计算机数控CNC装置
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3计算机数控装置的软件结构
（三）多任务并行处理 1、CNC装置的多任务性（多任务分解图如P169图4.3.2） 软件任务的并行处理关系（如P169图4.3.3） 2、并行处理 并行处理：是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以 上性质相同或不相同的工作。 并行处理的优点：提高运行速度。 并行处理方法：“资源重复”并行处理方法、“时间重叠”并行 处理方法、“资源共享”并行处理方法。 “资源重复”并行处理技术多应用于CNC装置的硬件结构中。
（二）数据处理程序 组成：数据处理程序又叫插补准备程序，它包 括译码、刀补、辅助功能处理和进给速度计算 等部分。 译码的功能：将输入的加工程序翻译成系统能 识别的语言。 运动轨迹计算：将工件轮廓轨迹转化为刀具中 心轨迹。 进给速度计算：主要解决刀具的运动速度问题。
在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的原则 来解决多任务的同时运行。 首先解决的两个时间问题：各任务何时占用CPU、各任 务占用CPU时间的长短。 分时共享CPU原理：系统在完成初始化任务后自动进入 时间分配循环中，在环中依次轮流处理各任务，而对于 系统中一些实时性很强的任务则按优先级排队，分别处 于不同的中断优先级上作为环外任务，环外任务可以随 时中断环内各任务的执行。每个任务允许占有CPU的时 间受到一定的限制，对于某些占有CPU时间较多的任务， 可以在其中的某些地方设置断点，当程序运行到断点处 时，自动让出CPU，等到下一个运行时间里自动跳到断 点处继续执行。
2、CNC系统中断结构模式 ①前后台软件结构中的中断模式（如P173图4.3.8） 前台程序是一个中断服务程序，完成全部的实时功能。 后台（背景）程序是一个循环运行程序，管理和插补 准备在这里完成，后台程序运行中，实时中断程序不 断插入，与后台程序相配合。 ②中断型软件结构中的中断模式 中断型软件结构中的特点是除了初始化程序之外，整 个系统软件的各种任务分别安排在不同级别的中断服 务程序中，整个软件就是一个大的中断系统，其管理 的功能主要通过各级中断服务程序之间的相互通讯来 解决。
第3章计算机数控装置(CNC)
一． 二． 三． 四． 五． 六． 七．
模块化设计方法？ 主机板和系统总线 显示模块（显示卡） 输入/输出模块（多功能卡） 电子盘（存储模块） 设备辅助控制接口模块 位置控制模块 功能接口模块
实时性 逻辑上：多任务 时间上：时序问题？
第四节 CNC装置的插补原理
一、概述 二、脉冲增量插补 三、数字增量插补 四、自动升降速控制的概念
特点： 每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）。 以一个一个脉冲的方式输出给步进电机。其基本思想是：用折线 来逼近曲线（包括直线）。 插补速度与进给速度密切相关。因而进给速度指标难以提高，当 脉冲当量为10μm时，采用该插补算法所能获得最高进给速度是 3-4 m/min。 脉冲增量插补的实现方法较简单，通常仅用加法和移位运算方法 就可完成插补。因此它比较容易用硬件来实现，而且，用硬件实 现这类运算的速度很快的。但是也有用软件来完成这类算法的。
四、 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。 已在第二章介绍。
四、 CNC装置的功能
7. 刀具管理功能 ——实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理功能。 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。
对插补算法的要求
2. 评价插补算法的指标 ① 稳定性指标 插补运算是一种迭代运算，存在着算法稳定性问题。 插补算法稳定的充必条件：在插补运算过程中，对计 算误差和舍入误差没有累积效应。 插补算法稳定是确保轮廓精度要求的前提。
②
插补精度指标 插补精度：插补轮廓与给定轮廓的符合程度，它可用 插补误差来评价。 插补误差分类： 逼近误差（指用直线逼近曲线时产生的误差）； 计算误差（指因计算字长限制产生的误差）； 圆整误差（指计算结果取整产生的误差）
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。
CNC装置及接口
输入
译码、预处理
插补
位置控制
图3-1 CNC装置的基本控制流程
电机
CNC装置的组成
大体来讲，CNC装置由硬件和软件两大部分组成。
具体地讲，CNC装置的组成为：
计算机
硬件（CPU、存储器、总线、I/O设备等） 软件（控制软件和管理软件）
CNC装置的组成
可编程控制器（PLC）
各种接口
第一节 CNC装置的硬件结构 一、单微处理器结构的CNC装置 二、多微处理器结构的CNC装置
键盘识别
线反转原理图
❖ 线反转法 行列线交换输入、输出，
两步获取按键键号。 例 N1.2按键 1）D3-D0列输入线，D7D4行输出线时
列输入代码：1011 2）D3-D0输出线，D7-D4
输入线时 输出代码：1101
去抖动和多键保护
键 按下
前 沿抖 动
后 沿抖 动
闭合 稳定
按键是机械触点，故而
多微处理器CNC装置多采用模块化结构，每个微处理器分管 各自的任务，形成特定的功能单元，即功能模块。由于采 用模块化结构，可以采取积木方式组成CNC装置，因此具 有良好的适应性和扩展性，且结构紧凑。与单微处理器 CNC装置相比，多微处理器CNC装置的运算速度有了很 大的提高，它更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、 高效率的控制要求。
❖ 数控机床上运用的PLC有两种类型： ❖ 1.内装型 ❖ PLC的硬件和软件结构作为CNC装置的基本功能统一设
计和制造。 ❖ 2.独立型 ❖ PLC作为CNC装置的一个独立部件，具有独立的硬件和
软件结构。根据数控机床的独立要求，可以选用通用PLC 进行组装。
第四节 CNC装置的接口电路
1
机床I/O接口
数控装置的组成
数控装置的组成
数控装置（digital controller，习惯称为数控系统）是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。
目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来实现其功能，所以称之为计算机数控（CNC）装置。
它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中央处理单元（CPU）、总线、存储器、输入/输出接口等；另一方面又具有数控机床完成特有功能所需要的功能模块和接口单元，如手动数据输入（MDI）接口、PLC 接口、纸带阅读机接口等。
CNC装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，两者缺一不可。
CNC装置的软件由管理软件和控制软件两部分组成。
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：
CNC装置的组成及功能特点
处理的角度看，软件和硬件在逻辑上是等价的，即硬件能完成的任务，理论 上说也可以由软件来完成。因此，在数控装置的设计阶段就要考虑哪些功能 由软件来实现，哪些功能由硬件来实现，或怎样确定软件和硬件在数控装置 中所承担的任务，就是软硬件功能界面问题。
一般来说，硬件处理速度快，但价格高、灵活性差，软件适应性强，但处 理速度慢。正确地划定软硬件界面，可以获得较高的性能价格比。图3-4是 几种典型的软硬件界面的划分。
图3-2 CNC装置的硬件组成
2. CNC装置软件的基本组成
CNC装置的软件是为了充分发挥硬件功能而运行的各种支撑软件，通常由系统软件、 控制软件和管理软件等组成。从本质特征来看，CNC装置的系统软件是具有实时性和 多任务性的专用操作系统；从功能特征来看，CNC装置的系统软件由管理软件和控制 软件两部分组成，如图3-3所示。管理软件主要用于为某个系统建立一个软件环境，协 调各软件模块之间关系，并处理一些实时性不太强的事件，包括I/O处理程序、显示程 序和诊断程序等。控制软件主要用于完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能， 包括译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序、位置控制程序和 主轴控制程序等。
1. 准备功能
准备功能也称G功能，它是用来指令机床运动方式的功能，包括基本移动、 平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、公英制转换等指令。用G和它后 面的两位数字表示。
2. 插补功能
CNC是通过软件插补来实现刀具运动的轨迹。实际应用中，CNC的插补功 能分为粗插补和精插补。软件每次插补一个小线段数据称为粗插补，伺服接口 根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲输出，称为精插补。
图3-8a所示。从图中可以看出，每两个程序段的输出时间间隔
为 t1 t2 。t3 这t种4 时间间隔反映在机床的加工过程中就是刀具的进给时断 时续，这段时间越长，数控装置的性能越差。应当尽量减少这段时间。
一般来说，硬件处理速度快，但价格高、灵活性差，软件适应性强，但处 理速度慢。正确地划定软硬件界面，可以获得较高的性能价格比。图3-4是 几种典型的软硬件界面的划分。
图3-2 CNC装置的硬件组成
2. CNC装置软件的基本组成
CNC装置的软件是为了充分发挥硬件功能而运行的各种支撑软件，通常由系统软件、 控制软件和管理软件等组成。从本质特征来看，CNC装置的系统软件是具有实时性和 多任务性的专用操作系统；从功能特征来看，CNC装置的系统软件由管理软件和控制 软件两部分组成，如图3-3所示。管理软件主要用于为某个系统建立一个软件环境，协 调各软件模块之间关系，并处理一些实时性不太强的事件，包括I/O处理程序、显示程 序和诊断程序等。控制软件主要用于完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能， 包括译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序、位置控制程序和 主轴控制程序等。
1. 准备功能
准备功能也称G功能，它是用来指令机床运动方式的功能，包括基本移动、 平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、公英制转换等指令。用G和它后 面的两位数字表示。
2. 插补功能
CNC是通过软件插补来实现刀具运动的轨迹。实际应用中，CNC的插补功 能分为粗插补和精插补。软件每次插补一个小线段数据称为粗插补，伺服接口 根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲输出，称为精插补。
图3-8a所示。从图中可以看出，每两个程序段的输出时间间隔
为 t1 t2 。t3 这t种4 时间间隔反映在机床的加工过程中就是刀具的进给时断 时续，这段时间越长，数控装置的性能越差。应当尽量减少这段时间。
计算机数控装置
人机交互
计算机数控装置将更加注重人 机交互设计，提高操作便捷性
和用户体验。
计算机数控装置的技术创新与突破
多轴联动技术
通过多轴联动技术，计算机数控装置能够 实现复杂形状的高效加工，提高加工效率
和加工质量。
高速高精度控制技术
通过高速高精度控制技术，计算机数控装 置能够实现高速高精度的加工，满足高效 率和高精度的要求。
输入输出模块
负责接收和发送数据，包括与外部设备、传感器等的通信 。
系统管理模块
负责整个系统的资源管理和调度，包括内存管理、任务调 度等。
加工控制模块
负责加工过程的控制，包括刀具路径规划、加工参数设置 等。
数控加工程序的编辑支持各种编程 语言和编程规范，方便用户编写和修 改加工程序。
数控加工过程的控制
根据加工程序和加工参数，控制机床的加工过程，确保加工精度和加工效率。
数控加工过程的调度
根据生产计划和资源状况，合理安排加工任务，优化生产流程，提高生产效率。
04
计算机数控装置的应用与发展
计算机数控装置的应用领域
制造业 计算机数控装置广泛应用于机械 加工、模具制造、汽车制造等领 域，提高了生产效率和加工精度。
计算机数控装置的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，计算 机数控装置将更加智能化，能够
实现自适应控制和自主学习。
高精度
为了满足制造业的高精度需求，计 算机数控装置将继续提高其定位精 度、重复定位精度和加工精度。
网络化
通过网络化技术，计算机数控装置 将实现远程监控、远程编程和设备 间的信息共享，提高生产效率。
智能控制技术
智能控制技术将应用于计算机数控装置中， 实现自适应控制和优化加工过程，提高加 工过程的稳定性和可靠性。
计算机数控装置将更加注重人 机交互设计，提高操作便捷性
和用户体验。
计算机数控装置的技术创新与突破
多轴联动技术
通过多轴联动技术，计算机数控装置能够 实现复杂形状的高效加工，提高加工效率
和加工质量。
高速高精度控制技术
通过高速高精度控制技术，计算机数控装 置能够实现高速高精度的加工，满足高效 率和高精度的要求。
输入输出模块
负责接收和发送数据，包括与外部设备、传感器等的通信 。
系统管理模块
负责整个系统的资源管理和调度，包括内存管理、任务调 度等。
加工控制模块
负责加工过程的控制，包括刀具路径规划、加工参数设置 等。
数控加工程序的编辑支持各种编程 语言和编程规范，方便用户编写和修 改加工程序。
数控加工过程的控制
根据加工程序和加工参数，控制机床的加工过程，确保加工精度和加工效率。
数控加工过程的调度
根据生产计划和资源状况，合理安排加工任务，优化生产流程，提高生产效率。
04
计算机数控装置的应用与发展
计算机数控装置的应用领域
制造业 计算机数控装置广泛应用于机械 加工、模具制造、汽车制造等领 域，提高了生产效率和加工精度。
计算机数控装置的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，计算 机数控装置将更加智能化，能够
实现自适应控制和自主学习。
高精度
为了满足制造业的高精度需求，计 算机数控装置将继续提高其定位精 度、重复定位精度和加工精度。
网络化
通过网络化技术，计算机数控装置 将实现远程监控、远程编程和设备 间的信息共享，提高生产效率。
智能控制技术
智能控制技术将应用于计算机数控装置中， 实现自适应控制和优化加工过程，提高加 工过程的稳定性和可靠性。
计算机数控装置PPT课件
选择功能
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13
3.2 CNC装置的硬件结构
CNC装置硬件结构类型 单机或主从结构模块的功能介绍 多主结构的CNC装置硬件简介
.
14
CNC装置硬件结构类型
按印刷线路板的结构 分
– All-In-One式结构 – 多功能模块式结构
按微处理器的个数分
– 单处理器式 – 多处理器式
按制造方式分
– 该平台提供CNC装置基本配置的必备功能； – 在该平台上可以根据用户的要求进行功能设
计和开发。
.
8
CNC装置的组成和工作原理
数控加工程序
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备
接
口
机床 机器人
测量机
......
CNC装置. 的系统平台
9
三、CNC装置的工作过程
通过各种输入方式，接受机床加工零件 的各种数据信息，经过CNC装置译码， 再进行计算机的处理、运算，然后将各 个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电 路，经过转换、放大去驱动伺服电动机， 带动各轴运动。并进行实时位置反馈控 制，使各个坐标轴能精确地走到所要求 的位置。
.
11
CNC装置的优点
灵活性和通用性
– 功能的修改和扩充、实用性方面
功能丰富
– 插补功能（二次曲线、样条、空间曲面） – 补偿功能（运动精度、随机、非线性）
可靠性高 使用维护方便 易于实现机电一体化
.
12
CNC装置的功能
基本功能
– 控制功能、准备功能、插补功能和固定循环 功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀 具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自 诊断功能、通信功能
第三章 计算机数控装置
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13
3.2 CNC装置的硬件结构
CNC装置硬件结构类型 单机或主从结构模块的功能介绍 多主结构的CNC装置硬件简介
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14
CNC装置硬件结构类型
按印刷线路板的结构 分
– All-In-One式结构 – 多功能模块式结构
按微处理器的个数分
– 单处理器式 – 多处理器式
按制造方式分
– 该平台提供CNC装置基本配置的必备功能； – 在该平台上可以根据用户的要求进行功能设
计和开发。
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8
CNC装置的组成和工作原理
数控加工程序
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备
接
口
机床 机器人
测量机
......
CNC装置. 的系统平台
9
三、CNC装置的工作过程
通过各种输入方式，接受机床加工零件 的各种数据信息，经过CNC装置译码， 再进行计算机的处理、运算，然后将各 个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电 路，经过转换、放大去驱动伺服电动机， 带动各轴运动。并进行实时位置反馈控 制，使各个坐标轴能精确地走到所要求 的位置。
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11
CNC装置的优点
灵活性和通用性
– 功能的修改和扩充、实用性方面
功能丰富
– 插补功能（二次曲线、样条、空间曲面） – 补偿功能（运动精度、随机、非线性）
可靠性高 使用维护方便 易于实现机电一体化
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12
CNC装置的功能
基本功能
– 控制功能、准备功能、插补功能和固定循环 功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀 具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自 诊断功能、通信功能
第三章 计算机数控装置
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第三章 CNC装置及其接口
一、CNC机床主要工作过程
数控加工程序 程序译码（或解释）
开关命令 M,T
PLC 换刀、切削液开 /关
几何数据： X,Y,Z,A 工艺数据： F,S,G….Leabharlann 插补X,Y,Z同步
调节器
反馈位置处理
1、数控加工程序示例
N010 G91 G01 X50 Y60 F200 S400 T01 M03 ；
⑶插补功能
⑷进给功能
进给功能用 F指令直接指定各轴的进给速度。
1）切削进给速度 以每分钟进给距离的形式指定刀具 切削速度，用字母 F和其后的数字指定。 ISO 标准中规 定F1~F5 位。字母 F后的数字代表进给速度的位数。
2）同步进给速度 以主轴每转进给量规定的进给速度， 单位为mm/r 。
3）快速进给速度 数控系统规定了快速进给速度，它 通过参数设定，用 G00 指令执行快速，还可用操作面 板上的快速倍率开关分档。
（4）人机对话编程功能
有的CNC 装置可以根据蓝图直接编程，编程员只 需输入表示图样上几何尺寸的简单命令，就能自动 的计算出全部交点、切点和圆心坐标，生成加工程 序。有的 CNC 装置可以根据引导图和说明显示进行 对话式编程。
（5）宏程序
有的CNC 装置还备有用户宏程序，用户宏程序是 用户根据 CNC 装置提供的一套编程语言 ——宏程序 编程指令，自己编写的一些特殊加工子程序，使用 时由零件主程序调入，可以重复使用。未受过编程 训练的操作工人都能用此很快进行编程。
采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任 务，形成特定的功能模块。
1. 基本功能模块
（1）CNC 管理模块，管理和组织整个 CNC 系统工作
（2）CNC 插补模块，预处理：译码、刀补、坐标量 计算、速度处理，插补计算：为各个坐标轴提供位 置给定值。
（3）位置控制模块，进行位置给定值与检测器测得的 位置实际值比较。
⑴控制功能
控制功能是指 CNC 装置控制各类转轴的功能，其 功能的强弱取决于能控制的轴数以及能同时控制的 轴数（即联动轴数）多少。
控制轴有移动轴和回转轴、基本轴和附加轴。控 制轴数越多，尤其是联动轴数越多， CNC 装置（系 统）就越复杂，编制程序也越困难。
⑵准备功能
准备功能也称 G功能，用来指定机床的动作方式， 包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、 刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等 指令。它用字母 G和其后的两位数字表示。 G00至 G99，不同数控系统差别较大。
不同的CNC 装置诊断程序的设置不同，可以 设置在系统运行前或故障停机后诊断故障的部 位。还可以进行远程通信完成故障诊断。
2．选择功能
⑴补偿功能
在加工过程中，由于 刀具磨损或更换刀具 ，以 及机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙 等，将使 实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致， 造成加工误差。 CNC 装置的补偿功能是把刀具长 度或半径的补偿量、螺距误差和反向间隙误差的补 偿量输入它的存储器，存储器就按补偿量重新计算 刀具运动的轨迹和坐标尺寸，加工出符合要求的零 件。
四、CNC装置的硬件结构
（一）单微处理器结构 CNC 装置
EPROM
微 处
总
理
器
CPU 线
RAM 存储器 I/O 接口
MDI/CRT 接口 PLC
串口及通讯接口 位置控制
机床 数控面板
CRT
速度控制单元 电机
集中控制，分时处理方式完成数控的各项任务。
四、CNC装置的硬件结构
（二）多微处理器结构 CNC 装置
⑸主轴功能
主轴功能是指定主轴转速的功能，用字母 S和其后 的数值表示。单位为 r/min 或mm/min 。主轴转向用 M03 （正向）和 M04 （反向）指定。机床操作面板 上设置主轴倍率开关，可以不修改程序改变主轴转 速。
⑹辅助功能
辅助功能是用来指定主轴的起停转向、冷却泵的开 关等功能，用字母 M 和其后的两位数字表示。 ISO 标准中辅助功能有 M00至M99。
⑵固定循环功能
用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如 钻孔、镗孔、深孔钻削、攻螺纹等，所需完成的动作 循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储 在内存中，用 G代码进行指令，形成固定循环功能。 固定循环功能可以大大简化程序编制。
⑶通信功能
CNC 装 置 通 常 具 有 RS232C 接 口 ， 有 的 还 配 置 有 DNC 接口，可以连接多种输入、输出设备，实现程序 和参数的输入、输出和存储。有的 CNC 装置可以与 MAP （制造自动化协议）相连，接入工厂的通信网络， 以适应FMS 、CIMS 的要求。
⑺刀具功能
刀具功能是用来选择刀具的功能，用字母 T和其后 的2位或 4位数字表示。
⑻字符图形显示功能
CNC装置可配置单色或彩色不同尺寸的 CRT或 液晶显示器，通过软件和接口实现字符和图形显示。 可以显示程序、参数、补偿值、坐标位置、故障信 息、人机对话编程菜单、零件图形等。
⑼自诊断功能
CNC 装置中设置了故障诊断程序，可以防止 故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明 故障类型及部位，减少故障停机时间。
程 序 段 号
准 备 功 能
尺 寸 指
进主
辅
程
给轴 速转
助
度速
指
序 段 结
令
指指
令
束
令令
符
程序段、几何数据、工艺数据、辅助开关命令
二、 CNC装置控制流程
信
息 输 入
存 储
PLC 处理 I/O 机
译 码 预处理 插补 位置控制 伺服放大 电机 床
位置反馈
? 输入 ? 译码 ? 预处理 ? 插补 ? 位置控制 ? I/O处理 ? 显示 ? 诊断
三、CNC装置所具备的功能
基本（核心）功能是数控系统必备的功能，如控制 功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、 辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能 等。
选择（可选）功能是供用户根据不同机床的特点和 用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、 通信功能和人机对话编程功能等。
1．基本功能
四、CNC装置的硬件结构
（二）多微处理器结构 CNC 装置 1. 基本功能模块
（4）存储模块
（5）PLC 模块，对零件程序中的开关功能和机床侧来 的信号进行逻辑处理，实现机床电气设备的启、停， 刀具交换，主轴速度控制，转台分度等。
一、CNC机床主要工作过程
数控加工程序 程序译码（或解释）
开关命令 M,T
PLC 换刀、切削液开 /关
几何数据： X,Y,Z,A 工艺数据： F,S,G….Leabharlann 插补X,Y,Z同步
调节器
反馈位置处理
1、数控加工程序示例
N010 G91 G01 X50 Y60 F200 S400 T01 M03 ；
⑶插补功能
⑷进给功能
进给功能用 F指令直接指定各轴的进给速度。
1）切削进给速度 以每分钟进给距离的形式指定刀具 切削速度，用字母 F和其后的数字指定。 ISO 标准中规 定F1~F5 位。字母 F后的数字代表进给速度的位数。
2）同步进给速度 以主轴每转进给量规定的进给速度， 单位为mm/r 。
3）快速进给速度 数控系统规定了快速进给速度，它 通过参数设定，用 G00 指令执行快速，还可用操作面 板上的快速倍率开关分档。
（4）人机对话编程功能
有的CNC 装置可以根据蓝图直接编程，编程员只 需输入表示图样上几何尺寸的简单命令，就能自动 的计算出全部交点、切点和圆心坐标，生成加工程 序。有的 CNC 装置可以根据引导图和说明显示进行 对话式编程。
（5）宏程序
有的CNC 装置还备有用户宏程序，用户宏程序是 用户根据 CNC 装置提供的一套编程语言 ——宏程序 编程指令，自己编写的一些特殊加工子程序，使用 时由零件主程序调入，可以重复使用。未受过编程 训练的操作工人都能用此很快进行编程。
采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任 务，形成特定的功能模块。
1. 基本功能模块
（1）CNC 管理模块，管理和组织整个 CNC 系统工作
（2）CNC 插补模块，预处理：译码、刀补、坐标量 计算、速度处理，插补计算：为各个坐标轴提供位 置给定值。
（3）位置控制模块，进行位置给定值与检测器测得的 位置实际值比较。
⑴控制功能
控制功能是指 CNC 装置控制各类转轴的功能，其 功能的强弱取决于能控制的轴数以及能同时控制的 轴数（即联动轴数）多少。
控制轴有移动轴和回转轴、基本轴和附加轴。控 制轴数越多，尤其是联动轴数越多， CNC 装置（系 统）就越复杂，编制程序也越困难。
⑵准备功能
准备功能也称 G功能，用来指定机床的动作方式， 包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、 刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等 指令。它用字母 G和其后的两位数字表示。 G00至 G99，不同数控系统差别较大。
不同的CNC 装置诊断程序的设置不同，可以 设置在系统运行前或故障停机后诊断故障的部 位。还可以进行远程通信完成故障诊断。
2．选择功能
⑴补偿功能
在加工过程中，由于 刀具磨损或更换刀具 ，以 及机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙 等，将使 实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致， 造成加工误差。 CNC 装置的补偿功能是把刀具长 度或半径的补偿量、螺距误差和反向间隙误差的补 偿量输入它的存储器，存储器就按补偿量重新计算 刀具运动的轨迹和坐标尺寸，加工出符合要求的零 件。
四、CNC装置的硬件结构
（一）单微处理器结构 CNC 装置
EPROM
微 处
总
理
器
CPU 线
RAM 存储器 I/O 接口
MDI/CRT 接口 PLC
串口及通讯接口 位置控制
机床 数控面板
CRT
速度控制单元 电机
集中控制，分时处理方式完成数控的各项任务。
四、CNC装置的硬件结构
（二）多微处理器结构 CNC 装置
⑸主轴功能
主轴功能是指定主轴转速的功能，用字母 S和其后 的数值表示。单位为 r/min 或mm/min 。主轴转向用 M03 （正向）和 M04 （反向）指定。机床操作面板 上设置主轴倍率开关，可以不修改程序改变主轴转 速。
⑹辅助功能
辅助功能是用来指定主轴的起停转向、冷却泵的开 关等功能，用字母 M 和其后的两位数字表示。 ISO 标准中辅助功能有 M00至M99。
⑵固定循环功能
用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如 钻孔、镗孔、深孔钻削、攻螺纹等，所需完成的动作 循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储 在内存中，用 G代码进行指令，形成固定循环功能。 固定循环功能可以大大简化程序编制。
⑶通信功能
CNC 装 置 通 常 具 有 RS232C 接 口 ， 有 的 还 配 置 有 DNC 接口，可以连接多种输入、输出设备，实现程序 和参数的输入、输出和存储。有的 CNC 装置可以与 MAP （制造自动化协议）相连，接入工厂的通信网络， 以适应FMS 、CIMS 的要求。
⑺刀具功能
刀具功能是用来选择刀具的功能，用字母 T和其后 的2位或 4位数字表示。
⑻字符图形显示功能
CNC装置可配置单色或彩色不同尺寸的 CRT或 液晶显示器，通过软件和接口实现字符和图形显示。 可以显示程序、参数、补偿值、坐标位置、故障信 息、人机对话编程菜单、零件图形等。
⑼自诊断功能
CNC 装置中设置了故障诊断程序，可以防止 故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明 故障类型及部位，减少故障停机时间。
程 序 段 号
准 备 功 能
尺 寸 指
进主
辅
程
给轴 速转
助
度速
指
序 段 结
令
指指
令
束
令令
符
程序段、几何数据、工艺数据、辅助开关命令
二、 CNC装置控制流程
信
息 输 入
存 储
PLC 处理 I/O 机
译 码 预处理 插补 位置控制 伺服放大 电机 床
位置反馈
? 输入 ? 译码 ? 预处理 ? 插补 ? 位置控制 ? I/O处理 ? 显示 ? 诊断
三、CNC装置所具备的功能
基本（核心）功能是数控系统必备的功能，如控制 功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、 辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能 等。
选择（可选）功能是供用户根据不同机床的特点和 用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、 通信功能和人机对话编程功能等。
1．基本功能
四、CNC装置的硬件结构
（二）多微处理器结构 CNC 装置 1. 基本功能模块
（4）存储模块
（5）PLC 模块，对零件程序中的开关功能和机床侧来 的信号进行逻辑处理，实现机床电气设备的启、停， 刀具交换，主轴速度控制，转台分度等。