CNC数控系统的基本结构
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。
FANUC CNC系统的组成
任务一 FANUC 0i-D系统
知识链接
二、 FANUC数字伺服
2、βi系列电机
FANUC CNC系统的组成
任务一 FANUC 0i-D系统
知识链接
二、 FANUC数字伺服
3、αi系列伺服放大器 αi系列伺服放大器是FANUC数控系统常用的高性能伺服驱动产 品，采用模块化的结构形式，由电源模块（PSM）、伺服驱动模块 （SVM）、 主轴驱动模块（SPM）组成。
任务一 FANUC 0i-D系统
知识链接
一、FANUC CNC控制 器系统的面板及相关功 能
3、FANUC 0i-D系 统功能模块图
FANUC CNC系统的组成
任务一 FANUC 0i-D系统
知识链接
二、 FANUC数字伺服
1、βi系列伺服放大器 βi系列伺服放大器是一 种可靠性强、性价比卓越的 伺服系统。
二、实施步骤
1、任务讲解 2、训练目的 ① 了解现有设备的I/O单元模块配置。 ② 能对I/O单元模块配置的性能进行阐述。 ③ 熟悉I/O单元模块的连接。
FANUC CNC系统的组成
任务二 FANUC I/O单元模块
任务实施
二、实施步骤
3. 训练项目 ① 通过查看实训设备的配置填入表中
FANUC CNC系统的组成
任务二 FANUC I/O单元模块
任务实施
二、实施步骤
3. 训练项目 ② 对现有实训设备进行观察，找出有哪几类I/O单元模块，并对各 I/O单元模块的输入/输出点数进行说明，填入表中
FANUC CNC系统的组成
FANUC CNC系统的组成
思考题
1. 请找出哪些是具有伺服主轴控制功能的系统？ 2. 请找出哪些是具有模拟主轴控制功能的系统？ 3. 在手动方式下如何实现工作台或电机双方向移动?
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。
数控机床结构结构图
可编程控制器
数控车床 数控车床的工艺用途 的组成 数控车床的组成
影响车床布局形式的因素
操作面板
输入输出设备 CNC装置
伺服单元、驱动装置和测量装置
PLC、机床I/O电路和装置 机床主机
数控车床 主轴箱和尾座的布局形式 水平床身配置水平滑板
数 的布局 床身和导轨的布局形式
倾斜床身配置倾斜滑板 水平床身配置倾斜滑板
按照技术水平的高低分类 1.数显及打字型 2.带有小型电子计算机
进行数据处理型 3.计算机数字控制型
其他分类方法 大型、中型、小型；精密型、生产型
三
三坐标测量 机的构成
坐
三坐标测量机的主体 三坐标测量机的测量系统 三坐标测量机计算机控制系统和软件
标
三坐标测量机
直接测量方法 程序测量方法
测 的测量方式
床概述 数控冲床的工作原理
数控冲床的
数控冲床的组成
主机
数控装置
冲 组成与结构 数控冲床的结构
床
典型数
ZX数控冲床 性能特点
技术参数
控冲床
伺服复合小型精密钣金加工冲床
主要特点 技术参数
三坐标测 量机概述
三坐标测量机的功能 按照工作方式分类 1.点位测量法 2.连续扫描测量方式 三坐标测量机的类型 按照结构形式分类 1.悬臂式 2.桥式 3.龙门式 4.立柱式 5.坐标镗床式
冷却润滑技术（冷却
轨
数控机床导轨的类型与特点 滚动导轨
静压导轨
数控机床自动排 屑装置
平面链式排屑装置 刮板式排屑装置 螺旋式排屑装置 磁性排屑器
摩擦阻力小
位置检测装置
位置检测装置的要求（4点） 数字式与模拟式
的要求与类型
计算机数控装置概述
（1）CNC管理模 块
系统初始化、中断管理、总 线裁决、系统出错识别和处理、 系统软、硬件诊断等。
（2）CNC插补模块
译码、刀具半径补偿、 坐标位移量计算和进给速度处 理等预处理，插补运算。
（2）设置恒定线速度 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。 为了提高加工工件的表面质量.
（3）主轴准停 主轴周向定位于特定位置控制的功能。---换刀
7、辅助功能(M)
主要用于指定主轴的正、反转 、停止、冷却液的打开或关闭，换 刀等动作。
8、刀具功能 T
用来选择刀具并且指定有效刀 具的几何参数的地址。
设备层
显示设备
其他设备
计算机系统 输入/出设备
接
口
人机控制 运动控制
PMC 其他I/O
机床 机器人 测量机 ...
计算机基本系统：
CPU
EPROM或 E2PROM
RAM
输入/输出接口
主轴控制 通信接口
MDI接口
PLC接口 CRT
或液晶显示接口 位置控制
纸带阅读机接口
2、CNC装置的软件框图
CNC装置系统软件
集成的要求。
12、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。
13、人机对话编程功能
➢ 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。
第二节 CNC装置的硬件结构
9、补偿功能
刀具长度及半径补偿； 丝杆的螺距误差和反向间隙误差
的补偿； 可以在加工前输入到机床的存储
单元里,
10、字符图形显示功能
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。
cnc装置由硬件和软件组成是什么
cnc装置由硬件和软件组成是什么你们知道CN中的装置是又什么硬件和什么软件组成的吗?下面是店铺带来的关于cnc装置由硬件和软件组成是什么的内容，欢迎阅读!cnc装置由硬件和软件组成是什么?CNC一般由下列几个部分组成：●主机，它是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
它是用于完成各种切削加工的机械部件。
●数控装置，是数控机床的核心，包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
●驱动装置，它是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。
当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
●辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。
它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
●编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
CNC系统是一个专用的实时多任务计算机系统，在它的控制软件中融合了当今计算机软件技术中的许多先进技术，其中最突出的是多任务并行处理和多重实时中断。
下面分别加以介绍。
软件结构(1)输入数据处理程序它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。
有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。
通常，输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。
(2)插补计算程序CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点、既定速度等进行中间输出点的插值密化运算。
上述密化计算不仅要严格遵循给定轨迹要求还要符合机械系统平稳运动加减速的要求。
根据运算结果，分别向各坐标轴发出形成进给运动的位置指令。
数控加工工艺系统的组成
数控加工工艺系统的组成一、引言数控加工技术是现代制造业中不可或缺的重要组成部分，它能够实现高精度、高效率、高质量的加工过程。
数控加工工艺系统是数控加工技术的关键支撑，其包括了多个部分组成。
本文将详细介绍数控加工工艺系统的组成及其各个部分的功能。
二、数控机床数控机床是数控加工技术中最核心的设备之一，它能够实现对零件进行高精度、高效率的切削加工。
数控机床由机床本体、CNC系统和驱动系统三部分组成。
1. 机床本体机床本体是指固定在地面上的整体结构，包括了主轴箱、滑枕箱、床身等部分。
机床本体需要具备足够的刚性和稳定性，以保证在高速切削时不会发生振动和变形。
2. CNC系统CNC系统是指计算机数字控制系统，它通过对程序进行解释和执行来实现对数控机床运动轴的精确控制。
CNC系统需要具备良好的稳定性和可靠性，并且需要支持多种编程方式。
3. 驱动系统驱动系统是指将CNC系统发出的指令转化为电气信号，控制数控机床各个运动轴的运动。
驱动系统需要具备高精度、高速度和高可靠性，以保证数控机床的稳定运行。
三、刀具系统刀具系统是指数控机床上用于进行切削加工的刀具及其附件。
刀具系统包括了主轴、夹头、刀柄、切削刃等部分。
1. 主轴主轴是指数控机床上用于安装和转动刀具的部件，它需要具备足够的承载能力和旋转精度，以保证加工过程中不会发生偏差或抖动。
2. 夹头夹头是指用于固定和夹紧刀柄或工件的部件，它需要具备良好的夹紧力和稳定性，并且需要支持快速换刀功能。
3. 刀柄刀柄是指连接主轴和切削刃之间的部件，它需要具备足够的强度和稳定性，并且需要适配不同类型的主轴和夹头。
4. 切削刃切削刃是指用于进行实际切削的部件，它需要具备足够的硬度、耐磨性和切削性能，以保证加工过程中能够保持高效率和高质量。
四、工艺规划系统工艺规划系统是数控加工工艺系统中重要的辅助部分，它能够对加工过程进行优化和规划，提高加工效率和质量。
工艺规划系统包括了CAD/CAM软件、NC程序生成器等部分。
CNC装置的硬件结构
●多端口存储器设计较复杂；对两个以上的主模块，可能会因争用存储器造成存 储器传输信息的阻塞，所以这种结构一般采用双端口存储器(双端口RAM)。
三、大板式结构与模块化结构 (按电路板的结构特点)
1、大板式结构 CNC装置由主电路板、图形控制板、PLC板、位置控制板、电源 单元组成。各功能板插在主电路大印刷板插槽内。
有些CNC装置中，虽然有两个后两个以上的CPU，
但只有一个CPU对系统的资源拥有控制权和使用权
（主CPU） （存储器、总线）
主从结构
其它CPU（从CPU）无权控制和使用系统资源；只能 可归为 接受主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求信 单机结构
号以获取所需要的数据；从而完成某一辅助功能。
单(微处理)机结构的CNC装置框图
主轴控制模块
(CPU)
（2）共享存储器结构
来自机床的控制信号
I/O控制模块 (CPU)
输出至机床的控制信号
CNC管理模块 (CPU)
操作面板显示 模块
存储器 （RAM）
位置控制模块
(CPU)
主轴控制模块
(CPU)
●面向公共存储器来设计的，所有主模块共享存储器；即采用多端口存储器来实 现各主模块之间的互连和通讯， 多端口存储器的每个端口都配有数据线、地址线、控制线，供独立的CPU访问
触点输入
无源触点输入
有源触点输入
电压输入
触点去抖动电路
2）输出接口：
把机床各种工
作状态信息送 继
到机床操作面 电
板上用指示灯 显示；
器 输 出
把控制机床动
作的信号送到
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CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种通过计算机控制机床运动的技术，广泛应用于各种制造领域。
它通过预先编写好的程序来控制机床的运动，实现复杂的加工操作。
本文将详细介绍CNC工作原理，包括其基本组成部分、工作流程和关键技术。
一、CNC的基本组成部分1. 控制系统：CNC的核心部分，负责接收和解析加工程序，并控制机床的运动。
控制系统通常由计算机、数控装置和接口电路组成。
2. 机床：CNC系统的执行部分，负责实际的加工操作。
常见的机床类型包括铣床、车床、钻床等。
3. 传感器：用于检测机床和工件的位置、速度和力等信息，并将其反馈给控制系统，以实现精确的运动控制。
4. 电机与驱动器：用于驱动机床的各个轴向运动，通常采用伺服电机和驱动器来实现精确的位置控制。
二、CNC的工作流程1. 编写加工程序：首先，操作员需要根据零件图纸和加工要求，使用专门的CNC编程软件编写加工程序。
加工程序包括加工路径、切削参数和工具补偿等信息。
2. 上传程序：将编写好的加工程序通过网络或存储介质上传到CNC系统的控制器中。
3. 设置工件和工具：操作员需要将待加工的工件安装到机床上，并选择合适的切削工具。
4. 启动加工：操作员在控制器上输入相应的指令，启动加工过程。
控制器将根据加工程序的要求，控制机床的各个轴向运动，实现零件的加工。
5. 监控加工过程：在加工过程中，操作员需要通过监控系统实时监测机床的运动和加工状态，确保加工质量和安全。
6. 完成加工：当加工完成后，操作员可以将工件从机床上取下，并进行必要的后续处理。
三、CNC的关键技术1. 插补算法：CNC系统需要根据加工程序中的加工路径，计算出各个轴向的运动轨迹。
插补算法是实现这一功能的关键技术，常见的插补算法包括直线插补、圆弧插补和螺旋线插补等。
2. 伺服控制技术：伺服电机和驱动器的组合可以实现高精度的位置控制。
伺服控制技术能够根据传感器反馈的位置信息，调整电机的转速和方向，实现精确的轴向运动。
数控技术练习题(有答案)
数控技术练习题一、填空题1.数控加工中心是具有自动刀具交换装置并能进行多种工序加工的数控机床。
2.NC机床是用数控技术实现加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床,是一种柔性的、高效能的自动化机床。
3、数控机床一般是由数控装置、伺服系统、机床本体和检测反馈装置组成，其中数控装置是数控机床的核心，伺服系统是数控系统的执行部分。
4.数控机床是由程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床本体和其它辅助装置共同组成的。
3. 数控装置是数控机床的核心，主要由输入、处理、和输出三个基本部分构成。
4.驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。
5、数控系统的插补精度是以脉冲当量的数值来衡量的。
6.柔性制造系统是制造模块的主体，主要包括：零件的数控加工、生产调度、刀具管理、质量检测和控制、装配、物料储运等。
7.切削用量主要包括以下数据：主轴转速、进给速度、背吃刀量等。
8.程序送入数控机床后，还需要经过试运行和试加工两步检验后，才能进行正式加工。
9.一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束三部分组成。
10.对于数控机床的进给指令F100表示进给速度为 100mm/min 对于回转轴的进给指令F12表示每分钟进给速度为 12011.对于刀具功能字T指令，T0102中的 01 表示刀号、02表示刀补号。
12.在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点称之为起刀点、对刀点或程序起点。
13. 数控机床加工过程中需要换刀时，刀架转位换刀时的位置称之为：换刀点。
14. 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
15. 在圆弧插补指令中， G02 为顺时针圆弧插补指令， G03 为逆时针圆弧插补指令。
16.主轴控制指令中 M03 指令为控制主轴顺时针方向转动的指令、 M04 指令为控制主轴逆时针方向转动的指令、M05 指令为控制主轴停止转动的指令。
17.自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，分为以数控语言为基础的自动编程方法和以计算机绘图为基础的自动编程方法。
数控系统基本组成
CNC系统中的微处理器
1．单微处理器系统的组成和特点 单微处理器系统的CNC装置的特点是整个CNC装
置中只有一个CPU，通过该CPU来集中管理和控制整 个系统的资源（包括存储器、总线），并通过分时处 理的方法，实现各种数控功能。有些CNC装置中，虽 然有两个或两个以上的CPU，但只有一个CPU对系统 的资源拥有控制权和使用权，该CPU称为主CPU，其 它CPU（称为从CPU）无权控制和使用系统资源，只 能接受主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求 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。
有些cnc装臵中虽然有两个或两个以上的cpu但只有一个cpu对系统的资源拥有控制权和使用权该cpu称为主cpu其它cpu称为从cpu无权控制和使用系统资源只能接受主cpu的控制命令和数据或向主cpu发请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
数控系统的基本组成 本节提要：
⑸主轴控制接口
主轴S功能可分为无级变速、有级变速和分段 无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置 时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行 无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为 提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无 级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、 主轴准停功能以及主轴转速监控等。
（1）共享总线结构 （2）共享存储器结构
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
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 机床运行状态；
（2） 在加工过程中，为使加工过程连续，译码、刀补、插补 和位置控制模快也必须同时进行。
简述数控机床的基本组成部分及其基本功能
简述数控机床的基本组成部分及其基本功能简述数控机床的基本组成部分及其基本功能数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。
1)加工程序载体数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。
零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。
将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等,通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。
2) 数控装置数控装置是数控机床的核心。
现代数控装置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。
CNC 系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹,然后输出到执行部件加工出所需要的零件.因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。
而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作.3）伺服与测量反馈系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。
伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息,经功率放大、整形处理后,转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。
由于伺服系统是数控机床的最后环节,其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标,因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能,准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度.4）机床主体机床主机是数控机床的主体。
它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。
它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分.5）数控机床辅助装置辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置,排屑装置,冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护,照明等各种辅助装置。
数控机床的四大组成部分
数控机床的四大组成部分
数控机床的四大组成部分数控机床主要由主机部分、控制部分、驱动装置和辅助装置四部分组成。
（1）主机部分它是数控机床的主体，是数控机床的机械部件。
它包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给机构等组成。
（2）控制部分控制部分又称CNC装置，它是控制机床的核心，一般是一台机床专用控制计算机（包括机床印制板电路、屏幕显示器、键盘、纸带、磁带、驱动电路等）。
输入到控制部分的程序指令记录在信息载体上由程序读入装置接收，或由控制部分的键盘直接手动输入。
（3）驱动装置驱动装置是数控机床的执行机构的驱动部件，包括主轴电机、进给伺服电机等。
（4）辅助装置辅助装置是指数控机床的一些配套部件，包括液压、气动装置及冷却系统和排泄装置、防护设备等。
数控机床应用数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。
它综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，使用了多种传感器，在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等，主要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。
1、数控机床对传感器的要求1）可靠性高和抗干扰性强；
2）满足精度和速度的要求；
3）使用维护方便，适合机床运行环境；
4）成本低。
不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中。
CNC数控系统的基本结构
△Li=F△t (i=1，2，…)
则当△t→0时，折线段之和接近曲线L,即
当F为常数时，由于△ t对于一个数控系统而言恒为常数， 故△Li的长度也为常数，只不过其斜率与在L上的位置有关。
Байду номын сангаас
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第一节 概述
2.插补运算 在计算出△Li后，必须将其分解为x轴及Y轴移动分量△xi
和△yi(在△ti时间内)，它们将随着△Li在L上位置的不断变 化而变化，但它们满足:
的专用操作系统;从功能特征来看，该操作系统由CNC管理 软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC系统的灵魂， 其结构枢图如图2 -2所示。 CNC系统平台的构筑方式就是CNC系统的体系结构。体 系结构为系统的分析、设计和建造提供框架。在下一节里将 分别按硬件和软件两方面对CNC系统的体系结构进行讨论。
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第一节 概述
三、CNC系统的主要功能
1.准备功能 准备功能即G功能，指令机床动作方式的功能。 2.控制功能 CNC能控制和能联动控制的进给轴数。CNC的控制进给
轴有移动轴、回转轴、基本轴和附加轴。
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第一节 概述
3.进给功能 数控系统进给速度的控制功能，主要有以下三种: ·进给速度:控制刀具相对工件的运动速度，单位为
系统故障发生的频率降低，发生故障后的修复时间缩短。
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第二节 CNC系统的硬件结构
CNC系统的硬件结构按含有CPU的多少来分，可分为单机 系统和多机系统。
一、CNC系统的硬件结构分类
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第一节 概述
5.可靠性高 CNC系统的高可靠性可以从以下儿方面看出: ·CNC系统总是采用集成度高的电子元件、芯片，采用
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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第一节 概述
一、CNC系统的组成
把计算机技术应用于机床的控制系统，是数控机床发展史 上的一个重要里程碑，这是因为它综合了现代计算机技术、 自动控制技术、传感器及测量技术、机械制造技术等领域的 最新成就，使机械加工技术达到了一个崭新的水平。从自动 控制的角度来看，数控系统是一种轨迹控制系统，即本质上 是以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象，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。
第2章 CNC数控系统的基本结构
第一节 概述 第二节 CNC系统的硬件结构 第三节 CNC系统的软件结构
第一节 概述
数控系统(NCS)是数字控制系统简称，英文名称为 Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为 硬件数控(Hard NC) , 1970年代以后，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。
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第一节 概述
1.数控系统的一般硬件结构 广义数控系统的结构框图如图2 -1所示，即由计算机基本
系统、设备支持层、设备层三部分组成，它是CNC系统的物 质基础。
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Hale Waihona Puke 一节 概述2. CNC系统软件的功能性结构 从本质特征来看，CNC系统软件是具有实时性和多任务性
第一节 概述
在CNC机床上，加工过程中的人工操作均被数控系统所取 代。其工作过程如下:首先要将被加工零件图上的几何信息和 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。
且有
由于△Li的斜率是不断变化的，因此进给速度在X方向及 Y方向的分量Fx与Fy以及它们之间的比值Fx/Fy 几乎都在不断 变化。
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第一节 概述
3.指令输出 将计算出在△ t时间内的△xi和△yi作为指令输出给X轴和
Y轴，以控制它们联动。由此可知，只要能连续地自动控制 X, Y两个进给轴在△t时间内的移动量，就可以实现曲线轮廓 零件的加工。
去控制刀具中心的轨迹，以及在刀具磨损或更换时(刀具半 径和长度变化)，可对刀具半径或长度作相应的补偿。该功 能由G指令实现。
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第一节 概述
(2)传动链误差包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能， 即事先测量出螺距误差和反向间隙，并按要求输入到CNC系 统相应的存储单元内，在坐标轴运行时，对螺距误差进行补 偿;在坐标轴反向时，对反向间隙进行补偿。
的专用操作系统;从功能特征来看，该操作系统由CNC管理 软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC系统的灵魂， 其结构枢图如图2 -2所示。 CNC系统平台的构筑方式就是CNC系统的体系结构。体 系结构为系统的分析、设计和建造提供框架。在下一节里将 分别按硬件和软件两方面对CNC系统的体系结构进行讨论。
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第一节 概述
计算机数控(CNC)与传统的硬线数控(NC)相比有很多的优 点，其中最根本的一点就是，CNC的许多数控功能是由软件 实现的，因而较硬线数控具有更大的柔性，即它很容易通过 软件的改变来实现数控功能的更改或扩展。今天，硬线数控 已被计算机数控所取代。
由上述讨论可知，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。
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第一节 概述
三、CNC系统的主要功能
1.准备功能 准备功能即G功能，指令机床动作方式的功能。 2.控制功能 CNC能控制和能联动控制的进给轴数。CNC的控制进给
轴有移动轴、回转轴、基本轴和附加轴。
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第一节 概述
3.进给功能 数控系统进给速度的控制功能，主要有以下三种: ·进给速度:控制刀具相对工件的运动速度，单位为
图2-4为将要加工的零件，其形状用曲线L描述。加工该零件 就是要控制刀具T相对于该零件按轨迹曲线L运动。CNC系统 对输入加工程序的运算和处理的核心部分有以下三步。
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第一节 概述
1.逼近处理
首先对曲线L进行逼近处理，即按系统的插补时间△t和加
工所要求的进给速度F，将L分割成若干短直线△L1， △L2,…，△Li，…，这里
△Li=F△t (i=1，2，…)
则当△t→0时，折线段之和接近曲线L,即
当F为常数时，由于△ t对于一个数控系统而言恒为常数， 故△Li的长度也为常数，只不过其斜率与在L上的位置有关。
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第一节 概述
2.插补运算 在计算出△Li后，必须将其分解为x轴及Y轴移动分量△xi
和△yi(在△ti时间内)，它们将随着△Li在L上位置的不断变 化而变化，但它们满足:
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第一节 概述
二、CNC系统的工作过程
一般来说，让我们来回顾一下在普通机床上加工零件时， 机床操作者总是根据工序卡的要求，在加工过程中不断地操 作机床改变刀具与工件的相对运动轨迹和运动参数(位置、 速度等)，使刀具对工件进行切削加工，从而得到所需要的 合格零件。
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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，用于加工螺纹; ·进给倍率(进给修调率):人工实时修调进给速度，即通过
面板的倍率波段开关在0 % ~ 200%对预先设定的进给速度实 现实时修调。
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第一节 概述
4.辅助功能 辅助功能即M功能，用于指令机床辅助操作的功能。 5.补偿功能 (1)刀具半径和长度补偿功能该功能按零件轮廓编制的程序
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第一节 概述
计算机数控(Computerized Numerical Control, 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，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)、可编程逻辑控制器(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。