第二章 计算机数控系统CNC与控制原理
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种先进的自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。
它通过计算机程序控制机床的运动和操作，实现高精度、高效率的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理，包括数控系统、数控编程和机床控制等方面的内容。
一、数控系统数控系统是CNC工作的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、控制柜、操作面板、伺服电机等设备，软件则是运行在主机上的程序。
数控系统的主要功能是接收和解释用户输入的加工程序，并将指令转化为机床运动的控制信号。
数控系统的工作原理是将加工程序中的指令逐行读取，并按照预定的顺序执行。
每条指令包含了机床运动、刀具切削和加工参数等信息。
数控系统根据这些信息，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
二、数控编程数控编程是将零件的几何形状和加工要求转化为机床可识别的指令的过程。
数控编程语言有多种，常用的包括G代码和M代码。
G代码用于定义机床的运动轨迹，如直线、圆弧等；M代码用于定义机床的辅助功能，如切削液开关、主轴启停等。
数控编程的基本步骤包括：确定加工顺序、选择合适的刀具、绘制零件的几何图形、确定刀具路径、计算切削参数、生成加工程序等。
编写好的加工程序可以通过U盘、网络或直接输入到数控系统中。
三、机床控制机床控制是指数控系统对机床运动的控制。
数控系统根据加工程序中的指令，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
机床控制的主要参数包括进给速度、进给方式、切削速度、切削深度等。
机床控制的实现方式有多种，常见的包括点位控制和连续控制。
点位控制是指机床在每个加工点上停留一段时间，然后再移动到下一个加工点；连续控制则是机床在加工过程中连续运动，不停留在每个加工点上。
四、CNC工作流程CNC工作的基本流程包括：设计零件几何形状和加工要求、编写加工程序、设置机床和工件、调试和运行加工程序、检查加工结果。
CNC工作原理
CNC工作原理CNC，即计算机数控（Computer Numerical Control），是一种通过计算机控制机床进行加工的技术。
CNC工作原理是指通过计算机控制系统，将加工工艺参数转化为机床运动控制指令，实现对工件的精确加工。
CNC工作原理主要包括以下几个方面：1. 数字化设计：首先，工件的三维模型通过CAD（计算机辅助设计）软件进行设计。
设计师可以根据产品的要求，绘制出工件的几何形状和尺寸。
2. 加工工艺参数设置：在CAM（计算机辅助制造）软件中，根据工件的几何形状和加工要求，设置相应的加工工艺参数，如切削速度、进给速度、刀具半径等。
3. G代码生成：CAM软件根据加工工艺参数，自动生成G代码。
G代码是一种机床运动控制指令，用于控制机床的各个轴向运动，如X轴、Y轴和Z轴。
4. G代码传输：将生成的G代码通过数据线或网络传输到CNC控制器。
CNC控制器是一种专门用于控制机床运动的设备，它包含了一个嵌入式计算机和各种输入输出接口。
5. 运动控制：CNC控制器接收到G代码后，将根据指令控制机床的各个轴向运动。
通过驱动器和电机，实现机床床身、工作台、刀具等部件的精确运动。
6. 反馈系统：在机床运动过程中，CNC控制器通过编码器等反馈装置，实时监测机床各个轴向的位置和速度。
这些反馈信息将被用于控制系统的闭环控制，确保工件的精确加工。
7. 加工过程监控：CNC控制器可以实时监测加工过程中的各种参数，如切削力、温度等。
通过传感器和监控软件，及时发现并纠正加工中的异常情况，确保加工质量和安全。
CNC工作原理的优势在于其高精度、高效率和灵活性。
相比传统的手工操作或传统数控技术，CNC技术能够实现更加精确的加工，提高生产效率，减少人为误差。
同时，CNC系统可以根据不同的加工要求，灵活调整加工工艺参数，适应各种复杂的加工任务。
总结起来，CNC工作原理是通过将数字化设计转化为G代码，再通过CNC控制器控制机床运动，实现对工件的精确加工。
数控技术2
x3=5 y3=1＋1=2
x4=5 y4=2＋1=3 x5=5 y5=3＋1=4 x6=5－1=4 y6=4 x7=4 y7=4＋1=5 x8=4－1=3 y8=5
E=10－1=9
E=9－1=8 E=8－1=7 E=7－1=6 E=6－1=5 E=5－1=4
9 10 11
12
F3，5＜0 F3，6＞0 F4，6＞0
3
4 5
F1，1＞0
F2，1＜0 F2，2＞0
＋X
＋Y ＋X
F2，1= F1，1－ye=2－4=－2
F2，2= F2，1＋xe=－2＋6=4 F3，2= F2，2－ye=4－1=5
6
7 8 9 10
F3，2=0
F4，2＜0 F4，3＞0 F5，3＜0 F5，4＞0
2.2.2 逐点比较法圆弧插补
• 例3 设加工第一象限逆圆弧AB，起点A（6,0）， 终点B（0,6）。试用逐点比较法对其进行插补并画 出插补轨迹图。
Y
B（0, 6）
O
A（6,0） 图2.7
X
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逐点比较法第一象限逆圆弧插补
2.2.2 逐点比较法圆弧插补
步数 起点 1 2 F0，0=0 F1，0＜0 －X ＋Y 偏差判别 坐标进给 偏差计算 F0，0=0 F1，0= F0，0－2x0＋1=0－12＋1=－11 F1，1= F1，0＋2y1＋1=－11＋0＋1=－ 10 坐标计算 x0=6 y0=0 x1=6－1=5 y1=0 x2=5 y2=0＋1=1 终点判断 E=12 E=12－1=11 E=11－1=10
3
4 5 6 7 8
F1，1＜0
F1，2＜0 F1，3＜0 F1，4＞0 F2，4＜0 F2，5＞0
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control）是一种通过计算机控制的数控系统，广泛应用于各种机械加工领域。
它通过预先编写好的程序指令，控制机床进行各种加工操作，实现高精度、高效率的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理，包括其基本组成、工作流程和关键技术。
一、CNC工作原理的基本组成CNC系统由计算机、数控设备、传感器和执行机构等多个组成部份构成。
其中，计算机是CNC系统的核心，用于编写、编辑和存储加工程序，并通过数控设备将程序指令传输给机床。
数控设备包括数控控制器、数控伺服系统和数控操作面板等，用于接收和解析计算机传输的指令，并控制机床的运动。
传感器用于检测机床的位置、速度和加速度等参数，并将其反馈给数控设备。
执行机构包括伺服机电、液压系统温和动系统等，用于驱动机床进行各种加工操作。
二、CNC工作原理的基本流程1. 编写加工程序：在计算机上使用专门的编程软件，根据零件的几何形状和加工要求，编写相应的加工程序。
加工程序包括加工路径、切削参数和加工顺序等信息。
2. 传输加工程序：将编写好的加工程序通过数控设备传输给机床。
传输方式可以是通过有线连接，也可以是通过网络传输。
3. 解析加工程序：数控设备接收到加工程序后，进行解析，将程序指令转换为机床能够理解和执行的指令。
解析过程包括语法检查、坐标系转换和插补运算等。
4. 控制机床运动：数控设备根据解析后的指令，通过控制执行机构，驱动机床进行各种运动。
运动包括直线插补、圆弧插补和螺旋线插补等。
5. 监控加工过程：数控设备通过传感器实时监测机床的位置、速度和加速度等参数，并将其反馈给计算机进行处理。
同时，还可以监控刀具磨损情况和加工质量等。
6. 完成加工任务：机床按照加工程序指令进行加工操作，直至完成所有加工任务。
数控设备可以根据需要进行自动化换刀、自动化测量和自动化修补等操作，提高加工效率和精度。
三、CNC工作原理的关键技术1. 插补算法：插补算法是数控设备控制机床进行各种运动的关键技术。
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control）工作原理CNC工作原理是指计算机数控系统对机床进行控制和指导的过程。
CNC技术在现代制造业中得到广泛应用，它通过计算机程序控制机床的运动，实现复杂零件的加工和生产。
下面将详细介绍CNC工作原理的基本流程和关键技术。
一、CNC工作原理的基本流程1. 设计产品和加工工艺：首先，根据零件的设计要求，制定相应的加工工艺。
这包括确定机床的加工顺序、切削参数、刀具选择等。
2. 编写加工程序：根据加工工艺要求，使用专门的编程软件编写加工程序。
加工程序是CNC机床的“指挥棒”，它包含了机床的各种运动指令、切削参数和加工路径等信息。
3. 加工前准备：在开始加工之前，需要进行机床的准备工作。
这包括安装合适的刀具、夹紧工件、调整机床的各项参数等。
4. 加工过程控制：CNC机床通过计算机数控系统控制各个轴向的运动，实现零件的加工。
计算机数控系统根据加工程序中的指令，逐步控制机床的进给速度、主轴转速、刀具轨迹等，以达到精确的加工要求。
5. 加工质量检测：在加工完成后，需要对零件进行质量检测。
这可以通过测量工具、影像检测系统等手段来实现。
检测结果可以反馈给CNC系统，用于调整和改进加工过程。
二、CNC工作原理的关键技术1. 数控系统：数控系统是CNC机床的核心部件，它包括硬件和软件两个方面。
硬件部分主要包括主控板、输入输出接口、电机驱动器等；软件部分则是编程软件和操作界面。
数控系统通过接收加工程序的指令，控制机床的各个运动部件，实现精密加工。
2. 伺服控制系统：伺服控制系统是CNC机床中的一个重要组成部分。
它通过控制伺服电机的转速和位置，实现机床各个轴向的精确运动。
伺服控制系统可以根据加工程序的指令，实现高速、高精度的加工。
3. 编程技术：CNC编程是CNC工作原理中的关键环节。
编程人员需要根据产品的设计要求和加工工艺，编写相应的加工程序。
CNC编程语言通常采用G代码和M代码，它们分别表示机床的运动指令和辅助功能指令。
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)
第二章(1)计算机数控系统
(四)插补计算
其主要功能是： (1)根据操作面板上“进给修调”开关的设定值，计算本次插补周 期的实际合成位移量： (2)将ΔLi按插补的线形(直线、圆弧等)和本插补点所在的位置分解 到各个进给轴，作为各进给轴的位置控制指令。
CNC装置的工作过程
(五)位置控制处理
位置控制数据转换流程如图3—18所示。位置控制处理主要进行各 进给轴跟随误差(Δx3、Δy3)的计算，并进行调节处理，其输出为位 移速度控制指令(Ux,Uy)。
CNC装置的硬件结构
(2)多机系统。
是指整个CNC装置中有两个或两个以上的CPU，也就是系统中的某些功能模 块自身也带有CPU，根据这些CPU间的相互关系的不同又可将其分为： ①主从结构系统，在该系统中只有一个CPU(通常称为主CPU)对系统的资源 (系统存储器，系统总线)有控制和使用权，而其他带有CPU的功能部件(通常 称之为智能部件)，则无它只能接受主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。只有一个CPU处于主导地位，其他CPU 处于从属地位的结构，称之为主从结构。 ②多主结构系统：在该系统中有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统 资源有控制或使用权。功能部件之间采用紧耦合(即均挂在系统总线上，集中 在一个机箱内)，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(软件和硬件)来解决争 用总线问题，通过公共存储器来交换系统信息。 ③分布式结构系统：该系统有两个或两个以上的带有CPU的功能模块，每个 功能模块有自己独立的运行环境(系统总线、存储器、操作系统等)，功能模 块间采用松耦合，即在空间上可以较为分散，各模块间采用通信方式交换信 息。
CNC系统的组成
加工程序
C N C 装 置
可编程 控制器
主轴驱 动装置 进给驱 动装置
CNC工作原理
CNC工作原理一、概述计算机数控（Computer Numerical Control，简称CNC）是一种通过计算机程序控制机床进行加工的技术。
CNC工作原理是基于计算机控制机床运动轴的位置和速度，从而实现对工件进行精确加工的过程。
二、CNC系统组成1. 控制器：CNC系统的核心部分，负责接收和解析计算机程序，并控制机床运动轴的运动。
2. 电机驱动器：将控制器输出的电信号转换为电动机的运动。
3. 传感器：用于测量机床运动轴的位置和速度，并将数据反馈给控制器。
4. 机床：包括工作台、主轴和刀具等部件，用于实现工件的加工。
三、CNC工作过程1. 编写程序：使用专门的CAD/CAM软件编写加工程序，定义工件的几何形状和加工路径。
2. 上传程序：将编写好的程序通过网络或存储介质上传到CNC系统的控制器中。
3. 设置工件：将待加工的工件安装在机床上，并进行必要的夹紧和定位。
4. 参数设置：根据工件的材料和加工要求，设置合适的切削速度、进给速度和切削深度等参数。
5. 启动系统：通过控制器启动CNC系统，开始加工过程。
6. 运动控制：控制器根据程序中定义的加工路径，通过电机驱动器控制机床运动轴的位置和速度。
7. 切削加工：根据程序中定义的切削路径和参数，机床上的刀具进行切削加工，将工件逐渐加工成所需形状。
8. 检测和调整：传感器实时监测机床运动轴的位置和速度，并将数据反馈给控制器，以保证加工的精度和质量。
9. 完成加工：加工完成后，CNC系统会自动停止运行，工件可以取出进行下一步的处理或使用。
四、CNC工作优势1. 高精度：CNC系统通过精确控制机床的运动轴，可以实现高精度的加工，提高产品质量。
2. 高效率：CNC系统可以实现自动化加工，提高生产效率，缩短加工周期。
3. 灵活性：CNC系统可以根据不同的加工需求和工件要求，灵活调整加工路径和参数。
4. 重复性好：CNC系统可以准确重复执行相同的加工任务，保证产品的一致性和稳定性。
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种通过计算机程序控制机床进行加工的技术。
它是将数字化的指令传输给机床，使其按照预定的路径和速度进行加工操作。
CNC工作原理涉及到计算机编程、传感器技术和机械加工等多个领域，下面将详细介绍CNC工作原理的几个关键要素。
1. 控制系统CNC控制系统是实现CNC工作的核心部份。
它由计算机、数控器和输入输出设备组成。
计算机用于编写和编辑加工程序，数控器负责解释和执行程序，输入输出设备用于与操作人员进行交互。
控制系统通过数学模型和运动控制算法，将程序中的指令转化为机床上的实际运动。
2. 编程CNC加工的第一步是编写加工程序。
加工程序是一系列指令的集合，描述了机床的运动轨迹、加工工具的选择和加工参数等。
编程可以使用专门的CAM软件进行，也可以手动编写G代码。
G代码是一种机器指令语言，用于控制机床的运动和操作。
3. 传感器技术CNC工作需要使用各种传感器来获取加工过程中的数据。
例如，位置传感器用于测量机床和工件的位置，力传感器用于测量切削力和加工负载，温度传感器用于监测机床和工件的温度变化等。
这些传感器可以提供实时的数据反馈，以便控制系统进行调整和优化。
4. 机械结构CNC机床的机械结构包括床身、主轴、导轨、滑块等。
床身是机床的基础部份，用于支撑和固定其他部件。
主轴是用于驱动刀具进行切削的部件，其转速和进给速度可以根据加工要求进行调整。
导轨和滑块用于控制机床的运动轨迹，保证加工的精度和稳定性。
5. 通信和数据传输CNC工作涉及到大量的数据传输和通信。
例如，加工程序需要从计算机传输到数控器，传感器采集到的数据需要传输给控制系统进行处理。
常用的数据传输方式包括以太网、串口和USB等。
通信和数据传输的稳定性和速度对CNC工作的效率和精度有着重要影响。
6. 加工过程CNC加工过程包括机床的启动、加工程序的加载、加工参数的设置等。
CNC工作原理
CNC工作原理一、引言计算机数控（Computer Numerical Control，简称CNC）是一种通过计算机控制工具或者机床运动的技术。
CNC工作原理是指通过计算机控制系统，根据预先编程的指令，使工具或者机床按照特定的路径和速度进行加工操作。
本文将详细介绍CNC工作原理的相关内容。
二、CNC系统组成CNC系统主要由计算机控制器、输入设备、输出设备和执行机构组成。
1. 计算机控制器：计算机控制器是CNC系统的核心部份，它负责接收和解析预先编写的加工程序，并控制工具或者机床的运动。
计算机控制器通常由硬件和软件两部份组成，硬件包括主机、控制卡、驱动器等，软件包括操作系统、编程软件等。
2. 输入设备：输入设备用于将加工程序输入到计算机控制器中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、手持编程器等。
操作人员可以通过输入设备输入加工程序、加工参数等信息。
3. 输出设备：输出设备用于显示和监控加工过程和结果。
常见的输出设备包括显示屏、打印机、报警器等。
操作人员可以通过输出设备查看加工过程中的各种信息，如加工速度、位置、误差等。
4. 执行机构：执行机构是CNC系统中的关键部份，它负责根据计算机控制器的指令，控制工具或者机床的运动。
执行机构包括伺服机电、传动装置、运动控制系统等。
伺服机电通过传动装置将电能转化为机械能，从而实现工具或者机床的精确运动。
三、CNC工作原理流程CNC工作原理的主要流程包括加工程序编写、加工参数设置、加工程序输入、加工过程监控和加工结果评估。
1. 加工程序编写：加工程序是CNC系统的核心，它包含了工具或者机床的运动路径、速度、加工深度等信息。
加工程序可以通过编程软件进行编写，常用的编程语言包括G代码和M代码。
操作人员需要根据加工要求和工件特点编写相应的加工程序。
2. 加工参数设置：在编写加工程序之前，操作人员需要根据工件材料、加工要求等设置相应的加工参数。
加工参数包括切削速度、进给速度、切削深度等。
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
CNC工作原理
CNC工作原理一、概述计算机数控（Computer Numerical Control，简称CNC）是一种利用计算机控制机床进行加工的技术。
CNC工作原理是指通过计算机程序控制机床的运动和加工过程，实现自动化加工的过程。
本文将详细介绍CNC工作原理的相关内容。
二、CNC系统组成CNC系统由计算机、控制器、伺服系统、传感器和执行机构等组成。
其中，计算机负责处理和存储加工程序，控制器负责接收和解析计算机发送的指令，伺服系统负责控制机床的运动，传感器负责监测加工过程中的各种参数，执行机构负责实现机床的具体动作。
三、CNC工作流程1. 加工程序编写：首先，操作人员根据零件的图纸和加工要求，使用专门的软件编写加工程序。
加工程序包括加工路径、切削参数、刀具选择等信息。
2. 程序输入：将编写好的加工程序通过计算机接口输入到CNC系统中。
CNC 系统将程序存储在内部的存储器中，以便后续的调用和执行。
3. 参数设置：操作人员根据加工要求，设置CNC系统的相关参数，包括刀具长度补偿、工件坐标系、刀具半径补偿等。
这些参数的设置直接影响到加工的精度和效果。
4. 机床准备：操作人员根据加工要求，安装好合适的夹具和刀具，并进行机床的各项准备工作，如切削液的添加、主轴的启动等。
5. 加工过程监控：CNC系统通过传感器实时监测机床的各项参数，如切削力、刀具温度、工件尺寸等。
如果监测到异常情况，CNC系统会及时发出警报，并住手加工。
6. 加工过程控制：CNC系统根据加工程序中设定的加工路径和切削参数，控制伺服系统实现机床的各种运动，如进给运动、主轴转速等。
通过精确的控制，实现对工件的精确加工。
7. 加工完成及检验：当加工程序执行完毕后，CNC系统会自动住手机床的运动，并提示操作人员进行加工件的取出和检验。
操作人员根据工件的质量和尺寸进行检验，以确保加工的准确性。
四、CNC工作原理的优势1. 高精度：CNC系统通过精确的控制和监测，能够实现高精度的加工，提高产品的质量和精度要求。
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
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control）是一种通过计算机控制的数控系统，它能够精确地控制机床进行各种复杂的加工操作。
本文将详细介绍CNC工作原理。
一、CNC系统的组成CNC系统主要由以下几个部分组成：1.计算机：计算机是CNC系统的核心，它负责接收和处理用户输入的指令，并将其转化为机床能够理解和执行的信号。
2.控制器：控制器是CNC系统的指挥中心，它通过与计算机的连接，接收计算机发送的指令，并将其转化为电信号，控制各个执行机构的运动。
3.驱动器：驱动器负责将控制器发送的电信号转化为机床各个执行机构（如电机、液压缸等）的动力信号，从而使机床进行相应的运动。
4.执行机构：执行机构是机床的各个部件，如主轴、进给轴、刀库等，它们根据驱动器发送的动力信号进行运动，实现加工操作。
二、CNC工作原理CNC工作原理可以分为以下几个步骤：1.程序编写：操作人员使用专门的编程软件，根据零件的图纸和加工要求，编写CNC程序。
程序中包含了各个加工工序的指令，如切削速度、进给速度、刀具位置等。
2.程序输入：编写好的CNC程序通过各种传输方式（如U盘、网络等）输入到计算机中。
3.程序加载：计算机将输入的CNC程序加载到内存中，准备执行。
4.指令解释：计算机对加载的CNC程序进行解释，将其转化为机床能够理解的指令。
5.指令传输：计算机将解释后的指令通过控制器发送给驱动器。
6.驱动信号转化：驱动器接收到控制器发送的指令，将其转化为机床执行机构的动力信号。
7.执行机构运动：机床的执行机构根据接收到的动力信号进行相应的运动，如主轴的转速、进给轴的移动等。
8.加工操作：机床根据程序中设定的切削速度、进给速度等参数，进行相应的加工操作，如铣削、钻孔、车削等。
9.加工监控：CNC系统可以实时监控加工过程中的各种参数，如切削力、温度、加工精度等，以确保加工质量。
10.加工完成：当CNC程序中的所有指令执行完毕后，加工过程结束，机床停止运动。
CNC工作原理
CNC工作原理一、概述计算机数控（Computer Numerical Control，简称CNC）是一种通过计算机控制的自动化加工技术，广泛应用于各种机械加工领域。
CNC工作原理是指通过计算机控制系统，实现对机床运动轴的控制，从而实现工件的精确加工。
二、CNC工作原理的基本组成部分1. 计算机控制系统：CNC工作原理的核心是计算机控制系统，它由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括计算机主机、数控设备和运动控制卡等；软件部分包括数控编程软件和运动控制软件等。
2. 机床：机床是CNC工作原理中的加工设备，它可以是铣床、车床、钻床等各种类型的机床。
机床通过电机驱动工作台、主轴等运动部件，实现对工件的加工。
3. 传感器：传感器是CNC工作原理中的重要组成部分，它用于检测机床和工件的状态。
常见的传感器有位置传感器、速度传感器、力传感器等，它们可以将检测到的信号传递给计算机控制系统，从而实现对机床的实时监控和控制。
4. 伺服系统：伺服系统用于控制机床的运动轴，它由伺服电机、伺服驱动器和编码器等组成。
伺服系统可以实现对机床运动轴的精确控制，从而保证工件的加工精度。
三、CNC工作原理的工作流程1. 设计工件：首先，根据加工要求和工件图纸，使用CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）软件设计工件的三维模型。
2. 编写加工程序：根据工件的三维模型，使用CAM（Computer-Aided Manufacturing，计算机辅助制造）软件编写加工程序。
加工程序包括刀具路径、切削参数等信息，它们将用于控制机床的加工过程。
3. 设置工艺参数：根据加工程序，设置机床的工艺参数，包括主轴转速、进给速度、切削深度等。
这些参数将直接影响工件的加工质量和效率。
4. 载入加工程序：将编写好的加工程序通过存储介质（如U盘）载入到计算机控制系统中。
5. 开始加工：启动机床，通过计算机控制系统将加工程序传输给机床。
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control）是一种通过计算机控制的数控系统，广泛应用于各种机械加工领域。
它通过编程指令来控制机床的运动，实现精确的加工操作。
本文将详细介绍CNC工作原理及其相关技术。
一、CNC系统组成CNC系统由硬件和软件两部分组成。
1. 硬件组成CNC系统的硬件主要包括以下几个部分：- 电脑：用于编程和控制CNC系统。
- 控制器：负责接收电脑发送的指令，并将其转化为机床的动作。
- 伺服驱动器：控制机床各轴的运动。
- 传感器：用于检测机床的位置、速度和加速度等参数。
- 机床：用于实际加工操作的设备。
2. 软件组成CNC系统的软件包括以下几个部分：- 编程软件：用于编写加工程序。
- 控制软件：将编写好的程序转化为机床的运动指令。
- 仿真软件：用于模拟加工过程，检查程序的正确性。
二、CNC工作原理CNC工作原理可以分为以下几个步骤：1. 编写加工程序首先，操作人员需要使用编程软件编写加工程序。
加工程序是由一系列指令组成，用于描述机床的运动轨迹、切削参数等。
编写加工程序需要考虑加工零件的几何形状、加工工艺和机床的运动范围等因素。
2. 加载加工程序编写好的加工程序需要通过计算机传输到CNC系统中。
操作人员可以通过网络连接或者U盘等方式将程序加载到CNC系统中。
3. 设置工件坐标系在进行加工操作之前，需要设置工件坐标系。
工件坐标系是用于描述工件相对于机床运动的坐标系统。
操作人员需要通过测量和标定等方式确定工件坐标系的原点和方向。
4. 运行加工程序设置好工件坐标系后，操作人员可以通过控制软件将加工程序转化为机床的运动指令。
控制器会根据指令控制伺服驱动器，使机床按照加工程序的要求进行运动。
5. 监控加工过程在加工过程中，操作人员需要监控机床的运动情况。
CNC系统会通过传感器检测机床的位置、速度和加速度等参数，并将其反馈给控制器。
操作人员可以通过监控界面实时查看这些参数，以确保加工过程的准确性和安全性。
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。
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种通过计算机控制机床进行加工的技术。
它基于数学模型和计算机程序，通过控制机床的运动来实现零件的加工。
CNC工作原理主要包括以下几个方面：数学模型、计算机程序、控制系统和机床运动。
1. 数学模型CNC加工过程中，首先需要将零件的几何形状和加工要求转化为数学模型。
这个数学模型可以是二维的平面图形，也可以是三维的立体模型。
数学模型描述了零件的几何形状、尺寸和位置，是CNC加工的基础。
2. 计算机程序CNC加工需要通过计算机程序来控制机床的运动。
计算机程序是由一系列指令组成的，这些指令告诉机床如何移动和加工零件。
常见的CNC编程语言包括G代码和M代码。
G代码用来控制机床的运动，如移动到指定位置、设定切削速度等；M代码用来控制机床的辅助功能，如启动冷却系统、换刀等。
3. 控制系统CNC机床的控制系统是实现CNC工作原理的核心部分。
控制系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主控板、驱动器、电机等，用来控制机床的运动。
软件则负责处理计算机程序，将指令转化为机床的运动控制信号。
控制系统还包括传感器，用来检测机床的位置、速度和加工状态，以保证加工的精度和质量。
4. 机床运动CNC机床的运动是由控制系统控制的。
机床的运动包括工件的相对运动和刀具的相对运动。
工件的相对运动可以通过机床床身、工作台和滑块等部件的运动来实现。
刀具的相对运动可以通过工件的旋转、刀具的移动等方式来实现。
控制系统根据计算机程序中的指令，控制机床的运动，从而实现对零件的加工。
总结：CNC工作原理是基于数学模型和计算机程序，通过控制系统控制机床的运动来实现零件的加工。
数学模型描述了零件的几何形状和加工要求，计算机程序将指令转化为机床的运动控制信号，控制系统控制机床的运动，实现对零件的加工。
CNC技术具有高精度、高效率和灵活性等优点，被广泛应用于各个领域的零件加工。
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线，通过总线对从控CPU控制、监视、协调。 总线式（多主式）：主总线连接多个CPU，可直接访问所有
系统资源，解决总线争用问题。
典型结构: 共享总线型、共享存储器型及混合型结构。
13
2.2 CNC装置的硬件结构
共享总线结构
FANUC 15系统硬件结构 14
2.2 CNC装置的硬件结构
结构特征：
♦ 功能模块分为带有CPU的主模块和从模块
③功能模块型软件结构
多微处理器CNC装置一般采用模块化结构,每个微处理器 承担不同任务,形成特定功能模块，软件模块化，各功能模块
之间有明确的接口。
41
2.3 CNC系统的软件
3. 数控系统功能的发展趋势
42
2.3 CNC系统的软件
3. 数控系统功能的发展趋势
43
2.3 CNC系统的软件
3. 数控系统功能的发展趋势
32
2.3 CNC系统的软件
(5)输出（功能）程序
进行伺服控制 反向间隙补偿
丝杠螺距误差补偿
M、S、T辅助功能输出
管理程序
诊断程序
33
2.3 CNC系统的软件
2. CNC系统软件的特点和结构
特点:多任务性与并行处理技术 ♦ 多任务性：显示、译码、刀补、速度处理、插补处理、
位置控制、…
♦ 并行处理：系统在同一时间间隔或同一时刻内完成两个或
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
并行处理
39
2.3 CNC系统的软件
分类 ①前后台型结构
♦ 前台程序:主要完成插补运算、位置控制、故障诊断
等实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。 ♦ 后台程序(背景程序):完成显示、程序编辑管理、系
统输入/输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预
处理)等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，
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
单微处理器结构组成：
微处理器（运算、控制）、存储器、总线、接口；
10
2.2 CNC装置的硬件结构
存储器
只读存储器（ROM）：系统程序 ；
随机存储器（RAM）：运算的中间结果、需显示的数 据、运行中的状态、标志信息； CMOS RAM或磁泡存储器：加工的零件程序、机床参 数、刀具参数 。
（RAM/ROM，I/O模块）； ♦ 以系统总线为中心，所有的主、从模块都插在严格定
义的标准系统总线上；
♦ 采用总线仲裁机构（电路）来裁定多个模块同时请求 使用系统总线的竞争问题。
15
2.2 CNC装置的硬件结构
共享存储器结构
多CPU共享存储器框图 16
2.2 CNC装置的硬件结构
结构特征：
♦ 面向公共存储器设计，即采用多端口来实现各主模块之 间的互连和通讯；
30
2.3 CNC系统的软件
(3)插补计算功能
在给定轮廓线上的起点和终点之间，插入多个中间 点位置坐标的运算过程。 中间点的插入是根据一定的算法由数控装置控制软 件或硬件自动完成。
31
2.3 CNC系统的软件
(4)位置控制功能
每个位置反馈采样周期，将插补给定值与反馈值进行 比 较，用差值去控制电机。
21
2.2 CNC装置的硬件结构
开放式数控系统结构形式
①软数控：Soft CNC 以PC机为平台，数控功能由软件模块实现，但要取决于实 时性的问题。通过接口卡对伺服驱动进行控制，由伺服系统驱 动坐标轴电机。全方位开放。 ② PC内嵌入运动控制卡:把多轴运动控制卡插入传统的PC中， 实现以坐标轴运动为主的实时控制（作为数控功能运行）。 PC作为人机接口平台。易实现，研究单位和高校。 ③ PC内嵌入专用数控模块：专业厂家认为CNC系统最主要 功能是高速、高精加工和可靠性，PC的死机现象是不允许的。 已生产的大量CNC系统在体系结构上变化，对维修和可靠性不 利。故采取：增 一块PC板，提供键盘，使PC与CNC联系在一 起的方案。可界面开放，提高人机界面的功能。专业CNC系统 厂家（如Fanuc，Siemens 等）现在都这样做。
在多CPU结构的CNC系统中，根据各任务之间的关联程
度，可采用以下两种并行处理技术：
♦ 若任务间的关联程度不高，则可让其分别在不同的CPU上
同时执行——并发处理； ♦ 若任务间的关联程度较高，即一个任务的输出是另一个任
务的输入，则可采取流水处理的方法来实现并行处理。
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2.3 CNC系统的软件
顺序处理 流水处理技术示意图
22
2.2 CNC装置的硬件结构
CNC系统的硬件结构简图
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2.2 CNC装置的硬件结构
ARM+DSP嵌入式数控系统结构
24
2.2 CNC装置的硬件结构
ARM微处理器：接受指令、编译；并行多任务调度和资源
管理等。配备多种接口。 DSP数字信号处理器：采用哈佛结构，处理速度快；运算 能力强；方便用户设计和调试等。在高性能数控系统中有 重要的应用价值。
7
2.2 CNC装置的硬件结构
CNC装置的硬件结构
按其中含有CPU的多少可分为： 单微处理机结构和多微处理机结构； 按电路板的结构特点可分为： 大板结构和模块化结构。
8
2.2 CNC装置的硬件结构
单微处理器
单微处理器硬件结构图
9
2.2 CNC装置的硬件结构
1. 单微处理器数控装置:
以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储 器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式， 完成数控加工各个任务。
根据各任务实时性的要求，规定它们占用CPU的时间，使
它们分时共享系统的资源。 ♦ “资源分时共享”的技术关键：
其一：各任务的优先级分配问题。
其二：各任务占用CPU的时间长度，即时间片的分
配问题。
36
2.3 CNC系统的软件
资源（CPU）分时共享图
37
2.3 CNC系统的软件
并发处理和流水处理（对多资源的系统）
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
享”并行处理技术。即：在规定的时间长度（时间片）内，
28
2.3 CNC系统的软件
刀具半径补偿的方法 ♦ B刀补 对加工轮廓的连接都是以圆弧进行的。 ♦ C刀补 采用直线作为轮廓之间的刀具过 渡，因此，它的尖角性好，并且 它可自动预报(在内轮廓 刀具中 心轨迹加工时) 过切，以避免产 生过切。
29
2.3 CNC系统的软件
(2) 速度处理功能
G01 x50 F80; G01 x50 y80 F80; 问题：两条命令中，X、Y轴速度是否一样？
18
2.2 CNC装置的硬件结构
4. 功能模块式结构
将CPU、存储器、输入输出控制、位置控制、显示部 件等分别做成插件板（硬件模块），相应的软件也是模块
结构，固化在硬件模块中，软硬件模块形成一个功能模块。
将各功能模块以总线方式实现连接，以积木方式构成CNC
装置。
19
2.2 CNC装置的硬件结构
5. 开放式数控系统结构
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2.3 CNC系统的软件
1. CNC系统软件的组成与功能
1) 组成：由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。
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2.3 CNC系统的软件
①输入程序 把加工程序、控制参数和补偿数据输入到CNC装置中。 ②译码程序 将程序段中的工件轮廓信息、进给速度等工艺信息和辅助 信息翻译成计算机识别的数据形式，并按一定格式存放在 指定的内存专用区域。翻译过程中对程序段进行语法错误 检查和逻辑错误检查，发现错误立即报警。
44
2.3 CNC系统的软件
3. 数控系统功能的发展趋势
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2.3 CNC系统的软件
3. 数控系统功能的发展趋势
网络功能：RS232串行接口、网络接口、现场总线接口。 安全与维修性不断完善 1）硬软件的限位； 2）急停； 3）卡盘和尾座干涉区的设定； 4）各种互锁功能； 5）移动前的行程检查； 6）各种安全报警的显示； 7）伺服监控显示； 8）输入输出界面显示； 9）注重远距离故障诊断和维修功能开发。
③数据处理程序 刀具半径和长度补偿、速度处理、辅助功能等处理.
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2.3 CNC系统的软件
2) 功能： (1)刀具半径补偿
刀补处理的主要工作：
♦ 根据G90/G91计算零件轮 廓的终点坐标值。 ♦ 根据R和G41/G42，计算本
段刀具中心轨迹的终点坐标 值。 ♦ 根据本段与前段连接关系， 进行段间连接处理。
其在运行过程中，不断地定时被前台中断程序所打
断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。
40
2.3 CNC系统的软件
②中断型结构
此结构除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模 块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理
系统（由硬件和软件组成）对各级中断服 务程序实施调度管
理。整个软件就是一个大的中断管理系统。
♦ 采用多端口控制逻辑来解决多个模块同时访问多端
口存储器冲突的矛盾。 由于多端口存储器设计较复杂，而且对两个以上的主