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：
信号输入比较放大器，输出直流指
3、直流数字输入、输出接口 ①输入接口 分类：以触点输入的接收电路 无源（如P156图4.2.6a）：CNC接口有触电供电回路， 信号使用双线。 有源（如P156图4.2.6b）：信号使用单线。
斯密特电路或R-S触发器（如P157图4.2.7）
以电压输入的接收点（如P157图4.2.8）
②输出接口 分类：继电器输出电路、无触点输出电路（如 P157图4.2.9）
（三）位置控制单元（如P151图4.2.3，又称位置控制器 或位置控制模块） 位置控制主要是对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行 控制。 位置控制包括：轴控制、刀库位置控制。
位置控制的硬件包括：位置控制芯片和位置控制模板（如P151 图4.2.4（1）、位置输出模板如P152图4.2.4（2）） 1、位置控制芯片 工作原理：CPU输出的位置指令，经过芯片MB8739处理后， 送往D/A变换，再经过速度控制单元以控制电机运动，电机的 轴上装有光电脉冲发生器，随着电机转动产生系列脉冲，该脉 冲经接收器后反馈到MB8739，然后将其分为两路，一路作为 位置量的反馈，一路经频率/电压（F/V）变换，作为速度量的 反馈信号送往速度控制单元。
令电压信号，它的幅值代表跟随误差的
大小，电压方向代表误差方向。
（四）输入/输出(I/O)接口 1、输入输出接口的标准化（如 P155图4.2.5四种接口类型） 第I类：与驱动有关的连结电路， 主要是指与坐标轴进给驱动和 主轴驱动的连结电路； 第II类：数控装置与测量系统 和测量传感器间的连结电路； 第III类：电源及保护电路； 第IV类：开/关信号和代码信号 连结电路。
4.2 计算机数控装置的硬 件结构
现在说的 CNC 就是 MNC （微型计算机数字控制）， CNC从硬件结构上分为单微处理机和多微处理机两大 类数控装置。 一、单微处理机数控装置的结构（如P148图4.2.1）
单微处理机工作原理： 单微处理机数控装置以一个中央处理器 （CPU）为核心，CPU通过总线与存储器 以及各种接口相连接，采取集中控制，分 时处理的工作方式，完成数控加工中各个 任务。 基本结构：微处理器和总线、I/O接口、 存储器、串行接口、CRT/MDI接口、控制 单元部件、接口电路。
缓冲寄存器： 组成：由四组D型触发器组成，每组有四个D触 发器。 功能：存放表示跟随误差的十六位二进制数的 每一位。 原理：每一个采样周期，在地址译码信号、数 据输出请求的译码信号、数据选通输入信号 （均为低电平有效）同时有效时，发出一个采 样脉冲，利用采样脉冲的后沿，将数据总线上 数据和符号，读入到缓冲寄存器中。
④位置增益控制 对上述误差乘以一定的比例系数，这是为了调整整 个位置伺服系统的开环增益KV，KV是由软件根据实 际系统的要求设定的。 ⑤误差的脉宽调制P.W.M 误差被调制成某一固定频率，且宽度与误差值成正 比的矩形脉冲波，经PWM后，输出粗误差指令 CCMD1和CCMD2和精误差指令FCMD。 ⑥漂移补偿控制 伺服系统中经常受到漂移的干扰，即在无位置指令 输出时，坐标轴可能出现移动，从而影响机床的精 度，漂移补偿控制的作用是当漂移到某一程度时 （可由软件参数设定），自动予以补偿。
位置控制芯片包括位置测量与反馈的全部线路，主要包 括： ①DDA插补器 该插补器作粗精二级插补结构的第二级插补——细插补， 它的输入是第一级软件插补一个插补周期的信息。 ②CMR 这是指令值倍乘比，其作用是将指令值乘以一个比例系 数，因为程编的指令单位与实际机床移动单位可能不一 致，所以需用CMR和DMR进行调整，使其一致，以便 进行比较。 ③误差寄存器 实现指令位置与实际位置的比较，并寄存比较后的误差 （实际上是多位可逆计数器），指令值来自DDA插补器， 反馈值来自鉴相器。
（二）存储器 加工的零件程序、机床参数、刀具参数存放在有后备电池的 CMOS RAM中，或者存在磁泡存储器中，这些信息在这种存储 中能随机读出，还可以根据操作需要写入或修改，断电后，信息 仍保留（如P149图4.2.2为CMOS RAM）存储器框图。
有后备电池的CMOS RAM保存信息原理： 在正常供电时，+5V电源经一只二极管D1将电压VBB加到 CMOS RAM芯片电源引脚，向CMOS RAM供电，同时对 干电池充电，这是微型继电器V33、V22的线圈通电，其触 点闭合接通。VPU电压和非门的上拉电阻接通，使译码信 号*ADCM1变反形成CMOS RAM芯片选通信号。 当电源停电时，该由干电池供电维持CMOS RAM的信息， 此时，微继电器A33、A22线圈断电，VPU电压和非门输出 上拉电阻断开，则0电压通过下拉电阻加到非门输出端， 使非门输出为“0”，即CMEN1信号为0，CMOS RAM不 选通，停止读写工作。
磁泡存储器保存信息的原理： 写入时控制磁泡的发生，并沿写入通道向前移动 写入的数据，再控制磁泡的转入，实现信息写入， 写入后的磁泡由于旋转磁场的作用，在封闭的存 储环中不断地循环移动。若旋转磁场移动停止， 磁泡也停止移动，由于偏磁场是永磁体产生的， 因此，断电时磁泡仍存在，信息并不丢失，从而 实现非易失性的存储，控制磁泡的复制，并沿读 出通道传至探测器，便实现了信息的非破坏性读 出，控制磁泡的缩灭，可实现信息的清除。
2、输入、输出信号的分类及接口电路的任务 输入信号：由机床（MT）向CNC传送的信号称为输入信 号。 输出信号：由CNC向MT传送的信号称为输出信号。 输入、输出信号类型： ①直流数字输入信号 ②直流数字输出信号 ③直流模拟输入信号 ④直流模拟输出信号 ⑤交流输入信号 ⑥交流输出信号
接口电路的主要任务： ①进行电平转换和功率放大 ②为防止噪声引起误动作，使用光电隔离器，脉冲变压 器或继电器，使CNC和机床之间的信号在电气上加以隔 离 ③采用模拟量传送时，在CNC和机床电气设备之间要接 入数/模和模/数转换电路 ④信号在传输过程中，由于衰减、噪声、反射等影响， 会发生畸变，为此要根据信号类别及传输线质量，采取 一定措施并限制信号的传输距离。
内装型PC特点： ①内装型PC实际上是CNC装置带有的PC功能，一般是 作为一种基本的或可选的功能提供给用户； ②内装型PC的性能指标是根据从属的CNC系统及适用 机床的类型等确定的； ③在系统的具体结构上，内装型PC可与CNC共用CPU， 也可以单独使用一个CPU；硬件电路可与CNC其它电 路制作在一块印刷板上，也可以单独制成一块附加板； 内装PC一般不单独配置输入/输出接口电路，而是使用 CNC装置本身的输入/输出电路；PC控制电路及部分输 入/输出电路（一般为输入电路）所用电源由CNC装置 提供，不设另外电源； ④采用内装型PC的CNC装置具有某些高级控制功能， 如梯形图编辑和传送功能；在CNC内部可以直接处理 大量的数据信息。
⑦鉴相器 该线路用来处理脉冲编码器的反馈信号，从接收器输出 的两组相位差90°的脉冲信号，经该线路变为能表示运 动方向的一系列脉冲，该线路包括辨向与倍频线路。 ⑧DMR 它是实际值的倍乘比，其目的是与滚珠丝杠的螺距相匹 配，使实际位移值的脉冲当量乘以DMR以后等于乘以 CMR后的指令脉冲当量，DMR的值由软件根据实际的机 床参数设定。 ⑨参考计数器 机床坐标回到参考点时，由该计数器产生零点信号。 ⑩地址译码 芯片内部各数据和控制寄存器都由地址选择，故设此地 址译码器。
二、多微处理机数控装置的结构 （一）多微处理机CNC装置的典型结构 多微处理机互联方式：总线互联、环型互联、交叉开关互联、多 极开关互联、混洗交换互连。 总线互联结构：共享总线型、共享存储器型、它们的混合型结构。 1、功能模块 ①CNC管理模块： 如系统的初始化、中断管理、总线仲裁、系统出错的误别和处理、 系统软硬件的诊断 ②CNC插补模块 该模块完成零件程序的译码、刀具半径补偿、坐标位移量的计算 和进给速度处理等插补前的预处理，然后进行插补计算，为各坐 标轴提供位置给定值
二进制计数器： 组成：由四组二进制计数器组成，并接成加法 计数形式。 原理：缓冲寄存器存有跟随误差数值后，经一 定的延时，在D/A传送信号和计数时钟同步后产 生置入脉冲信号，将数据置入二进制计数器中， 置入计数器的数据有15位表示数值（ ）， 一位表示符号（ ），当符号位为高电平时， 数值为负，反之为正。
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数控机床各组成部分结构及控制原理
F≥0，则进给＋x 若
F<0，则进给＋y
2021/5/28
6
用递推法简化计算方法
结论：第一象限
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
2021/5/28
7
3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
2021/5/28
迹上伸长或缩短一个刀具半径。
刀具半径补偿进行：
❖ 维持所建立的刀补状态，直至撤消。刀具中心轨迹始 终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。
撤消刀具半径补偿： ❖ 刀具撤离工件，返回起刀点。用G40。
2021/5/28
17
3.刀具半径补偿计算
直线刀具补偿计算（考虑推导过程） X’＝X+△X Y’＝Y+△Y △X＝r.sinα △Y＝－r.cosα X’＝X+r.Y/（X2+Y2）0.5 Y’＝Y－r.Y/（X2+Y2）0.5
问题：当尖角过渡为内轮廓时，会出现工件的 过切现象。引入C功能刀具半径补偿。
2021/5/28
18
4. C功能刀具半径补偿
C刀补是为解决上述尖角过渡问题而设计的，专门处理 两个程序段间转接的各种情况。
在C刀补中，为了避免下一段加工轨迹对本段加工轨迹 的影响，在计算本程序段的刀具中心轨迹时，提前将下 一段程序读入，根据它们之间转换的具体情况，做出适 当地处理。
2 数控机床各组成部分的结构及其控制原理
课程内容
❖ 2.1 数控系统的控制原理 ❖ 2.2 计算机数控装置 ❖ 2.3数控机床的位置检测装置 ❖ 2.4 数控机床的进给伺服系统 ❖ 2.5 数控机床的主轴驱动及其机械结构 ❖ 2.6 可编程序控制器在数控机床上的应用
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。
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。
数控 系统基本原理与结构
（3）结构简单，容易实现。
（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)
（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)
简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能
计算机数控装置是数控设备中至关重要的一部分，它的组成和功能对于数控加工的精度、效率和稳定性起着至关重要的作用。
本文将从简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能展开讨论，并深入探讨其在现代制造业中的重要性和应用。
1. 探讨计算机数控装置的组成计算机数控装置主要由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括主轴驱动系统、运动控制系统、输入/输出设备、内存和接口模块等；软件部分则包括数控系统、机床数控软件和辅助软件等。
这些组成部分相互配合，共同构成了计算机数控装置的基本结构。
2. 讨论计算机数控装置的功能计算机数控装置在数控加工中发挥着至关重要的作用，其功能主要包括自动控制、程序运行、运动控制、运动插补、运动控制、输入/输出处理、故障诊断和自动报警等。
这些功能的发挥，实现了数控设备在加工过程中的高精度、高效率和高稳定性。
3. 论述计算机数控装置在现代制造业中的重要性和应用随着现代制造业的发展，计算机数控装置的重要性愈发凸显。
它不仅实现了生产过程的自动化、智能化，还能够满足个性化定制和小批量生产的需求。
在汽车、航空航天、船舶制造等行业，计算机数控装置广泛应用，为产业升级和智能制造提供了技术支撑和保障。
4. 个人观点和理解在我看来，计算机数控装置的发展将会继续推动现代制造业的快速发展。
随着技术的不断进步，计算机数控装置将会更加智能化、柔性化，为制造业带来更多的可能性和机遇。
总结回顾通过本文的深度探讨，我们对计算机数控装置的组成和功能有了更加完整和深入的了解。
在现代制造业中，计算机数控装置扮演着不可或缺的角色，其重要性和应用前景不可估量。
相信随着技术的不断发展，计算机数控装置在智能制造时代将会展现出更加强大的潜力和价值。
希望本文能够对您有所帮助，并期待与您一起共享更多关于制造业和数控技术的深度探讨。
随着科技的不断进步和制造业的发展，计算机数控装置在现代制造业中的重要性愈发凸显。
它利用先进的硬件和软件技术，实现了生产过程的自动化、智能化，为企业提供了高精度、高效率和高稳定性的加工解决方案。
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
.
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
.
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。
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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
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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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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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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
数控机床的组成
数控机床的工作原理
• 根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具 位移数据，再按编程手册的有关规定编写零件加工程序。然后数控装 置内计算机对数字和字符编码方式所记录信息进行系列处理向机床进 给等执行机构发出命令执行机构则按其命令对加工所需各种动作刀具 相对于工件运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制从而完成工件加 工
• • • • •
数控装置具备的功能有：①多坐标控制②实现多种函数的插补 ③信息转换功能，如英制、公制转换、坐标转换、绝对值和增 量值转换④补偿功能，如刀具半径补偿、长度补偿、转动间隙 补偿、螺距误差补偿⑤多种加工方式选择，如可以实现各种加 工循环、重复加工⑥具有故障自诊断功能⑦通信和联网功能等。
• ⑥管理程序：当一个数据段开始插补时，管理程序即着手准备下一个 数据段的读入、译码、数据处理。即由它调用各个功能子程序，且保 证一个数据段加工过程中将下一个程序段准备完毕。一旦本数据段加 工完毕，即开始下一个数据段的插补加工。整个零件加工就是在这种 周而复始的过程中完成。
• 伺服电动机内装式脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、测速机、 光栅和磁尺等都常用的检测器件。
• 6 机床本体
• 数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件，如工作 台、拖板及其传动部件，床身、立柱等支承部件；此外，还有冷却、 润滑、转位和夹紧等辅助装置。 数控机床的特点：具有很好的抗振性和刚度，相对运动面的摩擦因数 要小，进给传动部分之间的间隙要小，机械结构具有较高的动态刚度、 阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
3 进给伺服驱动系统 进给伺服驱动系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。 作用：是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运 动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工 件，即把数控装置送来的微弱指令信号，放大成能驱动伺动电动机的 大功率信号。 常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。 根据接收指令的不同，伺服驱动有脉冲式和模拟式，而模拟式伺服驱 动方式按驱动电动机的电源种类，可分为直流伺服驱动和交流伺服驱 动。步进电动机采用脉冲驱动方式，交、直流伺服电动机采用模拟式 驱动方式。
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理总结
加工程序给定的进给速度是合成速度，无法直接控制。
速度处理要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标 的 分速度。 开环系统:通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。
速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。 半闭环和闭环系统:采用数据采样方法进行插补加工，速度
计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮 廓步长。
可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出 故障后，通过系统重组仍可断继续工作。
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2.2 CNC装置的硬件结构
结构形式：可分：分布式、主从式、总线式。
分布式：各CPU独立、完整，通过外部通信链路连接起来，
数据交换和资源共享通过网络技术实现。
主从式：主控CPU、从控CPU，主控CPU才能控制和访问总
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理
本章主要内容
第一节 概述 第二节 CNC装置的硬件结构 第三节 CNC装置的软件结构
第四节 可编程控制器（PLC）
第五节 典型的CNC系统简介
2
2.1概述
1. CNC系统?
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、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。
两个以上任务处理。
♦ 并行处理的实现方式： ☆ 资源分时共享（单CPU）
☆ 资源重叠流水处理（多CPU）
34
Have a Rest!
2.3 CNC系统的软件
资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）
♦ 在单CPU结构的CNC系统中，可采用 “资源分时共
速度处理要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标 的 分速度。 开环系统:通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。
速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。 半闭环和闭环系统:采用数据采样方法进行插补加工，速度
计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮 廓步长。
可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出 故障后，通过系统重组仍可断继续工作。
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2.2 CNC装置的硬件结构
结构形式：可分：分布式、主从式、总线式。
分布式：各CPU独立、完整，通过外部通信链路连接起来，
数据交换和资源共享通过网络技术实现。
主从式：主控CPU、从控CPU，主控CPU才能控制和访问总
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理
本章主要内容
第一节 概述 第二节 CNC装置的硬件结构 第三节 CNC装置的软件结构
第四节 可编程控制器（PLC）
第五节 典型的CNC系统简介
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2.1概述
1. CNC系统?
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、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。
两个以上任务处理。
♦ 并行处理的实现方式： ☆ 资源分时共享（单CPU）
☆ 资源重叠流水处理（多CPU）
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2.3 CNC系统的软件
资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）
♦ 在单CPU结构的CNC系统中，可采用 “资源分时共