第3章 数控系统硬件与软件2
数控技术及应用教案及讲稿
数控技术及应用教案及讲稿第一章：数控技术概述一、教学目标1. 了解数控技术的定义和发展历程。
2. 掌握数控系统的基本组成和工作原理。
3. 了解数控技术在工程领域的应用。
二、教学内容1. 数控技术的定义和发展历程。
2. 数控系统的基本组成：数控装置、伺服系统、测量系统、数控编程等。
3. 数控技术在工程领域的应用：机械制造、汽车制造、航空制造等。
三、教学方法1. 讲授：讲解数控技术的定义、发展历程和基本组成。
2. 互动：提问学生了解数控技术在实际工程中的应用。
四、教学资源1. PPT课件：介绍数控技术的定义、发展历程和基本组成。
2. 视频素材：展示数控技术在工程领域的应用实例。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对数控技术定义和发展历程的掌握。
2. 课后作业：布置相关课后题目，加深学生对数控系统基本组成的理解。
第二章：数控装置一、教学目标1. 了解数控装置的分类和功能。
2. 掌握数控装置的硬件结构和软件系统。
3. 熟悉数控装置的调试和维护方法。
二、教学内容1. 数控装置的分类：通用型数控装置、专用型数控装置。
2. 数控装置的功能：控制功能、编程功能、仿真功能等。
3. 数控装置的硬件结构：输入/输出接口、中央处理单元、存储器等。
4. 数控装置的软件系统：数控系统软件、数控编程软件等。
5. 数控装置的调试和维护方法。
三、教学方法1. 讲授：讲解数控装置的分类、功能和硬件结构。
2. 实操：演示数控装置的调试和维护方法。
四、教学资源1. PPT课件：介绍数控装置的分类、功能和硬件结构。
2. 实操设备：供学生实际操作数控装置。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对数控装置分类和功能的掌握。
2. 实操报告：评估学生在实操过程中的表现。
第三章：伺服系统一、教学目标1. 了解伺服系统的分类和功能。
2. 掌握伺服系统的硬件结构和软件系统。
3. 熟悉伺服系统的调试和维护方法。
二、教学内容1. 伺服系统的分类：模拟伺服系统、数字伺服系统。
数控技术介绍及应用(ppt 54页)
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
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2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
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1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
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第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
第4章 点位控制与点位直线控制
进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控 制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信 号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。
• 位置控制：通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速
度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度。一般应 用于定位装置，如数控机床、印刷机械等等。
直流伺服电机的控制
调速方式：本驱动器提供三种调速方式
• 内部电位器调速：逆时针旋转驱动器面板上的电位器，电机 转速减小，顺时针则转速增大。
• 外部输入调速：
– 通过控制单元（如PLC、单片机等）输入模拟电平信号到“AVI” 端实现调速。调节范围0~10V对应0~3000转。
– 端子内也含有简单的RC滤波电路，因此可以接受PWM信号进 行调速控制。
闭环点位控制系统结构（图4-3）
高精度的点位控制系统大多使用测量装置构成闭环控制； 伺服系统的执行部件有直流伺服电机、液动机，双向油缸等。
4.1 点位控制与点位／直线切削控制的一般概念
直流伺服电机的控制
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+
U IE
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-
Tn
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直流他励电动机的机械特性
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现代数控技术
第1章 数控系统概述 第2章 数控系统控制信号的构成 第3章 控制信号的输入 第4章 点位控制与点位/直线控制 第5章 连续轮廓控制 第6章 刀具补偿原理 第7章 加减速控制原理
第8章 数控系统的软硬件
现Байду номын сангаас数控技术
第4章 点位控制与点位/直线控制
数控机床技能实训：第三章 数控车床的加工工艺基础与编程
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
范围很大，并可无级调速，加工时可选用最佳的切削速度和进 给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，这就 大大地提高了生产率，降低了加工成本，尤其对大批量生产的 零件，批量越大，加工成本越低。
中体现并由机床自动完成加工，因此，数控加工工艺 的正确与 否将直接影响到数控车床的加工精度和效率。 一、数控车削加工零件的类型
数控车床车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动， 配合刀具在平面内的运动，加工的类型主要是回转体零件。
回转体零件分为轴套类、轮盘类和其他类几种。轴套类和 轮盘类零件的区分在于长径比，一般将长径比大于1的零件视为 轴套类零件；长径比小于1的零件视为轮盘类零件。
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识 3.2数控车削加工工艺的相关内容 3.3数控车削加工编程基础
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识
数控车床与普通车床相比，加工效率和精度更高，可以加 工的零件形状更加复杂，加工工件的一致性好，可以完成普通 车床无法加工的具有复杂曲面的高精度的零件。
端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺 纹、锥面螺纹等。
(3)其他类零件 数控车床与普通车床一样，装上特殊卡盘就可以加工偏心
轴，或在箱体、板材上加工孔或圆柱。
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
二、数控车削的加工特点 数控车削是数控加工中使用最广泛的加工方法之一，同常
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)
南京华兴数控技术 310M 97M铣床数控系统 说明书
1.2.4 机床参考点
机床参考点也称机械零点，它是指 X 、Y、Z 、A 四个方向沿正向移动到接近极限位置， 感应到该方向参考点开关时所决定的位置。 一台机床是否有回参考点功能， 取决于机床制造 商是否安装了参考点开关（也称机械原点开关）。
1.2.5 工件坐标系
用于工件加工的坐标系叫做工件坐标系， 工件坐标系由用户预先设定。 加工程序选择在 已设定的工件坐标系下进行加工。 工件坐标系可以通过修改其坐标原点在机床坐标系中的坐 标位置进行设定或修改。 97M/310M 系统支持用户创建 6 个工件坐标系（G54-G59）,工件坐标系在机床坐标系中 的位置及关系如图 1-3 所示。
40
9
循环取消 循环暂停 循环启动
11
图 3-1 310M/Mi 主面板图 1—U 盘及串口接入 2—液晶显示屏 3—主功能键区 4—编辑键区 5—子功能键区 6—手动脉冲发生器 7—进给倍率拨段开关 8—主轴倍率拨段开关 9—副面板键区 10—急停按钮 11—外接启动/暂停
、
、
、
、
五个键，
表 1-1 主功能键盘区按键说明
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1.3.2 按键分类及定义
华兴数控系统按键按功能不同分为:主功能键、子功能键（也称 F 功能键）、编辑键和 副面板操作键几类。其在操作面板上的布局如图 3-1 所示。 1.3.2.1 主功能键盘区
主功能键盘区包括 用于选择系统的五大主功能：
按键
PRGRM 序
50
6
程
60
主轴正 主轴反 冷却开/关
1.1.3 系统外观
华兴数控
WASHING
WA-310M
华兴数控
WASHING
程 序 加 工 参 数 监 控 复 位
数控技术课后题答案
第一章1. 什么叫机床的数字控制？什么是数控机床？机床的数字控制原理是什么？答：数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行可编程控制的自动化方法。
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
是数控技术典型应用的例子。
数控机床在加工零件时，首先是根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；其次是编制零件的数控加工程序，然后将数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动方向、速度和位移的大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2. 什么叫点位控制、直线控制和轮廓控制？答：点位控制是控制点到点的距离。
只是要求严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关。
直线控制是不仅控制点到点的距离，还要控制这两点之间的移动速度和路线，使之沿坐标平行或成45°的方向运动。
也就是说同时控制的坐标只有一个。
轮廓加工控制是控制轮廓加工，实时控制位移和速度。
它的特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行连续地相关控制，使合成的平面或空间运动轨迹能满足轮廓曲线和曲面加工的要求。
控制过程中不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。
3. 简述数控机床是如何分类的？答：按伺服系统的类型分：开环控制的数控机床、闭环控制的数控机床、半闭环控制的数控机床。
按工艺方法分：金属切削类数控机床、金属成型类及特种加工类数控机床。
按功能水平分：低档数控机床；中档数控机床；高档数控机床。
4.什么叫CNC？答：以计算机为核心的数控系统。
第二章1.数控程序和程序段的格式是什么？包括哪几类指令代码？答：从数控系统外部输入的，根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制并直接用于加工的程序，就是数控加工程序，简称为数控程序。
大地车床系统用户手册
第一章概要97T/210T/230T/350T车床数控系统第一章概要97T/210T/230T/350T是一款带全数字伺服或三相混合式步进电机的普及型数控系统。
控制电路采用16位高速微处理器，超大规模可编程逻辑器件和表贴元件、多层印刷线路板，整个系统紧凑可靠。
1.1系统技术指标1．1．1脉冲当量：X：0.001mm(直径量)，Z：0.001mm。
真正的μ级控制，精度更高，运行更平稳。
1．1．2控制/联动轴数:2轴控制，任意两轴联动，是车床及两轴机械的理想控制系统。
1．1．3编程范围:-99999.999～+99999.999mm，满足一切机械之行程。
1．1．4最大快进速度:步进:10000mm/min，伺服:30000mm/min最大工进速度：步进：9000mm/min，伺服：20000mm/min客户可在“移动轴”参数的驱动类型栏选择伺服或步进。
1．1．5程序容量:2MB电子盘,共252个程序。
海量存储，参数及程序十年不丢失。
1．1．6显示:7英寸彩色LCD(液晶屏),显示无雪花。
480*234点阵,全中文显示。
各窗口实时显示当前机床运行及所处状态。
1．1．7I/O口:输入36个,经光电隔离。
输出16个,可直接驱动24V直流继电器。
每个输出口均带有自恢复熔丝，由于误接线而损坏接口电路的情况可以避免。
1．1．8其他:标准手轮接口,X1、X10和X100三档倍率，X、Y、Z和第4轴选择。
0～+10V模拟量输出。
能与各种变频器方便连接。
USB接口、标准RS232C异步串行口。
数控系统之间或数控系统与PC机之间能互传程序。
也可用U盘或串行口进行软件升级。
1-1第一章概要97T/210T/230T/350T车床数控系统1.2坐标系数控车床上加工零件时，希望刀具按零件的轮廓移动，输给数控系统希望的刀具位置，刀具可以运动到这个位置。
刀具位置是用坐标系中的坐标值表示的。
数控机床的坐标和运动方向均已标准化了(JB3052—82)。
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理总结
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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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
《数控机床电气控制》期末复习-各章习题
《数控机床电气控制》期末复习-各章习题本次复习的主要内容：1、介绍考试题目类型2、按章节顺序对考试重点以问答形式进行复习，以利于同学们掌握这门课程的主要内容。
在复习这些重点内容时，同学们应对教材中的相关内容一起复习，这样印象更加深刻（一）、考题类型为了同学们进行期末考试的复习，我们在这里一起熟悉这次考题的类型：一、单选题1、（）是用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路的自动控制电器，按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种。
A接触器B继电器C接近开关答案：A2、工厂中电火花高频电源等都会产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间的传播，被附近的数控系统所接收。
如果能量足够，就会干扰数控机床的正常工作，这种干扰称（）。
A信号传输干扰B供电线路的干扰 C 电磁波干扰答案：C二、判断题（对认为正确的题标注“√”、错题标注“×”）1、直线控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。
（）答案：(×)2、对于较大容量（大于10KW）的电动机，因起动电流大（可达额定电流的4～7倍），一般采用减压起动方式来降低起动电流。
（）答案：(√)三、简答题1、PLC的硬件由哪几部分组成？答：PLC内部硬件由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。
四、分析题1、增量式光电编码器原理示意如图所示，试分析其进行角度测量的原理。
并回答为什么要用两个光电管进行光信号检测？答：当光电盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙，光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。
通过计数器计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移。
用两个光电管进行光信号检测，是为了使光敏元件产生两组电信号，该信号彼此相差90°相位，用于辨向。