数控系统硬软件及相关技术
数控系统控制软件的功能与结构
数控系统控制软件的功能与结构一、掌握软件的结构数控系统的软件由管理软件和掌握软件组成，管理软件包括零件程序的输入输出程序、显示程序与故障诊断程序等，掌握软件包括译码程序、刀具补偿计算程序、插补计算程序、速度掌握程序和位置掌握程序等。
数控系统掌握软件常采纳前后台型结构。
二、数控系统的功能1. 系统管理功能用于系统各功能模块的管理与调度。
2. 加工程序的管理与编辑3. 在参数设置模块中，可对各种参数进行设置，数控系统中大致有四类参数。
（1）刀具参数（2）G53～G59参数G53～G59参数在数控编程中用于坐标系的零点偏置。
（3）丝杠的间隙与螺距误差表在半闭环与开环数控系统中，传动链的间隙直接影响加工精度，因此须测量出各轴的传动间隙，并置人数控系统，由系统对间隙进行自动补偿。
（4）系统掌握参数当配接不同的机床时，系统掌握参数要做相应的转变。
4. 手动操作与调整（1）坐标轴的移动掌握1）连续移动2）点动3）手摇脉冲发生器移动（2）手动MST功能的掌握在手动调整中，可以单独指定执行某一M、S、T功能。
（3）机床坐标系的建立与返回参考点数控系统的很多功能，如螺距误差补偿、G53～G59零点偏置、换刀点等，都是定义在机床坐标系下的。
机床坐标系是通过系统执行返回参考点来建立的。
5 . 零件的自动加工通过键盘和通信接口将预备好的零件加工程序送入数控系统，然后就可启动零件的自动加工功能，该功能是数控系统的核心。
6. 空运行与加工图形模拟该功能用于验证加工程序的正确性。
数控系统的图形模拟功能可将刀具的运行轨迹在显示器上显示出来，直观地检查程序。
7. 数控系统的自诊断与开关I/O诊断功能数控系统在执行全部功能时，都不断地对其自身是否正常工作进行诊断，一旦发觉特别，马上产生报警，并停止系统的运行。
数控系统的十种关键技术
数控系统的十种关键技术引言数控系统及相关的自动化产品主要是为数控机床配套。
数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的机床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。
这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。
数值控制(简称“数控”或“NC”)的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动机床刀具的运动而加工出零件。
而在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量的零件，加工效率低、精度差。
1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。
控制装置由2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。
伺服机构采用一台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。
其插补装置采用脉冲乘法器。
这台NC机床的研制成功标志着NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。
现代CNC系统的功能、性能大大提高，故障率已降至0.01次/(月·台)。
以FANUC公司为例，1991年开发成功的FS15系统与1971年开发的FS220系统相比，体积只有后者的十分之一，而加工精度提高了10倍，加工速度提高了20倍，可靠性提高了30倍以上。
现在，NC技术已成为先进制造技术的基础和关键技术。
NC技术的发展已有50多年历史，它是在多种技术交叉的基础上发展起来的。
这里主要介绍十种关键技术。
1 电子元件技术的发展微电子技术的发展，对数控技术起着极大的推动作用。
日本FANUC公司在1956年开始采用电子管研究NC，1959年就采用锗晶体管组成NC，1963年采用硅晶体管研制出FS220、FS240等系统，1969年又采用中小规模IC更新了FS220、FS240等系统。
20世纪70年代，开始采用3SI推出了FS5、FS7、FS3、FS6、FS0、FS18、FS16、FS20、FS21、FS15等一系列CNC 系统，从4位的位片机(FS7)到16位的8086(FS6)和32位的80486(FS0)。
数控木工车床的数控系统与软件介绍
数控木工车床的数控系统与软件介绍数控木工车床作为一种现代化的木工加工设备，广泛应用于家具制造、木制工艺品生产以及木质建筑等领域。
数控系统是数控木工车床的核心，负责控制车床的运动轨迹和加工工艺，而数控软件则是为数控系统提供指令和数据的工具。
本文将介绍数控木工车床的数控系统和软件，为读者提供相关的知识和技术指导。
数控系统是数控木工车床的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括伺服驱动器、伺服电机、编码器以及接口电路等，而软件则包括控制程序和操作界面等。
数控系统通过接收输入的指令和参数，控制各个轴向的运动，实现对木工材料的切削加工。
数控系统的工作原理可以简单概括为：首先，操作人员使用数控软件创建或编辑加工程序，然后将程序加载到数控系统中。
接着，通过操作界面输入加工参数和指令，数控系统根据这些指令和参数，控制伺服电机驱动车床在X、Y、Z三个轴向上的运动。
同时，还能控制主轴的转速、进给速度以及刀具的上下等动作。
这样，数控木工车床就能根据程序的指令和参数，自动完成木工材料的切削加工过程。
数控系统的设计不仅取决于硬件的性能，还与软件的功能密切相关。
数控软件是数控系统的关键，它负责解析加工程序，生成关键的指令和数据，然后传输给数控系统。
数控软件具备以下几个主要功能：1. 编程功能：数控软件提供用户友好的编程界面，操作人员可以使用该界面创建、编辑和管理加工程序。
通过输入指令和参数，可以定义刀具的路径、加工方式以及加工深度等。
编程功能使得操作人员可以根据实际需求灵活地制定加工方案。
2. 图形处理功能：数控软件能够将CAD或CAM软件生成的图形文件导入并进行处理。
在加工过程中，操作人员可以通过显示屏查看加工路径、刀具位置以及加工效果等。
图形处理功能使得操作人员可以直观地了解加工过程，提高工作效率和精度。
3. 算法优化功能：数控软件能够对加工程序进行算法优化，根据材料的性质和切削工艺的特点，自动调整刀具路径和进给速度等参数。
4-数控系统软件及软件结构解析
前后台型结构模式的特点
任务调度机制: 优先抢占调度和循环调度。前台 程序的调 度是优先抢占式的；前台和后台程序 内部各子任务采用的是顺序调度。
信息交换:缓冲区。
实时性差:在前台和后台程序内无优先级等级、 也无抢占机 制。该结构仅适用于控制功能较简单的系统。早期的CNC系 统大都采用这种结构。
2、中断型结构模式
1、多任务性
CNC任务管理任务来自控制任务零人 输故
... 件 显 机 入 障
程示交 输诊
序处互 出断
管理交 管处
理
互 理理
刀
机
编具 插位 床 主
译半 补置 输 轴
处径 运控 入 控
理补 算制 输 制
偿
出
...
CNC软件在工作中这些任务不是顺序 执行的，而往往需要多任务并行处理。
比如：在机床加工过程中(执行控制任 务)，显示屏要实时显示加工状态(管理任 务)。
数控系统软件及软件结构
主要内容
一、CNC系统软件的特点
1、多任务性 2、多任务的并行处理 3、实时性 4、优先抢占调度机制
二、CNC系统软件的结构模式
一、CNC系统软件的特点
CNC装置是典型的实时多任务控制系统，CNC装 置的系统软件则可看成是一个专用实时多任务操作系 统。
CNC系统软件的主要特点为： 1、多任务性 2、多任务的并行处理 3、实时性 4、优先抢占调度机制
在本模式中，设计者只须考虑模块自身功能的实现，然后 按规则挂到实时操作系统上，而模块间的调用关系、信息交换 方式等功能都由实时操作系统来实现。从而弱化了模块间的耦 合关系。
B、系统的开放性和可维护性好
从本质上讲，前述结构模式采用的是单一流程加中断控制 的机制，一旦开发完毕，系统将是的完全封闭（对系统的开发 者也是如此），若想对系统进行功能扩充和修改将是困难的。
第五章CNC系统的软硬机件
3）通信功能：适应个性化用户的要求。 ）通信功能：适应个性化用户的要求。
一般数控都配有RS-232C（ Standard） 一般数控都配有RS-232C（Recommended Standard）串行 RS 接口标准：25根插针的接口。 接口标准：25根插针的接口。 根插针的接口 网卡：区域网通信。 网卡：区域网通信。
5）主轴功能：保证适应加工不同的对象和材料，进行切削速 主轴功能：保证适应加工不同的对象和材料， 主轴功能 度的调整。 度的调整。 6）辅助功能：协调数控机床保证加工工艺性的要求。 辅助功能：协调数控机床保证加工工艺性的要求。 辅助功能 7）刀具功能：进行刀具的自动管理。 刀具功能：进行刀具的自动管理。 刀具功能 8）显示功能：对程序的修改和调试。 显示功能：对程序的修改和调试。 显示功能 9）故障诊断功能：缩短维护时间，提高故障诊断的准确率。 故障诊断功能：缩短维护时间，提高故障诊断的准确率。 故障诊断功能
数控车床的操作
FANUC O-TD-II型数控车床控制面板及操作面板 型 CRT/MDI控制面板
显示器的翻页
MENU/OFSET POS PRGRM 显示或输入刀具偏置量和磨耗值 显示坐标位置 显示程序内容 DGNOS/PQRAM 显示诊断数据或进行参数设置
INPUT 数据的输入键 AUX OPR ALARM START GRAPH 显示报警和用户提示信息 显示或输入设定图形模拟方式 程序启动键
2）个人计算机结构（PC）：PC+CNC ）个人计算机结构（PC）：PC+CNC ）：
20世纪90年代后期出现 20世纪90年代后期出现 世纪90
以个人计算机（PC）为控制系统的硬件部分，Windows NT为PC机的操作 系统平台，在PC机上安装数控卡和数控软件构成相应的CNC，工业PC ，使系 统维护、硬件更换更加方便；可充分共享PC丰富的软件资源；由于PC机有标 准的接口，可方便地接入局域网及Internet,易于实现网络化制造。
数控基础知识点总结
数控基础知识点总结一、数控系统的组成1.数控系统的组成结构数控系统由数控硬件和数控软件两部分组成。
数控硬件包括数控设备、传感器、执行机构等。
数控软件包括数控编程软件、数控仿真软件、数控加工监控软件等。
数控硬件和软件之间通过接口进行通信和数据交换。
2.数控系统的工作原理数控系统通过接收外部输入的指令，经过处理和计算，控制机床实现工件的加工。
数控系统可以实现自动化生产，大大提高生产效率。
二、数控编程基础1. 数控编程语言数控编程语言是数控系统能够识别和处理的特定语言。
常见的数控编程语言包括G代码、M代码、X、Y、Z轴的坐标指令等。
2. 数控编程的基本原则数控编程的基本原则包括准确、简洁、清晰、规范。
数控编程应该准确反映工件的几何形状和加工要求，同时尽可能简洁清晰，便于后续的修改和维护。
三、常见数控加工工艺1.数控车床加工数控车床是一种利用工件旋转和刀具直线运动的数控机床。
数控车床广泛应用于车削、镗孔、攻丝等加工工艺中。
2.数控铣床加工数控铣床是一种利用刀具旋转和工件直线运动的数控机床。
数控铣床广泛应用于平面、曲面、凸轮等复杂工件的加工。
3.数控磨床加工数控磨床是一种利用磨料切削工件的数控机床。
数控磨床广泛应用于高精度、高表面光洁度要求的工件加工。
4.数控电火花加工数控电火花加工是一种利用电火花放电去除工件材料的加工方法。
数控电火花加工适用于超硬材料、复杂曲面等加工。
四、数控机床的基本原理1.数控机床的运动控制数控机床的运动控制包括轴线性插补、圆弧插补、螺旋线插补等。
通过数控系统计算，控制各个轴向的运动，实现工件的加工。
2.数控机床的加工功能数控机床的加工功能包括车削、铣削、磨削、切割等。
数控机床可以通过不同的刀具、工艺参数实现各种不同形式的加工。
3.数控机床的自动化程度数控机床实现自动化生产的程度取决于数控系统的功能。
高级数控机床具有自动换刀、自动测量、自动校正等功能。
五、数控技术的发展趋势1.智能化随着人工智能、大数据等技术的发展，数控技术将更加智能化，能够自动学习和调整加工参数，实现更高效、更稳定的加工。
数控技术是学什么 主要课程有哪些
数控技术是学什么主要课程有哪些现代社会学习技术，有一门手艺是获取资源的一种不错的方式。
于是很多同学在选择专业的时候都喜欢选择一些硬技术。
在这个选择专业的过程中，有同学不知道数控技术是学什么的，主要课程有哪些。
下面是由小编小编为大家整理的“数控技术是学什么主要课程有哪些”，仅供参考，欢迎大家阅读。
1、数控技术主要学：机械制图、机械设计基础、数控加工技术、数控加工编程与操作、数控原理与系统、CAD/CAM应用、数控机床使用及维修、数控机床电气控制、工业企业管理等。
2、数控技术是为培养学生从事数控加工、机械产品设计与制造、生产技术管理等方面的高等工程技术应用型人才，是具有实用技能特点的特色专业。
要求学生能在生产现场从事产品制造、开发工作，或在技术部门从事工艺、管理工作。
主要培养学生数控编程、加工及数控车床、数控铣床、数控加工中心及其它数控设备的操作维修、维护方面的理论知识和专业知识。
3、专业核心课程与主要实践环节：机械制图、机械设计基础、数控加工技术、数控加工编程与操作、数控原理与系统、CAD/CAM应用、数控机床使用及维修、数控机床电气控制、工业企业管理、制图测绘、PLC实训、机加工实习、CAM实训、数控机床操作技能实训、专业课程的课程设计、毕业实习(设计)等，以及各校的主要特色课程和实践环节。
技能培训课程数控加工操作实训、数控自动编程实训、机械CAD基础、人机工程设计、产品造型设计的程序、材料与加工工艺、CAD、CAXA、金工实习、数控编程、数控操作(车、铣、加工中心)、模具制造、模具设计、职业素质培训。
数控技术专业就业方向主要在发电设备制造、军事工业、航空航天工业、船舶制造、数据设备制造等高端装备制造业从事数控机床操作、数据加工程序编制、数据加工工艺编制、产品质量检验等工作。
1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力;2.具备中等复杂的产品零件图、装配图、数控设备电气原理图的识图能力;3.具备熟练操作数控车床、数控铣床(加工中心)以及正确选用刀具、量具和夹具的能力;4.具备手工编制中等复杂零件数控加工工艺及程序的能力;5.具备熟练使用 CAD/CAM 软件自动编制较复杂零件数控加工程序的能力;6.具备准确检验零件质量的能力;7.掌握数控机床装调与维护保养的技能;8.具备初步的生产管理和生产调度能力。
现代数控系统的软硬件及技术概述
全双工通信 在任意时刻都可以进行双向传送数据 收发装置都具有独立的收发能力
3、数据传输方式
在数据传输的过程中，为了保证数据能够被正确地接收，接 收方就必须知道它所接收信息的每一位的开始时间和持续时间。 也就是说，接收方应按照发送方信息发送的频率及起始时间 来接收信息。 要做到通信双方的步调一致，就要解决数据传输过程中的同 步问题。
资源分时共享并行处理
使多个用户按时间顺序使用同一套设备。例如在单CPU的 CNC中，主要采用CPU分时共享原则来解决多任务的同时运 行。此时需解决各任务何时占用CPU及占用多少时间。这个 问题在CNC中通常采用循环轮流和中断优先相结合的方法来 解决。
初始化
显示
诊断
I/O处理
插补
中
断
优
先
位控
级
插补 准备
3.2.4 CNC的控制软件工作过程
输入 输入CNC控制器通常有零件程序、机床参数和补偿数据。
译码 译码处理是将零件程序的一个程序段作为单位进行处理。 译码处理将零件轮廓信息、进给速度F和其他辅助信息 （M、S、T）解释后，存放在指定的内存专用区域。在译 码过程中还要完成对程序段的语法检查，发现错误立即报 警。
全局存储器
全局I/O
分布式多微处理系统结构
存储器
CPU1
I/O接口
存储器
CPU2
I/O接口
系统总线
通信接口
通信接口
通信链路 （串行总线、局部总线等）
系统总线
多微处理器CNC与单微处理器CNC的区别：通信方式 多微处理器CNC的通信方式： 共享总线结构 共享存储器结构
CNC管理 模块（CPU）
第3章 数控系统的软硬件及相关技术
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按CNC装置硬件的制造方式，CNC装置 可分为专用型结构和个人计算机式结构
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专用型结构
❖ 硬件由厂家专门设计制造 ❖ 布局合理 ❖ 结构紧凑 ❖ 专用型强 ❖ 硬件彼此之间不能交换和替代，无通用性
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个人计算机式结构
❖ 以工业PC机作为CNC装置的支撑平台 ❖ 由机床厂根据CNC需要，插入控制卡，装入
❖ 优点：结构紧凑，便于安装 ❖ 缺点：有时可能造成某些信号连线过长。
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分体式结构
❖ 通常把 CRT 和 MDI 面板、操作面板等做成 一个部件，而把功能模块组成的电路板安装 在一个机箱内，两者之间用导线或光纤连接
❖ 许多 CNC 机床把操作面板也单独作为一个 部件，这是由于所控制机床的要求不同，操 作面板相应地要改变，做成分体式的有利于 更换和安装
❖ 关于输入、输出信号的设定
输入、输出信号的有效跳变沿指定
串行通讯时的波特率和帧格式
❖ 关于主轴和运动轴的设定
主轴低速档指定
最小移动单位、米/英制选择
轴加减速的时间常数
轴运动速度上限和低速限定
各运动轴参考点距机床原点的坐标值
各移动轴正负方向运编辑动ppt 坐标极限指定
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短接棒和软件参数
❖ 关于补偿的设定 各运动轴的螺距误差补偿曲线设定 反向间隙补偿设定
微机部分 外围设备部分 机床控制部分
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微机部分
CPU EPROM RAM 定时器 中断控制器等部分构成。
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外围设备部分
外围设备主要通过各种接口与数控系统联系。其 中包括：
a．与键盘连接的键盘接口； b．与显示器连接的显示器接口； c．与机床操作面板连接的操作面板接口； d．与手摇脉冲发生器连接的脉冲发生器接口； e．与计算机外设连接或与上位机连接的通讯接口等
为CNC装置各模板的PCB上短接棒硬件 设定和软件参数设定
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短接棒和软件参数
短接棒和软件参数可设定和确认的系统参数有： ❖ 关于系统配置方面的设定
存储器容量和地址范围指定； I/O接口地址设置； 系统配置的轴数和轴名； 检测元件的种类指定； 是否配置了PLC的确认等
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短接棒和软件参数
ROM 板、零件程序存储器板和 PLC 板都直接插在 主板上面，组成 CNC 系统的核心部分。 ❖ 优点：结构紧凑，体积小，可靠性高，价格低，有
很高的性能 / 价格比，也便于机床的一体化设计 ❖ 缺点：硬件功能不易变动，不利于组织生产
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总线模块化的开放系统结构
特点： ❖ 将微处理机、存储器、输入输出控制分别做成插件
软件，构成相应CNC装置 ❖ 特点：
与一般PC机兼容，易于实现升级换代 抗干扰和抗恶劣环境能力强 满足用户对硬件通用性的要求
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从 CNC 系统使用的微机及结构来分， CNC 系统的硬件结构一般分为：
单微处理机 多微处理机 结构两大类。
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发展情况
初期的 CNC 系统和现有一些经济型 CNC 系统采用单微处理机结构。
板 ( 称为硬件模块 ) ❖ 甚至将微处理机、存储器、输入输出控制组成独立
微计算机级的硬件模块 ❖ 相应软件也是模块结构，固化在硬件模块中 ❖ 硬软件模块形成特定的功能单元（功能模块） ❖ 功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，成
为工厂标准或工业标准，彼此可交换信息
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优点
❖ 可积木式组成 CNC 系统， ❖ 设计简单 ❖ 有良好适应性和扩展性 ❖ 试制周期短 ❖ 调整维护方便 ❖ 效率高
第七章 数控系统 硬软件及相关技术
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1
数控系统必须在硬件和软件的密切配合 下才能实现各种功能
根据数控系统的需要，存在多种硬件结 构和软件结构
随着现代计算机的硬件、软件技术的飞 速发展，数控系统的功能也在不断地完善和 增加
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2
第一节 数控系统硬件结构
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3
硬件总体
由三大部分构成：
而多微处理机结构可以满足数控机床高 进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要 求，也适应于并入 FMS 和 CIMS 运行的需要， 从而得到了迅速的发展，它反映了当今数控 系统的新水平。
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单微处理机结构
❖ 仅一个微处理机，实行集中控制，分时处理数控的 各个任务
❖ 结构特点如下：
CNC装置内仅有一个微处理机，由它对存储、 插补运算、输入输出控制、CRT显示等功能集中控 制分时处理。
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机床控制部分
包括对机床进给轴的位置的控制： 进给速度的控制； 插补运算； 位置闭环控制）；
对主轴转速的控制：实现对主轴变速的控制； 对主轴的位置的控制：主轴的准停功能
用于机床主运动是刀具的旋转运动时的换刀； 主轴切削螺纹时防止乱扣； 与进给轴之间的严格速比关系； 辅助功能信息（主要是一些开关量MST）等
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接口电路
这些装置与CNC的联系是通过各自的接口 电路来实现的。主要有以下一些接口电路 ：
a．进给轴控制接口：模拟量输出接口，工 作台位置反馈接口。
b．主轴控制接口：模拟量输出接口，主轴 位置反馈接口。
c．辅助功能信息接口：开关量输入接口， 开关量输出接口
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8
短接棒和软件参数
为了增加CNC适应不同型号、不同规格机 床的要求，适应各种系统的配置，并使系统 的某些控制功能最大限度地发挥出来，各种 数控系统都有一定的参数设定和确认功能。 即
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CNC 操作面板
❖ CNC 操作面板在机床上的安装形式： 吊挂式 床头式 控制柜式 控制台式等多种
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从组成CNC系统的电路板的结构特点来 看，有两种常见的结构：
大板式结构 模块化结构
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大板式结构
❖ 特点：一个系统一般都有一块大板，称为主板； 主板上装有主 CPU 和各轴的位置控制电路等； 其他相关的子板 ( 完成一定功能的电路板 ) ，如
❖ 关于检测信号的设定 反馈信号类型 分辨率
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随着大规模集成电路技术和表面安装技 术的发展，CNC系统硬件模块及安装方式不 断改进。从CNC系统的总体安装结构看，有 整体式结构和分体式结构两种
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13
整体式结构
❖ 是把 CRT 和 MDI 面板、操作面板以及功能 模块板组成的电路板等安装在同一机箱内