数控系统的基本构成
计算机数控系统的基本概念与组成
第3章计算机数控系统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）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能．由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺眼）驱动装置组成。
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控制装置，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，并且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）系统的组成大多数CNC装置现在都采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一般由中央处理单元（CPU）和总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴控制单元、速度进给控制单元等组成。
图3 .2.1为MNC 的组成原理图。
3.2.1中央处理单元（CPU）和总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、控制器和内寄存器组组成。
它对系统内的部件及操作进行统一的控制，按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。
总线（BUS）是信息和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）和控制总线（CB）。
３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件和控制软件）和零件加工程序等，并将运算的中间结果和处理后的结果（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，或作为工作单元存放各种输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息以及堆栈用等。
数控系统的组成及工作原理
数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交、直流主轴电动机、伺 服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进 给变速及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮。轴承和轴类零件数量大为 减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给丝杠。
4、高传动效率和无间隙传动装置
数控机床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进 给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵 敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械装 置主要有3种：滚珠丝杠副、静压蜗杆——蜗母条机构和预加载荷双齿轮－ 齿条。
机床基础部件又叫机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作 台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件 上，或者工作时在它的导轨上运动。
数控机床机械结构的主要特点
1、高刚度和高抗振性
机床刚度时机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。 提高数控机床结构刚度的措施 1）提高机床构件的静刚度和固有频率 改善薄弱环节的结构或布局，以 减少所承受的弯曲载荷和转矩负载。 2）改善机床结构的阻尼特性 3）用新材料和钢板焊接结构 2、减少机床的热变形的影响 3、驱动系统机械结构简化
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。 数控装置每发出一个脉冲，反映到机床坐标轴上的位移量，通常称为脉冲当量
3、效率指标 1）最高主轴转速和最大加速度
2）最大快移速度 4、可靠性指标
1）平均无故障工作时间 2）平均修复时间 3）固有可用度
二、数控机床的功能 1、控制功能
2、插补功能 3、准备功能 4、进给功能
数控机床的工作原理
数控机床加工工件，首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化，用 规定的代码格式编写加工程序，并储存到程序载体，然后用相应的输入装置 将所编的程序指令输入到CNC单元，CNC单元将程序译码、运算之后，向机 床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件， 并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的工件
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。
CNC数控系统的基本结构
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第一节 概述
(2)传动链误差包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能， 即事先测量出螺距误差和反向间隙，并按要求输入到CNC系 统相应的存储单元内，在坐标轴运行时，对螺距误差进行补 偿;在坐标轴反向时，对反向间隙进行补偿。
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第一节 概述
计算机数控(CNC)与传统的硬线数控(NC)相比有很多的优 点，其中最根本的一点就是，CNC的许多数控功能是由软件 实现的，因而较硬线数控具有更大的柔性，即它很容易通过 软件的改变来实现数控功能的更改或扩展。今天，硬线数控 已被计算机数控所取代。
由上述讨论可知，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。
构，用户只需根据菜单的提示，进行正确操作; .编程方便:现代数控机床大多具有多种编程的功能，并且
都具有程序自动校验和模拟仿真功能; .维护维修方便:数控机床的许多日常维护工作都由数控系
统承担(润滑、关键部件的定期检查等)，另外，数控机床的 自诊断功能，可迅速确定故障位置，方便维修人员。
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第一节 概述
8.刀具管理功能 刀具管理功能是实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理功
能。 加工中心都应具有此功能，刀具几何尺寸是指刀具的半径
和长度，这些参数供刀具补偿功能使用;刀具寿命一般是指 时间寿命，当某刀具的时间寿命到期时，CNC系统将提示用 户更换刀具;另外，CNC系统都具有T功能即刀具号管理功能， 它用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控 装置(CNC装置)、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置 和进给(伺服)驱 动装置(包括检测装置)等组成。
数控系统的基本构成与分类
数控系统的基本构成与分类一、数控系统的基本构成数控系统是由硬件和软件两个部分组成。
硬件部分主要包括机床、数控器、伺服电机、传感器、工具刀具与刀库等；软件部分包括编程软件、数控编程语言、加工参数及伺服调节等方面。
具体来讲，数控机床通常由主轴系统、伺服系统、定位系统、冷却系统、切削力测量系统、部件传动及辅助系统等几个部分构成，其中主轴系统可以控制工件的旋转速度以及方向，伺服系统可以控制机床在XYZ三个方向上的运动，而定位系统则可以让加工过程中的位置精确到微米级别。
数控系统中的数控器是控制整个系统的中枢，其核心部分通常由控制芯片、存储芯片、输入输出模块、运行模式切换模块、数据输入输出模块和通信模块等六大模块构成。
其中控制芯片是负责输入加工参数及加工程序，存储芯片用于存储数控程序和加工参数等，输入输出模块用于数据的输入与输出，而数据输入输出模块则是将加工参数及程序传输到数控器中进行转换，以便让数控机床作出正确的加工运动。
对于重要的加工参数，数控系统中还配备了一些传感器，如电力压力传感器、速度传感器、角度传感器以及温度传感器等。
这些传感器可以监测机床的状态，从而实时反馈给数控器，以保证整个加工过程中的运动精度和安全性。
二、数控系统的分类按照数控编程语言的不同类型，数控系统可以分为以下几大类：1.绝对式数控系统：绝对式数控系统通常使用绝对坐标系来表示机床的位置，程序中运动的起点固定不变，因此非常适合于多品种、小批量生产的加工过程。
与之相对应的是相对式数控系统，相对式数控系统通常使用相对坐标系来表示机床的位置，程序中的起点则可以任意改变。
2.坐标式数控系统：坐标式数控系统是指使用坐标系表示工件加工位置的数控系统，其常用的编程语言为G码，主要适用于平面零件的加工。
3.直线式数控系统：直线式数控系统是指加工路径为直线的高速加工系统，可以实现快速的直线加工，降低了加工时间，提高了加工效率。
4.插补式数控系统：插补式数控系统是指依据给定的坐标指令，进行加工路径和运动轨迹自动插补的加工系统，明显提高了加工精度和效率。
华中数控系统情境1
任务1：华中数控系统硬件构成
数控装置硬件构成 ① CPU控制主板： 组成：部件1、2、5、6、操作面板组成； 功能： CNC系统核心，完成工作管理（信息输入、I/O处理、
显示处理、故障诊断处理）和控制（译码、补偿、 插补 运算、速度运算、位置运算）。
任务1：华中数控系统硬件构成
②对外接口： XS2～XS5：外部通讯接口， XS6：远程扩展接口，一般不使用， XS8：手轮（手摇脉冲发生器）接口； XS9：主轴驱动器接口。 ③内置非独立式PLC（PMC） 部件4，数控系统第二控制核心，完成开关量、动作量控制； 对外接口： XS10、XS11：开关量输入， XS20、XS21：开关量输出。
任务1：华中数控系统硬件构成
一、CNC系统的基本组成 1.组成部分
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置 （CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给 （伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。
MDI 信息载体
编程器 上位机 CAD/CAM
输入
装置 计算机
通信 线路
CNC系统软件
管理软件 控制软件
输入 I/O处理 显示 诊断
译码 刀具补偿 速度处理 插补 位置控制
任务1：华中数控系统硬件构成
3.数控系统的工作过程
程 序
硬件 硬件 硬件
输
插补
插
位置
入
准备
补
控制
软件 软件 软件
硬件 硬件
测量
速度
伺服
控制
电机
第一种情况 第二种情况 第三种情况
任务1：华中数控系统硬件构成
数字控 制装置 (CNC
装置)
输出 装置
数控系统基本组成课件
求信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能，
该结构称为主从结构，也可归为单机结构。
.
多微处理器系统的组成
多微处理器系统的CNC装置中有两个或两个 以上带CPU的功能部件可对系统资源（存储器、 总线）有控制权和使用权。它们又分为多主结 构和分布式结构。多主结构是指带CPU的功能 部件之间采用紧耦合方式联结, 有集中的操作 系统用总线仲裁器解决总线争用通过公共存储 器交换系统信息。
.
.
.
手摇脉冲发生 器
.
⑶通信接口
通常数控系统均具有标准的RS232C串行
通信接口, 因此与外设以及上级计算机连
接很方便。
.
⑷进给轴控制接口
实现进给轴的位置控制包括三方面 的内容: 进给速度控制、插补运算和 位置闭环控制。插补方法分为基准脉 冲法与数据采式提供给位置控制单元，这种插 补方法进给速度与控制精度较低，主
.
⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补 运算的频率, 以保预定的进给速度。在速度变 化较大时, 需要进行自动加减速控制, 以避免因 速度突变而造成驱动系统失步。
.
⑷管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算 等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程 序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中 断进行处理。
.
3. 多微处理机CNC装置的典型结构
（1）共享总线结构 （2）共享存储器结构
.
数控软件的特点及关键技术
1.多任务与并行处理技术
（1）. 数控装置的多任务性
图4-11 数控装置的任务及分类框图
.
这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如: （1） 显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解
机床数控系统的组成
机床数控系统的组成机床数控系统是现代机床的核心技术之一，它由多个组成部分构成，共同实现对机床的自动化控制和加工操作。
本文将从硬件和软件两个方面介绍机床数控系统的组成。
一、硬件组成1.主轴驱动系统：主轴驱动系统是机床数控系统的核心部分，它负责控制主轴的转速和运动方向。
主轴驱动系统通常由伺服电机、减速器、编码器等组成，通过对电机的控制，实现对主轴的精确控制。
2.进给驱动系统：进给驱动系统用于控制工件在加工过程中的运动轴向，包括直线进给轴和旋转进给轴。
直线进给轴通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，用于控制工件的直线运动；旋转进给轴通常由伺服电机、齿轮传动等组成，用于控制工件的旋转运动。
3.运动控制卡：运动控制卡是机床数控系统的核心控制器，它负责接收数控指令，并将其转换为电信号，通过与主轴驱动系统和进给驱动系统的配合，实现对机床的精确控制。
运动控制卡通常具备高速数据处理能力和多个输入输出接口，以满足机床复杂加工过程的控制需求。
4.传感器：传感器是机床数控系统的重要组成部分，用于实时监测机床的运行状态和工件加工过程中的各种参数。
常见的传感器包括位置传感器、力传感器、温度传感器等，它们通过与运动控制卡的连接，将采集到的数据反馈给数控系统，以实现对机床的自动化调节和控制。
5.人机界面：人机界面是机床数控系统与操作人员之间的交互界面，用于输入加工参数、监视加工过程和显示加工结果等。
人机界面通常由触摸屏、键盘、显示器等组成，操作人员可以通过它们与数控系统进行交互，并实时了解机床的工作状态。
二、软件组成1.数控系统软件：数控系统软件是机床数控系统的核心程序，它负责解释和执行数控指令，控制机床的运动和加工过程。
数控系统软件通常由操作系统、驱动程序、插补算法等组成，它们共同实现对机床的高精度控制和加工操作。
2.加工程序：加工程序是机床数控系统的另一重要组成部分，它是由一系列数控指令组成的程序，用于描述工件的加工路径和加工过程。
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数控系统的基本构成
数控系统是以计算机技术为基础的机电一体化技术，它可以控制各种复杂的机器设备进行加工制造，从而提高了生产效率和产品质量。
数控系统的基本构成主要包括硬件、软件和电气控制系统。
下面我们将对这三个方面进行详细介绍。
一、硬件
数控系统的硬件主要包括机床和数控装置两部分。
1、机床
机床是数控系统的重要组成部分，它主要用于加工制造各种不同的零件。
根据实际需要，机床可以通过改造和升级成为数控机床。
数控机床的加工精度和生产效率要比传统机床高出数倍，同时它还具有自适应能力，可以根据加工要求自动调整加工方式，达到最佳的加工效果。
2、数控装置
数控装置是数控系统的核心部分，它由数控器、伺服驱动器和编码器等多个组成部分构成。
数控器是数控装置的最核心部分，它可以接受计算机发出的指令，转化成机床能够识别和执行的控制信号。
伺服驱动器则是控制机床各个运动轴的部分，它们可以根据数控器发出的指令来控制机床各个轴的移动速度、方向和加速度等参数。
编码器则主要用于检测机床的移动距离和反馈信号，从而确保机床的位置控制精度和系统的稳定性。
二、软件
数控系统的软件分为两个部分，一个是系统软件，另一个是应用软件。
1、系统软件
系统软件是数控系统的基础，它包括数控编程、机床运动控制和数据处理三个部分。
数控编程主要用于将加工要求转化为机床识别的加工指令，它可以实现二维和三维图形的绘制和代码的生成。
机床运动控制用于控制机床各个轴的运动，它可以根据数控编程生成的代码来实现精准的位置控制和速度调节。
数据处理则主要用于将加工过程中获取的数据进行分析和处理，从而提高加工质量和效率。
2、应用软件
应用软件则是数控系统的应用层，它主要用于完成特定的加工任务，也可以根据实际需要进行自定义开发。
例如，飞机制造过程中需要使用复杂的多轴数控系统，这种系统需要先进行特定的加工工艺规划，然后再通过数控编程来实现机床的加工操作。
三、电气控制系统
数控系统的电气控制系统主要用于机床的电气控制和信号交互。
它可以根据数控编程生成的代码来控制机床各个驱动轴的电机，从而实现精准的位置控制和速度调节。
同时，电气控制系统也可以向数控设备发送各种诊断信息和监控状态，从而实现设备的自动检测和故障排除。
总结：
数控系统的基本构成包括硬件、软件和电气控制系统。
硬件主要包括机床和数控装置两部分，数控装置是数控系统的核心。
软件分为系统软件和应用软件，前者主要用于机床加工操作的控制和数据处理，后者则用于完成特定的加工任务。
电气控制系统主要用于机床的电气控制和信号交互。
了解数控系统的构成能够为我们提高机床的加工和维护水平提供很大的帮助。