各种程序进行调度管理；对诸如面板命令、时钟 信号、故障信号等引起的中断进行处理；子程序的 调用；共享资源的分时享用等。 诊断程序：通过识别程序中的一些标志符来判断故 障的类型和所在地。
数控机床与使用维修
第二讲 数控系统的组成及工作原理
山西工程职业技术学 院机械系 姚瑞敏
本讲主要内容
数控机床的基本组成与工作原理
数控车床的基本组成和工作原理一、任务描述了解CAK40100VL 的基本组成和工作原理二、任务准备(一）、安全文明生产（播放插件）（二）、机床结构和工作原理1、 机床结构数控机床一般由输入输出设备、CNC 装置（或称CNC 单元)、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。
如下图是数控机床的组成框图.⑴、机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化,这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
⑵、CNC 单元CNC 单元是数控机床的核心，CNC 单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC 电 气 回 路辅 助 装 置 PLC 主轴伺服单元 操 作 面 板 主轴驱动装置 进给驱动装置 测量反馈装置进给伺服单元 输入/输出设 备 计算机 数 控装 置 机床本体单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。
⑶输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。
在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作,现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入.输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。
⑷伺服单元伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
数控机床的工作原理及基本结构
数控机床的工作原理及基本结构数控机床是一种通过数字控制系统实现自动化加工的机床。
其工作原理是通过将加工程序编码为数字信号，由数控系统控制机床进行加工操作。
数控机床的基本结构主要包括数控装置、执行机构和传动机构。
数控装置是数控机床的控制核心，其功能是编程、存储、计算和控制。
编程是将加工过程描述为特定格式的程序代码，存储是将程序代码保存在数控装置中，计算是根据程序代码进行数学运算，控制是通过输出控制信号控制机床执行具体操作。
数控装置通常由数控主轴驱动器、数控伺服驱动器和数控系统组成。
执行机构是数控机床进行加工操作的部分，包括主轴、工作台和刀架。
主轴是主要进行切削加工的部分，可以通过数控主轴驱动器控制主轴转速和进给速度。
工作台是用于装夹和固定工件的部分，可以通过数控伺服驱动器控制工作台的运动。
刀架是用于刀具固定和切削动作的部分，可以通过数控伺服驱动器控制刀架的运动。
传动机构是传递数补百控机床各部分运动的机构，包括伺服驱动系统、传感器、传动装置和工具切换系统。
伺服驱动系统通过输入旋转或直线运动的指令，控制执行机构的运动。
传感器用于测量机床各部分的运动状态，如位置、转速和力等。
传动装置用于传递数控装置的输出信号，驱动执行机构进行运动。
工具切换系统用于更换不同形状或尺寸的切削工具，以适应不同加工需求。
1.编写加工程序：根据零件的尺寸、形状和加工要求，使用专门的编程语言编写加工程序，描述整个加工过程和刀具路径。
2.存储和计算：将编写好的加工程序输入数控装置中，通过数控系统进行存储和计算。
数控系统根据加工程序进行数学运算，计算出每个工序的切削速度、进给速度、切削深度等参数。
3.执行加工操作：数控系统将计算出的加工参数转换为控制信号，发送给数控装置中的伺服驱动器和主轴驱动器。
伺服驱动器通过控制执行机构的运动，使机床的主轴和工作台按照预定程序进行切削和定位。
4.监控和调整：在加工过程中，数控系统通过传感器和编码器实时监测机床的运动状态和切削力。
简述数控机床的基本构造及工作原理
简述数控机床的基本构造及工作原理数控机床是一种通过计算机控制的自动化加工设备，它可以根据预先设定的程序和指令，实现对工件的精确加工和加工过程的自动控制。
数控机床的基本构造包括机床主体、数控系统、执行机构和工作台等部分，其工作原理是通过数控系统将加工程序转化为机床运动的控制指令，再通过执行机构将指令转化为相应的运动，并最终实现对工件的加工。
一、机床主体机床主体是数控机床的基础部分，它通常由立柱、工作台、床身、主轴箱等组成。
立柱起支撑作用，工作台用于固定和夹持工件，床身用于支撑和固定各个部件，主轴箱用于安装主轴和主轴驱动装置等。
机床主体的稳定性和刚性对加工精度和效率有重要影响。
二、数控系统数控系统是数控机床的核心部分，它负责解释和执行加工程序，并将控制指令发送给执行机构。
数控系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等，软件则包括操作系统、数控编程软件和数控驱动软件等。
数控系统可以实现多种功能，如自动换刀、自动测量和自动修正等，大大提高了加工效率和精度。
三、执行机构执行机构是将数控系统发送的控制指令转化为机床运动的装置。
常见的执行机构包括伺服电机、液压驱动装置和气动装置等。
伺服电机通常用于实现机床的主轴、进给轴和辅助轴等的运动控制，液压驱动装置和气动装置则用于实现机床的夹紧、换刀和辅助功能等。
四、工作台工作台是数控机床用于夹持和固定工件的部分，通常包括工作台座、工作台面和工件夹具等。
工作台座用于支撑和固定工作台面，工作台面则用于放置和夹持工件，工件夹具则用于固定工件在加工过程中的位置和方向。
工作台的结构和性能直接影响到加工精度和稳定性。
数控机床的工作原理是将加工程序转化为机床运动的控制指令，并通过执行机构实现对工件的加工。
具体来说，首先需要编写加工程序，包括工件的几何形状、加工路径、切削参数等。
然后将加工程序输入数控系统，并进行编译和解释。
数控系统将加工程序解释为一系列的控制指令，如进给速度、主轴转速、刀具补偿等。
数控机床的基本组成与工作原理
数控机床的基本组成与工作原理数控机床是一种通过计算机控制的自动化机械设备，它在现代制造业中起着至关重要的作用。
本文将介绍数控机床的基本组成和工作原理。
一、数控机床的基本组成1. 主机部分：数控机床的主机部分由机床本体、主轴和伺服系统组成。
机床本体是数控机床的主体结构，包括床身、工作台、滑枕等。
主轴是机床用来转动刀具或工件的主要部件。
伺服系统则负责控制主轴和工作台的运动。
2. 数控系统：数控机床的核心部分是数控系统，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括数控装置、输入输出设备和传感器等，而软件则是指数控程序和数控编程软件。
数控系统负责接收和处理指令，控制机床的运动。
3. 刀具系统：数控机床的刀具系统包括刀具、刀柄和刀库等。
刀具是用来加工工件的工具，刀柄则负责固定刀具。
刀库是用来存放刀具的地方，可以根据需要自动更换刀具。
4. 辅助设备：数控机床还需要一些辅助设备来完成加工任务。
常见的辅助设备有冷却液系统、夹具和自动送料装置等。
冷却液系统用来冷却刀具和工件，夹具用来固定工件，而自动送料装置则负责将工件送入机床。
二、数控机床的工作原理数控机床的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 编写数控程序：操作人员首先需要编写数控程序，该程序包含了加工工件所需的各种指令和参数。
数控程序可以通过专门的数控编程软件编写，然后通过输入设备输入到数控系统中。
2. 加工准备：在开始加工之前，操作人员需要进行加工准备工作。
这包括选择合适的刀具和夹具，调整机床的工作台和主轴位置，以及设置好冷却液系统和自动送料装置等。
3. 启动数控系统：当加工准备完成后，操作人员可以启动数控系统。
数控系统将根据编写的数控程序，控制机床的运动。
它会发送指令给伺服系统，控制主轴和工作台的运动，同时监测加工过程中的各种参数。
4. 加工工件：一旦数控系统启动，机床就会开始自动加工工件。
数控系统会根据编写的数控程序，控制刀具的进给速度、切削深度和切削速度等。
典型数控系统的结构
典型数控系统的结构数控系统是一种精密的自动化控制系统，常用于机床加工中。
典型的数控系统由以下几个组成局部构成：1. 输入设备输入设备是数控系统的接口，负责将操作员输入的指令传递给数控系统进行处理。
常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏等。
通过输入设备，操作员可以输入加工工艺参数、指令代码等信息。
2. 主机控制器主机控制器是数控系统的核心局部，主要负责解析操作员输入的指令，并将其转化为机床可以执行的控制信号。
主机控制器通常由一台工业级计算机构成，搭载了专门的数控系统软件。
主机控制器通过与输入设备、执行设备的通信，实现对机床各轴的控制。
在控制信号输出之前，主机控制器还会对输入的指令进行加工优化，以提高加工效率和精度。
3. 伺服系统伺服系统是数控系统中的一个重要局部，它负责将主机控制器输出的控制信号转化为机床各轴的运动。
伺服系统通常由伺服电机、编码器、控制器等组成。
伺服电机是驱动机床实现运动的关键设备，它可以精确控制机床轴的位置、速度和加速度。
编码器那么用来反响轴的实际位置和速度信息给控制器，以便调整控制信号，实现精密的运动控制。
运动系统是机床中的关键局部，它负责实际的加工运动。
运动系统通常由多个轴组成，每个轴都有相应的伺服电机和传动装置来实现运动。
在数控系统中，常见的轴包括进给轴和主轴。
进给轴负责工件的相对移动，而主轴那么负责工具的转动。
运动系统通过与伺服系统的配合，实现高精度、高速度的加工运动。
5. 显示与通信设备为了方便操作员的监控与调整，数控系统通常还配备了显示与通信设备。
显示设备可以显示当前的加工状态、报警信息等；通信设备那么可以与外部设备进行数据交换，如计算机网络、U盘等。
辅助系统是数控系统中的一局部，用于支持机床加工过程中的其他功能。
常见的辅助系统有冷却系统、润滑系统等。
冷却系统用于冷却切削工具和加工区域，以防止温度过高导致工具损坏或零件变形；润滑系统用于给机床各部件提供充分的润滑，以确保机床正常运转。
数控机床结构与运作原理
数控机床结构与运作原理数控机床是一种基于程序控制的自动化机械设备，其通过计算机和相关硬件实现对机床的精确控制。
数控机床在现代制造业中起着至关重要的作用，它能够提高生产效率、减少人为操作错误，并具备更高的加工精度和重复性。
本文将介绍数控机床的结构和运作原理。
一、数控机床结构数控机床的结构主要分为四个部分：机床本体、数控系统、传动系统和辅助系统。
1. 机床本体：机床本体是数控机床的核心部分，它由床身、主轴、滑架和工作台等组成。
床身是机床的基础结构，用于支撑整个机床。
主轴是机床上用来驱动刀具进行加工的部件，通过主轴可以控制刀具的旋转速度和方向。
滑架则用于控制刀具的进给运动，通过滑架可以控制工件在加工过程中的位置和形状。
工作台则是用来支撑工件的平台，通过控制工作台的移动来实现工件在加工过程中的位置调整。
2. 数控系统：数控系统是实现对数控机床进行程序控制的核心部件，它由硬件和软件组成。
硬件包括数控装置、电气元件、传感器等，用于实时监测和控制机床的运行状态。
软件则是数控系统的控制指令和运行程序，通过程序编辑和输入，可以实现对机床各个运动轴的精确控制。
3. 传动系统：传动系统是将输入的电能转化为机械能，实现机床各个部件的运动控制。
传动系统包括电机、传动装置和传感器等。
电机是传动系统的动力来源，通过电能的转换实现机床各个部件的转动和移动。
传动装置则是用来传递电机的动力和转矩，常见的传动方式包括螺杆传动、齿轮传动和皮带传动等。
传感器用于检测机床各个部件的运动状态，实现对机床运行的监测和控制。
4. 辅助系统：辅助系统包括冷却系统、润滑系统和除尘系统等，用于保护机床并提供适宜的工作环境。
冷却系统用于降低机床在加工过程中产生的热量，确保机床长时间稳定运行。
润滑系统则用于对机床各个运动部件进行润滑，减少摩擦和磨损，提高机床的使用寿命。
除尘系统则用于清除机床加工过程中产生的废气和气溶胶，保护操作人员的健康。
二、数控机床运作原理数控机床的运作原理主要包括以下几个方面：工件坐标系、机床坐标系、插补控制和回路控制。
数控系统组成及工作过程
数控系统组成及工作过程数控系统是数控机床的核心部件，它负责控制机床的运动以实现加工零件的任务。
一个数控系统通常由硬件部分和软件部分组成。
下面将详细介绍数控系统的组成和工作过程。
数控系统的组成：1.计算机：数控系统通常有一台或多台计算机，用于执行数控程序，实时计算运动轨迹，并控制机床的运动。
计算机通常由控制器、界面电路和输入输出设备组成。
2.控制器：控制器是数控系统的核心部件，它负责接收计算机发送的指令，并将其转换为机床可执行的控制信号。
控制器通常包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
3.输入输出设备：数控系统的输入设备通常有键盘、鼠标、手柄等，用于操作员输入相关指令。
输出设备通常有显示屏、打印机等，用于显示和输出相关信息。
4.位置传感器：位置传感器用于测量机床各个轴的位置，常见的位置传感器有光栅尺、编码器等。
5.电机：电机负责驱动机床的各个轴运动，常见的电机有步进电机、伺服电机等。
6.执行机构：执行机构是机床上的各个部件，如刀具、夹具等，它们与电机通过传动装置相连，实现机床的各种运动。
7.通信线缆：通信线缆用于连接各个部件，传输信息和信号。
数控系统的工作过程：1.准备工作：操作员通过输入设备输入相关指令，包括程序的加载、坐标系的选择、工件的夹持方式等。
2.程序解释与分析：控制器接收到指令后，将其解释为机床可执行的指令序列，并分析指令的意义和顺序。
3.运动轨迹计算：控制器根据指令序列和机床的位置传感器信息，计算出每个轴的运动轨迹和速度，以实现加工路径的控制。
4.控制信号生成：控制器将计算出的运动轨迹转换为控制信号，通过输出接口发送给电机和执行机构。
5.机床运动控制：电机接收到控制信号后，根据要求进行相应的运动，驱动执行机构完成加工动作。
6.位置反馈与调整：机床的位置传感器实时反馈机床轴的位置信息给控制器，控制器根据反馈信息对机床的位置进行调整，确保加工精度和稳定性。
7.状态监测与报警：数控系统会监测机床和系统的工作状态，一旦出现异常，会及时报警并采取相应措施。
数控系统的构成、工作原理和功能
数控系统的构成、工作原理和功能一、数控装置数控（NC）装置是数控装备的控制核心，通常由一台专用计算机和输入输出设备构成，如下图所示。
▲数控（NC）装置的组成1、信息信息、程序可以通过键盘人工编程输入，也可以在专门的编程系统中完成程序编制，将信息、程序存储在移动硬盘、光盘、U盘上输入数控系统，在通信控制的数控机床上，程序还可以由计算机接口传送。
2、专用计算机它由信息输入装置、运算器、控制器和输出装置组成。
专用计算机对信息进行处理，如计算各执行元件的移动量，另外通过固定、内置的逻辑单元操作程序控制动作信息（如：电动机开停、电动机正反转、刀具更换、检测等）。
3、伺服系统伺服系统控制驱动装备的执行元件，实现伺服电动机的起动、回转、编码检测、反馈、控制回转位置、减速、停止等。
通过上述组成部分可以看出，数控装置的工作过程是：将信息、程序通过专用计算机的输入装置，由控制器中的译码器对输入的信息进行识别，将识别结果向专用计算机的输出装置发出控制信号，执行规定的操作；最后由输出装置实现对伺服系统的数据输出，以实现对伺服系统的控制。
数控装置根据输入的指令进行译码、处理、计算和控制实现数控功能。
该类装置是20世纪50～70年代随着计算机技术发展而产生的一种控制技术。
从本质上讲，数控装置所具有的功能都是采用专用的硬件电路来实现的，因此也称为硬件数控装置。
从现代计算机技术和装备技术要求的角度来讲，这种专用数控装置结构复杂，功能扩展困难并受到一定限制，适应性及灵活性差，设计、制造周期长，制造成本高，稳定可靠性较差。
现代数控装置已发展成为计算机数控装置，也称为软件数控装置。
二、计算机数控系统以小型通用计算机或微型计算机的系统控制程序来实现部分或全部数控功能，简称为计算机数控（CNC）。
CNC系统是现代的主流数字控制系统。
用CNC系统控制的数控机床，简称CNC机床。
1、CNC装置的组成CNC装置由硬件和软件两大部分组成。
（1）硬件由CPU、存储器、总线、输入/输出接口、MDI/CRT接口、位置控制、通信接口等组成。
数控设备的结构特点与工作原理
数控设备的结构特点与工作原理数控设备的基本结构通常由机床主体、数控装置和伺服系统三部分组成。
但对较多的数控设备，在结构上已普遍将其数控装置与伺服系统（执行电机除外）进行了一体化设计，该部分称为机床数控系统。
所以，数控设备的基本结构也可归纳为：主要由机床主体和数控系统两大部分组成。
数控设备的构成：一、数控设备的结构特点数控设备属于高精度、高效率、高自动化程度和高柔性的工作母机，它具有以下的结构特点。
1．高刚度数控设备常需要在高速、重载、强力切削条件下正常工作，故要求机床的各主要机械部件（如床身、工作台、刀架等）具有很高的刚度，工作中应无变形或振动，以保证切削加工过程能平稳地进行。
2．高柔性数控设备的高柔性，是指数控设备灵活与可变的特性。
它所具有的柔性是数控设备同其他组合机床、仿形机床及自动化专用机床的显著区别之一。
当数控设备的加工对象改变时，只需要改变加工程序和重新调整刀具，就能自动完成工件的加工，而不必对机床（含靠模板等附件）进行特殊调整。
这样，不仅能满足多品种零件的加工要求，还缩短了生产准备周期，对品种频繁改型及科研、新品试制具有突出的优越性。
3．高灵敏度因数控设备是在自动状态下工作的，要求机床的运动精度较高，对需要进行相对运动的机构均应减小摩擦力，且在低速位移时无爬行现象。
在机床结构上，通常采用滚动摩擦取代滑动摩擦（如采用滚动导轨、滚珠丝杠等）或减小运动副的摩擦系数（如采用静压导轨、静压轴承及贴塑导轨等），以适应数控设备的高灵敏度要求。
4．热变形小机床相对运动的构件在高频率的位移及换向过程中，容易产生热量，导致其构件产生热变形，从而影响到构件的运动精度。
因此，要求各构件的发热量要最少，即要求构件（材料）的热变形系数尽量小，降热条件尽量好，如高速运转的主轴通常采用恒温冷却装置等。
5．高抗振性数控设备运动构件产生的振动（特别是切削时产生的谐振），不仅影响到机床的灵敏度，还将影响到加工工件的宏观几何精度以及工件表面的质量（表面粗糙度）。
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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
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。
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）。
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
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
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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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。
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
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。
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
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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
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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
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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。
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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），驱成。
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