计算机数控系统CNC系统
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种先进的自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。
它通过计算机程序控制机床的运动和操作，实现高精度、高效率的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理，包括数控系统、数控编程和机床控制等方面的内容。
一、数控系统数控系统是CNC工作的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、控制柜、操作面板、伺服电机等设备，软件则是运行在主机上的程序。
数控系统的主要功能是接收和解释用户输入的加工程序，并将指令转化为机床运动的控制信号。
数控系统的工作原理是将加工程序中的指令逐行读取，并按照预定的顺序执行。
每条指令包含了机床运动、刀具切削和加工参数等信息。
数控系统根据这些信息，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
二、数控编程数控编程是将零件的几何形状和加工要求转化为机床可识别的指令的过程。
数控编程语言有多种，常用的包括G代码和M代码。
G代码用于定义机床的运动轨迹，如直线、圆弧等；M代码用于定义机床的辅助功能，如切削液开关、主轴启停等。
数控编程的基本步骤包括：确定加工顺序、选择合适的刀具、绘制零件的几何图形、确定刀具路径、计算切削参数、生成加工程序等。
编写好的加工程序可以通过U盘、网络或直接输入到数控系统中。
三、机床控制机床控制是指数控系统对机床运动的控制。
数控系统根据加工程序中的指令，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
机床控制的主要参数包括进给速度、进给方式、切削速度、切削深度等。
机床控制的实现方式有多种，常见的包括点位控制和连续控制。
点位控制是指机床在每个加工点上停留一段时间，然后再移动到下一个加工点；连续控制则是机床在加工过程中连续运动，不停留在每个加工点上。
四、CNC工作流程CNC工作的基本流程包括：设计零件几何形状和加工要求、编写加工程序、设置机床和工件、调试和运行加工程序、检查加工结果。
计算机数控系统
计算机数控系统计算机数控系统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）系统是用计算机操纵加工功能，实现数值操纵的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的操纵程序，执行部分或者全部数值操纵功能．由一台计算机完成往常机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时操纵。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置与进给（伺眼）驱动装置构成。
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操纵装置，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，同时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）系统的构成大多数CNC装置现在都使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通常由中央处理单元（CPU）与总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴操纵单元、速度进给操纵单元等构成。
图3 .2.1为MNC 的构成原理图。
3.2.1中央处理单元（CPU）与总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、操纵器与内寄存器组构成。
它对系统内的部件及操作进行统一的操纵，按程序中指令的要求进行各类运算，使系统成为一个有机整体。
总线（BUS）是信息与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）与操纵总线（CB）。
３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件与操纵软件）与零件加工程序等，并将运算的中间结果与处理后的结果（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，或者作为工作单元存放各类输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息与堆栈用等。
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。
计算机数控装置(CNC)
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。
cnc的含义名词解释
cnc的含义名词解释CNC，即Computer Numerical Control（计算机数控），是一种通过计算机控制的数控机床系统。
它以计算机技术与机械传动技术相结合，实现工件的自动化加工。
CNC技术在制造业中扮演着重要的角色，为生产过程带来了巨大的便利和效率提升。
第一部分：CNC技术的起源和发展CNC技术的发展可以追溯到20世纪50年代，当时美国的军事工业对高精度、高效率的零件加工需求日益增长。
为了解决传统机械加工方式无法满足需求的问题，CNC技术应运而生。
最初的CNC机床是用电子设备替代了传统机床的基本控制装置，使得机床能够按照预定程序自动控制工作过程。
随着计算机技术的飞速发展，CNC技术也逐渐成熟。
计算机的出现使得CNC机床的自动化程度大大提高，同时数据存储和运算能力的增强也为CNC技术的广泛应用打下了基础。
传统的机械加工方式逐渐被CNC技术所取代，使得工业生产进入了一个全新的时代。
第二部分：CNC技术的优势和应用领域CNC技术的优势主要体现在以下几个方面：1.高精度：CNC机床通过计算机的精确控制，能够实现高精度的加工，减少了人为因素对加工质量的影响。
2.高效率：CNC机床具备自动化加工的能力，通过预定的程序可以快速、连续地完成复杂的工件加工，提高了生产效率。
3.灵活性：CNC机床可以根据不同的加工需求进行编程，简单修改程序即可实现不同工件的加工，增强了机床的适应性。
4.生产成本降低：CNC机床的自动化程度高，减少了人力投入，降低了生产成本，提高了企业的竞争力。
CNC技术广泛应用于各个领域，如：1.航空航天：CNC技术在航空航天领域中的应用十分重要。
通过CNC机床进行精密零件的加工，可以保证零件的质量和精度，满足航空航天工业对零件质量的极高要求。
2.汽车制造：CNC技术在汽车制造业中的应用也非常广泛。
自动化的CNC机床可以加工各种复杂的汽车零件，提高生产效率和产品质量。
3.电子电器：CNC技术在电子电器制造业中也有重要的应用。
cnc入门知识
（2）程序结构 ） NC程序由若干个程序段组成，一个程序段对应于一个加工步骤。 程序由若干个程序段组成 ① NC程序由若干个程序段组成，一个程序段对应于一个加工步骤。 程序段由若干个功能字组成 由若干个功能字组成。 ② 程序段由若干个功能字组成。 最后一个程序段必须包含程序结束功能字 程序结束功能字： 。 ③ 最后一个程序段必须包含程序结束功能字：M2。 NC程序结构 程序段 程序段1 程序段2 程序段3 程序段4 功能字1 N10 N20 N30 N40 功能字2 G0 G2 … M2 功能字3 X20 Z37 … … … … … ；注释 ；第1个程序段注释 ；第2个程序段注释 ； … ；程序结束
第二节 计算机数控系统 一、工作过程 对于具体的计算机数控系统，用户的基本操作次序如下。 对于具体的计算机数控系统，用户的基本操作次序如下。 （1）接通电源 计算机数控装置和可编程控制器将自动检查和诊断数控机床的各个组成 部分，并设置其初始工作状态。 部分，并设置其初始工作状态。 （2）设置机床参数 对于第一次使用的数控装置，需要设置机床参数， 对于第一次使用的数控装置，需要设置机床参数，使之适应具体数控机 床的硬件构成环境。 床的硬件构成环境。 （3）输入刀具参数并建立工件坐标系 首先，数控加工程序必须适应于实际所使用的刀具， 首先，数控加工程序必须适应于实际所使用的刀具，因此在启动加工之 必须输入实际刀具的刀具参数。 前，必须输入实际刀具的刀具参数。 其次，只有在具体的工件坐标系下，数控加工程序才有意义。 其次，只有在具体的工件坐标系下，数控加工程序才有意义。因此在启 动加工之前，必须建立数控加工程序所使用的工件坐标系。 动加工之前，必须建立数控加工程序所使用的工件坐标系。
802D系统编程 第三节 802D系统编程 一、NC编程基本原理 编程基本原理 （1）程序名称 ） 每个程序必须有一个程序名 其命名规则如下 程序名， 如下。 每个程序必须有一个程序名，其命名规则如下。 两个字符必须是英文字母； 开始的两个字符必须是英文字母 ① 开始的两个字符必须是英文字母； 随后的字符可以是英文字母 数字字符或下划线； 英文字母， ② 随后的字符可以是英文字母，数字字符或下划线； 程序名最多包含16 个字符； ③ 程序名最多包含 个字符； 不得使用分隔符 空格） 分隔符（ ④ 不得使用分隔符（空格） 例如： 例如： RAHMEN52，EX_1，EX_2 ， ，
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)
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control）是一种利用计算机控制的数控系统，它能够精确控制机床进行加工操作。
CNC工作原理涉及到计算机控制、传感器、执行器和编程等方面的知识。
下面将详细介绍CNC工作原理的各个方面。
一、计算机控制CNC系统的核心是计算机控制单元（CCU），它负责接收、解释和执行用户编写的程序。
CCU通过与机床的接口进行通信，将指令传递给机床的执行器，控制机床进行各种运动。
计算机控制使得CNC系统具有高度的灵活性和可编程性，能够实现复杂的加工操作。
二、传感器CNC系统中的传感器用于检测和测量机床和工件的状态和位置。
常用的传感器包括位置传感器、压力传感器、温度传感器等。
位置传感器可以精确测量机床各个轴的位置，从而实现精确的加工操作。
压力传感器和温度传感器可以监测切削过程中的刀具负载和工件温度，以保证加工质量和安全性。
三、执行器执行器是CNC系统中负责实际加工操作的部件。
常见的执行器包括电机、液压缸和气动元件等。
电机是最常用的执行器，它可以驱动机床的各个轴进行运动。
液压缸和气动元件通常用于控制机床的夹紧装置和刀具换装装置等。
四、编程CNC系统的编程是指根据加工要求编写机床加工的指令。
常见的编程语言包括G代码和M代码。
G代码用于定义机床的运动轨迹和加工参数，例如切削速度和进给速度等。
M代码用于控制机床的辅助功能，例如刀具换装和冷却液开关等。
编程可以手动输入，也可以通过CAD/CAM软件生成。
五、加工过程CNC系统的加工过程包括以下几个步骤：首先，通过CAD软件设计出要加工的零件，并将其转换为机床能够理解的G代码。
然后，将G代码输入CNC系统，并进行程序的编辑和校验。
接下来，将工件夹紧在机床上，并进行刀具的安装和调整。
最后，启动CNC系统，它会按照程序中定义的运动轨迹和加工参数，控制机床进行加工操作。
六、优势和应用CNC工作原理的优势在于高度的自动化和精度控制。
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F≥0 ？
YES
NO
ⅠⅡ ⅢⅣⅠⅡⅢⅣ
+X -X -X +X +Y +Y -Y -Y
F=F-| Ye |
F=F+| Xe |
n=n-1
直到n=0
结束
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例：插补一条直线，起点（1.5,2.5）,终点（2,3.1） 假设步进脉冲当量 0.1mm/pulse，试用逐点比较 法来计算中间的插补过程。
i ) 微型机组成 a） 微处理器，负责运算和控制工作。 b） 存储器，存储系统程序和应用程序。 c） I/O接口，输入输出通道。
ii ) 外部设备 a ) 电传打字机 b ) 穿孔纸带阅读机/穿孔机 c ) CRT显示器/键盘 d ) 磁带机 e ) 操作控制站
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2 .CNC系统软件 1 ) 管理软件
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看图
Y(pulse)
Me（5，6）
6 54 321
0
1
2
3
4
5 X(pulse)
返回
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5 ) 圆弧插补： I. 顺、逆圆弧判断： 沿着垂直于加工平面的第三轴负方向观察圆弧，
若走刀为顺时针方向，则为顺圆，用CLW表示； 反之为逆圆，用CCLW表示。
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10．2 控制刀具运动轨迹的插补原理
1． 概念 插补和插值英文单词相同Interpolation 插补：对于给定的数学模型，并已知起点和终点坐标，确
定其中间点的位置的过程。 插补也简称为在起终点间进行数据密化的过程。 插补算法：实现完成插补过程的计算步骤。 插补算法种类：
逐点比较插补法
M0(0,0)
Me(5,6)
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(2) 进行插补计算
n=11
1) F=0， +X， F=F0,0-Ye=0-6=-6， 10 2) F〈0，+Y， F=F1,0+Xe=-6+5=-1， 9 3) F〈0，+Y， F=F1,1+Xe=-1+5=+4 ， 8 4) F〉0，+X， F=F1,2-Ye=+4-6=-2， 7 5) F〈0，+Y， F=F2,2+Xe=-2+5=+3， 6 6) F〉0，+X， F=F2,3-Ye=+3-6=-3， 5 7) F〈0，+Y， F=F3,3+Xe=-3+5=+2 ， 4 8) F〉0，+X， F=F3,4-Ye=+2-6=-4， 3 9) F〈0，+Y， F=F4,4+Xe=-4+5=+1， 2 10) F〉0，+X， F=F4,5-Ye=+1-6=-5 ， 1 11) F〈0，+Y， F=F5,5+Xe=-5+5=0 ， 0
终点判别
总脉冲数 n=| Xe | + | Ye |
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章目录Leabharlann 下一页Ⅰ象限开始（入口）
初始化F=0， n=Xe+Ye， Xe， Ye F≥0 ？
YES
NO
+X进给
+Y进给
F=F-Ye
n=n-1
F=F+Xe
直到n=0
结束（出口）
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开始
初始化 F=0， Xe，Ye， n=| Xe |+| Ye |
数控系统
一、硬联接数控：采用专用计算机+印刷电路板（目前已被 淘汰）。
二、软联接数控：采用通用计算机或微型机+接口电路（容 易实现新功能） .
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10.1 CNC系统简介
1． CNC系统硬件
微处理器
I/O
存储器 （系统程
接 口
序）
外围设备
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伺
服
机
系
床
统
CNC系统框图
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CNC系统的硬件包括 ：微型计算机、外部设备、输入输出通 道、操作面板等组成。
a) 硬件插补（通过插补器） 数字积分（DDA）插补法
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比较积分插补法
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b）软件插补
标准插补法(略） 基于时间分割插补法
硬件插补的结果 ：表现为脉冲数目的输出；
软件插补的结果 ：表现为多坐标方向及角度方向的增量，
插补功能
如△X，△Y， △Z， △Qa， △Qb， △Qc。
直线插补
圆弧插补
≥0 下一步沿+X方向进给 Fi+1 , j
所以 Fi ,j
<0 下一步沿+Y方向进给 Fi , j+1
Fi+1 , j = Yi Xe - Xi +1Ye= YiXe – (Xi+1) Ye = Yi Xe - Xi Ye-Ye =Fi ,j -Ye……..(1)
同理 ：Fi , j+1= Fi ,j+Xe……………………..(2)
c.可通过坐标平移变换达到插补坐标与实际位移统一； d.每次采取单步进给（插补结果每次以一个脉冲输出， 或X，或Y，或Z）.
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3） 插补步骤（四个节拍）
a. 偏差判别
b. 坐标进给
Y
c. 新偏差计算
d. 终点判别
4） 直线插补 看图请单击
直线插补的偏差函数
Me ( Xe,Ye ) Mi ( Xi,Yi )
F=10mm/min
N01 G00 X1.5 Y2.5 LF
N02 G01 X2 Y3.1 F10 LF
解：（1）进行坐标平移变换，且化为脉冲当量数
Me Xe=（2-1.5）/0.1=5(pulse)
Ye= (3.1-2.5) /0.1=6(pulse)
n=|Xe|+|Ye|=5+6=11(pulse)
a) 输入 b) I/O处理 c) 显示 d) 诊断等 2 ）控制软件 a） 译码 b） 刀具补偿 c） 速度处理 d） 插补运算 e） 位置控制等
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CNC系统的特点 I. 适应性强，对环境要求不高； II. 响应速度快，控制实时性强；
III. 可靠性好，维修方便； IV. 软件丰富； V. 具有 适当的计算精度和运算速度； VI. I/O通道完善。
Mi ( Xi,Yi )
F=Yi Xe - Xi Ye
a0 ai
tgаi =Yi/Xi
0
X
tgаo =Ye/Xe
若tgаi> tgаo 则Yi/Xi> Ye/Xe
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因此，若 Yi Xe - Xi Ye > 0 则Mi在直线上方 同理 ： Yi Xe - Xi Ye < 0 则Mi在直线的下方
其他二次曲线（抛物线、摆线、渐开线）插补
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1． 逐点比较插补法。 1）思路：
每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较， 视该点在给定轨迹的上方或下方（或给定轨迹的里面或外 面），从而决定下一步的进给方向，使之逼近加工轨迹。
2) 约定： a.位置坐标取脉冲当量数； b. 将 直 线 起 点 和 圆 弧 的 圆 心 假 定 为 坐 标 系 的 原 点 （ 相 对坐标系）；