计算机数控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。
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。
数控技术第4章计算机数控系统(1)
位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。
准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率
主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程
基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。
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2 开放式CNC的硬件结构
可互操作性 可移植性 可缩放性 可相概述 数控机床实现零件的自动加工原因。 数控装置是依靠其硬件支持，通过运行其软 件完成零件自动加工过程。 各个软件相互协调完成数控任务。
1 三种典型软硬件界面
输入
插补 准备
输入
插补 准备
插补
插补
位控
位控 速控 电机 测量
数据流程
2 CNC系统的多任务与实时中断处理
1）多任务
系统任务
管理
控制
输
速
入 输 出
显 示
I/O 处 理
诊 断
译 码
刀 补
度 处 理
插 补
位 控
2）并行处理多重实时中断
3 常规的软件结构
数控系统的基本功能是由各个功能子程序 实 现，不同的软件结构对这些子程序的安排方 式不同，管理方法也不同。
数据宽度，寻址能力和运算速度的限制。
3）多微处理器结构
多微处理器结构的数控装置中有两个或两以 上CPU，各CPU之间采用紧耦合，资源 共享， 有集中的操作系统。
多微处理器结构多采用模块化结构，通常采 用共享总线或共享存储器两种典型结构实现 模块间的互连与通讯。
4）共享总线结构
只有主模块有权控制系统总线。 这类结构以系统总线为中心 支持多微处理器结构的总线均设计有总线仲
来自机床 的控制信号
I/O CPU1
输到机床的 控制信号
插补 CPU2
共享存储器
CRT CPU4
轴控制 CPU3
5）多微处理器结构特点
性能价格比高。计算速度快，适于多轴控制、 高速、高精度、高效率的要求。
采用模块化结构，有良好的适应性和扩展性。 硬件易于组织规模生产，降低成本。 可靠性高。
§4-1 数控系统的构成与功能
1 数字控制的任务
机械制造工艺中的数字控制就是使工件与刀 具的相对运动形成规定的几何轨迹。对数控 机床来说其根本任务是：运动轨迹行程量和 开关量控制。
2 CNC系统的组成
程序、输入输出设备、CNC控制器、可编程 控制器（PLC）、主轴驱动和进给驱动单元 等组成。其结构框图如下：
CNC系统一般结构框图
输入 装置
通讯 线路
输出 装置
CNC控制器
计算机 硬件与 数控系 统软件
PLC
主轴控 制单元
电器控 制单元
数度控制 单元
主轴电机
机床电器
进给电机 位置检测
装置
3 CNC控制器的一般工作过程
CNC的工作是在计算机硬件支持下，执行软 件控制功能的全过程。具体来说经过了
1）输入 2）译码 3）刀具补偿 4）进给速度处理 5）插补
6）位置控制 7）I/O处理 8）显示 9）故障诊断
CNC信息流程
4 CNC的控制主要功能
1）轴控制功能 2）指令机床运动方式的准备功能 3）插补功能 4）进给功能 工进、快进、倍率进给、同步进给
（车螺纹）
5）主轴功能 6）刀具功能和第二辅助功能（指定工作台分度） 7）字符图形显示功能 8）通讯功能 9）自诊断功能 10）人机交互图形编程功能
1） 多重中断型结构 除初始化外，整个系 统软件的各种任务模块分别安排成不同级别 的中断服务程序中，所有功能程序根据实时 重要程度不同，分成不同的优先级，从而整 个系统软件成为大的中断系统。
日本的FANUC—7、6系统都属这类。
2）前后台型结构 前台程序是中断 服务程序。后台程序是个循环运行 程序，不断被前台程序所中断，二 者共同配合完成零件的加工任务。 适合于单微处理器硬件结构。如A-B 7360CNC。
单微处理器结构的CNC框图
2） 单微处理器的结构特点
A）只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入 输出控制、CRT显示等CPU实现集中控制分时处理。
B）微处理器通过总线与存储器、输入、输出等各 种接口相连，构成CNC装置。
C）结构简单，易于实现。 D）实时性要求很高的插补运算受微处理器、字长、
裁电路 总线仲裁通常有串行和并行两种裁决方式。
共享总线多微处理器的结构框图
4）共享存储器结构
采用多端口存储器RAM来实现各CPU间的互 连和通讯，每个端口都配有一套数据、地址、 控制线以供访问。
有专门的多端口逻辑控制电路解决访问冲突。 ActrionⅢ系统就采用这种结构。
共享存储器结构框图
§4-2 CNC的硬件结构
1 常规CNC的硬件结构 三种结构形式： （1）总线式模块化结构的CNC，32位多用于
多轴控制的高档数控机床。
（2）是以单板或专用芯片及模板组成的结构 紧凑的CNC，大量用于中档数控机床
（3）基于通用计算机基础之上开发的CNC 1） 单微处理器结构 发展初期的一些经济型数控机床采用此结构。