计算机数控系统(3)
CNC工作原理
CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种先进的自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。
它通过计算机程序控制机床的运动和操作，实现高精度、高效率的加工过程。
本文将详细介绍CNC工作原理，包括数控系统、数控编程和机床控制等方面的内容。
一、数控系统数控系统是CNC工作的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、控制柜、操作面板、伺服电机等设备，软件则是运行在主机上的程序。
数控系统的主要功能是接收和解释用户输入的加工程序，并将指令转化为机床运动的控制信号。
数控系统的工作原理是将加工程序中的指令逐行读取，并按照预定的顺序执行。
每条指令包含了机床运动、刀具切削和加工参数等信息。
数控系统根据这些信息，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
二、数控编程数控编程是将零件的几何形状和加工要求转化为机床可识别的指令的过程。
数控编程语言有多种，常用的包括G代码和M代码。
G代码用于定义机床的运动轨迹，如直线、圆弧等；M代码用于定义机床的辅助功能，如切削液开关、主轴启停等。
数控编程的基本步骤包括：确定加工顺序、选择合适的刀具、绘制零件的几何图形、确定刀具路径、计算切削参数、生成加工程序等。
编写好的加工程序可以通过U盘、网络或直接输入到数控系统中。
三、机床控制机床控制是指数控系统对机床运动的控制。
数控系统根据加工程序中的指令，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。
机床控制的主要参数包括进给速度、进给方式、切削速度、切削深度等。
机床控制的实现方式有多种，常见的包括点位控制和连续控制。
点位控制是指机床在每个加工点上停留一段时间，然后再移动到下一个加工点；连续控制则是机床在加工过程中连续运动，不停留在每个加工点上。
四、CNC工作流程CNC工作的基本流程包括：设计零件几何形状和加工要求、编写加工程序、设置机床和工件、调试和运行加工程序、检查加工结果。
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。
机床数控技术试题
1、数控机床按伺服系统的控制方式可分为、、。
2、一般数控加工程序由程序号、、坐标值、、主轴速度、刀具、辅助功能等功能字组成。
3、较常见的CNC软件结构形式有软件结构和软件结构。
4、数控技术中常用的插补算法可归纳为插补法和插补法。
5、当标尺光栅与指示光栅相对运动一个，莫尔条纹移动一个。
6、数控机床主轴常用机、电结合的方法，即同时采用和变速两种方法。
7、数控铣削加工需要增加一个回转坐标或准确分度时，可以使用配备或使用。
8、改变刀具半径补偿值的可以实现同一轮廓的粗、精加工，改变刀具半径补偿值的可以实现同一轮廓的凸模和凹模的加工。
9、电火花成形加工需具备的条件是、、。
10、影响电火花加工精度的主要因素是、、。
11、脉冲当量是指。
数控车床X轴方向上的脉冲当量为Z方向上的脉冲当量的。
12、数控机床的日常维护与保养主要包括、、等三个方面内容。
13、3B格式的数控系统没有功能，确定切割路线时，必须先根据工件轮廓划出电极丝中心线轨迹，再按编程。
二、判断题（每题1分，共10分，正确打√错误打×）1、更换电池一定要在数控系统通电的情况下进行。
否则存储器中的数据就会丢失，造成数控系统的瘫痪。
（）2、数控机床几何精度的检测验收必须在机床精调后一次完成，不允许调整一项检测一项。
（）3、数控铣削螺纹加工，要求数控系统必须具有螺旋线插补功能。
（）4、有静态显示或动态模拟功能的数控系统，只能检查运动轨迹的正确性，无法检查工件的加工误差（）5、当脉冲放电能量相同时，热导率愈小的金属，电蚀量会降低。
（）6、开环数控机床，进给速度受到很大限制，其主要原因是步进电机的转速慢。
（）7、当数控机床具有刀具半径补偿功能时，其程序编制与刀具半径补偿值无关。
（）8、只有加工中心机床能实现自动换刀，其它数控机床都不具备这一功能。
（）9、M03指令功能在程序段运动结束后开始。
（）10、刀具半径补偿仅在指定的二维坐标平面内进行。
（）三、选择题（单项选择题、每空1分，共5分）1、数控加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是（）A、提高加工精度B、提高机床精度C、保证自动换刀、提高刀具重复定位精度，满足一些特殊工艺要求2、用铣刀加工轮廓时，其铣刀半径应（）A、选择尽量小一些B、大于轮廓最小曲率半径C、小于或等于零件凹形轮廓处的最小曲率半径D、小于轮廓最小曲率半径3、在数控电火花成形加工时，为获得较高的精度和较好的表面质量，在工件或电极能方便开工作液孔时，宜采用的工作液工作方式为（）。
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。
数控加工中心实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解数控加工中心的基本组成和工作原理。
2. 掌握数控加工中心的基本操作方法。
3. 熟悉数控编程的基本步骤和常用指令。
4. 通过实际操作，提高对数控加工中心的操作技能和编程能力。
二、实验原理数控加工中心是一种集成了计算机数控系统（CNC）和机械加工装置的自动化机床。
它通过CNC系统对机床进行精确控制，实现对工件的自动加工。
数控加工中心主要由以下几部分组成：1. 控制系统：负责接收和处理编程指令，控制机床的运动。
2. 伺服系统：将控制系统的指令转换为机床的运动。
3. 机械装置：包括主轴、进给系统、工作台等，完成实际的加工过程。
4. 辅助装置：如冷却系统、润滑系统等，为加工过程提供必要的辅助条件。
三、实验设备与材料1. 数控加工中心一台2. 数控编程软件一套3. 工件材料：铝、钢等4. 工具：铣刀、钻头等四、实验步骤1. 数控加工中心基本操作（1）启动数控加工中心，检查机床各部分是否正常。
（2）打开数控系统，进行系统初始化。
（3）设置机床参数，如刀具参数、工件参数等。
（4）进行机床坐标系的设定和刀具路径的规划。
（5）启动机床，进行试运行，观察机床运动是否平稳。
2. 数控编程（1）打开数控编程软件，创建新的程序。
（2）输入工件尺寸和刀具参数。
（3）编写刀具路径，包括刀具切入、加工、退出的过程。
（4）编写辅助指令，如冷却、润滑等。
（5）保存程序，并传输到数控系统中。
3. 实际加工（1）将工件放置在加工中心的工作台上。
（2）根据编程指令，设置机床参数。
（3）启动机床，进行实际加工。
（4）观察加工过程，确保加工质量。
（5）加工完成后，关闭机床，取下工件。
五、实验结果与分析1. 通过本次实验，成功掌握了数控加工中心的基本操作方法。
2. 成功完成了数控编程，并成功加工出所需工件。
3. 在实际加工过程中，机床运行平稳，加工质量符合要求。
4. 通过本次实验，提高了对数控加工中心的操作技能和编程能力。
数控 系统基本原理与结构
（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)
(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
第二章(1)计算机数控系统
(四)插补计算
其主要功能是： (1)根据操作面板上“进给修调”开关的设定值，计算本次插补周 期的实际合成位移量： (2)将ΔLi按插补的线形(直线、圆弧等)和本插补点所在的位置分解 到各个进给轴，作为各进给轴的位置控制指令。
CNC装置的工作过程
(五)位置控制处理
位置控制数据转换流程如图3—18所示。位置控制处理主要进行各 进给轴跟随误差(Δx3、Δy3)的计算，并进行调节处理，其输出为位 移速度控制指令(Ux,Uy)。
CNC装置的硬件结构
(2)多机系统。
是指整个CNC装置中有两个或两个以上的CPU，也就是系统中的某些功能模 块自身也带有CPU，根据这些CPU间的相互关系的不同又可将其分为： ①主从结构系统，在该系统中只有一个CPU(通常称为主CPU)对系统的资源 (系统存储器，系统总线)有控制和使用权，而其他带有CPU的功能部件(通常 称之为智能部件)，则无它只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU 发出请求信息以获得所需的数据。只有一个CPU处于主导地位，其他CPU 处于从属地位的结构，称之为主从结构。 ②多主结构系统：在该系统中有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统 资源有控制或使用权。功能部件之间采用紧耦合(即均挂在系统总线上，集中 在一个机箱内)，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(软件和硬件)来解决争 用总线问题，通过公共存储器来交换系统信息。 ③分布式结构系统：该系统有两个或两个以上的带有CPU的功能模块，每个 功能模块有自己独立的运行环境(系统总线、存储器、操作系统等)，功能模 块间采用松耦合，即在空间上可以较为分散，各模块间采用通信方式交换信 息。
CNC系统的组成
加工程序
C N C 装 置
可编程 控制器
主轴驱 动装置 进给驱 动装置
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2
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
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3
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
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。
硬件是基础，软件是灵魂。
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5
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
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15
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。
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16
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。
第二章 计算机数控系统
第一节 概 述
第二节 CNC的结构
助功能
第五节 FANUC数控系统
第六节 开放式CNC
思考题
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1
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
查询或修改画面等。
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21
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。
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22
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，
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17
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。
硬件
被控设备
接
口
机床 机器人
测量机
......
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6
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。
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7
CNC的硬件系统组成框图
ROM
RAM
IN接口
OUT接口
CPU
总线
阅读机 接口
MDI/CRT 接口
MAP(制造自动化协议)模块，
准备功能（G功能）
—— 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。
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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。
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14
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。
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 机给 传 动 机助 控 制 机 构构构
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4
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。
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18
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。
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19
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。
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20
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、
位置 控制
其它 接口
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8
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
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9
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
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
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10
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。
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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。
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2．点位运动与移动功能(G功能 )