数控系统的定义及组成
计算机数控系统的基本概念与组成
第3章计算机数控系统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．由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺眼）驱动装置组成。
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控制装置，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，并且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）系统的组成大多数CNC装置现在都采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一般由中央处理单元（CPU）和总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴控制单元、速度进给控制单元等组成。
图3 .2.1为MNC 的组成原理图。
3.2.1中央处理单元（CPU）和总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、控制器和内寄存器组组成。
它对系统内的部件及操作进行统一的控制，按程序中指令的要求进行各种运算，使系统成为一个有机整体。
总线（BUS）是信息和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）和控制总线（CB）。
３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件和控制软件）和零件加工程序等，并将运算的中间结果和处理后的结果（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，或作为工作单元存放各种输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息以及堆栈用等。
数控系统的组成及工作原理
数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交、直流主轴电动机、伺 服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进 给变速及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮。轴承和轴类零件数量大为 减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给丝杠。
4、高传动效率和无间隙传动装置
数控机床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进 给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵 敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械装 置主要有3种：滚珠丝杠副、静压蜗杆——蜗母条机构和预加载荷双齿轮－ 齿条。
机床基础部件又叫机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作 台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件 上，或者工作时在它的导轨上运动。
数控机床机械结构的主要特点
1、高刚度和高抗振性
机床刚度时机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。 提高数控机床结构刚度的措施 1）提高机床构件的静刚度和固有频率 改善薄弱环节的结构或布局，以 减少所承受的弯曲载荷和转矩负载。 2）改善机床结构的阻尼特性 3）用新材料和钢板焊接结构 2、减少机床的热变形的影响 3、驱动系统机械结构简化
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。 数控装置每发出一个脉冲，反映到机床坐标轴上的位移量，通常称为脉冲当量
3、效率指标 1）最高主轴转速和最大加速度
2）最大快移速度 4、可靠性指标
1）平均无故障工作时间 2）平均修复时间 3）固有可用度
二、数控机床的功能 1、控制功能
2、插补功能 3、准备功能 4、进给功能
数控机床的工作原理
数控机床加工工件，首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化，用 规定的代码格式编写加工程序，并储存到程序载体，然后用相应的输入装置 将所编的程序指令输入到CNC单元，CNC单元将程序译码、运算之后，向机 床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件， 并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的工件
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。
数控系统的概述
第一章数控系统的概述数控系统（NCS，Numerical Control System）作为数控加工系统的主要子系统，它的任务是完成对加工过程的实时控制，是计算机技术、自动控制技术和电力电子技术等多技术交叉融合的产物。
因此，在数控系统中既有各项分立技术的共性，又有多技术综合的特殊性。
本章从宏观的角度对数控系统的知识做一些基本介绍，为进一步研究、应用好数控系统奠定必要的基础。
1.1 基本概念1.1.1 数控系统的基本概念按照通常的定义，数控系统由输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置和辅助控制装置四部分组成。
输入/输出装置完成操作人员与数控装置的信息交换；数控装置对输入的数控加工程序进行译码、插补运算和速度预处理，产生位置和速度指令以及辅助控制功能信息，是数控系统的核心；伺服驱动装置接收来自数控装置的指令，经过功率放大后驱动电机运转；辅助控制装置完成工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等辅助功能以及数控加工程序中的M代码、T代码等顺序动作信息，通常由可编程序控制器（PLC，Programmable Logical Control）来实现。
从控制理论的角度看，数字控制系统除了控制环节以外，还应包括执行环节、被控对象和检测环节。
其中，控制环节由数控装置完成；执行环节由伺服驱动装置完成，包括进给驱动系统、主轴驱动系统和开关量驱动系统等；检测环节由位置速度检测系统、加工状态检测系统和运行安全检测系统等部分完成；被控对象就是机床工艺系统，包括机床本体、加工所需的刀具、工艺装备和被加工工件。
实践应用表明，一个不考虑机床工艺特性的数控系统绝不能成为最优的控制系统。
从这个意义上讲，国际上一些著名机床生产厂商采用特殊定制的数控系统为本厂机床配套，是具有战略眼光的，像德马吉公司就与海德汉公司合作定制数控系统。
当然，体现机床和工艺特色的数控系统并不一定都需要特殊定制，另一条途径就是走开放式道路，由数控系统生产厂商提供基本的具有开放式结构的数控装置，由机床生产厂商进行二次开发，根据对控对象的特点加入有特色的控制功能，组成与机床工艺系统最佳配合的数控系统。
有关数控系统的一些基本概念
2023-11-06CATALOGUE目录•数控系统概述•数控系统的组成•数控系统的基本原理•数控系统的分类•数控系统的发展趋势和挑战•数控系统的应用实例01数控系统概述数控系统是一种采用数字控制方法的计算机控制系统。
它通过接收输入的程序信息，对信息进行计算、比较、处理等操作，控制各种机械运动，实现自动化加工。
数控系统主要由输入、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、伺服驱动装置、检测装置等组成。
数控系统的定义数控系统的特点数控系统具有高精度的控制能力，能够实现精确的加工和测量。
高精度高效性灵活性可靠性数控系统能够实现自动化加工，提高生产效率，降低人工成本。
数控系统具有多种控制模式和编程语言，可以根据不同的加工需求进行定制和调整。
数控系统具有稳定的性能和可靠性，能够保证长时间连续工作的稳定性和安全性。
数控系统的应用范围数控系统广泛应用于机床、刀具、夹具等制造设备的控制，能够实现高效、高精度的加工和测量。
机械制造业数控系统用于半导体制造、电子组装等领域的控制和监测，能够实现精密的加工和检测。
电子制造业数控系统用于飞机、火箭等航空器的制造和维修，能够实现高精度、高效率的加工和检测。
航空航天业数控系统还广泛应用于汽车制造、医疗器械、食品加工等领域，能够实现自动化、智能化的生产和加工。
其他领域02数控系统的组成数控装置是数控系统的核心，也称为CNC装置或NC装置。
它由计算机、输入/输出设备、可编程控制器等组成，负责处理各种加工数据，如零件的几何尺寸、工艺参数、加工轨迹等，并将其转化为控制机床运动的指令。
数控装置一般采用高性能的微处理器和计算机硬件，具备强大的计算和控制能力，能够实现高精度、高效率的加工控制。
数控装置伺服系统是数控系统的重要组成部分，负责将数控装置的电信号转换为机床的运动。
它由伺服驱动器、伺服电机和反馈装置组成。
伺服驱动器根据数控装置发出的指令，驱动伺服电机转动，实现机床的移动和转动。
反馈装置将机床的实际运动状态反馈给数控装置，形成闭环控制系统。
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)
数控系统的组成
数控系统的组成
1 数控系统的组成
数控系统是由多种元件组成的控制系统，其中最主要的元件包括微处理器、数据输入设备、数据输出装置、存储器和算法程序等。
1.1 微处理器
微处理器是数控系统的核心部件，它主要用来处理计算、控制和调整系统中的信息和数据。
它被设计用来分析系统中输入信号形成的数据，根据程序发出控制信号，实现各种机械设备的控制。
1.2 数据输入设备
数据输入设备由不同的传感器组成，它们能够收集机器的实时状态，输入到处理器中，用于数据分析和控制操作。
1.3 数据输出装置
数据输出装置是将处理器处理后的数据重新输出到机器环境中，进行显示和控制，保证机器的正常运行。
1.4 存储器
存储器主要负责存储系统中的各种程序指令和数据，将微处理器分析的数据和程序码存储起来，以便后续使用。
1.5 算法程序
算法程序是数控系统的关键要素，它由计算机控制所需的数学公式和语句所组成，其目的是实现机器系统控制所需的标准和特性。
总之，数控系统由上述五个元件组成，它们起到协调系统不同部件之间的功能，实现数控系统的基本功能。
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。
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第三章 机床数控系统
2．数控装置
数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是：正确识别 和解释数控加工程序，并对解释结果进行各种数据计算和逻辑 判断处理，从而完成各种输入、输出任务。其形式可以是由数 字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或是计算机数控装置。前 者称做硬件数控装置，或NC装置，其数控功能由硬件逻辑电路 实现；后者称为CNC装置，其数控功能由硬件和软件共同实现。 数控装置将数控加工程序信息按两类控制量分别输出，从而控 制机床各组成部分实现各种数控功能：一类是连续控制量，送 往伺服驱动装置；另一类是离散的开关控制量，送往PLC逻辑 控制装置。
第三章 机床数控系统
根据不同的被控对象，有各种数控系统存在， 其中，最 早产生的、目前应用最为广泛的是机械加工行业中的各种机床 数控系统，即以加工机床为被控对象的数字控制系统，例如数 控车床、数控铣床、数控线切割机、数控加工中心等。 机床 数控是具有高附加值的技术密集型产品，实现了高度的机电一 体化。 它集机械制造、计算机、微电子、现代控制及精密测 量等多种技术为一体，使传统的机械加工工艺发生了质的变化。
第三章 机床数控系统
机床数控系统一般由输入／输出装置、计算机数控装置 (CNC装置)、伺服驱动装置、辅助控制装置等部分组成， 有些 数控系统还配有位置检测装置， 如图3－1所示。 其中数控装 置是数控系统的核心部分，它由硬件和软件两大部分共同构成， 硬件主要包括微处理器(CPU)、存储器和各种接口； 软件主要 有系统软件和应用软件。应用软件包括零件数控加工程序或其 他辅助软件，如CAD／CAM软件。系统软件是为实现CNC系统各 项功能所编制的专用软件， 也叫控制软件，它存放在计算机 EPROM内存中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同， 它们的系统软件在结构上和规模上差别很大，但是一般都包括 输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、数控系统
键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备，操 作人员可通过键盘和显示器输入程序、编辑修改程序和发送 操作命令，即进行手动数据输入(MDI)，因此，键盘是MDI中 最主要的输入设备。数控系统通过显示器为操作人员提供必 要的信息，根据系统所处的状态和操作命令的不同，显示的 信息可以是正在编辑的程序，也可以是机床的加工信息。较 简单的显示器只有若干个数码管，显示的信息也很有限；较 高级的系统一般配有CRT显示器或点阵式液晶显示器，显示的 信息较丰富；低档的显示器或液晶显示器只能显示字符，中 高档的显示系统能显示图形。数控加工程序编制好后，一般 存放在便于输入到数控装置的一种控制介质上。传统的方式 是将编制好的程序记录在穿孔纸带或磁带上，然后由纸带阅 读机或磁带机输入数控系统，因此，纸带阅读机和磁带机是 早期数控机床的典型输入设备。
第三章 机床数控系统
3．伺服驱动装置
伺服驱动装置包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置 两部分。伺服驱动装置由驱动电路和伺服电动机组成，并与机 床上的机械传动部件组成数控机床的主传动系统和进给传动系 统。主轴伺服驱动装置接收来自PLC的转向和转速指令，经过 功率放大后驱动主轴电动机转动。进给伺服驱动装置在每个插 补周期内接收数控装置的位移指令，经过功率放大后驱动进给 电动机转动，同时完成速度控制和反馈控制功能。根据所选电 动机的不同，伺服驱动装置的控制对象可以是步进电动机、直 流伺服电动机或交流伺服电动机。伺服驱动装置有开环、半闭 环和闭环之分。由于主轴的运动没有进给轴的要求高，因此， 有时普通数控车、铣床的主轴电机不是伺服电动机，而是普通 电动机。
第三章 机床数控系统
3.1 数控系统的定义及组成
数控是数字控制(Numeric Control，NC)的简称。 我们当 前的机床数控系统是在传统的硬件数控的基础上发展起来的。 它用一台计算机代替硬件数控装置，由软件实现部分或全部数 控功能。因此，机床数控系统是一种包含计算机在内的用数字 控制技术实现的自动控制系统， 其被控对象可以是各种生产过 程。
第三章 机床数控系统
（1）机床主运动，包括主轴的启/停、转向和速度选择。 （2）机床的进给运动，如点位、直线、圆弧、循环进给 的选择，坐标方向和进给速度的选择等。 （3）刀具的选择和刀具的长度、半径补偿。 （4）其他辅助运动，如工作台的锁紧和松开、工作台的 旋转与分度、工件的夹紧与松开、冷却液的开/关及空运行等。 （5）自诊断及通信功能等。
第三章 机床数控系统
5．
位置检测装置与伺服驱动装置配套组成半闭环和闭环伺 服驱动系统。位置检测装置通过直接或间接测量执行部件的 实际进给位移量，反馈到数控装置并与指令（理论)位移量进 行比较，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动，以 提高系统精度。
第三章 机床数控系统 图3－1 机床数控系统的组成
第三章 机床数控系统
1．
CNC机床在进行加工前，必须接受由操作人员输入的零件 加工程序，然后才能根据输入的加工程序进行加工控制，从而 加工出所需的零件。在加工过程中，操作人员要向机床数控装 置输入操作命令，数控装置要为操作人员显示必要的信息，如 坐标值、报警信号等。此外，输入的程序有时并非全部正确， 还需要编辑、修改和调试。以上工作都是机床数控系统和操作 人员进行信息交流的过程，要进行信息交流，CNC系统中就必 须具备必要的交互设备，即输入／输出装置。
第三章 机床数控系统
4．辅助控制装置
辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间 的控制装置。通过可编程序控制器(PLC)来实现，PLC和数控装 置相互配合，共同完成数控机床的控制。数控装置主要完成与 数字运算和程序管理等有关的功能，如零件程序的编辑、译码、 插补运算、位置控制等。PLC主要完成与逻辑运算有关的动作。 零件加工程序中的M代码、S代码、T代码等顺序动作信息，经 译码后转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床的相应 开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、切削液的开关等一些 辅助功能。它接收机床操作面板和来自数控装置的指令，一方 面通过接口电路直接控制机床的动作；另一方面通过伺服驱动 装置控制主轴电动机的转动。