计算机数控系统概述
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。
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。
(高职)天津中德职院：数控加工技术第三章 计算机数控系统
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第二节、MNC系统的构成
一、概念: 采用微处理器构成的数控装置称为MNC 二、组成: 中央单元(CPU) 总线BUS 存储器(RAM, ROM) I/O接口电路 PLC 主轴单元 速度控制单元等
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三、各部分介绍:
1 CPU; BUS CPU: 由运算器、控制器、内部寄存器构成 衡量CPU的两个因素: 1） 位数 2）速度 作用:对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程序 中指令的要求进行各种运算,使系统成为一个有机整体. BUS: 总线,信息公共通路的总称 物理导线分为: 地址总线(DB) 数据总线(AB) 控制总线(CB)
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3 I/O 接口电路:
功能: 外设不能直接与存储器进行通讯,需要通过CPU对 I/O接口的读写操作来完成外设与存储器之间的信 息交换 （1）系统的I/O接口：系统的接口常采用串行接口,其 定义: 通讯的发送方和接受方之间的数据信息的传 输是在单根线上完成的.每次以一个二进制“0”“1” 为最小单位进行传输. 优点:价格便宜,简化通讯设备,可通过电话线进行长距离 传输 缺点:传输速度慢. 协议:为保证数据传输正确,通讯双方遵循某种约定的规 程(异步通讯规程) 以一帧作为一个数据传输单位
一、分类：
1、按微处理器分类； 单微处理器：只有一个CPU、采用集中控制分时方法处理数控的各 个任务。 缺点：① 不易进行功能的扩展和提高。 ② 处理速度低、数控功能差。 多CPU： 单CPU的弥补： 增加浮点协处理器、8086+8087 硬件分担插补 采用全智能化的CRT、PLC部件。 。两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。 。模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。 。特点：1、性能价格比高 2、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性 3、硬件易于组织规模生产。 4、可靠性高。 返回目录 退出 上一页 下一页
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。
CNC工作原理
CNC工作原理标题：CNC工作原理引言概述：计算机数控（CNC）是一种自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。
CNC工作原理是通过计算机控制机床进行加工，实现精准、高效的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理的五个部分。
一、数控系统1.1 控制器：CNC系统的核心部分，用于接收计算机发送的指令并控制机床运动。
1.2 编程软件：用于编写加工程序，将加工要求转化为机床可执行的指令。
1.3 人机界面：提供操作界面，方便操作人员进行程序输入、修改和监控。
二、传感器系统2.1 位置传感器：用于检测机床各轴的位置，保证加工精度。
2.2 速度传感器：监测机床各轴的运动速度，保证加工效率。
2.3 压力传感器：监测加工过程中的切削压力，保证加工质量。
三、执行系统3.1 伺服电机：用于驱动机床各轴的运动，实现高精度的定位和运动控制。
3.2 滚珠丝杠：将电机转动运动转化为直线运动，提高机床的定位精度。
3.3 刀具系统：根据加工要求选择合适的刀具，实现不同形状的加工。
四、加工过程4.1 加工参数设置：根据加工要求设置加工速度、刀具转速、进给速度等参数。
4.2 程序加载：将编写好的加工程序加载到CNC系统中。
4.3 自动加工：启动CNC系统，机床按照程序指令自动进行加工，实现高效、精准的加工过程。
五、监控与调整5.1 实时监控：通过人机界面监控机床运行状态，及时发现问题。
5.2 参数调整：根据监控结果调整加工参数，保证加工质量。
5.3 故障诊断：分析机床运行过程中出现的故障原因，及时排除故障，保证生产顺利进行。
结论：CNC工作原理涉及多个方面，包括数控系统、传感器系统、执行系统、加工过程以及监控与调整。
了解CNC工作原理有助于提高生产效率、加工精度，推动工业自动化发展。
希望本文的介绍能够帮助读者更深入了解CNC技术。
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五、CNC的特点
1．具有比NC更高的柔性 2．具有良好的通用性 3．数控功能不断增强和扩展 4．可靠性越来越高 5．方便了系统的维修和使用 6．易于实现机电一体化
10．字符和图形显示功能
人机对话功能 在CNC装置中这类功能有： 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。
11．自诊断功能
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。
硬件是基础，软件是灵魂。
CNC装置的组成
数控加工程序
CNC系统平台
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备接Fra bibliotek口机床 机器人
测量机
......
CNC装置的组成
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。
CNC的硬件系统组成框图
5．进给功能 (F功能 )
进给功能 —— 进给速度的控制功能。 进给速度—— 控制刀具相对工件的运动速度，单位 为mm/min。
同步进给速度—— 实现切削速度和进给速度的同步， 单位为 mm/r。
快速进给速度—— 一般为进给速度的最高速度，它 通过参数设定，用G00指令执行快速。
进给倍率（进给修调率）——人工实时修调预先给定 的进给速度。
2．译码 3．刀具补偿
6．位置处理 7．Ｉ/Ｏ处理 8．显示
4．对进给速度进行处理 5．插补
9．诊断
四、CNC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。 基本功能——数控系统基本配置的功 能，即必备功能；
选择功能——用户可根据实际要求选 择的功能。
12．输入、输出和通信功能
通讯功能 —— CNC与外界进行信息和数据交换的功能。 RS232C接口，可传送零件加工程序， DNC接口，可实现直接数控， MAP(制造自动化协议)模块， 网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的 要求。
13．程序编制功能
手工编程 背景（后台）编程 自动编程
ROM
RAM
IN接口
OUT接口
CPU
总线
阅读机 接口
MDI/CRT 接口
位置 控制
其它 接口
CNC的软件系统组成框图
系统软件
管理软件
程 序
显
诊
输
入
输 出
示
断
控制软件
刀速插位译 具度补置 补控运控 偿制算制码
三、CNC的工作过程
CNC单元
工作过程就是指在硬件的支持下，软件完成控制功能的过 程。
包括： 1．加工程序的输入
—— 指令机床动作方式的功能。 如：基本移动、程序暂停、平面选择、坐
标设定、刀具补偿、基准点返回和固定 循环等。
3．插补功能
插补功能
—— 插补功能是数控系统实现零件 轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功 能。
4．固定循环加工功能
固定循环功能
—— 固定循环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。
二、CNC的组成
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。
CNC数控机床的组成框图
加工程序
C N
可编程 控制器
主轴驱 动装置
机
C
输入/输出 设备
装 置
进给驱 动装置
床
CNC数控机床的组成
计算机数控系统
机床I/O 电路和装置
操作面板 PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床 主进辅 运 动给 传 动助 控 制 机机机 构构构
6．主轴的转速功能
主轴功能 —— 数控系统的主轴的控制功能。
主轴转速——主轴转速的控制功能，单位为r/min。 恒线速度控制——刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。 主轴定向控制——主轴周向定位于特定位置控制的功能。 C轴控制——主轴周向任意位置控制的功能。 主轴修调率——人工实时修调预先设定的主轴转速。
8．辅助功能(M功能 )
辅助功能（M功能） —— 用于指令机床辅助操作的功 能。 如：主轴起停、主轴转向、切削 液的开关或刀库的起停等。
9．补偿功能
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。
1．对轴数的控制功能
控制功能 —— CNC能控制和能联动控制的进给轴 数。 CNC的进给轴分类： 移动轴（X、Y、Z）和回转轴（A、B、 C）； 基本轴和附加轴（U、V、W）。 联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂， 编程也越困难。
2．点位运动与移动功能(G功能 )
准备功能（G功能）
章计算机数控系统
节概述 节CNC的结构 节CNC的信息处理过程 节PLC与数控机床的辅助功能 节FANUC数控系统 节开放式CNC 思考题
第一节 概 述
一、CNC数控机床 CNC是数控机床的核心。 CNC数控机床由以下几部分组成：加工
程序、输入/输出设备、CNC装置、可编 程控制器（PLC）、主轴驱动装置、进 给驱动装置和机床。
7．刀具功能及工作台分度功能
刀具管理功能 ——实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。 刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功 能使用； 刀具寿命是指时间寿命，当刀具寿命到期时， CNC系统将提示用户更换刀具； CNC系统都具有刀具号（T）管理功能，用于标 识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。