《数控系统介绍》word版
数控系统的概述
第一章数控系统的概述数控系统（NCS，Numerical Control System）作为数控加工系统的主要子系统，它的任务是完成对加工过程的实时控制，是计算机技术、自动控制技术和电力电子技术等多技术交叉融合的产物。
因此，在数控系统中既有各项分立技术的共性，又有多技术综合的特殊性。
本章从宏观的角度对数控系统的知识做一些基本介绍，为进一步研究、应用好数控系统奠定必要的基础。
1.1 基本概念1.1.1 数控系统的基本概念按照通常的定义，数控系统由输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置和辅助控制装置四部分组成。
输入/输出装置完成操作人员与数控装置的信息交换；数控装置对输入的数控加工程序进行译码、插补运算和速度预处理，产生位置和速度指令以及辅助控制功能信息，是数控系统的核心；伺服驱动装置接收来自数控装置的指令，经过功率放大后驱动电机运转；辅助控制装置完成工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等辅助功能以及数控加工程序中的M代码、T代码等顺序动作信息，通常由可编程序控制器（PLC，Programmable Logical Control）来实现。
从控制理论的角度看，数字控制系统除了控制环节以外，还应包括执行环节、被控对象和检测环节。
其中，控制环节由数控装置完成；执行环节由伺服驱动装置完成，包括进给驱动系统、主轴驱动系统和开关量驱动系统等；检测环节由位置速度检测系统、加工状态检测系统和运行安全检测系统等部分完成；被控对象就是机床工艺系统，包括机床本体、加工所需的刀具、工艺装备和被加工工件。
实践应用表明，一个不考虑机床工艺特性的数控系统绝不能成为最优的控制系统。
从这个意义上讲，国际上一些著名机床生产厂商采用特殊定制的数控系统为本厂机床配套，是具有战略眼光的，像德马吉公司就与海德汉公司合作定制数控系统。
当然，体现机床和工艺特色的数控系统并不一定都需要特殊定制，另一条途径就是走开放式道路，由数控系统生产厂商提供基本的具有开放式结构的数控装置，由机床生产厂商进行二次开发，根据对控对象的特点加入有特色的控制功能，组成与机床工艺系统最佳配合的数控系统。
数控系统工作原理简介
t E(7,4)
上述例子实际上是累加运算过程（积分
）
o
x
设要加工一条直线OE，Vx， Vy表示刀具在x，y方向的 移动速度
V
E(xe, ye)
Vy
V
刀具在x，y方向上移动距离的微小增量为：
x Vx t
o
y Vy t
Vx
X
假定进给速度V是均匀的(V为常数)，对于直线函数，Vx 、 Vy 亦为常数，即
控制起点、终点坐标的准确性,而且对每瞬时的位移和速度进行严格 的不间断的控制,具有这种控制系统的数控机床可以加工曲线和曲面. 如:具有两坐标或两坐标以上联动的数控铣床、车床、磨床和加工中 心。
高档
分类界限 按功能水平分类
中档
低档
项目
低档
中档
高档
分辨率
10 m
1m
0.1m
进给速度 8-15m/min 15-24m/min 15-100m/min
逐点比较法的程序流程如图。一个插补循环由偏差判别、进给、 偏差计算和终点判别四个工作节拍组成。各节拍功能：
偏差判别
判别偏差函数的正负，以确定刀具相对于所加工曲 线的位置
进给
根据上一节拍的判断结果确定刀具的进给方向。若偏差函数
F(x,y)小于零，说明刀具在曲线下方（P0点）。请回答，
为了让刀具向曲线靠近并朝曲线的终点运动，刀具应沿X轴 或Y轴走一步？若偏差函数大于零呢？等于零？
坐标计算
X1=X0-1=6-1=5 Y1=Y0=0 X2=X1=5 Y2=Y1+1=1
终点判 别
Y B(0,6)
O
A (6,0) X
圆弧插补轨迹图
Digital Differential Analyzer(数字微分分析器)
数控系统概述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
数控系统：
1）一种采用数字信号进行工业控制的系统； 2）数控机床的核心部分； 3）整个数控机床的运算中心和控制中心；
图 2.1 计算机群控系统
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图 2.1 计算机群控数控系统
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功能：
1）多坐标轴联动控制 2）刀具位置补偿 3）系统故障诊断 4）在线编程
.
5） 加工、编程并行作业 6）加工仿真 7）刀具管理和监控 8）在线检测 9） 网络加工
称实时中断服务程序； 后台程序（又称背景程序）--循环执行的主程序。
● 中断型
图 2.6 前后台程序执行时间的关系
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图 2.6 前后台程序执行时间的关系
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功能模块
图 2.7 系统软件功能模块 图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
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图 2.7 系统软件功能模块
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图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
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1.1 数控系统的硬件组成
组成 ● 微机基本系统 ● 人机对话界面接口 ● 通信接口 ● 进给轴控制接口 ● 主轴控制接口 ● 辅助控制接口等
图 2.2 数控系统的硬件组成
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图 2.2 数控系统的硬件组成
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1.2 数控系统的软件功能及实现
两种结构
● 前后台型结构： 前台程序--与机床控制直接相关的实时控制部分，又
数控机床
数控系统（数字控制系统）详细资料大全
数控系统（数字控制系统）详细资料大全数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程式，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。
基本介绍•中文名：数控系统•外文名：Numerical Control System•全称：数字控制系统•配有：接口电路和伺服驱动装置发展,简介,基本构成,软体结构,硬体结构,相关系统,运动轨迹,伺服系统,加工工艺,功能水平,重要因素,常见故障,五轴数控简介,工件坐标旋转,RTCP,刀具矢量编程,五轴斜面加工,五轴插补,工作流程,发展数控系统及相关的自动化产品主要是为数控工具机配套。
数控工具机是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的工具机大大提高了零件加工的精度、速度和效率。
这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。
数值控制（简称“数控”或“NC”）的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动工具机刀具的运动而加工出零件。
而在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量的零件，加工效率低、精度差。
1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。
控制装置由2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。
伺服机构采用一台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。
其插补装置采用脉冲乘法器。
这台NC工具机的研制成功标志著NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。
软体的套用在1970年的芝加哥展览会上，首次展出了由小型机组成的CNC数控系统。
《计算机数控系统》word版
一、CNC系统的定义与结构计算机数控系统（简称CNC系统）是在硬件数控的基础上发展起来的，它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。
所以，它是一种包含有计算机在内的数字控制系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。
依照EIA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一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口。
目前在计算机数控系统中所用的计算机已不再是小型计算机，而是微型计算机，用微机控制的系统称为MNC系统，亦统称为CNC系统。
由于这二者的控制原理基本相同，因此本章将一并讨论这两种控制系统。
由上述定义可知，CNC系统与传统NC系统的区别在于：CNC系统附加一个计算机作为控制器的一部分，其组成框图如图3-1所示。
图中的计算机接收各种输入信息(如键盘、面板等输入的指令信息)，执行各种控制功能(如插补计算、运行管理等等)。
而硬件电路完成其他一些控制操作。
图3-1 计算机数控系统方框图图3-2给出了较详细的微处理机数控系统（MNC）方框图。
从图中可以看出，它主要由中央处理单元(CPU)，存储器、外部设备以及输入/输出接口电路等部分所组成。
图3-2 微处理机数控系统方框图图3-3为某CNC铣床系统中外部设备通过其相应接口与计算机连接的示意图。
图3-3 某CNC铣床系统中外部设备与计算机的连接二、CNC系统软件这里指的是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，即存放于计算机内存中的系统程序。
它一般由输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序等组成。
现分述如下：1、输入数据处理程序输入数据处理程序接收输入的零件加工程序，将其用标准代码表示的加工指令和数据进行翻译、整理，按所规定的格式存放。
有些系统还要进一步进行刀具半径偏移的计算，或为插补运算和速度控制等进行一些预处理。
总之，输入数据处理程序一般包括下述三项内容：(1) 输入。
第一章数控系统概述
第一章数控系统概述1.1基本概念1、数控系统的基本概念数控系统，就是利用数字化信息进行控制的系统，被控制的对象可以是各种生产过程，在本书中讨论的数控系统特指利用数字化信息对机床进行控制的系统。
1）数字化信息——数字信息构成的控制程序2）控制对象——各种生产过程4）坐标运动的实现；5）刀具轨迹的合成；6）加工路径的合成；3、数控系统的分类1）按运动轨迹分类➢点位数控系统这种数控系统仅控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，对移动部件的移动速度和运动轨迹没有严格要求。
➢直线数控系统这类数控系统除了控制机床运动部件从一点到另一点的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和运动轨迹。
➢轮廓数控系统这类数控系统能对两个以上机床坐标轴的移动速度和运动轨迹同时进行连续相关的控制，能够进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。
2）按伺服系统分类➢开环数控系统无检测反馈，信号流程单向，结构简单，成本较底，调试简单，精度、速度受到限制，执行元件通常采用步进电机。
➢半闭环数控系统有检测反馈，但不包含机械传动元件的误差，精度较高，稳定性高，调试方便，执行元件通常采用伺服电机。
➢闭环数控系统有检测反馈，包含机械传动元件误差，精度高，稳定性不易保证，调试复杂，执行元件通常采用伺服电机。
2）按功能水平分类➢经济型数控系统这类数控系统通常采用8位CPU或单片机控制，分辨率一般为0.01mm，进给速度达6~8m/min，联动轴数在3轴以下，具有简单的CRT字符显示或数码管显示功能。
➢普及型数控系统这类数控系统通常采用16位的CPU，分辨率可达0.001mm，进给速度达10~24m/min，联动轴数在4轴以下，具有平面线性图形显示功能。
➢高级型数控系统这类数控系统通常采用32位的CPU，分辨率高达0.0001mm，进给速度可达100m/min，联动轴数在5轴以上，具有3维动态图形显示功能。
4、机床数控技术的发展1）1952年，电子管数控系统，第一代2）1959年，晶体管数控系统，第二代3）1963年，集成电路数控系统，第三代4）1970年，小型计算机数控系统第四代5）1974年，微型计算机数控系统，第五代6）20世纪80年代，基于PC的数控系统，第六代1.2计算机数控系统1、 CNC系统的功能1）基本功能➢控制功能➢G功能➢插补功能➢主轴功能➢M功能➢刀具功能➢补偿功能➢显示功能2）先进功能➢模拟加工功能➢监测和诊断功能➢动力刀具和C轴功能➢虚拟轴功能➢DXF图形文件支持功能➢循环加工功能➢测量检验功能➢自适应控制功能2、 CNC系统的软件构成3、从CPU多4、1DNC2或部件装配。
数控系统简介介绍
数控系统发展历程
第一阶段（1940s-1950s）
01
数控技术的萌芽阶段，主要使用电子管元件构成的控制装置，
体积庞大、功耗高。
第二阶段（1960s-1970s）
02
晶体管、集成电路等元件的应用，使得数控系统体积减小、性
能提高，逐渐应用于工业生产。
第三阶段（1980s至今）
03
计算机技术的飞速发展，微处理器、微型计算机广泛应用于数
床的基本运动。
编译解释系统
将用户编写的加工程序翻译成 机器语言，供控制计算机执行
。
插补计算系统
根据加工程序的要求，实时计 算各坐标轴的运动轨迹和速度
。
诊断与监控系统
实时监测数控系统的运行状态 ，诊断故障并提供相应的处理
措施。
数控系统工作原理
控制计算机接收来自输入设备的指令和参数。
编译解释系统将接收到的加工程序翻译成机器语言，并传 递给控制计算机。
其他领域
如医疗器械、艺术品雕刻等非 传统制造行业，也逐渐采用数 控系统进行高精度、高效率的
加工生产。
02
数控系统组成与原理
数控系统硬件组成
控制计算机 输入/输出设备 伺服驱动系统 检测反馈装置
控制计算机是数控系统的核心，负责接收、处理和解释来自操 作面板、外部存储设备等的指令，并根据这些指令控制机contents
目录
• 数控系统概述 • 数控系统组成与原理 • 数控系统分类与特点 • 数控系统发展趋势与前景
01
数控系统概述
数控系统定义
• 数控系统（Numerical Control System，简称NC系统）是一种通过数字信号对机床运动及加工过程进行自动控制的技术 。它利用计算机技术、自动控制技术、检测技术等，实现对机床的精确控制，以完成复杂零件的高精度、高效率加工。
数控系统介绍
数控机床的控制系统简介随着现代微电子技术的飞速发展，微电子器件集成度和信息处理能力不断提高，而价格却不断下降，这使以信息技术为中心的新技术革命正冲击着世界各技术领域，机械制造业自动化正经历从CNC（计算机数控系统）→FMS(柔性制造系统）→CIMS(计算机集成制造系统）的发展。
一．数控系统的基本工作过程。
1.输入向CNC装置输入的内容有：零件程序、控制参数和补偿数据等。
输入的方式有：手工键盘输入、磁盘或卡输入和连接计算机的DNC接口输入等。
2.译码译码是以一个程序段为单位进行的。
译码的目的是：把程序段中的各种零件轮廓信息（如起点、终点、直线或圆弧等几何要素）、加工速度信息（F代码）和其他辅助信息（M,S,T代码等）按照特定的语法规则解释成数控装置能识别的语言并以特定的格式存放在指定的内存专用区。
在译码过程中，还要完成程序段的语法检查，一旦发现错误会立即报警。
3. 刀具补偿刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。
刀具半径补偿是把立即轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。
刀具长度补偿是编程人员不必知道刀具的实际长度，而根据假设刀具长度编程，数控装置按两者之差自动补偿。
4.进给速度处理数控装置进给速度处理的任务是要保证程序速度的实现。
编程所给定的刀具移动速度是加工轨迹切线方向的速度，速度处理就是把它们分解各运动坐标向的分速度。
5.插补插补是在已知起点和终点的曲线上，按选定的数学模型求其他中间数据点的工作，即所谓的“数据点密化”。
6.位控制在闭环控制的CNC系统中，位置位置的作用是：在每各采样周期内，把插补计算机得到的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。
在位置控制中，通常还要进行位置回路的位置的增益调整各坐标系方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。
7.I/O处理I/O处理，主要是处理CNC装置与机床之间的强电信号的输入、输入和控制（如换刀、换挡及冷却液等）。
8.显示CNC装置的显示主要是为操作者提供便利。
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数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6（1FK6）电机组成
SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。
电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。
包括：OP（Operation panel）单元，
MMC,MCP（Machine Control Panel）三部分。
MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。
1.MMC
我们最常用的MMC有两种：
MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘；
西门子数控系统调试,编程和维修概要（一）
——西门子数控系统调试,编程和维修概要
西门子公司数控系统产品结构
数控系统的基本构成
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绝对珍藏：《深入浅出西门子S7-200PLC第二版》电子版
变频器与PLC资料下载，天天更新
2007-7-5 11:16:27
611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。
●PLC模块
SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的
NCU上面除了一个OPI端口外，还有一个MPI，一个Profibus接口，Profibus接口可以接所有的具有Profibus通讯能力的设备。Profibus的通讯电缆和MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆。
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西门子数控系统调试,编程和维修概要（二）
——西门子数控系统调试,编程和维修概要
西门子840D系统的组成
SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），
1.NCU数控单元
SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板. 一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成。
根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2（12轴），NCU573.2（31轴）等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。
对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。
●数控及驱动单元
而MMC103的CPU为奔腾，
可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2,而为SINUMERIK840D配MMC103.
※PCU（PC UNIT）是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103,可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。PCU的软件被称作HMI,HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI.
电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和
信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。
硬件的接口
一．840D系统的接口
840D系统的MMC，HHU，MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面，MPI是西门子PLC的一个多点通讯协议，因而该协议具有开放性，而OPI是840D系统针对NC部分的部件的一个特殊的通讯协议，是MPI的一个特例，不具有开放性，它比传统的MPI通讯速度要快，MPI的通讯速度是187.5K波特率，而OPI是1.5M。
MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将
SIMODRIVE611D驱动和数控单元（CCU或NCU）并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。
●人机界面
人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成：
MMC（Man Machine Communication）
2.OP
OP单元一般包括一个10.4〞TFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最为常用。
3.MCP
MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定。