数控系统结构介绍

数控系统的组成
❖ 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。
❖ 程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程逻辑 控制器、主轴驱动装置、进给驱动装置组成。
零件程序 输入 译码
S、M、T 指令处理
G指令 处理
坐标及刀补 处 理
可编程控制控制与 辅助操作处理
S、M、T 执行完信号
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
坐标轴运动 与位置检测
计算机数字控制系统的硬件结构
❖ 目前CNC的硬件结构广泛采用各种多CPU结 构，80年代后出现了以个人计算机（PC）为 基础的CNC结构。从结构上看，近代CNC由 以下三部分组成：
第三章 CNC系统结构及控制方法
一、CNC系统的定义及结构
➢定义
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。
方框图
CNC系统的功能
切削液的开和关；刀库的启和停等，一般是开 关量的控制。各种型号的数控装置具有的辅助 功能差别很大，而且有许多是自定义的。
❖ 7. 刀具功能
刀具功能用来选择所需的刀具。
❖ 8. 补偿功能
❖ 补偿功能是通过输入到CNC系统存储器的补偿 量，根据编程轨迹重新计算刀具的运动轨迹和 坐标尺寸，从而加工出符合要求的工件。补偿 功能主要有以下种类：
❖ 2. 几何参数
CNC设定的最小设定单位 插补方式 控制轴数
❖ 3. 准备功能 P4
❖ 准备功能也称G指令代码，它用来指定机床运 动方式的功能，包括基本移动、平面选择、坐 标设定、刀具补偿、固定循环等指令。
❖ 对于点位式的加工机床，如钻床、冲床等，需 要点位移动控制系统。对于轮廓控制的加工机 床，如车床、铣床、加工中心等，需要控制系 统有两个或两个以上的进给坐标具有联动功能。
❖ 1. 控制功能
❖ 控制轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加 轴。通过轴的联动可以完成轮廓轨迹的加工。 一般数控车床只需二轴控制，二轴联动；一般 数控铣床需要三轴控制、三轴联动或多轴联动； 一般加工中心为多轴控制，三轴联动。控制轴 数越多，特别是同时控制的轴数越多，要求 CNC系统的功能就越强，同时CNC系统也就 越复杂，编制程序也越困难。
❖ 9. 字符、图形显示功能
❖ CNC控制器可以配置单色或彩色CRT或 LCD，通过软件和硬件接口实现字符和图形 的显示。通常可以显示程序、参数、各种补 偿量、坐标位置、故障信息、人机对话编程 菜单、零件图形及刀具实际移动轨迹的坐标等。
❖ 10. 自诊断功能
❖ 为了防止故障的发生或在发生故障后可以迅 速查明故障的类型和部位，以减少停机时间， CNC系统中设置了各种诊断程序。不同的 CNC系统设置的诊断程序是不同的，诊断的 水平也不同。诊断程序一般可以包含在系统程 序中，在系统运行过程中进行检查和诊断；也 可以作为服务性程序，在系统运行前或故障停 机后进行诊断，查找故障的部位。有的CNC 可以进行远程通信诊断。
❖ 4. 进给功能
❖ 根据加工工艺要求，CNC系统的进给功能用F指 令代码直接指定数控机床加工的进给速度。
❖ （1）切削进给速度 以每分钟进给的毫米数指定刀具 的进给速度，如100mm/min。对于回转轴，表示每 分钟进给的角度。
❖ （2）同步进给速度 以主轴每转进给的毫米数规定的 进给速度，如0.02mm/r。只有主轴上装有位置编码 器的数控机床才能指定同步进给速度，用于切削螺纹 的编程。
❖ （3）进给倍率 操作面板上设置了进给倍率开关，倍 率可以从0~200%之间变化，每档间隔10%。使用倍 率开关不用修改程序就可以改变进给速度，并可以在 试切零件时随时改变进给速度或在发生意外时随时停 止进给。
❖ 5. 主轴功能——指定主轴转速的功能
❖ （1）转速的编码方式 一般用S指令代码指定。r/min
❖ 11. 通信功能
❖ 为了适应柔性制造系统（FMS）和计算机集成 制造系统（CIMS）的需求，CNC装置通常具 有RS232C通信接口，有的还备有DNC接口。 也有的CNC还可以通过制造自动化协议 （MAP）接入工厂的通信网络。
❖ 12. 人机交互图形编程功能 ❖ 为了进一步提高数控机床的编程效率，对于NC程
序的编制，特别是较为复杂零件的NC程序都要通 过计算机辅助编程，尤其是利用图形进行自动编 程，以提高编程效率。因此，对于现代CNC系统 一般要求具有人机交互图形编程功能。有这种功 能的CNC系统可以根据零件图直接编制程序，即 编程人员只需送入图样上简单表示的几何尺寸就 能自动地计算出全部交点、切点和圆心坐标，生 成加工程序。有的CNC系统可根据引导图和显示 说明进行对话式编程，并具有自动工序选择、刀 具和切削条件的自动选择等智能功能。有的CNC 系统还备有用户宏程序功能（如日本FANUC系 统）。这些功能有助于那些未受过CNC编程专门 训练的机械工人能够很快地进行程序编制工作。
❖ （1）刀具的尺寸补偿 如刀具长度补偿、刀具 半径补偿和刀尖圆弧补偿。这些功能可以补偿 刀具磨损以及换刀时对准正确位置，简化编程。
❖ （2）丝杠的螺距误差补偿和反向间隙补偿或 者热变形补偿通过事先检测出丝杠螺距误差和 反向间隙，并输入到CNC系统中，在实际加工 中进行补偿，从而提高数控机床的加工精度。
❖ （2）指定恒定线速度 ❖ 该功能可以保证车床和磨床加工工件端面
质量和不同直径的外圆的加工具有相同的切削 速度。 mm/min ❖ （3）主轴定向准停 ❖ 该功能使主轴在径向的某一位置准确停止， 有自动换刀功能的机床必须选取有这一功能的 CNC装置。
❖ 6. 辅助功能 ❖ 辅助功能用来指定主轴的启、停和转向；
NC：主要负责数控加工程序的处理、插补、伺 服、进给的控制等数控主流程的处理和控制；
PLC：主要负责对数控设备及其他辅助设备的开 关量控制
MMC：它是CNC中负责处理人机界面及外界通 信任务的机构，具有图形处理和数据处理功能。