计算机数控系统概述
计算机数控系统
计算机数控系统计算机数控系统3．1 计算机数控（CNC）系统的基本概念计算机数控（computerized numerical contro，简称CNC）系统是用计算机操纵加工功能，实现数值操纵的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的操纵程序，执行部分或者全部数值操纵功能．由一台计算机完成往常机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时操纵。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置与进给（伺眼）驱动装置构成。
由于使用了CNC装置，使系统具有软件功能，又用PLC取代了传统的机床电器逻辑操纵装置，使系统更小巧，灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维修也方便，同时具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
3．2 微处理器数控（MNC）系统的构成大多数CNC装置现在都使用微处理器构成的计算机装置，故也可称微处理器数控系统（MNC）。
MNC通常由中央处理单元（CPU）与总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴操纵单元、速度进给操纵单元等构成。
图3 .2.1为MNC 的构成原理图。
3.2.1中央处理单元（CPU）与总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、操纵器与内寄存器组构成。
它对系统内的部件及操作进行统一的操纵，按程序中指令的要求进行各类运算，使系统成为一个有机整体。
总线（BUS）是信息与电能公共通路的总称，由物理导线构成。
CPU与存储器、I/O 接口及外设间通过总线联系。
总线按功能分为数据总线（DB）、地址总线（AB）与操纵总线（CB）。
３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件与操纵软件）与零件加工程序等，并将运算的中间结果与处理后的结果（数据）存储起来。
数控系统所用的存储器为半导体存储器。
（２）半导体存储器的分类①随机存取存储器（读写存储器）ＲＡＭ（random access memory）用来存储零件加工程序，或者作为工作单元存放各类输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息与堆栈用等。
数控系统(CNC系统)
参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17e c577.html一、ＣＮＣ系统的基本构成ＣＮＣ系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。
由于采用了计算机，使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现，大大提高了ＣＮＣ系统的性能和可靠性。
ＣＮＣ系统的控制过程是根据输入的信息，进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。
ＣＮＣ系统由硬件和软件组成，软件和硬件各有不同的特点。
软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。
ＣＮＣ的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分的数控功能。
二、ＣＮＣ系统的硬件结构ＣＮＣ系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。
早期的ＣＮＣ系统和现有的一些经济型ＣＮＣ系统采用单微处理器结构。
随着ＣＮＣ系统功能的增加，机床切削速度的提高，单微处理器结构已不能满足要求，因此许多ＣＮＣ系统采用了多微处理器结构，以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展，以及适应计算机网络化及形成ＦＭＳ和ＣＩＭＳ的更高要求，使ＣＮＣ系统向更高层次发展。
１．单微处理器结构图６－３ＣＮＣ系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构，即采用一个微处理器来集中控制，分时处理ＣＮＣ系统的各个任务。
某些ＣＮＣ系统虽然采用了两个以上的微处理器，但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器，它占有总线资源，其他微处理器作为专用的智能部件，不能控制系统总线，也不能访问存储器，是一种主从结构，故也被归入单微处理器结构中。
单微处理器结构的ＣＮＣ系统由计算机部分（ＣＰＵ及存储器）、位置控制部分、数据输入／输出等各种接口及外围设备组成。
ＣＮＣ系统硬件的组成框图可参见图６－３。
（１）计算机部分计算机部分由微处理器ＣＰＵ及存储器（ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）等组成。
微处理器执行系统程序，首先读取加工程序，对加工程序段进行译码、预处理计算等，然后根据处理后得到的指令，对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制；它还将辅助动作指令通过可编程控制器（ＰＬＣ）发给机床，同时接收由ＰＬＣ返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。
计算机数控装置(CNC)
正确操作。
编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模
拟仿真功能。
维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，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。
5. 易于实现机电一体化
数控系统控制柜的体积小（采用计算机，
硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，
7. 刀具功能和第二辅助功能
刀具几何尺寸管理：管理刀具半径和长度，供刀具 补偿功能使用；
刀具寿命管理：管理时间寿命，当刀具寿命到期 时，CNC系统将提示更换刀具；
刀具类型管理：用于标识刀库中的刀具和自动选择
加工刀具。
8. 补偿功能
刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的 程序控制刀具中心轨迹的功能。 传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补
㈡单微处理器CNC装置的结构特点
特点 • 一个微处理器完成所有 的功能； • 采用总线结构； • 结构简单，易于实现； • 功能受限制。
多微处理器
多微处理器结构 多微处理器结构是指在系统中有两个或两个以上 的微处理器能控制系统总线、或主存储器进行工 作的系统结构。目前大多数CNC系统均采用多微 处理器结构。 紧耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的处 理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的 操作系统，共享资源。 松耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的功 能模块之间采用松耦合（具有相对独立性或相关 性弱），有多重操作系统有效地实现并行处理。
CNC装置的优点
1. 具有灵活性和通用性
CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用
模块化的结构，对设计和开发者而言，系统功能 的修改、扩充变得较为灵活。
有关数控系统的一些基本概念
2023-11-06CATALOGUE目录•数控系统概述•数控系统的组成•数控系统的基本原理•数控系统的分类•数控系统的发展趋势和挑战•数控系统的应用实例01数控系统概述数控系统是一种采用数字控制方法的计算机控制系统。
它通过接收输入的程序信息，对信息进行计算、比较、处理等操作，控制各种机械运动，实现自动化加工。
数控系统主要由输入、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、伺服驱动装置、检测装置等组成。
数控系统的定义数控系统的特点数控系统具有高精度的控制能力，能够实现精确的加工和测量。
高精度高效性灵活性可靠性数控系统能够实现自动化加工，提高生产效率，降低人工成本。
数控系统具有多种控制模式和编程语言，可以根据不同的加工需求进行定制和调整。
数控系统具有稳定的性能和可靠性，能够保证长时间连续工作的稳定性和安全性。
数控系统的应用范围数控系统广泛应用于机床、刀具、夹具等制造设备的控制，能够实现高效、高精度的加工和测量。
机械制造业数控系统用于半导体制造、电子组装等领域的控制和监测，能够实现精密的加工和检测。
电子制造业数控系统用于飞机、火箭等航空器的制造和维修，能够实现高精度、高效率的加工和检测。
航空航天业数控系统还广泛应用于汽车制造、医疗器械、食品加工等领域，能够实现自动化、智能化的生产和加工。
其他领域02数控系统的组成数控装置是数控系统的核心，也称为CNC装置或NC装置。
它由计算机、输入/输出设备、可编程控制器等组成，负责处理各种加工数据，如零件的几何尺寸、工艺参数、加工轨迹等，并将其转化为控制机床运动的指令。
数控装置一般采用高性能的微处理器和计算机硬件，具备强大的计算和控制能力，能够实现高精度、高效率的加工控制。
数控装置伺服系统是数控系统的重要组成部分，负责将数控装置的电信号转换为机床的运动。
它由伺服驱动器、伺服电机和反馈装置组成。
伺服驱动器根据数控装置发出的指令，驱动伺服电机转动，实现机床的移动和转动。
反馈装置将机床的实际运动状态反馈给数控装置，形成闭环控制系统。
(高职)天津中德职院：数控加工技术第三章 计算机数控系统
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第二节、MNC系统的构成
一、概念: 采用微处理器构成的数控装置称为MNC 二、组成: 中央单元(CPU) 总线BUS 存储器(RAM, ROM) I/O接口电路 PLC 主轴单元 速度控制单元等
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三、各部分介绍:
1 CPU; BUS CPU: 由运算器、控制器、内部寄存器构成 衡量CPU的两个因素: 1） 位数 2）速度 作用:对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程序 中指令的要求进行各种运算,使系统成为一个有机整体. BUS: 总线,信息公共通路的总称 物理导线分为: 地址总线(DB) 数据总线(AB) 控制总线(CB)
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3 I/O 接口电路:
功能: 外设不能直接与存储器进行通讯,需要通过CPU对 I/O接口的读写操作来完成外设与存储器之间的信 息交换 （1）系统的I/O接口：系统的接口常采用串行接口,其 定义: 通讯的发送方和接受方之间的数据信息的传 输是在单根线上完成的.每次以一个二进制“0”“1” 为最小单位进行传输. 优点:价格便宜,简化通讯设备,可通过电话线进行长距离 传输 缺点:传输速度慢. 协议:为保证数据传输正确,通讯双方遵循某种约定的规 程(异步通讯规程) 以一帧作为一个数据传输单位
一、分类：
1、按微处理器分类； 单微处理器：只有一个CPU、采用集中控制分时方法处理数控的各 个任务。 缺点：① 不易进行功能的扩展和提高。 ② 处理速度低、数控功能差。 多CPU： 单CPU的弥补： 增加浮点协处理器、8086+8087 硬件分担插补 采用全智能化的CRT、PLC部件。 。两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。 。模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。 。特点：1、性能价格比高 2、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性 3、硬件易于组织规模生产。 4、可靠性高。 返回目录 退出 上一页 下一页
计算机数控系统概念
计算机数控系统概念
一、概念
计算机数控系统简写为CNC（Computer Numerical Control）。
它是一种将数字或符号指令输送到机床来控制加工制造过程的自动化系统。
CNC系统主要作用是控制机床沿X、Y、Z等轴线运动，对工件进行加工，以达到所需形状尺寸和表面质量。
二、历史
数控技术起源于20世纪50年代，最初的数控机床使用的是齿轮和凸轮控制系统。
1960年代之后，随着微处理器和半导体技术的发展，数控机床的控制系统逐渐演变为以计算机为核心的数字控制系统。
三、组成
CNC系统主要由以下组成部分构成：
1.数控装置：包括数控主机、输入设备和行程控制板等。
2.执行机构：包括伺服电机、传动装置、机床工作台和工具刀具等。
3.感应器：包括接触式和非接触式两种，用于检测工件和机床的位置等信息。
4.辅助设备：包括冷却液系统、工件夹紧系统、刀库系统等。
四、应用
CNC系统广泛应用于机械加工、轻工制造、航空航天、汽车制造、电子制造等领域。
它的出现使得工件加工精度和效率得到了极大提
升，对于促进制造业的发展起到了重要作用。
数控技术第4章计算机数控系统(1)
位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。
准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率
主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程
基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。
CNC工作原理
CNC工作原理标题：CNC工作原理引言概述：计算机数控（CNC）是一种自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。
CNC工作原理是通过计算机控制机床进行加工，实现精准、高效的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理的五个部分。
一、数控系统1.1 控制器：CNC系统的核心部分，用于接收计算机发送的指令并控制机床运动。
1.2 编程软件：用于编写加工程序，将加工要求转化为机床可执行的指令。
1.3 人机界面：提供操作界面，方便操作人员进行程序输入、修改和监控。
二、传感器系统2.1 位置传感器：用于检测机床各轴的位置，保证加工精度。
2.2 速度传感器：监测机床各轴的运动速度，保证加工效率。
2.3 压力传感器：监测加工过程中的切削压力，保证加工质量。
三、执行系统3.1 伺服电机：用于驱动机床各轴的运动，实现高精度的定位和运动控制。
3.2 滚珠丝杠：将电机转动运动转化为直线运动，提高机床的定位精度。
3.3 刀具系统：根据加工要求选择合适的刀具，实现不同形状的加工。
四、加工过程4.1 加工参数设置：根据加工要求设置加工速度、刀具转速、进给速度等参数。
4.2 程序加载：将编写好的加工程序加载到CNC系统中。
4.3 自动加工：启动CNC系统，机床按照程序指令自动进行加工，实现高效、精准的加工过程。
五、监控与调整5.1 实时监控：通过人机界面监控机床运行状态，及时发现问题。
5.2 参数调整：根据监控结果调整加工参数，保证加工质量。
5.3 故障诊断：分析机床运行过程中出现的故障原因，及时排除故障，保证生产顺利进行。
结论：CNC工作原理涉及多个方面，包括数控系统、传感器系统、执行系统、加工过程以及监控与调整。
了解CNC工作原理有助于提高生产效率、加工精度，推动工业自动化发展。
希望本文的介绍能够帮助读者更深入了解CNC技术。
CNC数控系统介绍
CNC数控系统介绍
我们大家传统理解的数控也就是CNC（Computerized Numerical Control）计算机数字控制系统。
CNC（数控系统）：现代数控系统是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存放在存储器里系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为计算机数控，简称CNC系统。
一般理解就是数控机床啊，加工中心啊，其实很多领域都已经包含数控技术，例如雕刻、纺织、冶金、航空航天等等。
几乎只要使用计算机（含嵌入式计算机）系统进行工艺控制就应该算是数控技术。
运动控制就不就是依靠数控来实现的吗？
工控呢？除了数控外，还有电力电子、总线通讯、机械传动、软件组态、仪器仪表等等，只能说工控接触的东西能多些，其实即使搞工控也只能涉及工控行业的某一个分项。
而且数控在工控行业的重要性和地位都是举足轻重的。
什么是数控系统
什么是数控系统
数控系统是数字掌握系统简称，英文名称为NumericalControlSystem，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（HardNC），1970年月以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
计算机数控（Computerizednumericalcontrol,简称CNC）系统是用计算机掌握加工功能，实现数值掌握的系统。
CNC系统依据计算机存储器中存储的掌握程序，执行部分或全部数值掌握功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC 装置）、可编程规律掌握器（plc）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。
由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器规律掌握装置，使系统更小巧，其敏捷性、通用性、牢靠性更好，易于实现简单的数控功能，使用、维护也便利，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
1。
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理总结
速度处理要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标 的 分速度。 开环系统:通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。
速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。 半闭环和闭环系统:采用数据采样方法进行插补加工，速度
计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮 廓步长。
可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出 故障后，通过系统重组仍可断继续工作。
12
2.2 CNC装置的硬件结构
结构形式：可分：分布式、主从式、总线式。
分布式：各CPU独立、完整，通过外部通信链路连接起来，
数据交换和资源共享通过网络技术实现。
主从式：主控CPU、从控CPU，主控CPU才能控制和访问总
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理
本章主要内容
第一节 概述 第二节 CNC装置的硬件结构 第三节 CNC装置的软件结构
第四节 可编程控制器（PLC）
第五节 典型的CNC系统简介
2
2.1概述
1. CNC系统?
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、速 度
（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运 动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控 制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。 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。
两个以上任务处理。
♦ 并行处理的实现方式： ☆ 资源分时共享（单CPU）
☆ 资源重叠流水处理（多CPU）
34
Have a Rest!
2.3 CNC系统的软件
资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）
♦ 在单CPU结构的CNC系统中，可采用 “资源分时共
计算机数控系统之CNC系统
计算机数控系统之CNC系统1. 什么是CNC系统？CNC系统是计算机数控系统的简称，全称是Computer Numerical Control System，在机械加工领域中被广泛应用。
它是一种通过计算机控制机床进行加工操作的技术系统。
CNC系统基于计算机软件和硬件的配合，能够实现对机床的自动化控制。
通过输入加工图纸和参数，CNC系统能够自动计算出机床的动作轨迹，并控制机床按照要求进行加工操作，取代了传统的手工操作，大大提高了加工的精度和效率。
2. CNC系统的主要组成部分CNC系统一般由以下几个主要组成部分组成：数控设备是CNC系统的核心部分，它包括数控机床、数字伺服系统、编码器等硬件设备。
数控机床是根据加工需求来选择的，常见的数控机床包括铣床、车床、钻床等。
2.2 控制设备控制设备由计算机和控制软件组成，用于生成和执行加工程序。
计算机负责接收操作人员输入的加工图纸和参数，通过控制软件生成相应的加工程序，并将程序传输给数控设备执行。
2.3 输入设备输入设备用于向CNC系统输入加工图纸和参数。
常见的输入设备有键盘、鼠标、数控编程器等。
输出设备用于显示和打印加工结果、报表和日志等。
常见的输出设备有显示器、打印机等。
3. CNC系统的工作原理CNC系统的工作原理可以概括为以下几个步骤：3.1 加工图纸的输入操作人员使用输入设备将加工图纸和参数输入CNC系统。
加工图纸一般采用CAD/CAM软件进行设计和编制。
3.2 加工程序的生成CNC系统根据输入的加工图纸和参数，通过控制软件生成相应的加工程序。
加工程序包括切削路径、切削速度、进给速度等信息。
3.3 加工程序的传输CNC系统将生成的加工程序传输给数控设备。
传输方式可以是通过网络、U盘或其他存储介质进行传输。
3.4 加工操作的执行数控设备接收到加工程序后，根据程序指令控制机床进行加工操作。
机床的移动、进给、切削等动作均由数控设备进行控制。
3.5 加工结果的显示和输出CNC系统将加工结果通过输出设备显示或打印出来，供操作人员进行检查和记录。
第二章计算机数控系统
单机或主从结构模块的功能
模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干具有独立功 能的单元模块,并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的 要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即 可组成一个完整的控制系统的方法。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图2-4。 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化。 1、计算机主板和系统总线(母板) 2、显示模块(显示卡) 3、 输入/输出模块(多功能卡) 4、电子盘(存储模块) 5、设备辅助控制接口模块 6、位置控制模块 7、功能接口模块
首先要将被加工零件图的几何信息和工艺信息 数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用 代码按规定的规则和格式编成加工程序，数控 系统则按照程序的要求，进行相应的运算、处 理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以 及辅助动作相互协调运动，实现刀具与工件的 相对运动，自动完成零件的加工。 1.逼近处理 2.插补运算 3.指令输出
2．点位运动与移动功能(G功能 )
准备功能（G功能）
—— 指令机床动作方式的功能。
如：基本移动、程序暂停、平面选择、坐
标设定、刀具补偿、基准点返回和固定 循环等。
3．插补功能
插补功能
—— 插补功能是数控系统实现零件轮廓 (平面或空间)加工轨迹运算的功能。 精插补和粗插补；硬件插补和软件插补
DNC接口，可实现直接数控，
MAP(制造自动化协议)模块，
网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的
要求。
13．程序编制功能
手工编程 背景（后台）编程 自动编程
计算机数控系统
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3.1数控系统及其组成
（2）刀库是加工中心机床的关键部件之一，在加工中心机床中 用来储存和运送刀具，它的结构形式很多，主要有盘式和链 式两种结构形式，盘式刀库存储容量较小（30把刀以下）， 链式刀库存储容量较大。
（3）机械手是加工中心换刀机构的核心部件。换刀时机械手在 机床主轴（或刀架）与刀库之问，执行新旧刀具交换的任务， 在一个换刀程序中要完成抓刀、拔刀、交换（新旧刀对调） 装刀，复位等动作。
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3.2 数控系统的类型
3．高档型数控系统 指加工复杂形状工件的多轴控制数控机床，且其工序集中、
自动化程度高、功能强、具有高度柔性。 采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多
采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应 该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制，最小进给分辨率为 0.1s，最大快速移动速度能达到100m／min或更高，具 有三维动画图形功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰 富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系 统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工 艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现计算机的 联网和通信。
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3.2 数控系统的类型
一．按被控机床运动轨迹分类
1．点位控制数控系统 2．直线控制数控系统 3．轮廓控制数控系统 这类数控系统能够同时对两个或两个以上运动坐标的位移及
第五章 计算机数控系统
第五章 计算机数控系统
在CNC装置的软件中，主要采用“资源分时共享”和“时 间重叠的流水处理”方法。
1）资源分时共享并行处理方法
初始 化
诊断
显示
I/O 处理
插补 准备
输入
插补
中
断
优
先
位控
级
键盘
图5-9 CPU分时共享的并行处理
第五章 计算机数控系统
2）时间重叠流水并行处理方法
当CNC装置在自动加工工作方式时，其数据的转换过程将 由零件程序输入、插补准备、插补、位置控制四个子过程组 成。如果每个子过程的处理时间分别为Δt1、Δt2、Δt3、 Δt4，则一个零件程序段的数据转换时间将是 t=Δt1+Δt2+Δt3+Δt4。如果以顺序方式处理每个零件的 程序段，则第一个零件程序段处理完以后再处理第二个程序 段，依次类推。图5-10 a）表示了这种顺序处理时的时间空 间关系。从图中可以看出，两个程序段的输出之间将有一个 时间为t的间隔。这种时间间隔反映在电动机上就是电动机的 时停时转，反映在刀具上就是刀具的时走时停，这种情况在 加工工艺上是不允许的。
分体式结构通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一个 部件，而把功能模块组成的电路板安装在一个机箱内，两者 之间用导线或光纤连接。
CNC操作面板在机床上的安装形式有吊挂式、床头式、控 制柜式、控制台式等多种。
第五章 计算机数控系统
2、从组成CNC系统的电路板的结构看，有大板式结构和模 块化结构。
插补运算
主轴电动机 和电气控制
位置控制 输出
伺服驱动 进给电动机
坐标及刀补 处 理 F指 令 速度处理
坐标轴运动 与位置检测
第五章 计算机数控系统
浅谈计算机数控系统
通 用性 ： Ｃ Ｃ 系 统 中 ， 件 系 统采 用 模 块 结 构 ， 靠 软 件 变 化 在 Ｎ 硬 依
这 里 指 的 是 为 实 现 Ｃ Ｃ 系统 各 项 功能 所 编制 的专 用 软 件 ， 即存 Ｎ
别 加 以介 绍 ６１ 输 入 ．
储 器 中的 控 制程 序 去 执 行 数 控装 置 的一 部 分 或 全 部 功 能 ， 计 算 机 之 ６ ＣＮＣ 系统 的 控 制 软 件及 其工 作 过 程 在 外 的唯 一装 置是 接 口。目前 在 计算 机 数 控 系 统 中 所 用 的计 算 机 已不 再
２１ ００年
第 １ 期 ９
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
ＯＩ 论坛 ０ Ｙ
科技信息
浅谈计算机数控 系统
伊延 吉 ｆ 长春 工程 学院工 程训练 中心 吉林
【 摘
长春
１０ １ ３ ０ ２）
要Ｊ 计算机数控 系统是集高、 、 精 尖技术于一体， 集机 、 光 、 电、 液于一身的高技术产物。 具有加 工精度 高、 加工质 量稳定可靠、 生产效 率
一
执 行 部 分 或 全 部 数 控 功 能 。依 照 Ｅ Ａ所 属 的 数控 标 准 化 委 员 会 的定 Ｉ 任 务 并 行 处 理 和 多 重 实时 中断 。 义 ，ＮＣ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 Ｃ
Ｃ Ｃ系 统 是 一 个 专 用 的实 时多 任 务 计 算 机 系统 ， 它 的 控 制 软 件 Ｎ 在 中融 合 了 当今 计 算 机 软件 技 术 中 的许 多 先 进 技 术 ， 中 最 突 出 的是 多 其
CNC机床的工作原理
CNC机床的工作原理CNC机床是一种通过计算机数控系统控制工具在工件上进行加工的机床。
CNC指的是“计算机数控”，其工作原理基于计算机程序和精密传动系统。
本文将详细介绍CNC机床的工作原理，并按照以下几个方面进行分点阐述。
1. 计算机数控系统：- CNC机床通过计算机数控系统来控制操作工具的动作和位置。
- 计算机数控系统包括硬件和软件两个部分。
- 硬件部分主要包括控制器、伺服驱动器、感应器和执行器等设备。
- 软件部分包括操作界面、编程软件和运动控制软件等。
2. 编程：- CNC机床的工作是通过事先编制好的程序来控制。
- 编程可以使用G代码和M代码编写，其中G代码表示工具的运动轨迹，M 代码表示机床的控制指令。
- 编程人员可以使用CAD/CAM软件来进行编程，也可以手动编写程序。
3. 运动系统：- CNC机床的运动系统通常由伺服电机和传动装置组成。
- 伺服电机可以通过数控系统精确地控制运动的速度和位置。
- 传动装置可以将电机的旋转运动转化为线性运动，常见的传动方式有丝杠传动、滚珠丝杠传动和直线导轨传动等。
4. 传感器：- CNC机床上配备了多种传感器，用于感知工具和工件的状态。
- 常见的传感器包括位置传感器、力传感器、速度传感器和温度传感器等。
- 这些传感器可以实时监测工具和工件的位置、压力、速度和温度等参数。
5. 控制器：- 控制器是CNC机床的核心部件，负责控制整个加工过程。
- 控制器接收编程人员编写的程序，并将其转化为电信号发送给伺服电机和执行器。
- 控制器还可以处理传感器的反馈信号，并进行实时的调整和控制。
6. 加工过程：- CNC机床的加工过程通常分为几个步骤，包括装夹工件、定位工件、选择刀具、选择加工参数等。
- CNC机床可以完成多种加工操作，包括铣削、钻孔、切割、磨削等。
- 在加工过程中，数控系统根据编程人员设定的程序，精确控制工具在工件上的运动轨迹和加工深度。
7. 优势和应用：- CNC机床由于其高精度、高效率和灵活性等特点，被广泛应用于各种制造行业。
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。
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五、CNC的特点
1．具有比NC更高的柔性 2．具有良好的通用性 3．数控功能不断增强和扩展 4．可靠性越来越高 5．方便了系统的维修和使用 6．易于实现机电一体化
10．字符和图形显示功能
人机对话功能 在CNC装置中这类功能有： 菜单结构操作界面；
零件加工程序的编辑环境；
系统和机床参数、状态、故障信息的显示、 查询或修改画面等。
11．自诊断功能
自诊断功能 —— CNC自动实现故障预报和故障定位 的功能。 开机自诊断； 在线自诊断； 离线自诊断； 远程通讯诊断。
硬件是基础，软件是灵魂。
CNC装置的组成
数控加工程序
CNC系统平台
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备接Fra bibliotek口机床 机器人
测量机
......
CNC装置的组成
该平台有以下两方面的含义：
提供CNC系统基本配置的必备功能； 在平台上可以根据用户的要求进行
功能设计和开发。
CNC的硬件系统组成框图
5．进给功能 (F功能 )
进给功能 —— 进给速度的控制功能。 进给速度—— 控制刀具相对工件的运动速度，单位 为mm/min。
同步进给速度—— 实现切削速度和进给速度的同步， 单位为 mm/r。
快速进给速度—— 一般为进给速度的最高速度，它 通过参数设定，用G00指令执行快速。
进给倍率（进给修调率）——人工实时修调预先给定 的进给速度。
2．译码 3．刀具补偿
6．位置处理 7．Ｉ/Ｏ处理 8．显示
4．对进给速度进行处理 5．插补
9．诊断
四、CNC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——数控系统基本配置的功 能，即必备功能；
选择功能——用户可根据实际要求选 择的功能。
12．输入、输出和通信功能
通讯功能 —— CNC与外界进行信息和数据交换的功能。 RS232C接口，可传送零件加工程序， DNC接口，可实现直接数控， MAP(制造自动化协议)模块， 网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的 要求。
13．程序编制功能
手工编程 背景（后台）编程 自动编程
ROM
RAM
IN接口
OUT接口
CPU
总线
阅读机 接口
MDI/CRT 接口
位置 控制
其它 接口
CNC的软件系统组成框图
系统软件
管理软件
程 序
显
诊
输
入
输 出
示
断
控制软件
刀速插位译 具度补置 补控运控 偿制算制码
三、CNC的工作过程
CNC单元
工作过程就是指在硬件的支持下，软件完成控制功能的过 程。
包括： 1．加工程序的输入
—— 指令机床动作方式的功能。 如：基本移动、程序暂停、平面选择、坐
标设定、刀具补偿、基准点返回和固定 循环等。
3．插补功能
插补功能
—— 插补功能是数控系统实现零件 轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功 能。
4．固定循环加工功能
固定循环功能
—— 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。
二、CNC的组成
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）、 速度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部 件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运 动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机 控制系统。
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。它们二者是相 互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持下， 由软件来实现部分或大部分数控功能。
CNC数控机床的组成框图
加工程序
C N
可编程 控制器
主轴驱 动装置
机
C
输入/输出 设备
装 置
进给驱 动装置
床
CNC数控机床的组成
计算机数控系统
机床I/O 电路和装置
操作面板 PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床 主进辅 运 动给 传 动助 控 制 机机机 构构构
6．主轴的转速功能
主轴功能 —— 数控系统的主轴的控制功能。
主轴转速——主轴转速的控制功能，单位为r/min。 恒线速度控制——刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。 主轴定向控制——主轴周向定位于特定位置控制的功能。 C轴控制——主轴周向任意位置控制的功能。 主轴修调率——人工实时修调预先设定的主轴转速。
8．辅助功能(M功能 )
辅助功能（M功能） —— 用于指令机床辅助操作的功 能。 如：主轴起停、主轴转向、切削 液的开关或刀库的起停等。
9．补偿功能
补偿功能 刀具半径和长度补偿功能： 实现按零件轮廓编制的 程序控制刀具中心轨迹的功能。 传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补 偿功能。 非线性误差补偿功能：对诸如热变形、静态弹性变 形、空间误差以及由刀具磨损所引起的加工误差等， 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。
1．对轴数的控制功能
控制功能 —— CNC能控制和能联动控制的进给轴 数。 CNC的进给轴分类： 移动轴（X、Y、Z）和回转轴（A、B、 C）； 基本轴和附加轴（U、V、W）。 联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂， 编程也越困难。
2．点位运动与移动功能(G功能 )
准备功能（G功能）
章计算机数控系统
节概述 节CNC的结构 节CNC的信息处理过程 节PLC与数控机床的辅助功能 节FANUC数控系统 节开放式CNC 思考题
第一节 概 述
一、CNC数控机床 CNC是数控机床的核心。 CNC数控机床由以下几部分组成：加工
程序、输入/输出设备、CNC装置、可编 程控制器（PLC）、主轴驱动装置、进 给驱动装置和机床。
7．刀具功能及工作台分度功能
刀具管理功能 ——实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。 刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功 能使用； 刀具寿命是指时间寿命，当刀具寿命到期时， CNC系统将提示用户更换刀具； CNC系统都具有刀具号（T）管理功能，用于标 识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。