数控系统构成与连接概述
计算机数控系统的基本概念与组成
第3章计算机数控系统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）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能．由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺眼）驱动装置组成。
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控制装置，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，并且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）系统的组成大多数CNC装置现在都采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一般由中央处理单元（CPU）和总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴控制单元、速度进给控制单元等组成。
图3 .2.1为MNC 的组成原理图。
3.2.1中央处理单元（CPU）和总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、控制器和内寄存器组组成。
它对系统内的部件及操作进行统一的控制，按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。
总线（BUS）是信息和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）和控制总线（CB）。
３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件和控制软件）和零件加工程序等，并将运算的中间结果和处理后的结果（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，或作为工作单元存放各种输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息以及堆栈用等。
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。
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
1 《数控机床控制技术基础》概述
2、输入/输出 、输入 输出 输出(I/O) 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、反转 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换， 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换，工件夹紧和放松及分度 工作台转位等。 工作台转位等。 第Ⅰ类：与驱动命令有关的连接电路，主要是与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接 电路。 第Ⅱ类：数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电路。 第Ⅰ类和第Ⅱ类接口传送的信息是数控装置与伺服驱动单元、伺服电动机、位置检 测和速度检测之间的控制信息及反馈信息，它们属于数字控制及伺服控制。 第Ⅲ类：电源及保护电路。由数控机床强电线路中的电源控制电路构成。强电线路 由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器、熔断器等连接而成， 以便为辅助交流电动机（如冷却泵电动机、润滑泵电动机等）、电磁铁、离合器、 电磁阀等功率执行元件供电。强电线路不能与低压下工作的控制电路或弱电线路直 接连接，只有通过断路器、中间继电器等器件，转换成直流低电压下工作的触点的 开合动作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反之亦然。 第Ⅳ类：开/关信号和代码信号连接电路。是数控装置与外部传送的输入、输出控 制信号。当数控机床不带PLC时，这些信号直接在数控装置和机床间传送。当数控 装置带有PLC时，这些信号除极少数的高速信号外，均通过PLC传送。
三、数控机床控制系统的构成
数控机床进行加工时， 数控机床进行加工时，首先必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 数控机床有以下优点： （1）数控系统取代了普通机床的手工操纵，具有充分的柔性，只要编制成零件程 序就能加工出零件。 （2）零件加工精度一致性好，避免了普通机床加工时人为因素的影响。 （3）生产周期较短，特别适合小批量、单件的加工。 （4）可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。 （5）易于调整机床，与其他制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调 整时间较少。 数控机床的任务主要有以下方面内容： 1、主轴运动 主轴运动和普通车床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70～80％。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中 心和有些数控车床还必须具有定向控制和C轴控制。
数控系统的基本构成与分类
数控系统的基本构成与分类一、数控系统的基本构成数控系统是由硬件和软件两个部分组成。
硬件部分主要包括机床、数控器、伺服电机、传感器、工具刀具与刀库等；软件部分包括编程软件、数控编程语言、加工参数及伺服调节等方面。
具体来讲，数控机床通常由主轴系统、伺服系统、定位系统、冷却系统、切削力测量系统、部件传动及辅助系统等几个部分构成，其中主轴系统可以控制工件的旋转速度以及方向，伺服系统可以控制机床在XYZ三个方向上的运动，而定位系统则可以让加工过程中的位置精确到微米级别。
数控系统中的数控器是控制整个系统的中枢，其核心部分通常由控制芯片、存储芯片、输入输出模块、运行模式切换模块、数据输入输出模块和通信模块等六大模块构成。
其中控制芯片是负责输入加工参数及加工程序，存储芯片用于存储数控程序和加工参数等，输入输出模块用于数据的输入与输出，而数据输入输出模块则是将加工参数及程序传输到数控器中进行转换，以便让数控机床作出正确的加工运动。
对于重要的加工参数，数控系统中还配备了一些传感器，如电力压力传感器、速度传感器、角度传感器以及温度传感器等。
这些传感器可以监测机床的状态，从而实时反馈给数控器，以保证整个加工过程中的运动精度和安全性。
二、数控系统的分类按照数控编程语言的不同类型，数控系统可以分为以下几大类：1.绝对式数控系统：绝对式数控系统通常使用绝对坐标系来表示机床的位置，程序中运动的起点固定不变，因此非常适合于多品种、小批量生产的加工过程。
与之相对应的是相对式数控系统，相对式数控系统通常使用相对坐标系来表示机床的位置，程序中的起点则可以任意改变。
2.坐标式数控系统：坐标式数控系统是指使用坐标系表示工件加工位置的数控系统，其常用的编程语言为G码，主要适用于平面零件的加工。
3.直线式数控系统：直线式数控系统是指加工路径为直线的高速加工系统，可以实现快速的直线加工，降低了加工时间，提高了加工效率。
4.插补式数控系统：插补式数控系统是指依据给定的坐标指令，进行加工路径和运动轨迹自动插补的加工系统，明显提高了加工精度和效率。
数控系统基本组成课件
求信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能，
该结构称为主从结构，也可归为单机结构。
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多微处理器系统的组成
多微处理器系统的CNC装置中有两个或两个 以上带CPU的功能部件可对系统资源（存储器、 总线）有控制权和使用权。它们又分为多主结 构和分布式结构。多主结构是指带CPU的功能 部件之间采用紧耦合方式联结, 有集中的操作 系统用总线仲裁器解决总线争用通过公共存储 器交换系统信息。
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手摇脉冲发生 器
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⑶通信接口
通常数控系统均具有标准的RS232C串行
通信接口, 因此与外设以及上级计算机连
接很方便。
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⑷进给轴控制接口
实现进给轴的位置控制包括三方面 的内容: 进给速度控制、插补运算和 位置闭环控制。插补方法分为基准脉 冲法与数据采式提供给位置控制单元，这种插 补方法进给速度与控制精度较低，主
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⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补 运算的频率, 以保预定的进给速度。在速度变 化较大时, 需要进行自动加减速控制, 以避免因 速度突变而造成驱动系统失步。
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⑷管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算 等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程 序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中 断进行处理。
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3. 多微处理机CNC装置的典型结构
（1）共享总线结构 （2）共享存储器结构
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数控软件的特点及关键技术
1.多任务与并行处理技术
（1）. 数控装置的多任务性
图4-11 数控装置的任务及分类框图
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这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如: （1） 显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解
2.1数控系统硬件的连接
1
任务引入
2
任务目标
3
任务实施
4
知识内容
5
任务拓展
6
任务巩固
FANUC i系列机箱共有两种形式，一种是内装式，另
一种是分离式。
内装式CNC与LCD的实装
FANUC i系列分离式系统
FANUC 0i-TD系统结构示意图
数控系统主机硬件
发那科0iD 数控系统主机方框图
FANUC 0i系统各板插接位置图
SP
FANUC 0i系统与计算机通信连接图
(1)远程缓冲器接口
远程缓冲器接口及原理图
电缆接线图
(2)与电池单元的连接
与电池单元的连接
二、典型故障——电源不能接通的维修
故障现象：按电源ON按钮后，数控系统不启动，实际上没有 系统电源接入CNC。
FANUC i 系 列仅接受DC 24V电源
结构图
数控机床电气系统装调与维修一体化教程
I/O连接图
4.远程缓冲器接口
远程缓冲器类型印刷电路板
类型
名称
备注
连接槽
包括在多轴卡中，第5和
SUB CPU卡
A
第6轴可作为PMC轴控制。 SUB
控制单元B的远程缓冲器 不能连接第5和第6轴。
B 控制单元A的远程缓冲器 也可用于DNC2接口
扩展接器 JA1和JA2
C 控制单元B的远程缓冲器 也可用于DNC2接口
FANUC 0i系统控制单元
数控机床电气系统装调与维修一体化教程
一、数控系统硬件的连接
基本版
FANUC Oi系统连接
选项版
1.CRT/MDI单元 (1)视频信号接口
图形卡(GR)的接线
西门子数控系统
第一讲西门子数控系统的基本构成一．西门子840D系统的组成SINUMERIK840D是由MMC，数控及驱动单元（CCU或NCU），PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处．l．人机界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示，它由MMC和OP组成．MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC，MCP (Machine Control Panel)三部分．MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU，还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中．1．1．MMC我们最常用的MMC有两种：MMCC100．2和MMC103，其中MMC100．2的CPU为486，不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100．2，而为SINUMERIK840D配MMC103．※PCU(PC UNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块--PCU20、PCU50、PCU70，PCU20对应于MMC100．2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103，可以带硬盘，及MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的．PCU的软件被称作HMI，HMI 有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI．一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式HMI，而PCU50和PCU70则装载高级HMI．1．2．OPOP单元一般包括一个10．4″TFT显示屏和一个NC键盘．根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP 单元，如：OP030，OP031，OP032，OP032S等，其中OP031最为常用．1．3．MCPMCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种．对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定．对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187．5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点．为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为1．5M/秒．2．数控及驱动单元2．1．NCU数控单元SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元，负责NC所有的功能，机床的逻辑控制，还有和MMC的通讯，它由一个COM CPU板．一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成．根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561．2，NCU571．2，NCU572．2，NCU573．2(12轴)，NCU573．2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧．2．2．数字驱动数字伺服：运动控制的执行部分，由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成，SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D，它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）．电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态．根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW 均需带馈入装置，记为I/RF 电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别．611D数字驱动：是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制．主轴伺服电机为1PH7系列．3．PLC模块SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMA TIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）的CPU及NC的CPU是集成在CCU或NCU中的．最多8个SM模块最多四级电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V．接口模块（IM）是用于级之间互连的．信号模块（SM）使用及机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种．二．硬件的接口1．840D系统的接口1．1．840D系统的MMC，HHU，MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面，MPI是西门子PLC的一个多点通讯协议，因而该协议具有开放性，而OPI是840D系统针对NC部分的部件的一个特殊的通讯协议，是MPI的一个特例，不具有开放性，它比传统的MPI通讯速度要快，MPI的通讯速度是187．5K波特率，而OPI是1．5M．1．2．NCU上面除了一个OPI端口外，还有一个MPI，一个Profibus接口，Profibus接口可以接所有的具有Profibus通讯能力的设备．Profibus的通讯电缆和MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆．X101 操作面板接口（OPI）X102 PROFIBUS接口X112 预留接口（NCU及NCU通讯）X111 SIMATIC接口（IM361）X122 PC MPI接口(MPI)X121 I/O接口（电缆分配盒）H1/H2 错误和状态灯H3７段显示S1/S2 复位／NMI按钮S3NCK启动开关S4 PLC启动开关X130A SIMODRIVE 611D接口X130B 数字模块I/O扩展接口（仅限于NCU573）X172设备总线接口X173 PCMCIA插槽（X173）1．3．在MPI，OPI和Profibus的通讯电缆两端都要接终端电阻，阻值是220欧，所有如果要检测电缆的好坏情况，可以在NCU端打开插座的封盖，量A，B两线间的电阻，正常情况下应该为110欧．2．611系列驱动的组成及接口2．1．611系列的驱动分成模拟611A，数字611D和通用型611U．都是模块化结构，主要有以下几个模块组成：o电源模块电源模块是提供驱动和数控系统的电源，包括维持系统正常工作的弱电和供给功率模块用的600V直流电压．根据直流电压控制方式，它又分为开环控制的UE模块和闭环控制的I/R模块，UE模块没有电源的回馈系统，其直流电压正常时为570V左右，而当制动能量大时，电压可高达640多伏．I/R模块的电压一直维持在600V左右o控制模块控制模块实现对伺服轴的速度环和电流环的闭环控制o功率模块对伺服电机提供频率和电压可变的交流电源o监控模块主要是对电源模块弱电供电能力的补充．o滤波模块对电源进行滤波作用．o电抗对电压起到平稳作用．3．611电源模块的接口信号611模块的接口信号有以下几组：（1）电源接口U1 V1 W1 主控制回路三相电输入端口X181 工作电源的输入端口，使用时常常及主电源短接，有的系统为了让机床在断电后驱动还能正常工作一段时间，把600V的电压端子及P500 M500端子短接，这样由于600V电压不能马上放电完毕，还能维持驱动控制板的正常工作一段时间．P600M600是600V直流电压输出端子．（2）控制接口64 控制使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消时，所有的轴的速度给定电压为零，轴以最大的加速度停车．延迟一定的时间后，取消脉冲使能63 脉冲使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消后，所有的轴的电源取消，轴以自由运动的形式停车．48 主回路继电器，该信号断开时，主控制回路电源主继电器断开．112 调试或标准方式，该信号一般用在传输线的调试中，一般情况接到系统的24V上．X121 模块准备好信号和模块的过热信号．准备号信号及模块的拨码开关的设置有关，当S1．2=ON时，模块有故障时，准备好信号取消，而S1．2=OFF时，模块有故障和使能(63，64)信号取消时，都会取消准备好信号，因此在更换该模块的时候要检查模块顶部的拨码开关的设置，否则模块可能会工作不正常．所有的模块过载和连接的电机过热都会触发过热报警输出．NS1/NS2 主继电器闭合使能，只有该信号为高电平时，主继电器才可能得电．该信号常用来作主继电器闭合的连锁条件．AS1/AS2 主继电器状态，该信号反映主继电器的闭合状态，主继电器闭合时为高电平．9/19/R 9是24V输出电压，19是24V的地，R为模块的报警复位信号．（3）其它辅助接口X351 设备总线，为后面连接的模块供电用．X141 电压检测端子，供诊断和其它用途用．"7：P24 ，＋24V "45：P15，＋15V "44：N15，－15V"10：N24，－24V "15：M，0V电源模块上面有6个指示灯，分别指示模块的故障和工作状态．一般正常情况下绿灯亮表示使能信号丢失(63和64)，黄灯亮表示模块准备好信号，这时600V直流电压已经达到系统正常工作的允许值．电源模块正常工作的使能条件：48，112，63，64接高电平，NS1和NS2短接，显示为一个黄灯亮，其它灯都不亮．直流母线电压应在600V左右．3．611驱动控制模块接口信号（1）611D驱动控制模块接口信号：611D控制模块及数控系统主要是通过一根数据总线相连，基本没有太多的接口信号．X431：轴脉冲使能，该信号为低电平时，该轴的电源撤消，一般这个信号直接及24V短接X432：BERO 端子，该接口用作BERO开关信号的输入口．X34，X35模拟输出口，其中有两个模拟口（X1，X2 ）用作模块诊断测试用，它可以用来跟踪一些数字量，比如转速，电压和电流等并把它转换成0到5V的模拟电压输出，具体的输出信号可以通过数控系统选择，Ir模拟输出口是固定输出电机R相的电流的模拟值．X411：电机编码器接口，输入电机的编码器信号，还有电机的热敏电阻，其中电机的热敏电阻值是通过该插座的13和25脚输入，该热敏电阻在常温下为580欧，155度时大于1200欧，这时控制板关断电机电源并产生电机过热报警．(1PH7电机温度检测信号连接同1FT6/1FK6电机)X411：直接测量系统输入口，输入直接位置测量信号，一般为正余弦电压信号* 611D的控制板的速度环和电流环的参数设置在NCK里面，故更换控制板后不需要重新设置参数．（2）611A控制模块接口信号611A控制模块及1FT5电机构成伺服驱动机构，完成速度环和电流环的控制，其速度环和电流环的参数都保存在控制板上，故更换该板要注意参数的设置．接口信号如下：X311：电机反馈接口，电机的速度实际值和电机的热敏电阻值都通过它输入到控制板里，1FT5电机的速度检测是通过一个测速发电机来实现的，而电机转子的位置是通过18个霍而元件来检测的．电机内的热敏电阻值是通过该插座的11和12脚信号输入，在常温下小于250欧，当电机内部温度达到155度时电阻大约是1000欧，控制板这时关断电源，并发出报警信号．X321：设定端子，速度的给定值通过该端子的56和14输入，一般来讲，给定值是正负0到10V的电压．X331：使能端子：相应模块的使能信号输入，663是脉冲使能，及电源模块的63作用差不多，只是它仅作用于单个的轴模块．65是控制使能，常常把它和NC侧给定信号的控制使能相连．X341：模块状态输出接口，输出模块的状态信息，如模块准备好信号，报警等．第二讲系统的调试及操作一．840D系统操作l SINUMERIK840D/810D或SINUMERIK FM-NC是机床的CNC控制系统，可以通过CNC控制系统的操作面板执行下列基本功能：•开发和修改零件程序•执行零件程序•手动控制•读入/读出零件程序和数据•编辑程序数据•报警显示和取消报警•编辑机床数据•在一个MMC或几个MMC之间或一个NC或几个NC之间建立通信链接（M：N，m-MMC 装置和n-NCK/PLC装置）用户接口包括：•显示元件，如监测器，LED等；•操作元件，如键，开关，手轮等．l 840D系统具有数控机床具有的自动、手动、编程、回参考点、手动数据输入等功能．•手动：手动主要用来调整机床，手动有连续手动和步进手动，有时为了需要走特定长度时，可以选择变量INC方式，输入要运行的长度即可．•自动：840D的程序一般来讲是在NCK的RAM里执行，所以对MMC103或PCU50来讲，需要先把程序装载到NCK里，但对于特别长的程序，可以选择在硬盘里执行，具体操作方法为：选择加工，程序概要，用光标选择要执行的程序，选择从硬盘执行既可．在自动方式下，如果MMC装有SINDNC软件，还可以从网络硬盘上执行程序．•MDA：MDA跟自动方式差不多，只是它的程序可以逐段输入，不一定是一个完整的程序，它存在NCK里面一个固定的MDA缓冲区里，可以把MDA缓冲区的程序存放在程序目录里，也可以从程序区里调程序到MDA缓冲区来．•REPOS：重定位功能，有时在程序自动执行时需要停下来把刀具移开检测工件，然后接着执行程序，需要重定位功能，操作方法是在自动方式下暂停程序执行，转到手动，移开相应的轴，要重新执行程序时，转到重定位方式，按相应的轴移动按钮，回到程序中断点，按启动键程序继续执行．注意在这个过程中不能按复位键．•程序模拟：840D支持在程序正式运行前进行图形模拟，以减少程序的故障率，但由于MMC 系统的不同，模拟的方法不一样，在MMC103上，程序模拟完全在MMC上执行，故模拟中不会对NCK产生影响，但在MMC100．2上，程序模拟在NCK里面执行，及程序实际执行情况一样，因此在模拟前务必要选择程序测试，如果还要提高模拟速度，还可以选择空运行．二．系统的连接及调试（一）硬件的连接1．SINUMERIK810D/840D系统的硬件连接从两方面入手：其一，根据各自的接口要求，先将数控及驱动单元，MMC，PLC三部分分别连接正确：（1）源模块X161种9，112，48的连接；驱动总线和设备总线；最右边模块的终端电阻（数控及驱动单元）．（2）MMC及MCP的+24V电源千万注意极性（MMC）．（3）PLC模块注意电源线的连接；同时注意SM的连接．其二，将硬件的三大部分互相连接，连接时应注意：（1）PI和OPI总线接线一定要正确．（2）CU或NCU及S7的IM模块连线．2．检查在正确完成所有机械的和电气的安装工作后即可进行通电，调试工作；而首先要做的就是开机准备工作，它可确保控制系统及其组件启动正常，并满足EMC检测条件全部系统连线完成后需要做一些必要的检查，内容如下：•屏蔽：（1）确保所使用的电缆符合西门子提供的接线图中的要求；（2）确保信号点栏屏蔽两端都及机架或机壳连通．对于外部设备（如打印机，编程器等），标准的单端屏蔽的电缆也可以用．但一旦控制系统进行正常运行，则应不接这些外部设备为宜；如一定要接入，则连接电缆应两端屏蔽．•EMC(Electromagnetic Compatibility)检测条件：（1）信号线及动力线尽可能分开远一些；（2）从NC或PLC出发的活到NC或PLC得线缆应使用SIEMENS提供的电缆；（3）信号线不要太靠近外部强的电磁场（如点机和变压器）；（4）HC/HV脉冲回路电缆必须完全及其他所有电缆分开敷设；（5）如果信号线无法及其它电缆分开，则应走屏蔽穿线管（金属）；（6）下列距离应尽可能小：--信号线及信号线--信号线预辅助等电位端--等电位端和PE（走在一起）•防护ESD(Electromaqnetic Sensitive Device)组件检测条件：（1）处理带静电模块时，应保证其正常接地；（2）如避免不了接处电子模块，则请不要触摸模块上组件的针脚或其他导电部位；（3）触摸组件必须保证人体通过放静电装置（腕带或胶鞋）及大地连接；（4）模块应北方旨在导电表面上（放静电包装材料如导电橡胶等）；（5）模块不应靠近VDU，监视器或电视机（离屏幕勿近及10cm）；（6）模块不要及可充电的电绝缘材料接触(如塑料及纤维织物)；（7）测量的前提条件--测量仪器接地--绝缘仪器上的测量头预先放过电（二）调试l NC和PLC总清由于是第一次通电，启动，所以有必要对系统做一次总清或总复位．1．NC总清NC总清操作步骤如下：•将NC启动开关S3―→"1"；•启动NC，如NC已启动，可按一下复位按钮S1；•待NC启动成功，七端显示器显示"6"，将S3―→"0"；NC总清执行完成．NC 总清后，SRAM内存中的内容被全部清掉，所有机器数据（Machine Data）被预置为缺省值．2．PLC总清PLC总清操作步骤如下：•将PLC启动开关S4―→"2"；=〉PS灯会亮；•S4―→"3"并保持3秒等到PS等再次亮；=〉PS灯灭了又再亮；•在3秒之内，快速地执行下述操作S4："2"―→"3"―→"2"；=>PS灯先闪，后又亮，PF灯亮（有时PF等不亮）；•等PS和PF等亮了，S4―→"0"；=>PS和PF灯灭，而PR灯亮．PLC总清执行完成，PLC总清后，PLC程序可通过STEP7软件传至系统，如PLC总清后屏幕上有报警可作一次NCK复位（热启动）．l 开机及启动第一次启动后，NCU状态显示（一个七段显示器及一个复位按钮S1两列状态显示灯及两个启动开关S3和S4．）（如下图）在确定S3和S4均设定位"0"，则此时就可以开机启动了，经过大约几十秒钟，当七段显示器显示"6"时，表明NCK上电正常；此时，"+5V"和"SF"灯亮，表明系统正常；但驱动尚未使能，而PLC状态泽"PR"灯亮，表明PLC运行正常．•MMC：MMC的启动时通过OP显示来确认的，如果是MMC100．2，在启动的最后，在屏幕的下面会显示一行信息"Wait For NCU Connection：××Seconds"如MMC及NCU通讯成功，则SINUMERIK 810D/840D的基本显示会出现在屏幕上，一般是"机床"操作区，而MMC103，由于它是可以带硬盘的，所以在它的背后也有一个七段显示器，如MMC103启动成功后它会显示一个"8"字．•MCP：在PLC启动过程中，MCP上的所有灯饰不停闪烁的，一旦PLC成功启动，且基本程序状如则只有在OB1种调用FC19或FC25，那么MCP上的灯不再闪烁，此时MCP即可以使用．•DRIVE SYSTEM：只有NC，PLC和MMC都正常启动后，最后考虑驱动系统．首先必须完成驱动的配置，对于MMC100．2，需借助于"SIMODRIVE 611D"Start-up Tool软件，而MMC103可直接在OP031上做，然后用PLC处理相应信号即可．这样，系统再启动后，SF灯应灭掉．元素类型含义：复位S1 按钮出发一个硬件复位；控制和驱动复位后完整重起．NMI S2 按钮对处理器发出触发和NMI请求，NMI-非屏蔽中段S3 旋转开关NCK启动开关位置0：正常启动位置1：启动位置（缺省值启动）为值2…7：预留S4 旋转开关PLC模式选择开关位置0：PLC运行位置1：PLC运行P位置2：PLC停止位置3：模块复位H1(左列)显示灯显示灯+5V：电源电压在容差范围内时亮NF：NCK启动过程中，其监控器被触发时，此灯亮CF：当COM监控器输出一个报警时，此灯亮CB：通过OPI 接口进行数据传输，此灯亮CP：通过PC的MPI接口进行数据传输时，此灯亮绿灯红灯红灯黄灯黄灯H2(右列)显示灯显示灯FR：PLC运行状态PS：PLC停止状态FF：当PLC监控器输出一个报警时：此灯亮；当PLC监控器输出一个报警时：所有4个灯都亮FFO：PLC强制状态-：NCU571-573未用，复位时短暂亮NCU573．2：PLC DP状态在CPU315 2DP上此灯有"BUSF"的标记•灯灭：DP未配置或者配置了但所有的从站未找到•灯闪：DP配置了，但一个或一个以上的从站丢失•灯亮：错误（例如：总线近路无令牌通行）绿灯红灯红灯黄灯黄灯H3 七段数码管软件支持输出的测试和诊断信息．启动完成后，正常状态显示"6"840D NCU模块控制和显示元素：l 数据备份在进行调试时，为了提高效率不做重复性工作，需对所调试数据适时地做备份．在机床出厂前，为该机床所有数据留档，也需对数据进行备份．SINUMERIK 810D/840D的数据分为三种：NCK数据、PLC数据、MMC数据有两种数据备份的方法：1．系列备份（Series Start-up）：特点：（1）用于回装和启动同SW版本的系统（2）包括数据全面，文件个数少（*．arc）（3）数据不允许修改，文件都用二进制各式（或称作PC格式）种的（DATA）：特点：（1）用于回装不同SW版本的系统（2）文件个数多（一类数据，一个文件）（3）可以修改，大多数文件用"纸带格式：即文本格式"做数据备份需以下辅助工具：•PCIN软件•V24电缆（6FX2002-1AA01-0BF0）•PG740（或更高型号）或PC※由于MMC103可带软驱，硬盘，NC卡等；它的数据备份更加灵活，可选择不同的存储目标，以其为例介绍具体操作步骤：•数据备份（1）在主菜单中选择"Service"操作区；（2）按扩展件"｝"―→"Series Start-up"选择存档内容NC，PLC，MMC并定义存档文件名；（3）从垂直菜单中，选择一个作为存储目标：V．24 ―→指通过V．24电缆船只外部计算机（PC）；PG ―→编程器（PG）；Disk ―→MMC所带的软驱中的软盘；Archive ―→硬盘；NC Card ―→NC卡．选择其中V．24和PG时，应按"Interface"软件键，设定接口V．24参数；（4）若选择备份数据到硬盘，则："Archive"（垂直菜单）―→"Start"．•数据恢复MMC103的操作步骤（从硬盘上恢复数据）：a："Service"；b：扩展键"｝"；c："Series Start-up"；d："Read Start-up Archive"（垂直菜单）；e：找到存档文件，并选中"OK"；f："Start"（垂直菜单）；无论是数据备份还是数据恢复，都是在进行数据的传送，传送的原则是：1．永远是准备接收数据的一方先准备好，处于接受状态；2．两端参数设定一致．第三讲编程一．坐标系1．工件坐标系工件零点是原始工件坐标系的原点直角坐标：用坐标所达到这个点来确定坐标系中的点极坐标：用半径和角来测量工件或工件的一部分2．绝对坐标：所有位置参数及当前有效原点相关，表示刀具将要到达的位置增量坐标：如果尺寸并非项对于原点，而是相对于工件上的另一个点时，就要用增量坐标．用增量坐标来确定尺寸，可以避免对这些尺寸进行转换．增量坐标参照前一个电的位置数据，适用于刀具的移动，是用来描述刀具移动的距离3．平面：用两个坐标轴来确定一个平面，第3个坐标轴及该平面相垂直，并确定刀具的横切方向．编程时，要确定加工面以便于控制系统能准确计算出刀具偏置值．平面标识横切方向G17 X/Y ZG18 Z/X YG19 Y/Z X4．零点的位置在NC机床上可以确定不同的原点和参考点位置，这些参考点：•用于机床定位•对工件尺寸进行编程它们是：M=机床零点A=卡盘零点，可以及工件龄点重合（值用于车床）W=工件零点=程序零点B=起始点，可以给每个程序确定起始点，起始点是第一个刀具开始加工的地方R=参考点，用凸轮和测量系统来确定位置，必须先知道到机床零点的距离，这样才能精确设定轴的位置：•建立坐标系R1．带机床零点M的机床坐标X B2．基础坐标系（也可以使工件坐标系W）3．带工件零点W的工件坐标系4．带当前被一懂得工件零位位的当前工件坐标系M A W Zl 轴的确立编程时，通常用到以下轴：机床轴：可以在机床数据中设置轴的识别符，识别符：X1、Y1、Z1、A1、B1、C1、U1、V1、AX1、AX2等；通道轴：所有在一个通道中移动的轴，识别符：X、Y、Z、A、B、C、U、V几何轴：主要轴，一般有X、Y、Z；特定轴：无需确定特定轴之间的几何关系，如转塔位置U、尾座V；路径轴：确定路径和刀具的运动，该路径的被编程进给率有效，在NC程序中用FGROUP来确定路径轴；同步轴：指从编程的起点到终点移动同步的轴；定位轴：典型定位轴由零件承载、卸载的加载器，刀库/转塔等，标识符：POS，POSA，POSP 等指令轴（运动同步轴）：由同步运动的指令生成指令轴，它们可以被定位，启动和停止，可及工件程序完全不同步．指令轴是独立的插补，每个指令轴有自己的轴插补和进给率连接轴：指及另一个NCU箱连接的实际存在的轴，它们的位置会受到这个NCU的控制，连接轴可以被动态分派给不同的NCU通道PLC轴：通过特定功能用PLC对PLC轴进行移动，它们的运动可以及所有其他所有的轴不同步，移动运动的产生于路径和同步运动无关；•几何轴，同步轴和定位轴都是可以被编程的．•根据被编程的移动指令，用进给率F，使轴产生移动．•同步轴及路径轴同步移动，并用同样的时间移动所有的路径轴．•定位轴移动及所有其它轴异步，这些移动运动及路径和同步运动无关．•由PLC控制PLC轴，并产生及其他所有轴不同步的运动，移动运动及路径和同步运动无关l 编程语言•编程地址及含义地址含义N 程序编号的地址10 程序段编号G 预备功能X，Y，Z 位置数据插补参数F 进给S 主轴速度T 刀具编号D 刀具偏置编号M 杂用功能H 辅助功能•数据类型：类型含义数值范围INT 带正负号的整数±（231-1）REAL 实数（带十进制的分数）±（10-300…100+300）BOOL 由代码确定1个ASSCII字符0 (255)STRING 字符串，在[…]中的字符串，0…255数值的序列(最多为200个字符) AXIS 轴的名称(轴地址) 通道上任意轴的名称FRAME 翻译，旋转，比例和镜像的几何参数•指令：1．G指令G90：参照挡墙坐标系原点，在工件坐标系中编制刀具运行点的程序．G91：参照最新接近点，编制刀具运行距离程序．GO：快速移动使刀具快速定位，绕工件运动或接近换刀点G1：刀具沿及轴，斜线或其他任何空间定位平行的置线移动．G2：在圆弧轨迹上以顺时针方向运行G3：在圆弧轨迹上以逆时针方向运行G4：暂停时间生效（F…以秒为单位；S…用主轴旋转次数确定时间）G17：无刀具半径补偿G18：刀具半径补偿到轮廓左侧G19：刀具半径补偿到轮廓右侧G40：解除刀具半径补偿G41：激活刀具半径补偿，刀具沿加工方向运行至轮廓的右边G42：激活刀具半径补偿，刀具沿加工方向运行至轮廓的左边G53：非模态接触，包括已编程的偏置G54…G57：调用第1到第4可设置零点偏置G94：直线进给率mm/分，英寸/分G95：旋转进给率mm/转，英寸/转2．M指令M0：编程停止M1：选择停止M2：主程序结束返回程序开头M30：程序结束M17：子程序结束M3：主动主轴顺时针方向旋转M4：主动主轴逆时针方向旋转M5：主动主轴停止M6：换刀指令3．其它F：进给率S：主动主轴的速度（单位：rev/min）T：调用刀具D：刀具偏置号（范围：1…32000）。
数控系统的基本构成
数控系统的基本构成数控系统是以计算机技术为基础的机电一体化技术，它可以控制各种复杂的机器设备进行加工制造，从而提高了生产效率和产品质量。
数控系统的基本构成主要包括硬件、软件和电气控制系统。
下面我们将对这三个方面进行详细介绍。
一、硬件数控系统的硬件主要包括机床和数控装置两部分。
1、机床机床是数控系统的重要组成部分，它主要用于加工制造各种不同的零件。
根据实际需要，机床可以通过改造和升级成为数控机床。
数控机床的加工精度和生产效率要比传统机床高出数倍，同时它还具有自适应能力，可以根据加工要求自动调整加工方式，达到最佳的加工效果。
2、数控装置数控装置是数控系统的核心部分，它由数控器、伺服驱动器和编码器等多个组成部分构成。
数控器是数控装置的最核心部分，它可以接受计算机发出的指令，转化成机床能够识别和执行的控制信号。
伺服驱动器则是控制机床各个运动轴的部分，它们可以根据数控器发出的指令来控制机床各个轴的移动速度、方向和加速度等参数。
编码器则主要用于检测机床的移动距离和反馈信号，从而确保机床的位置控制精度和系统的稳定性。
二、软件数控系统的软件分为两个部分，一个是系统软件，另一个是应用软件。
1、系统软件系统软件是数控系统的基础，它包括数控编程、机床运动控制和数据处理三个部分。
数控编程主要用于将加工要求转化为机床识别的加工指令，它可以实现二维和三维图形的绘制和代码的生成。
机床运动控制用于控制机床各个轴的运动，它可以根据数控编程生成的代码来实现精准的位置控制和速度调节。
数据处理则主要用于将加工过程中获取的数据进行分析和处理，从而提高加工质量和效率。
2、应用软件应用软件则是数控系统的应用层，它主要用于完成特定的加工任务，也可以根据实际需要进行自定义开发。
例如，飞机制造过程中需要使用复杂的多轴数控系统，这种系统需要先进行特定的加工工艺规划，然后再通过数控编程来实现机床的加工操作。
三、电气控制系统数控系统的电气控制系统主要用于机床的电气控制和信号交互。
机床数控系统的组成
机床数控系统的组成机床数控系统是现代机床的核心技术之一，它由多个组成部分构成，共同实现对机床的自动化控制和加工操作。
本文将从硬件和软件两个方面介绍机床数控系统的组成。
一、硬件组成1.主轴驱动系统：主轴驱动系统是机床数控系统的核心部分，它负责控制主轴的转速和运动方向。
主轴驱动系统通常由伺服电机、减速器、编码器等组成，通过对电机的控制，实现对主轴的精确控制。
2.进给驱动系统：进给驱动系统用于控制工件在加工过程中的运动轴向，包括直线进给轴和旋转进给轴。
直线进给轴通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，用于控制工件的直线运动；旋转进给轴通常由伺服电机、齿轮传动等组成，用于控制工件的旋转运动。
3.运动控制卡：运动控制卡是机床数控系统的核心控制器，它负责接收数控指令，并将其转换为电信号，通过与主轴驱动系统和进给驱动系统的配合，实现对机床的精确控制。
运动控制卡通常具备高速数据处理能力和多个输入输出接口，以满足机床复杂加工过程的控制需求。
4.传感器：传感器是机床数控系统的重要组成部分，用于实时监测机床的运行状态和工件加工过程中的各种参数。
常见的传感器包括位置传感器、力传感器、温度传感器等，它们通过与运动控制卡的连接，将采集到的数据反馈给数控系统，以实现对机床的自动化调节和控制。
5.人机界面：人机界面是机床数控系统与操作人员之间的交互界面，用于输入加工参数、监视加工过程和显示加工结果等。
人机界面通常由触摸屏、键盘、显示器等组成，操作人员可以通过它们与数控系统进行交互，并实时了解机床的工作状态。
二、软件组成1.数控系统软件：数控系统软件是机床数控系统的核心程序，它负责解释和执行数控指令，控制机床的运动和加工过程。
数控系统软件通常由操作系统、驱动程序、插补算法等组成，它们共同实现对机床的高精度控制和加工操作。
2.加工程序：加工程序是机床数控系统的另一重要组成部分，它是由一系列数控指令组成的程序，用于描述工件的加工路径和加工过程。
数控系统简介介绍
数控系统发展历程
第一阶段（1940s-1950s）
01
数控技术的萌芽阶段，主要使用电子管元件构成的控制装置，
体积庞大、功耗高。
第二阶段（1960s-1970s）
02
晶体管、集成电路等元件的应用，使得数控系统体积减小、性
能提高，逐渐应用于工业生产。
第三阶段（1980s至今）
03
计算机技术的飞速发展，微处理器、微型计算机广泛应用于数
床的基本运动。
编译解释系统
将用户编写的加工程序翻译成 机器语言，供控制计算机执行
。
插补计算系统
根据加工程序的要求，实时计 算各坐标轴的运动轨迹和速度
。
诊断与监控系统
实时监测数控系统的运行状态 ，诊断故障并提供相应的处理
措施。
数控系统工作原理
控制计算机接收来自输入设备的指令和参数。
编译解释系统将接收到的加工程序翻译成机器语言，并传 递给控制计算机。
其他领域
如医疗器械、艺术品雕刻等非 传统制造行业，也逐渐采用数 控系统进行高精度、高效率的
加工生产。
02
数控系统组成与原理
数控系统硬件组成
控制计算机 输入/输出设备 伺服驱动系统 检测反馈装置
控制计算机是数控系统的核心，负责接收、处理和解释来自操 作面板、外部存储设备等的指令，并根据这些指令控制机contents
目录
• 数控系统概述 • 数控系统组成与原理 • 数控系统分类与特点 • 数控系统发展趋势与前景
01
数控系统概述
数控系统定义
• 数控系统（Numerical Control System，简称NC系统）是一种通过数字信号对机床运动及加工过程进行自动控制的技术 。它利用计算机技术、自动控制技术、检测技术等，实现对机床的精确控制，以完成复杂零件的高精度、高效率加工。
数控机床机电系统概述
高度柔性
数控机床机电系统可以通过更 换加工程序实现不同零件的加 工，具有高度的柔性。
高可靠性
数控机床机电系统采用先进的 电子和机械技术，具有较高的
可靠性和稳定性。
02
CATALOGUE
数控机床的机械系统
主轴系统
主轴系统是数控机床中的重要组成部分，主要负责驱动工件或刀具进行旋转运动。
智能化技术如人工智能、大 数据、物联网等将与数控机 床融合，实现自适应加工、 智能故障诊断等功能。
复合化
为了满足多品种、小批量生 产的需求，数控机床将向复 合化方向发展，具备多轴联 动、多工位加工等能力。
绿色化
随着环保意识的提高，数控 机床将更加注重节能减排和 资源循环利用，降低能耗和 减少废弃物排放。
主轴系统的性能直接影响着加工质量和效率，因此需要具备高精度、高转速、大扭 矩等特点。
主轴系统的关键部件包括主轴、轴承、主轴电机等，这些部件需要经过精密设计和 制造，以确保主轴系统的稳定性和精度。
进给系统
进给系统是数控机床中的另一个重要组成部分，主要负责驱动刀具或工件 进行直线运动。
进给系统的性能同样影响着加工质量和效率，需要具备高精度、高速度、 大进给等特点。
进给系统的关键部件包括伺服电机、丝杠、导轨等，这些部件也需要经过 精密设计和制造，以确保进给系统的稳定性和精度。
传动系统
1
传动系统是数控机床机械系统中连接主轴系统和 进给系统的重要部分，主要负责将动力传递给各 个运动部分。
2
传动系统的设计需要充分考虑传动效率、精度、 稳定性等因素，以确保整个机械系统的性能。
五金加工
数控机床能够高效地完成各种复杂形 状的五金零件加工，提高生产效率和 产品质量。
数控系统的组成
三、刀具半径补偿
１．补偿的类型：
分为左补偿和右补偿两种情形。 刀具半径左补偿：沿着加工方向，当刀具位于工
件左侧时，称刀具半径左补偿。加工时用G41指 令调用。 刀具半径右补偿：沿着加工方向，当刀具位于工 件右侧时，称刀具半径右补偿。加工时用G42指 令调用。
刀具半径补偿图例：
２．刀具补偿的步骤：
控制器结构简图：
１．硬件构成（3） ：
外围设备主要包括操作面板、键盘、显示器、光电阅读机、 纸带穿孔机和外部存储器等。
操作面板：由于不同数控机床的动作不同，所配备的操作 面板是不同的。一般操作面板具有如下按钮和开关：
进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反
插补程序：根据加工程序所提供的加工信息，如 曲线的种类（直线、圆弧或其它曲线）、起终点 （直线的起点、终点，圆弧的起点、终点及圆 心）、加工方向（顺时针、逆时针），对这些信 息进行插补运算，决定每一个脉冲到来时的移动 方向及步长，以及曲线与曲线之间如何过渡等。
２．软件构成（3）：
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。
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。
二．机床数控系统的基本工作原理
1 ．数控系统工作原理框图：
１．程序的输入：
分为手动输入和自动输入两种方式。手动输入通 常用键盘输入；自动输入可用穿孔纸带、磁带或 用通讯的方式。
２．译码：
主要是将标准程序格式翻译成便于计算机处理数 据的格式（高级语言→机器语言）。
3．刀具半径补偿原理（2）：
X X X
切直线时刀补的计算：设上段
数控机床的控制系统概述
数控机床的控制系统概述
数控装置是数控机床控制系统的核心设备，它主要包括数控系统的运
动控制部分、进给控制部分和插补控制部分。
运动控制部分负责控制数控
电机的启停、方向和速度，实现各个轴向的运动控制。
进给控制部分负责
控制机床进给部件的运动，例如进给速度、进给量和加速度等。
插补控制
部分负责将数学模型中的插补算法转化为机床运动的轨迹控制。
数控电机是数控机床控制系统的执行机构，它通过与数控装置的连接，根据装置发出的指令进行相应的动作。
数控电机一般分为进给电机和主轴
电机。
进给电机主要负责机床的工作台或刀架的运动，而主轴电机主要负
责驱动主轴的旋转。
传感器是数控机床控制系统中的重要组成部分，它的主要作用是感知
机床运动状态和工件加工情况，并将这些信息反馈给数控装置。
常见的传
感器有角度传感器、位移传感器、压力传感器等。
数控初始程序是数控机床控制系统的基础程序，它是一组控制指令和
参数的集合。
数控初始程序一般包括机床坐标系的建立、工件的基准定位、工件的装夹和刀具的选择等。
数控加工程序是数控机床控制系统的核心程序，它是通过编写数学模
型和加工工艺参数来指导机床进行加工操作的。
数控加工程序一般包括几
何描述、速度描述、加工工艺参数和刀具路径等。
总之，数控机床的控制系统是实现机床运动和加工工艺的核心部分。
它通过硬件设备和软件程序的协同作用，实现机床的高精度、高效率和高
质量的加工。
随着计算机技术的不断发展，数控机床的控制系统也在不断
创新和完善，为机床行业的发展提供了有力支持。
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。
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第一讲 FANUC 数控系统结构及特点1第一讲 FANUC 数控系统结构及特点 ..................................... 2 1-1 FANUC 数控系统简介 ......................................... 2 1-2 FANUC 系统构成............................................... 4 1-3 与其它系统地区别 ............................................ 7 1-3-1 西门子硬件结构......................................... 7 1-3-2 FANUC 系统与西门子系统的差异.......................... 162第一讲 FANUC 数控系统结构及特点 1-1 FANUC 数控系统简介 目前在国内市场上的常见的 FANUC 数控系统有： FANUC 0C/D 系列 FANUC 0i 系列-A/B/C FANUC-21/21i 系列 FANUC-16/16i FANUC-18/18i 系列 FANUC-15/15i 系列 FANUC- 30i/31i/32i 系列 FANUC Power-Mate 系列 FANUC Open CNC（FANUC 00/210/160/180/150/320 等） 总体上讲 FANUC 0 C/D 系列、FANUC 0i A/B/C 系列以及 FANUC21i 系列 数控系统是用于 4（数控）轴以下的普及型数控机床。
FANUC 0 C/D 系列是上个世纪 90 年代的产品，早已停产，但目前在国内有 一定的保有量，因为 FANUC 0 D 是由北京-FANUC 生产的早期产品，硬件结构 是双列直插型的芯片， 大板结构， CPU 是 Intel-486 系列， 驱动采用全数字伺服。
图 1-1 FANUC 0C/D 系统FANUC 0i A/B/C 系列是 2000 后北京-FANUC 的新一代产品， 硬件采用 SMT ——表面贴装， 驱动采用 α 及 αi 系列或 β 及 βi 系列全数字伺服， 特别是 αi 系列 采用 FSSB——FANUC Series Servo Bus 总线结构，光缆传输，具有 HRV1~3 ——High Response Vector（高精度矢量控制）功能，可以实现高速高精度轮廓 加工。
第一讲 FANUC 数控系统结构及特点3图 1-2FANUC 0i-A/B/C 系统FANUC-21/21i 系列数控系统与 0i-C 基本上是同类系统，FANUC 公司本土 生产，主要在海外市场销售。
图 1-3FANUC 21 系统FANUC-16i/18i 系列数控系统属于 FANUC 中档系统， 适用于 5 轴以上的卧 式加工中心、龙门镗铣床，龙门式加工中心等。
图 1-4FANUC 16i/18M 系统FANUC-15/15i 系列数控系统是 FANUC 公司的全功能系统，主要体现在软 件丰富，可扩充联动轴数多。
4图 1-5FANUC 15 系统FANUC 30i/31i/32i 系列是新一代数控系统，采用新一代数控系统 HRV4， 可以实现纳米级加工，被用于医疗器械、大规模集成电路芯片模具加工等。
而 FANUC Power-Mate 系列一般与上述系统 Link 线相连接，用于上下料、 刀库、鼠牙盘等非插补轴。
FANUC Open CNC（FANUC 00/210/160/180/150/320 等）就是在上述系 统系列标志后面“加上 O”表示 Open CNC——开放式数控系统。
所谓开放式 数控系统，就是可以在 FANUC 公司产品平台之外，灵活挂接非 FANUC 公司产 品，如工业 PC 机 + Windows 软件平台 + FANUC NC 硬件+FANUC 驱动，或 FANUC 硬件平台 + Windows 软件平台，便于机床制造厂开发工艺软件和操作 界面。
图 1-6FANUC Open CNC 结构FANUC 数控系统在电气结构上主要由： ① CNC——Computer Numerical Control 即计算机数字控制系统 ② 内置 PMC——Programmable Machine Control 及接口电路。
③ 主轴及伺服驱动装置 1-2 FANUC 系统构成 通用型 FANUC 数控系统（OPEN CNC 除外） ，其 CNC 系统平台及软件完 全由 FANUC 公司开发， 没有 Windows 界面， 硬件采用 F-BUS （FANUC 总线） 。
整个数控系统由 CNC、伺服及主轴驱动、PMC（programmable machine tools control）及 I/O 电路组成和外围开关组成。
（参见下图 1-7~图 1-12）第一讲 FANUC 数控系统结构及特点5图 1-7FANUC i 系列系统图 1-8FANUC βi 系列伺服图 1-9 内置 PMC 梯形图图 1-10I/O 单元（接口电路）以及继电气电路、电磁阀、接近开关等外部设备。
图 1-11 三位四通液压阀图 1-12接近开关上述各组成部分详细说明请参见第三讲。
6图 1-13 FANUC i 系列连接图第一讲 FANUC 数控系统结构及特点71-3 与其它系统地区别 目前在市场上的主流数控系统 西门子 802s、802d（base line） 、802d-sl、810D、840D（power line） FANUC 0i 系列-A/B/C、FANUC-16i/18i21i、FANUC15 系统等。
三菱数控 M60S 系列-M64A、M64SM、M50、E60、C6、C64、系列等。
OKUMA 大隈数控等 由于目前在企业中用量最大的数控系统是 FANUC 和西门子， 所以本讲座主 要讨论这两种数控系统的结构差异。
1-3-1 西门子硬件结构 ⑴ 西门子 840D（power line）结构 其中：主要组成部分： NCU — — Numerical Control 单 元 ， 数 控 系 统 单 元 ， 含 不 同 版 本 的 NC-CPU 组件。
MCP 单元——Machine Control panel 机床操作面板。
Operator panels（operator panel front + PCU） ，operator panel front— —液晶显示器及 MDA 键盘，PCU 单元硬件，包括 CPU，硬盘等。
PCU ——Personal Computer 单元，PCU 又由 HMI——Human Machine Interface 人机界面（西门子开发的适宜操作者编程操作、维修管理人员 诊断故障、调整参数的人机对话操作画面） 。
HHU——HandHeld Unit 手持单元。
S7-300 I/O with IM 361 interface module —— 西门子 PLC 接口模块及 I/O 模块。
Single I/O module —— 独立 I/O 模块 主连接图如下：8图 1-14 西门子 840D 连接MS——Main Supply 主要为NCU和驱动部分提供电源、为电机提供直 流动力（DC600V）电源、为驱动部分提供再生制动 Regenerative braking（I/RF）。
MSD——Main Spindle Driver 主轴电机驱动控制模块。
FDD——Feed Driver 伺服电机（同步电机）驱动控制模块。
SIMATIC STEP-7 I/O devices —— PLC 接口模块及 I/O 装置。
PCU 与外围设备的连接第一讲 FANUC 数控系统结构及特点9图 1-15 西门子 840D PCU 及 NCK 连接其中 MPI bus cable——Multi Point Interface 多点接口总线，速率187.5kbaud。
DP——Profibus DP 欧洲工业标准总线。
HHU——HandHeld Unit 手持单元。
⑵ 西门子 802D-sl（solution-line）结构10图 1-16 西门子 802D-sl 的连接802D-sl 与 802d 最大的不同点，是采用西门子公司 SINAMICS S120 新的 一代驱动系统，又称 solution-line 总线结构（802d 采用的是 base-line 总线）。
S120 驱动系统的采用了最先进的硬件技术、软件技术以及通讯技术。
采用 高速驱动接口，配套的 1FK7 永磁同步伺服电机具有电子名牌，系统可以自动识 别所配置的驱动系统。
具有更高的控制精度和动态控制特性，更高的可靠性。
机 床制造厂应首先根据其机床选择合适的进给电机和主轴电机， 然后选择适合于该 电机的电机模块以满足电机的输出功率， 最后根据各个电机模块选出匹配的进线 电源模块。
滤波器和电抗器应根据进线电源模块的功率来选择，所有的进线电源 模块应该配置电抗器。
SINAMICS S120的电源模块全部采用馈能制动方式，其配置分为调节型电 源模块（Active Line Module缩写为ALM） 和非调节型电源模块（Smart Line Module缩写为SLM） 无论选用ALM或SLM， 。
均需要配置电抗器。
电机模块 （Motor Module缩写为MM）。
SINAMICS 的电源模块、电机模块均需要24V直流供电。
驱动器由进线电源模块和电机模块组成。
进线电源模块的作用是将380V三 相交流电源变为600V直流电源，为电机模块供电。
进线电源模块分为调节型和第一讲 FANUC 数控系统结构及特点11非调节型两种。
调节型的母线电压为直流600V。
非调节型的母线电压与进线的 交流电压有关。
不论是调节型的进线电源模块， 还是非调节型的电源进线模块均采用馈电制 动方式–制动的能量馈回电网。
调节型进线电源模块（Active Line Module 缩写为ALM） ALM 具有DRIVE CLiQ 接口，由802D sl X1接口引出的驱动控制电缆 DRIVE CLIQ连接到ALM的X200接口，由ALM的X201连接到相邻的电机模块的 X200，然后由此电机模块的X201连接至下一相邻电机模块的X200，按此规律连 接所有电机模块。
图 1-17 西门子 802D-sl 调节型驱动连接图 1-18 802D-sl 动力线与反馈线非调节型进线电源模块（Smart Line Module 缩写为SLM） SLM 没有DRIVE CLiQ接口， 由802D sl X1接口引出的驱动控制电缆DRIVE CLIQ直接连接到第一个电机模块的X200接口， 由电机模块的X201连接到下一个 相邻的电机模块的X200，按此规律连接所有电机模块。