计算机数控装置概括
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数控机床(5.计算机数控装置原理)
自从20世纪70年代开始，随着计算机技术不断发展，计算机数控装置从硬件结构上发生 了一系列的变化，但它的组成原理基本相似，如图5-1。 下面将各部分的作用简介如下： 1.显示器是在数控装置运行时用来显示坐标值参数及指令代码、功能码等。在一些高中 档数控装置上可以作加工零件的图形显示等。 2.计算机板是数控装置的核心。通常是由高速CPU组成的计算机系统或由多CPU构成的分 布式系统。主要承担数控装置的基本控制及用户程序的译码、插补、反馈控制、输出控制 等任务。 3.键盘、开关 键盘通常用来编程及操作。开关为功能开关，用于转换数控装置的工作状态。
显示器 机内PLC板 计算机板 I/O板 反馈板 键盘板 伺服控制单元
图5-1 数控装置的基本组成
4.I/O接口主要作为数控装置的基本输入输出接口，用于进给轴伺服控制的输出、机 械手的控制信号输出、主轴变速的控制信号的输出、刀架控制信号的输出及进给反馈 信号的输入及刀架机械手到位信号的输入等。 5.机内PLC为机内的可编程控制器。它通过数控装置的键盘进行编程，主要用来对 复杂的数控机床的开关量深入输出进行控制。 6.通讯口为数控装置联系及传送加工程序，同时也满足DNC和FMS的要求。它一 般以串行方式进行通讯。
（a）
（b）
图5-6 用米 字格显 示%、R字符
目前用于数控页码管使用较多的均为超高亮度共阴数码管。在一般采光亮度的车间内 使用显示效果仍然良好。
液晶屏
液晶驱动器
液晶管理卡 （6255卡） 来自从CPU（Ⅰ）
图5-7 单色液晶显示结构图
2.数码液晶显示器 数码液晶显示器的优点是功耗小。用液晶显示器的数控装置电脑部分的功耗比LED数控 装置电脑部分的功耗小1/4左右。有些厂家将驱动与电脑部份分开做了分体式。用液晶作 显示器，电脑部分做成密封形式，粉尘等很难进入内部，可靠性大大增加，做到免维修。 数码液晶显示器也是分8 段及一些特定的字符。这些字符在制造液晶屏时已定好了， 形式上LED相似。数码液晶显示器的缺点：亮度比LED 低。在明亮的车间内，观察字符有 些吃力。有些在显示加上背景亮度调节效果将得到改善。
显示器 机内PLC板 计算机板 I/O板 反馈板 键盘板 伺服控制单元
图5-1 数控装置的基本组成
4.I/O接口主要作为数控装置的基本输入输出接口，用于进给轴伺服控制的输出、机 械手的控制信号输出、主轴变速的控制信号的输出、刀架控制信号的输出及进给反馈 信号的输入及刀架机械手到位信号的输入等。 5.机内PLC为机内的可编程控制器。它通过数控装置的键盘进行编程，主要用来对 复杂的数控机床的开关量深入输出进行控制。 6.通讯口为数控装置联系及传送加工程序，同时也满足DNC和FMS的要求。它一 般以串行方式进行通讯。
（a）
（b）
图5-6 用米 字格显 示%、R字符
目前用于数控页码管使用较多的均为超高亮度共阴数码管。在一般采光亮度的车间内 使用显示效果仍然良好。
液晶屏
液晶驱动器
液晶管理卡 （6255卡） 来自从CPU（Ⅰ）
图5-7 单色液晶显示结构图
2.数码液晶显示器 数码液晶显示器的优点是功耗小。用液晶显示器的数控装置电脑部分的功耗比LED数控 装置电脑部分的功耗小1/4左右。有些厂家将驱动与电脑部份分开做了分体式。用液晶作 显示器，电脑部分做成密封形式，粉尘等很难进入内部，可靠性大大增加，做到免维修。 数码液晶显示器也是分8 段及一些特定的字符。这些字符在制造液晶屏时已定好了， 形式上LED相似。数码液晶显示器的缺点：亮度比LED 低。在明亮的车间内，观察字符有 些吃力。有些在显示加上背景亮度调节效果将得到改善。
数控技术：第四章 计算机数控装置
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4.2 CNC装置的硬件结构
4.2.1 CNC装置的硬件构成特点
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4.1 概述
6.位置控制 位置控制的主要工作是在每个采样周期内，将插补计算出
的理论位置与实际反馈位置进行比较，用其差值控制进给电 动机。位置控制可由软件完成，也可由硬件完成。在位置控 制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距 误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的机床精度。 7. I/O处理 CNC装置的I/O处理是CNC装置与机床之间的信息传递 和变换的通道。其作用一方面是将机床运动过程中的有关参 数输入到CNC装置中;另一方面是将CNC装置的输出命令(如 换刀、主轴变速换档、加冷却液等)变为执行机构的控制信号， 实现对机床的控制。
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4.1 概述
5.插补 零件加工程序中程序段的指令行程信息是有限的。如对于
加工直线的程序段仅给定起、终点坐标;对于加工圆弧的程序 段除了给定其起、终点坐标外，还给定其圆心坐标或圆弧半 径。要进行轨迹加工，CNC装置必须在一条已知起点和终点 的曲线上自动进行“数据点密化”的工作，这就是插补。插 补在每个规定的周期(插补周期)内进行一次，即在每个周期 内，按指令进给速度计算出一个微小的直线数据段，通常经 过若干个插补周期后，插补完一个程序段，也就完成了从程 序段起点到终点的“数据点密化”工作。
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4.1 概述
数控机床的CNC系统一般包括以下几个部分:数控程序、输 入/输出设备、CNC装置、可编程控制器(PLC)、主轴驱动 装置和进给驱动装置(包括检测装置)等。CNC系统框图如图 4-1所示。
4.1.2 CNC装置的组成
CNC装置由计算机硬件、系统软件和相应的I/O接口构成 的专用计算机与可编程控制器PLC组成。前者处理机床轨迹 运动的数字控制，后者处理开关量的逻辑控制。
4.2 CNC装置的硬件结构
4.2.1 CNC装置的硬件构成特点
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4.1 概述
6.位置控制 位置控制的主要工作是在每个采样周期内，将插补计算出
的理论位置与实际反馈位置进行比较，用其差值控制进给电 动机。位置控制可由软件完成，也可由硬件完成。在位置控 制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距 误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的机床精度。 7. I/O处理 CNC装置的I/O处理是CNC装置与机床之间的信息传递 和变换的通道。其作用一方面是将机床运动过程中的有关参 数输入到CNC装置中;另一方面是将CNC装置的输出命令(如 换刀、主轴变速换档、加冷却液等)变为执行机构的控制信号， 实现对机床的控制。
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4.1 概述
5.插补 零件加工程序中程序段的指令行程信息是有限的。如对于
加工直线的程序段仅给定起、终点坐标;对于加工圆弧的程序 段除了给定其起、终点坐标外，还给定其圆心坐标或圆弧半 径。要进行轨迹加工，CNC装置必须在一条已知起点和终点 的曲线上自动进行“数据点密化”的工作，这就是插补。插 补在每个规定的周期(插补周期)内进行一次，即在每个周期 内，按指令进给速度计算出一个微小的直线数据段，通常经 过若干个插补周期后，插补完一个程序段，也就完成了从程 序段起点到终点的“数据点密化”工作。
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4.1 概述
数控机床的CNC系统一般包括以下几个部分:数控程序、输 入/输出设备、CNC装置、可编程控制器(PLC)、主轴驱动 装置和进给驱动装置(包括检测装置)等。CNC系统框图如图 4-1所示。
4.1.2 CNC装置的组成
CNC装置由计算机硬件、系统软件和相应的I/O接口构成 的专用计算机与可编程控制器PLC组成。前者处理机床轨迹 运动的数字控制，后者处理开关量的逻辑控制。
数控技术计算机数控装置.
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4.1.3 CNC装置的组成
CNC装置的组成包括 硬件和软件 两部分，实现对机床各 驱动元件（伺服电机、继电器、气缸等）的控制以及各 传感器（限位开关等）的信号采集和实时处理。
（1）CNC装置的硬件组成
不同品牌的CNC装置的硬件组成有所不同，但是大体包 括计算机组件（CPU 、内存、硬盘、显示器、键盘等）、 系统总线、接口电路（模拟量输入/出、数字量输入/出、 现场总线接口等）等几部分。
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4.2.2多微处理器CNC装置的硬件结构（1）
的微处理机， CPU之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线 仲裁器 ( 由硬件和软件组成 ) 来解决总线争用问题，通 过公共存储器来进行信息交换。 特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快， 可以实现较复杂的系统功能。 容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍 可断继续工作 结构形式：共享总线结构型、共享存储器结构型
图 CNC系统控制零件自动加工的主要功能和流程
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4.1.4 CNC装置的主要功能和特点
2. CNC装置的特点 （1）具有丰富的数控功能 CNC装置具备机床加工中所需要的直线、圆弧、样条等插 补功能；车、铣等的刀补功能；G代码译码功能；丝杠误 差补偿功能。 并且CNC装置针对机床控制具有丰富的接口，包括电机控 制指令接口、编码器反馈接口、机床回零及限位开关接口 等。CNC装置能够满足机床自动控制中所有功能要求。
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4.1.4 CNC装置的主要功能和特点
（2）封闭性
一般的CNC装置都不允许用户更改其中的程序代码，控制算法等。 CNC装置的灵活性不足，一般只能用在机床的控制中。位置控制算法 一般采用带前馈的PID算法，用户无法更改其中的控制算法。 CNC装置作为工业自动化产品，具有高可靠性特点。主要是由于目前 CNC装置的市场主要是国外西门子、法达科等其广泛的用户群以及产 量使得这些公司能够在质量控制、可靠性控制方面投入足够的研究费 用和人员。目前，国内的CNC装置的市场占有率低的主要原因就是可 靠性相对较低，这也是由于国内CNC装置起步较晚，难以与国际成熟 的竞争对手相比。
4.1.3 CNC装置的组成
CNC装置的组成包括 硬件和软件 两部分，实现对机床各 驱动元件（伺服电机、继电器、气缸等）的控制以及各 传感器（限位开关等）的信号采集和实时处理。
（1）CNC装置的硬件组成
不同品牌的CNC装置的硬件组成有所不同，但是大体包 括计算机组件（CPU 、内存、硬盘、显示器、键盘等）、 系统总线、接口电路（模拟量输入/出、数字量输入/出、 现场总线接口等）等几部分。
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4.2.2多微处理器CNC装置的硬件结构（1）
的微处理机， CPU之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线 仲裁器 ( 由硬件和软件组成 ) 来解决总线争用问题，通 过公共存储器来进行信息交换。 特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快， 可以实现较复杂的系统功能。 容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍 可断继续工作 结构形式：共享总线结构型、共享存储器结构型
图 CNC系统控制零件自动加工的主要功能和流程
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4.1.4 CNC装置的主要功能和特点
2. CNC装置的特点 （1）具有丰富的数控功能 CNC装置具备机床加工中所需要的直线、圆弧、样条等插 补功能；车、铣等的刀补功能；G代码译码功能；丝杠误 差补偿功能。 并且CNC装置针对机床控制具有丰富的接口，包括电机控 制指令接口、编码器反馈接口、机床回零及限位开关接口 等。CNC装置能够满足机床自动控制中所有功能要求。
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4.1.4 CNC装置的主要功能和特点
（2）封闭性
一般的CNC装置都不允许用户更改其中的程序代码，控制算法等。 CNC装置的灵活性不足，一般只能用在机床的控制中。位置控制算法 一般采用带前馈的PID算法，用户无法更改其中的控制算法。 CNC装置作为工业自动化产品，具有高可靠性特点。主要是由于目前 CNC装置的市场主要是国外西门子、法达科等其广泛的用户群以及产 量使得这些公司能够在质量控制、可靠性控制方面投入足够的研究费 用和人员。目前，国内的CNC装置的市场占有率低的主要原因就是可 靠性相对较低，这也是由于国内CNC装置起步较晚，难以与国际成熟 的竞争对手相比。
计算机数控装置概述
（1）CNC管理模 块
系统初始化、中断管理、总 线裁决、系统出错识别和处理、 系统软、硬件诊断等。
（2）CNC插补模块
译码、刀具半径补偿、 坐标位移量计算和进给速度处 理等预处理，插补运算。
（2）设置恒定线速度 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。 为了提高加工工件的表面质量.
（3）主轴准停 主轴周向定位于特定位置控制的功能。---换刀
7、辅助功能(M)
主要用于指定主轴的正、反转 、停止、冷却液的打开或关闭，换 刀等动作。
8、刀具功能 T
用来选择刀具并且指定有效刀 具的几何参数的地址。
设备层
显示设备
其他设备
计算机系统 输入/出设备
接
口
人机控制 运动控制
PMC 其他I/O
机床 机器人 测量机 ...
计算机基本系统：
CPU
EPROM或 E2PROM
RAM
输入/输出接口
主轴控制 通信接口
MDI接口
PLC接口 CRT
或液晶显示接口 位置控制
纸带阅读机接口
2、CNC装置的软件框图
CNC装置系统软件
集成的要求。
12、自诊断功能 CNC自动实现故障预报
和故障定位的功能。 开机自诊断；
在线自诊断；
离线自诊断；
远程通讯诊断。
13、人机对话编程功能
➢ 菜单结构操作界面； ➢ 零件加工程序的编辑环境； ➢ 系统和机床参数、状态、故障信息的
显示、查询或修改画面等。
第二节 CNC装置的硬件结构
9、补偿功能
刀具长度及半径补偿； 丝杆的螺距误差和反向间隙误差
的补偿； 可以在加工前输入到机床的存储
单元里,
10、字符图形显示功能
计算机数控装置(CNC)
操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可进行
正确操作。
编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模
拟仿真功能。
维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，关
键部件的定期检查等)，数控机床的自诊断功能，可迅
速实现故障准确定位。
5. 易于实现机电一体化
数控系统控制柜的体积小（采用计算机，
硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，
7. 刀具功能和第二辅助功能
刀具几何尺寸管理：管理刀具半径和长度，供刀具 补偿功能使用；
刀具寿命管理：管理时间寿命，当刀具寿命到期 时，CNC系统将提示更换刀具；
刀具类型管理：用于标识刀库中的刀具和自动选择
加工刀具。
8. 补偿功能
刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的 程序控制刀具中心轨迹的功能。 传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补
㈡单微处理器CNC装置的结构特点
特点 • 一个微处理器完成所有 的功能； • 采用总线结构； • 结构简单，易于实现； • 功能受限制。
多微处理器
多微处理器结构 多微处理器结构是指在系统中有两个或两个以上 的微处理器能控制系统总线、或主存储器进行工 作的系统结构。目前大多数CNC系统均采用多微 处理器结构。 紧耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的处 理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的 操作系统，共享资源。 松耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的功 能模块之间采用松耦合（具有相对独立性或相关 性弱），有多重操作系统有效地实现并行处理。
CNC装置的优点
1. 具有灵活性和通用性
CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用
模块化的结构，对设计和开发者而言，系统功能 的修改、扩充变得较为灵活。
正确操作。
编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模
拟仿真功能。
维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，关
键部件的定期检查等)，数控机床的自诊断功能，可迅
速实现故障准确定位。
5. 易于实现机电一体化
数控系统控制柜的体积小（采用计算机，
硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，
7. 刀具功能和第二辅助功能
刀具几何尺寸管理：管理刀具半径和长度，供刀具 补偿功能使用；
刀具寿命管理：管理时间寿命，当刀具寿命到期 时，CNC系统将提示更换刀具；
刀具类型管理：用于标识刀库中的刀具和自动选择
加工刀具。
8. 补偿功能
刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的 程序控制刀具中心轨迹的功能。 传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补
㈡单微处理器CNC装置的结构特点
特点 • 一个微处理器完成所有 的功能； • 采用总线结构； • 结构简单，易于实现； • 功能受限制。
多微处理器
多微处理器结构 多微处理器结构是指在系统中有两个或两个以上 的微处理器能控制系统总线、或主存储器进行工 作的系统结构。目前大多数CNC系统均采用多微 处理器结构。 紧耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的处 理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的 操作系统，共享资源。 松耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的功 能模块之间采用松耦合（具有相对独立性或相关 性弱），有多重操作系统有效地实现并行处理。
CNC装置的优点
1. 具有灵活性和通用性
CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用
模块化的结构，对设计和开发者而言，系统功能 的修改、扩充变得较为灵活。
第四章 计算机数控(CNC)装置范文
第四章计算机数控(CNC)装置4.1 概述4.1.2 CNC系统的组成EIA（美国电子工业协会）所属的数控标准化委员会的定义：“CNC 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部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口”。
ISO（国际标准化组织）的定义：“数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加工零件”。
数控系统分轮廓控制和点位控制系统。
数控系统的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，即数字控制装置。
数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，即NC装置，NC装置是数控技术发展早期普遍采用的数控装置；二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置，即CNC装置，它是由硬件和软件共同完成或是在硬件的支持下由软件单独实现全部数控功能。
CNC装置具有良好的柔性，它在软件的作用下，可以实现各种NC 装置所不能完成的功能，如图形显示、系统诊断、各种复杂的轨迹控制、通信及网络功能等。
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）、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。
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。
它们二者是相互支持，不可分割的。
CNC 的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分数控功能。
硬件是基础，软件是灵魂。
现在NC装置已基本上被CNC装置所取代。
4.1.3 CNC装置的组成和工作原理CNC系统平台该平台有以下两方面的含义：提供CNC系统基本配置的必备功能；在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。
硬件结构：CPU，存储器，总线、外设等。
CNC的硬件系统组成框图软件结构：是一种用于零件加工的、实时控制的、特殊的（或称专用的）计算机操作系统。
计算机数控装置
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三. CNC装置的功能
10、自诊断功能 —— CNC自动实现故障预报和故障定位的功能。 CNC装置中安装了各种诊断程序，这些程序可以嵌 入其它功能程序中，在CNC装置运行过程中进行检 查和诊断。
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三. CNC装置的功能
11、通讯功能
—— CNC与外界进行信息和数据交换的功能
第一节 概 述
数控系统的组成 数控系统是数控机床的重要部分，它是由数 控程序、输入输出设备、CNC装置、可编程控 制器(PLC)、主轴驱动装置和进给驱动装置 （包括检测装置）等组成，有时也称作计算 机数控系统（CNC系统）。其中，核心是CNC 装置。
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一. CNC装置的组成
数控系统的核心是数控装置。随着计算机技术的 发展，数控装置性能越来越高，价格越来越低。 从外部特征来看，CNC装置是由硬件（通用硬件和 专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的，软 件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法 工作，二者缺一不可。
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三. CNC装置的功能
8、补偿功能
刀具半径和长度补偿功能： 实现按零件轮廓编制的程序控制 刀具中心轨迹的功能。
传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能。
非线性误差补偿功能：对诸如热变形、静态弹性变形、空间误 差以及由刀具磨损所引起的加工误差等，采用AI、专家系统等 新技术进行建模，利用模型实施在线补偿。
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三. CNC装置的功能
6、辅助功能（M功能）
—— 用于指令机床辅助操作的功能。
简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能
计算机数控装置是数控设备中至关重要的一部分，它的组成和功能对于数控加工的精度、效率和稳定性起着至关重要的作用。
本文将从简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能展开讨论，并深入探讨其在现代制造业中的重要性和应用。
1. 探讨计算机数控装置的组成计算机数控装置主要由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括主轴驱动系统、运动控制系统、输入/输出设备、内存和接口模块等；软件部分则包括数控系统、机床数控软件和辅助软件等。
这些组成部分相互配合，共同构成了计算机数控装置的基本结构。
2. 讨论计算机数控装置的功能计算机数控装置在数控加工中发挥着至关重要的作用，其功能主要包括自动控制、程序运行、运动控制、运动插补、运动控制、输入/输出处理、故障诊断和自动报警等。
这些功能的发挥，实现了数控设备在加工过程中的高精度、高效率和高稳定性。
3. 论述计算机数控装置在现代制造业中的重要性和应用随着现代制造业的发展，计算机数控装置的重要性愈发凸显。
它不仅实现了生产过程的自动化、智能化，还能够满足个性化定制和小批量生产的需求。
在汽车、航空航天、船舶制造等行业，计算机数控装置广泛应用，为产业升级和智能制造提供了技术支撑和保障。
4. 个人观点和理解在我看来，计算机数控装置的发展将会继续推动现代制造业的快速发展。
随着技术的不断进步，计算机数控装置将会更加智能化、柔性化，为制造业带来更多的可能性和机遇。
总结回顾通过本文的深度探讨，我们对计算机数控装置的组成和功能有了更加完整和深入的了解。
在现代制造业中，计算机数控装置扮演着不可或缺的角色，其重要性和应用前景不可估量。
相信随着技术的不断发展，计算机数控装置在智能制造时代将会展现出更加强大的潜力和价值。
希望本文能够对您有所帮助，并期待与您一起共享更多关于制造业和数控技术的深度探讨。
随着科技的不断进步和制造业的发展，计算机数控装置在现代制造业中的重要性愈发凸显。
它利用先进的硬件和软件技术，实现了生产过程的自动化、智能化，为企业提供了高精度、高效率和高稳定性的加工解决方案。
计算机数控装置概述
第
的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，
一
是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。
节
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。
概
述
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现代数控技术
2
一. CNC装置的组成
⒈ CNC系统硬件的层次结构
由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。
插补功能：二次曲线、样条、空间曲面插补
补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线 性误差补偿等
人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级 人机对话窗口
编程功能：G代码、篮图编程、部分自动编程功 能。
现代数控技术
10
二. CNC装置的优点
n
第
一
ห้องสมุดไป่ตู้
节
概 述
2020/5/26
可靠性高 CNC装置采用集成度高的电子元件、芯片、采用VLSI本身就 是可靠性的保证。 许多功能由软件实现，使硬件的数量减少。 丰富的故障诊断及保护功能(大多由软件实现)，从而可使系 统的故障发生的频率和发生故障后的修复时间降低。
现代数控技术
12
二. CNC装置的优点
n 易于实现机电一体化
第 一 节
概 述
2020/5/26
数控系统控制柜的体积小（采用计算机，硬件数
量减少；电子元件的集成度越来越高，硬件的不
断减小），使其与机床在物理上结合在一起成为
可能，减少占地面积，方便操作。
现代数控技术
13
• CNC装置的功能
CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方
法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能。
数控技术第5章计算机数控装置
位置反馈
它使用位置反馈机制来验证机床的实际位置，确保加工精度和准确性。
故障诊断与监控
监控功能
计算机数控装置具有监控功能，可以实时跟踪机床的状态、温度、压力和速度等参数。
故障诊断
当出现异常情况或故障时，计算机数控装置能够自动诊断问题并提供解决方案或向操作员发出警报。
04 计算机数控装置的应用
数控机床的控制
产品质量。
计算机数控装置还可以实现加工 过程的自动化和智能化，提高生
产效率和降低制造成本。
05 计算机数控装置的发展趋 势与挑战
技术创新与升级
01 02
高速高精度控制技术
随着制造业对加工精度和效率的要求不断提高，计算机数控装置正朝着 高速高精度的方向发展，采用更先进的算法和控制系统，提高加工过程 的动态特性和控制精度。
计算机数控装置还可以实现加工过程 的监控和管理，确保产品质量和安全 性。
计算机数控装置能够控制航空航天零 件的加工过程，实现复杂曲面的加工 和精确的尺寸控制。
汽车制造领域
汽车制造领域是计算机数控装置 的重要应用领域之一，通过计算 机数控装置，可以实现汽车零部
件的高效加工。
计算机数控装置能够控制汽车零 部件的加工过程，实现复杂形状 和结构的加工，提高加工效率和
特点
高精度、高效率、高可靠性、可编程 性、易于实现复杂加工。
工作原理
数据处理
插补运算
伺服控制
CNC装置接收来自加工程 序的加工数据，进行译码
、刀具补偿等处理。
根据加工数据和刀具参数 ，进行插补运算，生成机 床各坐标轴的位移量。
将位移量转换为脉冲信号 ，通过伺服系统驱动机床
各坐标轴精确移动。
反馈控制
数控机床是计算机数控装置的主要应用领域之一，通过计算机数控装置，可以实现 高精度、高效率的机床加工。
它使用位置反馈机制来验证机床的实际位置，确保加工精度和准确性。
故障诊断与监控
监控功能
计算机数控装置具有监控功能，可以实时跟踪机床的状态、温度、压力和速度等参数。
故障诊断
当出现异常情况或故障时，计算机数控装置能够自动诊断问题并提供解决方案或向操作员发出警报。
04 计算机数控装置的应用
数控机床的控制
产品质量。
计算机数控装置还可以实现加工 过程的自动化和智能化，提高生
产效率和降低制造成本。
05 计算机数控装置的发展趋 势与挑战
技术创新与升级
01 02
高速高精度控制技术
随着制造业对加工精度和效率的要求不断提高，计算机数控装置正朝着 高速高精度的方向发展，采用更先进的算法和控制系统，提高加工过程 的动态特性和控制精度。
计算机数控装置还可以实现加工过程 的监控和管理，确保产品质量和安全 性。
计算机数控装置能够控制航空航天零 件的加工过程，实现复杂曲面的加工 和精确的尺寸控制。
汽车制造领域
汽车制造领域是计算机数控装置 的重要应用领域之一，通过计算 机数控装置，可以实现汽车零部
件的高效加工。
计算机数控装置能够控制汽车零 部件的加工过程，实现复杂形状 和结构的加工，提高加工效率和
特点
高精度、高效率、高可靠性、可编程 性、易于实现复杂加工。
工作原理
数据处理
插补运算
伺服控制
CNC装置接收来自加工程 序的加工数据，进行译码
、刀具补偿等处理。
根据加工数据和刀具参数 ，进行插补运算，生成机 床各坐标轴的位移量。
将位移量转换为脉冲信号 ，通过伺服系统驱动机床
各坐标轴精确移动。
反馈控制
数控机床是计算机数控装置的主要应用领域之一，通过计算机数控装置，可以实现 高精度、高效率的机床加工。
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总
线 （
位置控制板n
速度控制单元n
功能模板1 ）
功能驱动1
… …
…
CNC装置
功能模板m
功能驱动m CNC系统
装置是按模块化设计的方法构造的
模块化设计方法：
将控制系统按功能划分成若干种具 有独立功能的单元模块,并配上相应的 驱动软件。系统设计时按功能的要求 选择不同的功能模块，并将其插入控 制单元母板上，即可组成一个完整的 控制系统的方法。其中单元母板一般 为总线结构的无源母板，它提供模块 间互联的信号通路。
第三章 计算机数控装置
第一节 概述
一、系统的组成 数控机床在数控系统的控制下，自动地
按给定的程序进行零件的加工。
数控系统由：
✓ 程序、输入输出设备 ✓ 计算机数字控制装置 ✓ 可编程控制器 ✓ 主轴驱动装置 ✓ 进给驱动装置等组成
系统组成框图
程序
输入 设备
CNC
装 置
PLC
主轴控 制单元
I/O信号
4、固定循环加工功能
是数控系统实现典型加工循环（ 如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削 和切螺纹等）的功能可以简化编程.
5、进给功能
（1）切削进给速度 控制刀具相对工件的运动速度，单位为。
（2）同步进给速度 实现切削速度和进给速度的同步，单位为 。
（3）快速进给速度00可以通过面板来改变. （4）进给倍率可以通过面板来改变
示
诊 断
序
刀
译
具 补
插 补
码
偿 计
计 算
算
速位 度置 控控 制制
3、硬件软件的作用和相互关系
硬件是基础，软件是灵魂 装置的系统软件在系统硬件
的支持下，合理地组织、管理整 个系统的各项工作，实现各种数 控功能，使数控机床按照操作者 的要求，有条不紊地进行加工。
系统的系统平台
数控加工程序
应用软件
控制软件
8、刀具功能 T
用来选择刀具并且指定有效刀具 的几何参数的地址。
9、补偿功能
刀具长度及半径补偿； 丝杆的螺距误差和反向间隙误差
的补偿； 可以在加工前输入到机床的存储
单元里,
10、字符图形显示功能
用于显示程序、零件图形、人机 对话编程菜单和故障信息等。
11、通信功能 与外界进行信息和数据交换的功能 232C接口，可传送零件加工程序， 网卡：适应、、等制造系统集成的要求。
装置中有两个或两个以上的，即 系统中的某些功能模块自身也带有。
经济型数控装置一般采用单微处理器机构 高级型装置常采用多微处理器结构
一、单微处理器结构的装置
标准PC计算机
控制面板
计算机主板 显示卡
I/O设备 多功能卡 电子盘
BUS
PLC模块
机床I/O
系
主轴控制模板
统
位置控制板1
速度控制单元1
…
单微处理器：
整个装置只有一个，它集中控制和管 理整个系统资源，通过分时处理的方式 来实现各种功能。
系统中只有一个(称为主)对系统的资 源有控制和使用权其它带的功能部件，只 能接受主的控制命令或数据，或向主发出 请求信息以获得所需的数据。即它是处于 以从属地位的，故称之为主从结构。
多微处理器结构：
管理软件 操作系统
硬件
被控设备
接
口
机床
机器人
测量机
......
该平台有以下两方面的含义：
提供系统基本配置的必备功 能；
在平台上可以根据用户的要 求进行功能设计和开发。
三、装置的功能
装置的功能是指满足用户操 作和机床控制要求的方法和手段。
装置的功能通常包括：
基本功能——数控系统基本配 置的功能，即必备功能；
速度控制单元
主轴电机 机床
进给电机
位置检测器
CNC系统的核心
二、装置的组成
从外部特征来看，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。
1、系统硬件的层次结构
由计算机基本系统、设备支持层、 设备层三部分组成
计算机基本系统
设备支持层
设备层
显示设备
其他设备
计算机系统 输入/出设备
系统总线(母板)：
由一组传送数字信息的物理导线组成， 它是计算机系统内部进行数据或信息 交换的通道。
地址总线 ( AB ) 数据总线 ( DB ) 控制总线 (CB )
工业用机的总线母板是独立的 无源四层板（走线面、元件面、电 源层和地线层），它的可靠性高于 两层板。其规格有6槽、8槽、12槽、 14槽等。
接
口
人机控制 运动控制
PMC 其他I/O
机床 机器人 测量机 ...
计算机基本系统：
CPU
EPROM或 E2PROM
RAM
输入/输出接口
主轴控制 通信接口
MDI接口
PLC接口 CRT
或液晶显示接口 位置控制
纸带阅读机接口
2、装置的软件框图
CNC装置系统软件
管理软件
控制软件
零件
程序 的输
显
故 障
入输 出程
选择功能——用户可根据实际 要求选择的功能
装置的主要功能有：
1、控制功能 指ＣＮＣ装置能够控制的以及
能够同时控制联动的轴数。
控制轴有移动轴和回转轴、 基本轴和附加轴。联动轴数越多， 装置的功能越强，加工的零件越 复杂。
2、准备功能（Ｇ） 用来指令机床动作方式的功能。
3、插补功能
主要用于对零件轮廓加 工的控制；一般有直线插补 和圆弧插补,还可以有2次曲线 和样条曲线的插补等.
实现系统模块化设计的条件是总 线()标准化。
采用模块化结构时，系统设计工 作则可归结为功能模块的合理选 用。
1、计算机主板和系统总线(母板) 计算机主板是装置的核心。 包括：
及其外围芯片；
内存单元、及其外围芯片；
通讯接口(串口，并口，键盘接口)。
软、硬驱动器接口
计算机主板的主要作用：
对输入到装置中的种种数据、信息(零 件加工程序，各种信息等)进行相应的算 术和逻辑运算。并根据其处理结果，向各 功能模块发出控制命令，传送数据，使用 户的指令得以执行。
人工实时修调预先给定的进给速度
6、主轴功能
（1）指定主轴转速 主轴转速的控制功能，单位为。S****;
（2）设置恒定线速度 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。 为了提高加工工件的表面质量.
（3）主轴准停 主轴周向定位于特定位置控制的功能。换刀
7、辅助功能(M)
主要用于指定主轴的正、反转、 停止、冷却液的打开或关闭，换刀等 动作。
12、自诊断功能
自动实现故障预报和故障 定位的功能。 开机自诊断； 在线自诊断； 离线自诊断； 远程通讯诊断。
13、人机对话编程功能
➢ 菜单结构操作界面； ➢ 零件加工程序的编辑环境； ➢ 系统和机床参数、状态、故障信息的显
示、查询或修改画面等。
第二节 装置的硬件结构
按其中含有的多少来分: 单微处理器结构 多微处理器结构