计算机数控系统(CNC)
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45
1。进给速度控制 2. 加减速度控制
3.3.4 进给速度的控制
加速 稳速
减速
3.3.5 诊断程序 启动诊断：程序是否合乎加工逻辑 在线诊断：超程否？ 离线诊断：报警的原因 高级诊断：综合
46
3.4.1
3.4 数控机床用PLC控制器
PLC与CNC机床的关系
47
48
3.4.1.1内装型PLC 3.4.1.2独立型PLC
38
N50 G01 Z-12.0 F20；直线插补，往下切削进给 12mm，进给速度20mm/min N60 Y40.0 F10；切左边，慢速（10） N70 X30.0；切上边 N80 Y-30.0；切右边 N90 X-40.0；切下边至B点 N100 G00 Z60.0 M05；快速抬刀，主轴停 N110 G40 X-10.0 Y-20.0；取消刀补，回对刀点 N120 M30；程序结束
5
3.1.2.2 输入输出设备
输入设备：纸带机、键盘、磁盘、光盘、 磁鼓、 磁带、DNC输入 输出设备： 显示器 打印机 PLC 直接输出到数控机床的执行部件 脉冲放大器的输入接口
6
3.1.2.3 可编程序控制器PLC
用于数控装置和机床的大电流或大功率的电器 各种逻辑控制。（代替继电器）例如主轴电 机；润滑电机；照明电路等 3.1.2.4 伺服驱动 控制单元+电动机 主轴驱动；进刀驱动等
42
作业：编写下例图的铣加工程序
70
20 30 20 60Fra Baidu bibliotek
43
2.刀具长度补偿
刀具长度补偿指令： G43---正向偏置（伸长方向） G44---负向偏置（缩短方向） G49---取消刀具长度补偿 H00---偏置量为0（相当于取消长度补偿） H01~H32---偏置量代号 偏置量代号
44
3.工件零点的设置与注销
12
图3-7:让各行逐次为0，同时扫描各列，若某列为0，则此列与行相 交处的按键已经闭合。
13
14
3.2.2 CPU及总线
3.2.2.1 CPU (Microprocesser)的功能 可以进行算术和逻辑运算 可以保存少量的数据（256个字节） 能对指令进行译码并执行规定的动作 能和存储器、外部设备交换数据 提供系统的定时和控制 CPU的组成： 算术逻辑部件 累加器和通用寄存器组 程序计数器、指令寄存器和译码器 时序和控制部件
26
3.3.1.2 CNC典型的软件结构
1.软件的总体结构：中断型结构 见P83 表3-4 2.优先级中断服务程序功能及框图： 有 0～10级中断优先程序
27
3.3.2 输入数据的处理
处理输入数据的内容：译码、运动轨迹 计算和速度计算 3.3.2.1 译码：如将字符A转换成2进制码： 1000001（字符A的ASCII码为65） 3.3.2.2 轨迹计算 任务：刀具零点设置、刀具偏置、半径 补偿、长度补偿
34
2. 程序段内容
进刀速度 F S T M**
N*** G** X±Y ±Z ±
顺序号 准备功能 坐标值
主轴转速 刀具编号
一个程序段可以只包括上表中的一部分
35
3.常用术语及注意点
⑴模态码 功能有续效性的代码。直到“对手”出现为止。例 G01 （1’）非模态码：仅在一条（一段程序）指令范围内有 效。如G75（固定循环） G代码中大部分是模态码 ⑵最小设定单位：即脉冲当量，或最小指令增量.一般普 通机床为1m（0.001） ⑶小数点输入方式：可设置为小数点输入方式，例 X100.0—X向进100mm（单位是mm） X100—X向进100 m（单位是脉冲当量 ） 36
49
3.4.2 PLC的工作原理
50
51
52
3.4.3 机床控制程序的设计流程
53
7
3.1.3 CNC系统的特点
1.灵活：可修改、扩展（对欲加工的零件） 2.通用性强（对各种数控机床都适用） 3.可靠性高（采用集成电路） 4.功能强大：多功能、可以完成复杂零件 的一次成形。 5.使用方便
8
3.1.4 CNC装置的类型
3.1.4.1 专用型CNC装置 日本：FANUC 德国：Siemens 美国：Allen-Bradley(A-B) 3.1.4.2 PC型CNC装置 工业PC机—工控机 通用平台 这种结构比较普通。
左刀补
G41---左刀补（左偏） G42---右刀补（右偏） G40---取消刀补 G17---XY平面（刀补平面） G18---ZX平面 G19---YZ平面 D00,D01,…,D32---刀具偏置号（D代码）
30
刀具偏置指令：
G45---在指定轴上的移动距离加上刀具偏置量。 G46---在指定轴上的移动距离减去刀具偏置量。 G47---在指定轴上的移动距离扩大两倍刀具偏 置量。 G48---在指定轴上的移动距离缩小两倍刀具偏 置量。 偏置量的指定：D代码，或H代码。H00,…H32
16
3.2.2.2 总线（BUS）
总线：各部件之间传递信息的通路 CPU内部总线：数据~，地址~，控制~ 双总线系统：局部总线 系统总线 多总线系统：IEEE—769，IEE—696 VME，IMMAT，STD，Z bus，Q bus， B1 bus，Prophi bus
17
图3-16 双总线系统
31
（1）直线段刀具补偿计算
X ’ =x+r× Y/√X2+Y2 Y’=y-r× X/√X2+Y2
圆弧段刀具补偿计算图
Xe’=Xe+rXe/R Ye’=Ye + rYe/R
33
补充：手工编程方法简介
1.加工程序的组成 例：%1234 标题，程序名，0001~9999 N10 G92 X25.0 Y45.0 Z15.0；对刀点（25， 45，15） N20 G00 Z2.0；快进刀至Z=2mm处 N30 M30；程序结束。程序段结束号；*
⑷进给速度F
代码法：F01；F02；预先设定其值 直接指定法：F100—100mm/min（推荐） F指刀具中心的合成速度（X;Y;Z轴合成） 一般切削钢件时，F＝0.5～10 切削有色金属时 F＝5～30 粗加工时走刀速度快一些。 精加工时进刀速度慢一些。
37
4.简单编程举例
A
30 50
B
例1.已知刀具离工件起刀点上表面50mm（Z轴）， 切削深度为10mm。 N10 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50) N20 G91 G17 G00；相对坐标编程，刀补平面为 XOY平面，快速点定位 N30 G41 X20.0 Y10.0 D01；左刀补到A点 N40 Z-48.0 M03 S500；快速降刀离工件表面 2mm，主轴正转，转速500r/min
3.2.5通信与网络接口 3.2.5.1 CNC装置的通信 编程机、进给驱动单元、主轴驱动单元、 网络通信 3.2.5.2 CNC装置用的异步串行接口 RS—232C/20mA RS—422
22
3.2.6 显示部件
文字显示 图形显示 显示工具：CRT（显示器，阴极射线管） 7段显示管 LED（发光二极管） LCD (液晶显示器)
第3章 计算机数控系统（CNC）
3.1CNC系统的组成 3.1.1 CNC 系统的基本概念 CNC—Computerized Numerical Control 主要任务：存储程序、完成插补、输出脉冲 特点：灵活通用、可靠方便
1
3.1.2 CNC系统的基本构成
3
3.1.2.1 CNC装置的组成
硬件：CPU 存储器 输入输出接口 软件：系统软件 位置控制装置 PLC…
4
存储器说明
RAM：随机存储器（掉电后数据就丢失了） ROM：只读存储器（掉电后数据依然存在，用特 殊的方法才能固化数据） EPROM:可擦除可编程只读存储器 （Erasable Programable Read Only Memory） 用户的程序应放在EPROM里，而运算过程中产生 的数据应放在RAM里，便于随机使用。 常说的内存一般指RAM
23
3.3 CNC系统的软件
管理软件：输入、I/O处理、显示、诊断 控制软件：译码、刀补、速度、插补、 位置
24
3.3.1 控制软件结构及管理程序
软件 准备 准备、插补 准备、插补、位控 硬件 插补、位置控制 位置控制
1 2 3
3.3.1.1 CNC 软件结构类型
1.前后台型结构 前台程序： 中断服务程序：插补、位控、逻控 后台程序：译码、数据处理、管理 （背景程序） 2.中断型结构：功能子程序被安排在不同 级别的中断服务程序中。
设置工件零点—建立工件坐标系 工件零点设置指令： G92---X0Y0Z0 刀具中心点就是工件的坐标原点而G92 Z5代表工件的坐标原点在刀具中心的下方5mm处 —开始工作时，铣刀当时的位置就是G92制定的坐标点， 所以开始加工前，要按0点设置值对刀。 G99---取消G92的设置。 G50---数控车床0点设置。 G54~G59---设置其他工作坐标系。
39
刀具半径补偿举例
40
%2113 N05 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50) N10 G91 G17 G41 T01 G00 X75.0Y75.0Z-48.0; N15 G01 X100.0 Y170.0 Z-12.0F150; N20 X200.0; N25 X60.0 Y-70.0; N30 Y-40.0; N35 G02 X-60.0 Y-60.0 I-60.0; N40 G01 X-300.0; N42 G00 Z60.0 N45 G40 X-75.0 Y-75.0 M03; N50 M30
9
3.2 CNC数控系统的硬件结构
输入输出设备 中央处理器CPU 总线（BUS） 存储器（RAM;EPROM） 位置控制器 I/O接口 通信与网络接口
10
图3-3
11
3.2.1 输入设备
纸带阅读机、手动数据输入键盘（MDI） 、磁盘驱 动器、磁带机 3.2.1.1纸带阅读机 光电阅读机：发光2极管—光敏3极管；纸带上有一排 排小孔 3.2.1.2键盘 ：分编码键盘及非编码键盘两种 直接产生字符的编码 编码键盘 由软件翻译出字符的编码 非编码键盘。 下图是非编码键盘
18
3.2.3 存储部件
存储器： 内存储器：磁泡~，半导体~ 外存储器：穿孔纸带，磁带，磁盘， 磁鼓，光盘
19
3.2.4 I/O接口电路
3.2.4.1 CNC装置内、外部连接 接线端子 连接器 通信接口 3.2.4.2 I/O接口芯片
20
1. 8251A可编程串行通讯接口
21
2.8253可编程控制器（略）
刀具偏置举例
N001 N002 N003 N004 N005 N006 N007 G91 G46 G00 X80.0 Y50.0 D01; G47 G01 X50.0 F120; Y40.0; G48 X40.0; Y-40.0; G45 X30.0; G56 G03 X30.0 Y30.0 J30.0;
28
1、刀具偏置及半径补偿
1、刀具偏置及半径补偿 为了加工出预定的轮廓，必须把刀具偏离理论轨 迹。可用刀具偏置或刀具半径补偿的方法 刀具半径补偿：刀具中心轨迹偏离理论轨迹一 个刀具半径，由计算机自动完成。 刀具偏置：使坐标轴的移动距离加上或减去一 个数（在偏置存储器中预先设定的值）。
29
刀具半径补偿指令：
1。进给速度控制 2. 加减速度控制
3.3.4 进给速度的控制
加速 稳速
减速
3.3.5 诊断程序 启动诊断：程序是否合乎加工逻辑 在线诊断：超程否？ 离线诊断：报警的原因 高级诊断：综合
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3.4.1
3.4 数控机床用PLC控制器
PLC与CNC机床的关系
47
48
3.4.1.1内装型PLC 3.4.1.2独立型PLC
38
N50 G01 Z-12.0 F20；直线插补，往下切削进给 12mm，进给速度20mm/min N60 Y40.0 F10；切左边，慢速（10） N70 X30.0；切上边 N80 Y-30.0；切右边 N90 X-40.0；切下边至B点 N100 G00 Z60.0 M05；快速抬刀，主轴停 N110 G40 X-10.0 Y-20.0；取消刀补，回对刀点 N120 M30；程序结束
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3.1.2.2 输入输出设备
输入设备：纸带机、键盘、磁盘、光盘、 磁鼓、 磁带、DNC输入 输出设备： 显示器 打印机 PLC 直接输出到数控机床的执行部件 脉冲放大器的输入接口
6
3.1.2.3 可编程序控制器PLC
用于数控装置和机床的大电流或大功率的电器 各种逻辑控制。（代替继电器）例如主轴电 机；润滑电机；照明电路等 3.1.2.4 伺服驱动 控制单元+电动机 主轴驱动；进刀驱动等
42
作业：编写下例图的铣加工程序
70
20 30 20 60Fra Baidu bibliotek
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2.刀具长度补偿
刀具长度补偿指令： G43---正向偏置（伸长方向） G44---负向偏置（缩短方向） G49---取消刀具长度补偿 H00---偏置量为0（相当于取消长度补偿） H01~H32---偏置量代号 偏置量代号
44
3.工件零点的设置与注销
12
图3-7:让各行逐次为0，同时扫描各列，若某列为0，则此列与行相 交处的按键已经闭合。
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14
3.2.2 CPU及总线
3.2.2.1 CPU (Microprocesser)的功能 可以进行算术和逻辑运算 可以保存少量的数据（256个字节） 能对指令进行译码并执行规定的动作 能和存储器、外部设备交换数据 提供系统的定时和控制 CPU的组成： 算术逻辑部件 累加器和通用寄存器组 程序计数器、指令寄存器和译码器 时序和控制部件
26
3.3.1.2 CNC典型的软件结构
1.软件的总体结构：中断型结构 见P83 表3-4 2.优先级中断服务程序功能及框图： 有 0～10级中断优先程序
27
3.3.2 输入数据的处理
处理输入数据的内容：译码、运动轨迹 计算和速度计算 3.3.2.1 译码：如将字符A转换成2进制码： 1000001（字符A的ASCII码为65） 3.3.2.2 轨迹计算 任务：刀具零点设置、刀具偏置、半径 补偿、长度补偿
34
2. 程序段内容
进刀速度 F S T M**
N*** G** X±Y ±Z ±
顺序号 准备功能 坐标值
主轴转速 刀具编号
一个程序段可以只包括上表中的一部分
35
3.常用术语及注意点
⑴模态码 功能有续效性的代码。直到“对手”出现为止。例 G01 （1’）非模态码：仅在一条（一段程序）指令范围内有 效。如G75（固定循环） G代码中大部分是模态码 ⑵最小设定单位：即脉冲当量，或最小指令增量.一般普 通机床为1m（0.001） ⑶小数点输入方式：可设置为小数点输入方式，例 X100.0—X向进100mm（单位是mm） X100—X向进100 m（单位是脉冲当量 ） 36
49
3.4.2 PLC的工作原理
50
51
52
3.4.3 机床控制程序的设计流程
53
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3.1.3 CNC系统的特点
1.灵活：可修改、扩展（对欲加工的零件） 2.通用性强（对各种数控机床都适用） 3.可靠性高（采用集成电路） 4.功能强大：多功能、可以完成复杂零件 的一次成形。 5.使用方便
8
3.1.4 CNC装置的类型
3.1.4.1 专用型CNC装置 日本：FANUC 德国：Siemens 美国：Allen-Bradley(A-B) 3.1.4.2 PC型CNC装置 工业PC机—工控机 通用平台 这种结构比较普通。
左刀补
G41---左刀补（左偏） G42---右刀补（右偏） G40---取消刀补 G17---XY平面（刀补平面） G18---ZX平面 G19---YZ平面 D00,D01,…,D32---刀具偏置号（D代码）
30
刀具偏置指令：
G45---在指定轴上的移动距离加上刀具偏置量。 G46---在指定轴上的移动距离减去刀具偏置量。 G47---在指定轴上的移动距离扩大两倍刀具偏 置量。 G48---在指定轴上的移动距离缩小两倍刀具偏 置量。 偏置量的指定：D代码，或H代码。H00,…H32
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3.2.2.2 总线（BUS）
总线：各部件之间传递信息的通路 CPU内部总线：数据~，地址~，控制~ 双总线系统：局部总线 系统总线 多总线系统：IEEE—769，IEE—696 VME，IMMAT，STD，Z bus，Q bus， B1 bus，Prophi bus
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图3-16 双总线系统
31
（1）直线段刀具补偿计算
X ’ =x+r× Y/√X2+Y2 Y’=y-r× X/√X2+Y2
圆弧段刀具补偿计算图
Xe’=Xe+rXe/R Ye’=Ye + rYe/R
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补充：手工编程方法简介
1.加工程序的组成 例：%1234 标题，程序名，0001~9999 N10 G92 X25.0 Y45.0 Z15.0；对刀点（25， 45，15） N20 G00 Z2.0；快进刀至Z=2mm处 N30 M30；程序结束。程序段结束号；*
⑷进给速度F
代码法：F01；F02；预先设定其值 直接指定法：F100—100mm/min（推荐） F指刀具中心的合成速度（X;Y;Z轴合成） 一般切削钢件时，F＝0.5～10 切削有色金属时 F＝5～30 粗加工时走刀速度快一些。 精加工时进刀速度慢一些。
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4.简单编程举例
A
30 50
B
例1.已知刀具离工件起刀点上表面50mm（Z轴）， 切削深度为10mm。 N10 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50) N20 G91 G17 G00；相对坐标编程，刀补平面为 XOY平面，快速点定位 N30 G41 X20.0 Y10.0 D01；左刀补到A点 N40 Z-48.0 M03 S500；快速降刀离工件表面 2mm，主轴正转，转速500r/min
3.2.5通信与网络接口 3.2.5.1 CNC装置的通信 编程机、进给驱动单元、主轴驱动单元、 网络通信 3.2.5.2 CNC装置用的异步串行接口 RS—232C/20mA RS—422
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3.2.6 显示部件
文字显示 图形显示 显示工具：CRT（显示器，阴极射线管） 7段显示管 LED（发光二极管） LCD (液晶显示器)
第3章 计算机数控系统（CNC）
3.1CNC系统的组成 3.1.1 CNC 系统的基本概念 CNC—Computerized Numerical Control 主要任务：存储程序、完成插补、输出脉冲 特点：灵活通用、可靠方便
1
3.1.2 CNC系统的基本构成
3
3.1.2.1 CNC装置的组成
硬件：CPU 存储器 输入输出接口 软件：系统软件 位置控制装置 PLC…
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存储器说明
RAM：随机存储器（掉电后数据就丢失了） ROM：只读存储器（掉电后数据依然存在，用特 殊的方法才能固化数据） EPROM:可擦除可编程只读存储器 （Erasable Programable Read Only Memory） 用户的程序应放在EPROM里，而运算过程中产生 的数据应放在RAM里，便于随机使用。 常说的内存一般指RAM
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3.3 CNC系统的软件
管理软件：输入、I/O处理、显示、诊断 控制软件：译码、刀补、速度、插补、 位置
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3.3.1 控制软件结构及管理程序
软件 准备 准备、插补 准备、插补、位控 硬件 插补、位置控制 位置控制
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3.3.1.1 CNC 软件结构类型
1.前后台型结构 前台程序： 中断服务程序：插补、位控、逻控 后台程序：译码、数据处理、管理 （背景程序） 2.中断型结构：功能子程序被安排在不同 级别的中断服务程序中。
设置工件零点—建立工件坐标系 工件零点设置指令： G92---X0Y0Z0 刀具中心点就是工件的坐标原点而G92 Z5代表工件的坐标原点在刀具中心的下方5mm处 —开始工作时，铣刀当时的位置就是G92制定的坐标点， 所以开始加工前，要按0点设置值对刀。 G99---取消G92的设置。 G50---数控车床0点设置。 G54~G59---设置其他工作坐标系。
39
刀具半径补偿举例
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%2113 N05 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50) N10 G91 G17 G41 T01 G00 X75.0Y75.0Z-48.0; N15 G01 X100.0 Y170.0 Z-12.0F150; N20 X200.0; N25 X60.0 Y-70.0; N30 Y-40.0; N35 G02 X-60.0 Y-60.0 I-60.0; N40 G01 X-300.0; N42 G00 Z60.0 N45 G40 X-75.0 Y-75.0 M03; N50 M30
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3.2 CNC数控系统的硬件结构
输入输出设备 中央处理器CPU 总线（BUS） 存储器（RAM;EPROM） 位置控制器 I/O接口 通信与网络接口
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图3-3
11
3.2.1 输入设备
纸带阅读机、手动数据输入键盘（MDI） 、磁盘驱 动器、磁带机 3.2.1.1纸带阅读机 光电阅读机：发光2极管—光敏3极管；纸带上有一排 排小孔 3.2.1.2键盘 ：分编码键盘及非编码键盘两种 直接产生字符的编码 编码键盘 由软件翻译出字符的编码 非编码键盘。 下图是非编码键盘
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3.2.3 存储部件
存储器： 内存储器：磁泡~，半导体~ 外存储器：穿孔纸带，磁带，磁盘， 磁鼓，光盘
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3.2.4 I/O接口电路
3.2.4.1 CNC装置内、外部连接 接线端子 连接器 通信接口 3.2.4.2 I/O接口芯片
20
1. 8251A可编程串行通讯接口
21
2.8253可编程控制器（略）
刀具偏置举例
N001 N002 N003 N004 N005 N006 N007 G91 G46 G00 X80.0 Y50.0 D01; G47 G01 X50.0 F120; Y40.0; G48 X40.0; Y-40.0; G45 X30.0; G56 G03 X30.0 Y30.0 J30.0;
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1、刀具偏置及半径补偿
1、刀具偏置及半径补偿 为了加工出预定的轮廓，必须把刀具偏离理论轨 迹。可用刀具偏置或刀具半径补偿的方法 刀具半径补偿：刀具中心轨迹偏离理论轨迹一 个刀具半径，由计算机自动完成。 刀具偏置：使坐标轴的移动距离加上或减去一 个数（在偏置存储器中预先设定的值）。
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刀具半径补偿指令：