数控原理与典型数控系统 第5章
数控原理
《数控原理与数控系统》
2、输入/输出装置(Input/Output unit)
早期：纸带阅读机/纸带穿孔机 现代： ①直接由操作人员通过手动数据输入（MDI）键盘输入零件程序， 并且通过CRT给操作者提供信息； ②软驱、FLASH卡、USB接口 ③采用通信方式进行零件程序的输入/输出。
《数控原理与数控系统》
1.1
第一章 绪论 基本概念 1.1.1 1.1.2 数控机床的产生背景 数控系统的发展
1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台 数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生 产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代 。
数控（NC）阶段（1952——1970）
《数控原理与数控系统》
方块图（Block diagram）
伺服驱动 装置
程序 载体 输入 装置 数控 装置 主轴驱动 装置 辅助控制 装置 机床（进给运动、 主运动、 辅助操作）
检测 装置
《数控原理与数控系统》
工作过程图示（Illustration）
《数控原理与数控系统》
工作过程描述(Description)
第一章 绪论
本章学习目标 • 通过本章学习，学生可建立数控的基本概念，了 解数控技术的发展过程及其发展趋势，掌握微机 数控系统的组成，具备识别数控机床和普通机床 的能力，了解数控系统与现代制造系统。通过本 章的学习，应掌握以下内容： • 机床数字控制的原理 • 数控系统的组成 • 理解不同控制方式的特点
1.1
基本概念 1.1.3 数控系统的组成
图1-1 数控系统组成框图
《数控原理与数控系统》
1.1
基本概念 数控系统的分类
数控技术课后答案
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。
⏹ 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。
数控原理与系统复习文档
第一章A.什么是数控系统？机床数控系统的组成及各部分作用如何？1.数控系统的基本概念：数控是数字控制的简称。
从广义上讲，是指利用数字化信息实控制，也就是利用数控控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。
狭义上理解也就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制。
2.数控系统的组成：输入/输出装置、数控装置、伺服系统、机床电器控制装置、机床本体。
3.输入装置的作用：将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状态可以通过输出装置观察。
4.数控装置的作用：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理。
5.伺服系统的作用：按照数控装置发出的位置控制命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。
6.机床电器控制装置的作用：接受数控装置发出的开关，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制功能，换刀功能，工件装夹功能，冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。
7．机床本体的作用：B.简述数控机床坐标系的定义8.标准的数控机床坐标系统采用右手直角笛卡尔坐标系。
C.试简速数控系统的分类及各自的显著特点9.按数控机床运动轨迹分类：点位数控系统、直线数控系统、轮廓数控系统按数控机床伺服系统分类：开环数控系统、全闭环数控系统、半闭环数控系统按数控机床功能水平分类：经济型数控系统、普及型数控系统、高档型数控系统D.简述计算机数控系统的基本工作过程10.输入、译码、诊断、刀补计算、速度处理、插补计算、位置控制E．名词解释CNC---计算机数字控制装置 PLC---可编程逻辑控制器ISO（Internation Standard Organization）---国际标准化组织WOP---面向车间的编程 DNC---分布式数字控制 FMC---柔性制造单元FMS---柔性制造系统CIMS(Computer integrated Manufacturing System)---计算机集成制造系统CAD---计算机辅助设计 CAM---计算机辅助制造 CAPP---计算机辅助工艺过程设计CAQ---计算机辅助质量管理 LAN---工业局域网络TCP/IP ---传输控制协议/网际协议 MAP---制造自动化协议MRP---物料需求计划 ERP（Enterprise Resource Planning）SOSAS(Specificatiao for an Open System Architecture Standard)OSACA（Open System Architecture For Control Within Automation）---开放式系统应包括一组逻辑上可分的部件，部件间的接口及部件与执行平台间的接口要定义完备，并可实现不同开发商开发的部件可协调工作并组成一个完整的控制器OSEC（OSE for Controller）---第二章F．什么是内码？内码是按属性加编码构成的内部代码。
《数控原理与系统》第9章__典型数控系统
第8章 典型数控系统及应用
பைடு நூலகம்
主印刷電路板（MASTER PCB）
第 7 、 8軸控 制板
第8章 典型数控系统及应用
該系統除了通用的宏程式功能以外， 還增加了定制型用戶宏程式，這樣為用戶 提供了更大的個性化設計的空間。用戶可 以通過編程對顯示幕幕、處理過程控制等 進行編輯，以實現個性化機床的設計。
第8章 典型数控系统及应用
（4）高速高精度的控制 FANUC 0–C數控系統採用了多CPU方式進行 分散處理，實現了高速連續的切削。為了實現在 切削路徑中的高速、高精度，在系統功能中增加 了自動拐角倍率，伺服前饋控制等，大大地減少 了伺服系統的誤差。 對PLC的介面增加了高速M、S、T介面功能， 進一步縮短了執行時間，提高了系統的運行速度。 為了提高系統處理外部數據的速度， FANUC 0–C系統在硬體上增加了遠程緩衝控制， 系統可以實現高速的DNC操作。
第8章 典型数控系统及应用
9.1.2 FANUC 0系列數控系統 1.主要功能特點 FANUC 0系列數控系統分為A型、B型、 C型和D型產品，目前在國內使用較多的是 普及型FANUC 0–D和全功能型FANUC 0–C兩 個子系列，其功能特點如下。
第8章 典型数控系统及应用
第8章 典型数控系统及应用
2.基本構成 FANUC 0系統由數控單元本體，主軸和進給 伺服單元以及相應的主軸電機和進給電機，CRT 顯示器、系統操作面板、機床操作面板，附加的 輸入／輸出介面板（B2），電池盒，手搖脈衝發 生器等部件組成，下麵對它的主要部件的基本配 置做簡要的說明。
第8章 典型数控系统及应用
《数控原理与系统》第1章_绪论
伺服驱动 装置
机 床 本 体 位置 检测 装置
图1.3 数控系统的组成结构
第1章 绪论
1.1.2
數控系統的組成結構
Байду номын сангаас
各組成部分的功能
1. 數控裝置 其功能是從輸入裝置接收零件程式，並對其進行解碼、 插補等處理，最後輸出進給信號和主軸啟/停、刀具選擇等輔助 控制信號。 2. 輸入/輸出裝置 是操縱者和數控裝置間的“人—機”介面，用 來輸入編輯零件程式、操作命令，輸出顯示機床工作狀態、工作 座標等資訊。常見的輸入輸出裝置有：CRT顯示/MDI鍵盤、紙帶 閱讀機、上位電腦等。 3. 伺服驅動裝置 用來把數控裝置輸出的信號進行功率放大，以驅 動伺服電動機拖動機床運動。 4. 機床電氣控制邏輯 用來實現主軸起/停、換刀等輔助控制功能， 並零件程式的執行與這些輔助動作同步。 5. 位置檢測裝置 用來檢測工作臺的實際位置，輸出位置回饋資訊， 實現閉環或半閉環位置控制，提高控制精度。
第1章 绪论
1.2 數控技術的產生和發展
1.2.1 數控技術的產生
數控技術是 20 世紀 40 年代後期為適應複雜外形零件 的加工而發展起來的一種自動化技術，其研究起源於飛 機製造業。1949年美國帕森（Parsons）公司接受美國空 軍委託，研製一種計算控制裝置，用來實現飛機、火箭 等複雜零部件的自動化加工，於是Parsons公司提出了用 數字資訊來控制機床自動加工外形複雜零件的設想，並 與美國麻省理工學院(MIT)伺服機構研究所合作，於1952 年研製成功了世界上第一台數控機床 ---- 三座標立式數 控銑床，可控制銑刀進行連續空間曲面的加工，由此拉 開了數控技術研究的序幕。
0112
微型计算机
数控系统
机床数控技术--习题答案—第6章数控伺服系统
第5章 位置检测装置习题及答案1.伺服系统中常用的位置检测装置有几种？各有什么特点？答：伺服系统中常用的位置检测装置有：旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器和光栅，各检测装置的特点如下：旋转变压器：又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种。
其特点是坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、成本低，是数控系统中较为常用的位置传感器；感应同步器：感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器，相当于一个展开的多级旋转变压器。
踏实利用滑尺上的励磁绕组和定尺上的感应绕组之间相对位置的变化而产生电磁耦合的变化，从而发出相应的位置信号来实现位移检测的，其特点为：精度高，工作可靠，抗干扰能力强，维修简单、寿命长，测量距离长，工艺好、成本低、便于成批生产；脉冲编码器：脉冲编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种。
数控机床主要使用光电式脉冲编码器。
光电式脉冲编码器按编码方式又分为绝对值式和增量式两种，常用的为增量式脉冲编码器，其优点是结构简单、成本低、使用方便，缺点是有可能由于噪声或其它外界的干扰产生计数误差，若因停电、刀具破损而停机，事故排除后不能再找到事故发生前执行部件的正确位置；光栅：在高精度数控机床和数显系统中，常使用光栅作为位置检测装置。
它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC或数显装置来实现闭环控制的。
计量光栅分为圆光栅和长光栅两种。
圆光栅用于测量转角位移，长光栅用于测量直线位移，由于激光技术的发展，光栅制作的精度有了很大的提高，现在光栅精度可以达到微米级甚至亚微米级。
2. 旋转变压器由哪些部分组成？其检测的基本原理如何？答：旋转变压器又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种，结构如下图所示：有刷式旋转变压器的结构无刷式旋转变压器结构示意图1-转轴 ; 2-轴承 ; 3-机壳; 4-转子铁心; 5-定子铁心6-端盖 ; 7-电刷 ;8-集电环旋转变压器是根据互感原理工作的。
数控装备设计 各章习题答案
讨论题： 1、步进电机的主要特征是什么？基本工作状态是怎样的？ 2、测量装置的作用是什么？ 3、增量测量和绝对测量有何区别？ 4、简述直流电动机的调速原理和调速方式? 5、简述旋转变压器工作原理,它有几种型式?
第4章
习题：
1、某些指令一旦写入程序中，在后续程序段中会一直有效，直到出现同组指令，才会被取
O
BC
Y
D
α
GK
A
X
讨论题 1
F
y A(5,3)
x
o
讨论题 3
4、什么是 B 刀具半径补偿？C 刀具半径补偿？ 5、何谓数值积分法,它进行直线插补和圆弧插补时有何不同?
第3章 习题： 1、数控机床对伺服系统有哪些基本要求？ 2、判断题：
1）给步进电机输入一个脉冲信号，其转子转过的角度称为步距角。（ ) 2）伺服系统可分为三种类型，其中的全闭环系统因设计和调整较简单，故被广泛应用。 （） 3、三相步进电动机常用的工作方式：______________________、______________________ 和_____________________________。 4、结合下图说明步进电动机工作原理。
较大。 （5）惯量匹配。移动部件加减速时都有较大惯量，要求系统的快速响应性能要好，因而
电动机的惯量与移动部件的惯量要匹配。 （6）较强的过载能力。要求电动机加减速时有很快的响应速度，使电动机可能在过载条
件下工作，这就要求电动机有较强的抗过载能力。 2、1）正确 2）错误 3、单三拍(工作方式) 双三拍(工作方式) 六拍(工作方式) 4、如图所示步进电机有 A、B、C 三相，每相有两个磁极，转子有四个磁极。当 A 相绕组 通以直流电时，定子 A 相磁极产生磁场，并对转子产生磁拉力，使转子的 1、3 极与定子的 A 相磁极对齐。后再将 B 相绕组通以直流电时，B 相磁极产生磁通，这时转子 2、4 极与定 子 B 相磁极对齐。如果按 A→B→C→A 的通电顺序，转子则沿逆时针方向一步步转动起来， 每步转过 30°，这个角度叫做步距角。
数控培训资料(pdf 133页)
有集中的操作系统，共享资源 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
5.2 CNC系统的硬件结构
硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展
☆ 可以实现复杂的功能
如高次曲线插补、动静态图形显示等功能
5.1 CNC系统的组成与特点
☆ 可靠性高 许多功能由软件实现，硬件结构大大简化, 用大规模和特大规模通用和专用集成电路
☆ 使用维修方便
CNC的诊断程序使维修非常方便
☆ 易于实现机电一体化 半导体集成电路技术的发展和采用先进的 制造安装技术,使CNC装置尺寸大为缩小。
重点： 单微处理器与多微处理器数控系统 CNC系统的多任务并行处理与实时中断处理
难点： 开放式CNC硬件结构
5.1 CNC系统的组成与特点
CNC—Computer Numerical Control
定义：借助计算机通过执行其存储器内的程序来 完成数控要求的部分或者全部功能，并配有接口电路、 伺服驱动装置的一种专用计算机系统。
5.2 CNC系统的硬件结构
2.多微处理器结构
管理模块
I/O接口
存储器模块
辅助功能
多机系统CNC系统并联数据总线
CPU|输入端|输出端 可编程控制器
CNC插补|位置控制 模块 | 模块 几何处理
其他 功能
其他外围设备
5.2 CNC系统的硬件结构
1).基本概念
整个CNC装置中有两个或两个以上CPU， 就是系统中的某些功能模块自身也带有CPU。
如果你是无人驾驶车设计者，你将如何抉择？
数控技术内容
5. 数控装 置系统
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。
12
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）
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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
数控习题
《数控技术》复习题作业题目必须独立完成！第一章数控技术概论一、填空题1. 将程序载体上的数控代码变成相应电脉冲信号的装置称为_CNC装置_。
2. 开环数控系统的驱动电动机常采用____步进电机____。
3. 数控机床按工艺用途的不同，可分为_金属切削类_、_金属成型类_、__特种加工类_和__其他类型__。
4. 数控机床按有无位置检测装置，可分为_开环_和_闭环_数控机床。
位置检测元件安装在最终移动部件上的数控机床是_闭环_控制。
位置检测元件安装在电动机轴上的数控机床是_半闭环_控制。
5. CNC是计算机数控的简称，FMS是柔性制造系统的简称。
MDI是手动输入方式的简称。
CIMS是计算机集成制造系统简称。
6. 闭环(或半闭环)系统与开环系统的最主要的区别是前者带有_位置_检测装置。
闭环和半闭环系统的主要区别是位置检测元件_安装部位_不同。
7. 数控机床由_输入/输出设备_、_计算机数控装置_、_伺服系统_和_机床本体_等部分组成。
8. 每个脉冲信号使机床移动部件的位移量叫_脉冲当量_。
9. 数控机床常用的伺服电动机有_步进电机_、_直流伺服电机_和_交流伺服电机_。
10.数控机床按控制方式分类可分为_点位控制数控机床_、_直线控制数控机床_和_轮廓控制数控机床_。
二、判断题1. 数控机床的联动轴数与控制轴数是不同的概念，联动轴数一般多于控制轴数。
(×)2. 数控机床特别适用于精度要求高、形状复杂零件的大批量生产。
(×)3. 数控技术一般只能应用于机床的轨迹控制，不能应用于其他机械设备的运动轨迹控制和逻辑控制。
(×)4. 开环数控机床数控装置发出的指令流是单向的，所以系统稳定性不好、精度不高。
(×)三、单选题1. 零件程序是数控机床自动加工零件的___C___。
A.输入介质B.存储载体C.加工指令2.在数控机床中，____B____等功能一般是由PLC完成的。