数控系统的基本硬件结构
数控机床各组成部分结构及控制原理
1．插补周期的选择
T的选择非常重要 基本思想：采用时间分割的思想，根据编程给定的进 给速度F将轮廓曲线分割为相等的插补周期T的进给段， 即轮廓步长ΔL，ΔL＝F.T
2．插补运算时间
T必须大于插补运算时间和CPU执行其他实时任务所 需的时间之和
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3．位置反馈采样周期
插补运算结果是供位置采样周期使用的各坐标轴的 位置增量值，因此，采样周期TF通常＝T，或者T 是TF的整数倍。T=8ms ，TF＝4ms
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2．4 数控机床的进给伺服系统
伺服系统的特点
1. 伺服系统的运动来源于偏差信号 偏差：指令信号与反馈信号的比较
2. 伺服系统必须有负反馈回路 3. 伺服系统始终处于过渡过程状态 4. 伺服系统必须具有力（力矩）放大作用
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伺服系统的基本要求
位移精度要高 定位精度高 稳定性好 动态响应快 调速范围宽 低速大转矩
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
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3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
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❖ 4. 举例
❖ 若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。按逐点 比较法进行插补计算，并作出插补轨迹图。
1. 调速范围宽而有良好的稳定性，低速 时要求速度平稳；
2. 负载特性硬，即使在低速时，有足够 的
负载能力，反应速度快； 3. 可频繁地起、停、换向等。
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2．4．2 开环进给伺服系统
一、工作原理： ❖ 组成部分：驱动控制环节、执行元件 ❖ 驱动控制环节的任务：是将指令脉冲
转化为执行元件所需的信号 ❖ 步进电机的任务：是将（处理过的指
数控机床的结构组成及原理
数控机床的结构组成及原理数控机床是一种通过计算机控制的机床，可以实现多种复杂的加工操作。
它的结构组成及原理可以大致分为机床主体部分、控制系统部分和辅助装置部分。
一、机床主体部分1.床身：床身是整个数控机床的基础部分，承载整个机床的各个部件和装置，同时具有足够的刚性和稳定性。
床身通常由大型整体铸件制成，常见的有平面床、斜床和立式床等。
床身上设有导轨、滑块和滚珠丝杠等装置，用于支撑和导向主轴箱、工作台等。
2.主轴箱：主轴箱是数控机床的重要部件之一，通常由主轴、主轴动力装置、主轴箱座、电动机及其驱动装置等组成。
主轴箱用来传递动力，使主轴旋转，是实现机床加工功能的关键部分。
3.工作台：工作台是数控机床上用于夹持工件的装置，它可以沿各个方向进行移动和转动。
工作台通常由工作台体、刀架座、刀具变位装置等组成。
工作台的移动和转动由驱动装置控制，实现对工件的定位和加工。
二、控制系统部分1.数控装置：数控装置是整个机床的控制中心，由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括主机、输入输出设备、接口电路等，软件部分是指数控机床的控制程序。
数控装置能够根据加工要求，自动生成加工程序，并控制机床的各个动作。
2.伺服系统：伺服系统是数控机床的动力系统，主要由伺服电机、传动机构和测量装置等组成。
伺服电机通过控制系统接收指令，根据要求实现各个轴向的运动。
传动机构将电机运动传递到工作台或刀架等部位，测量装置用于检测轴向运动的位置和速度。
三、辅助装置部分1.刀具变位装置：刀具变位装置是数控机床上用来实现刀具的换刀和夹紧的装置。
它能够实现快速的刀具换向和自动夹紧，提高机床的加工效率。
2.冷却液供给装置：冷却液供给装置是用于给切削过程提供冷却润滑的装置，它能够保持刀具的正常工作温度，延长刀具的使用寿命，并提高加工质量。
3.操作平台：操作平台是供操作人员进行操作和监控的地方，它通常设有显示屏、键盘、手柄等操作设备，用于输入指令、调整参数以及监控加工过程。
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。
CNC数控系统的基本结构
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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。
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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。
构，用户只需根据菜单的提示，进行正确操作; .编程方便:现代数控机床大多具有多种编程的功能，并且
都具有程序自动校验和模拟仿真功能; .维护维修方便:数控机床的许多日常维护工作都由数控系
统承担(润滑、关键部件的定期检查等)，另外，数控机床的 自诊断功能，可迅速确定故障位置，方便维修人员。
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第一节 概述
8.刀具管理功能 刀具管理功能是实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理功
能。 加工中心都应具有此功能，刀具几何尺寸是指刀具的半径
和长度，这些参数供刀具补偿功能使用;刀具寿命一般是指 时间寿命，当某刀具的时间寿命到期时，CNC系统将提示用 户更换刀具;另外，CNC系统都具有T功能即刀具号管理功能， 它用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。
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。
数控系统的基本构成与分类
数控系统的基本构成与分类一、数控系统的基本构成数控系统是由硬件和软件两个部分组成。
硬件部分主要包括机床、数控器、伺服电机、传感器、工具刀具与刀库等；软件部分包括编程软件、数控编程语言、加工参数及伺服调节等方面。
具体来讲，数控机床通常由主轴系统、伺服系统、定位系统、冷却系统、切削力测量系统、部件传动及辅助系统等几个部分构成，其中主轴系统可以控制工件的旋转速度以及方向，伺服系统可以控制机床在XYZ三个方向上的运动，而定位系统则可以让加工过程中的位置精确到微米级别。
数控系统中的数控器是控制整个系统的中枢，其核心部分通常由控制芯片、存储芯片、输入输出模块、运行模式切换模块、数据输入输出模块和通信模块等六大模块构成。
其中控制芯片是负责输入加工参数及加工程序，存储芯片用于存储数控程序和加工参数等，输入输出模块用于数据的输入与输出，而数据输入输出模块则是将加工参数及程序传输到数控器中进行转换，以便让数控机床作出正确的加工运动。
对于重要的加工参数，数控系统中还配备了一些传感器，如电力压力传感器、速度传感器、角度传感器以及温度传感器等。
这些传感器可以监测机床的状态，从而实时反馈给数控器，以保证整个加工过程中的运动精度和安全性。
二、数控系统的分类按照数控编程语言的不同类型，数控系统可以分为以下几大类：1.绝对式数控系统：绝对式数控系统通常使用绝对坐标系来表示机床的位置，程序中运动的起点固定不变，因此非常适合于多品种、小批量生产的加工过程。
与之相对应的是相对式数控系统，相对式数控系统通常使用相对坐标系来表示机床的位置，程序中的起点则可以任意改变。
2.坐标式数控系统：坐标式数控系统是指使用坐标系表示工件加工位置的数控系统，其常用的编程语言为G码，主要适用于平面零件的加工。
3.直线式数控系统：直线式数控系统是指加工路径为直线的高速加工系统，可以实现快速的直线加工，降低了加工时间，提高了加工效率。
4.插补式数控系统：插补式数控系统是指依据给定的坐标指令，进行加工路径和运动轨迹自动插补的加工系统，明显提高了加工精度和效率。
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)
简述数控机床的基本组成
简述数控机床的基本组成
数控机床是一种由计算机控制的机床，可以自动地执行各种加工任务。
它由以下几个基本部分组成：
1. 机床部分：包括床身、主轴、进给机构等。
床身是机床的基础部分，用来承载各个部件，并提供稳定的工作平台。
主轴是机床的主要工作部件，用来切削和加工工件。
进给机构控制工件在加工过程中的位置和移动速度。
2. 数控系统：是数控机床的核心部分，由硬件和软件两部分组成。
硬件包括数控装置、伺服驱动器、编码器等，用于接收和处理指令。
软件部分则包括编程系统、运动控制系统等，用于编写加工程序和控制机床运动。
3. 自动换刀系统：用来自动更换不同刀具，以适应不同的加工需求。
自动换刀系统可以提高加工效率和精度。
4. 冷却润滑系统：用来冷却和润滑切削过程中的摩擦面，减少热量积聚，并延长刀具寿命。
除了以上基本组成部分之外，一些数控机床还会配备其他辅助设备，如工件夹持装置、自动送料系统等，以提高生产效率和加工精度。
2计算机数控装置的硬件结构
负载为指示灯的典型信号输出出电路（如P157图4.2.11）
大负载驱动输出电路（如P157图4.2.12）
③直流数字输入、输出信号的传送（如P157图4.2.13）
（五）可编程控制器 PC分类：一类是为实现数控机床顺序控制而专门设计 制造的“内装型”PC，另一类是技术要求、功能和参 数能满足数控机床要求的“独立型”PC。 内装型PC（如P159图4.2.14）
独立型（又称通用型PC，不属于CNC装置）PC特点： ①具有完整的功能结构，CPU及其控制电路、系统程序 存储器、用户程序存储器、输入/输出接口电路、与编程 机等外设通讯的接口和电源等； ②采用积木式模块化结构或笼式插板式结构，各种模块 做成独立的模块或印刷电路插板，具有易扩展、安装方 便等优点； ③独立型PC的输入、输出点数可以通过I/O模块或插板的 增减来增减或减少。
2、共享总线结构（如P162图4.2.15） 共享总线结构方案的优点：系统配置灵活、结构简单、容易实现、 造价低。 不足之处：会引起“竞争”，使信息传输率降低，总线一旦出现 故障，会影响全局。
总线仲裁两种方式：串行方式（如P162图4.2.16）、并行 方式（如P163图4.2.17）。
3、共享存储器结构（如P164图4.2.18）
双端口存储器结构（如P166图4.2.20）
微处理器共享存储器采用多端口结构的框图（如 P166图4.2.21）
数值检出器：将二进制数值变成脉冲宽度的线 路称为数值检出器。 方向辨别控制： 原理：数值变为脉宽之后，再经过两个由符号 位信号（ ）控制的与非门，就能辨别出它们 的方向，当数值为正时，符号为0。在二进制计 数器中，使用的是反码，故 ，正向矩形波信号 由G1输出；负值时，由G2输出。
比较放大器：
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数控系统的基本硬件结构
一、基本硬件组成
数控系统(CNC)通常由微机基本系统、人机界面接口、通信接口、进给轴位置掌握接口、主轴掌握接口以及帮助功能掌握接口等部分组成。
二、微机基本系统
通常微机基本系统是由微处理器CPU、存储器(EPROM、RAM)、定时器、中断掌握器、输入输出接口等组成。
（1）微处理器CPU 它是整个数控系统的核心，常用的有8位、16位、32位的CPU。
对于中、低档的数控系统，一般采纳8位或16位CPU，对于高档的数控系统，一般采纳32位CPU。
（2）存储器它分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。
ROM主要用来存储数控系统的掌握软件，RAM主要用来存储用户的零件加工程序和数据等。
存储器容量的大小，由数控系统的简单程度和用户的需求来打算，如图2－2所示。
CPU中断向量存放区系统掌握软件数据暂存区刀具参数表G53-G59参数表丝杠间隙值螺距误差表系统参数表零件加工程序名目零件加工程序存放区
图2－2
（3）定时器与中断掌握器它用于计算机系统的定时掌握与多级中
断管理。
三、接口
1. 人机界面接口
2. 通信接口
一般CNC装置带有RS232C串行接口或DNC通信接口，可实现DNC 方式的数控加工。
高档的CNC装置还配有FMS等高性能通信接口，按制造自动化协议（manufacturing automation protocol, MAP）等通信，可实现车间或工厂生产自动化。
3. 进给轴的位置掌握接口
实现进给轴的位置掌握包括三个方面的内容：一是进给速度的掌握，二是插补运算，三是位置闭环掌握。
进给轴位置掌握接口包括模拟量输出接口和位置反馈计数器接口。
模拟量输出接口采纳数模转换器DAC，输出模拟电压，用以掌握速度伺服单元。
模拟电压的正负和大小分别打算了电动机的转动方向和转速。
位置反馈计数器接口能检测并记录位置反馈元件（如光电编码器）所发回的信号，从而得到进给轴的实际位置。
4. 主轴掌握接口
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，可利用系统的主轴掌握接口输出模拟量进行无级变速。
5. MST掌握接口
数控系统的MST功能是通过开关量输入/输出接口完成。
MST功能的
开关量掌握规律关系简单，在数控机床中一般采纳可编程序掌握器（programmable logic controller,plc）来实现MST功能。