计算机数控系统
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。
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。
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
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。
数控系统的作用
数控系统的作用
数控系统是一种可以通过计算机控制工具运动和加工的系统，它通过编程控制工具的移动和加工参数，可以实现高精度、高效率、高稳定性的加工。
其作用主要包括：
1. 提高加工精度和质量：数控系统通过数字化编程实现精密的工具运动轨迹控制，可以在减少误差的同时提高加工精度和质量。
2. 提高生产效率：数控系统可以通过自动化控制和编程控制工具的运动轨迹，可以实现高效率的加工工作。
3. 减少人力需求：数控系统可实现自动化加工，在一定程度上减少了对人力资源的需求，从而降低了工作成本。
4. 实现多种复杂加工：数控系统不仅可对传统的扁平工件进行加工，也可以实现复杂的曲面加工，满足各种不同加工需求。
5. 加工过程调整：数控系统可在加工过程中对其进行监测和调整，减少加工中出现的问题，确保加工的连续性和稳定性。
6. 提高安全性：数控系统在加工过程中主要是通过计算机控制工具的运动，减少了危险工作环境下人的操作误差，提高了加工的安全性。
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）
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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
第一节 计算机数控系统的组成及微机的作用
插补计算是周期进行的，这个周期称为插补周 期。每进行一次插补计算，就形成一个微小的数据 段，该数据段是对应轴的进给距离。一段轨迹的加 工，要经过许多次插补才能完成。
为了获得高的进给速度，有些计算机数控系统 采用软、硬件结合的方法完成插补。软件完成粗插 补，与数字增量法类似，按插补周期将轮廓分为若 干段，计算出相应的进给增量，交给硬件插补器。 后者对粗插补输出的线段作进一步细插补，输出密 化的脉冲。这种方法可降低对微机运算速度的要求。
微机把位置反馈量与给定值(即采样周期中 的位置增量）比较后得到的偏差值作为控制伺服 电机运动的依据，使系统始终跟随给定值。闭环 控制系一般采用数宇增量插补法，在一个采样周 期中完成一次插补计算，进行一次伺服控制。
无论是开环还是闭环控制系统，微机都要对 电动机的加、减速进行控制，使电动机启动和停 止平稳，以获得平稳的运动特性和较高的位置控 制精度。
第六章 计算机数控系统
第一节 计算机数控系统的组成及微机的作用
计算机数控(CNC)系统根据输入的程序或指令， 由计算机进行插补运算，形成理想的运动轨迹， 插补计算出的位置数据输出到伺服系统，控制伺 服电机带动执行机构，加工出所需零件。
一、计算机数控系统的组成
CNC（计算机数控系统）是由输入输出设备、 CNC装置、主轴驱动和进给伺服系统等组成
计算机数控装置由微型计算机(简称微机)、 通用I/ 0接口和机床控制I/ 0接口组成。微机 是计算机数控装置的核心，它包括微处理器、 内部存储器、I/ 0接口以及时钟、译码等辅助 电路。
微处理器执行存储在内部存储器中的加工程 序，完成所需要的计算，产生协调整个系统工作 的各类控制信号。 通用I/ O接口连接常规的输 入/输出设备以实现程序的输人、输出及显示人 机交互的界面。机床控制I/ O接口连接专用的控 制和检测装置，实现机床的位置和工作状态的控 制与检测。
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
简述典型数控机床的计算机数控系统的应用
简述典型数控机床的计算机数控系统的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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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
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
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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
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。
数控系统工作原理
数控系统工作原理
数控系统是一种通过计算机控制数控设备进行加工的自动化系统。
其工作原理如下：
1. 设计制作程序：数控系统首先需要根据加工要求进行程序的设计。
程序可以使用专门的数控编程软件，根据加工零件的几何形状和加工工艺，编写出一系列代码，用于定义刀具的路径、速度、进给等参数。
2. 程序传输与存储：编写完成的数控程序可以通过计算机与数控设备之间的传输设备进行传输。
一般情况下，数控系统会根据需要将程序存储在内部存储器中，方便以后的重复使用。
3. 数控系统解释程序：数控系统会将程序进行解释，并将其转化为数控设备可以理解的指令。
解释程序会根据编写的代码，将刀具路径、速度、进给等信息转化为用来驱动数控设备的指令。
4. 发送指令：解释程序将指令发送给数控设备的控制部分。
控制部分会根据指令控制伺服电机、螺杆传动系统等驱动部件，实现刀具的运动。
5. 加工控制：数控系统会监控刀具的运动状态，并根据需要控制刀具的速度、进给以及切削时刻等参数。
通过对实时的反馈信号进行分析，数控系统可以实现加工过程中的自动控制和调整。
总的来说，数控系统通过计算机对程序进行设计和存储，并将其转化为数控设备可以执行的指令。
通过控制刀具的运动和加工参数，数控系统实现对工件的自动化加工。
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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进给倍率（进给修调率）——人工实时修调预先给定
的进给速度。
计算机数控系统
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。
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。
计算机数控系统
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
计算机数控系统
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
计算机数控系统
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。
择的功能。
计算机数控系统
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。
计算机数控系统
2．点位运动与移动功能(G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。
计算机数控系统
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。
位置 控制
其它 接口
计算机数控系统
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
计算机数控系统
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
2．译码 3．刀具补偿
第二章 计算机数控系统
第一节 概 述
第二节 CNC的结构
第三节 CNC的信息处理过程
第四节 PLC与数控机床的辅助功能
第五节 FANUC数控系统
第六节 开放式CNC
思考题
计算机数控系统
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
计算机数控系统
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。
计算机数控系统
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。
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
运给助
动
传 动
控 制
机机机
构构构
计算机数控系统
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。
计算机数控系统Βιβλιοθήκη 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。
6．位置处理 7．Ｉ/Ｏ处理 8．显示
4．对进给速度进行处理
9．诊断
5．插补
计算机数控系统
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
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。
硬件是基础，软件是灵魂。
计算机数控系统
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
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。
计算机数控系统
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。
计算机数控系统
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。
硬件
接
口
计算机数控系统
被控设备 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。
计算机数控系统
CNC的硬件系统组成框图
ROM
RAM
IN接口
OUT接口
CPU
总线
阅读机 接口
MDI/CRT 接口
计算机数控系统
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。
计算机数控系统
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。