数控系统的定义及组成

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。

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。

第一章数控系统的概述数控系统（NCS，Numerical Control System）作为数控加工系统的主要子系统，它的任务是完成对加工过程的实时控制，是计算机技术、自动控制技术和电力电子技术等多技术交叉融合的产物。

因此，在数控系统中既有各项分立技术的共性，又有多技术综合的特殊性。

本章从宏观的角度对数控系统的知识做一些基本介绍，为进一步研究、应用好数控系统奠定必要的基础。

1.1 基本概念1.1.1 数控系统的基本概念按照通常的定义，数控系统由输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置和辅助控制装置四部分组成。

输入/输出装置完成操作人员与数控装置的信息交换；数控装置对输入的数控加工程序进行译码、插补运算和速度预处理，产生位置和速度指令以及辅助控制功能信息，是数控系统的核心；伺服驱动装置接收来自数控装置的指令，经过功率放大后驱动电机运转；辅助控制装置完成工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等辅助功能以及数控加工程序中的M代码、T代码等顺序动作信息，通常由可编程序控制器（PLC，Programmable Logical Control）来实现。

从控制理论的角度看，数字控制系统除了控制环节以外，还应包括执行环节、被控对象和检测环节。

其中，控制环节由数控装置完成；执行环节由伺服驱动装置完成，包括进给驱动系统、主轴驱动系统和开关量驱动系统等；检测环节由位置速度检测系统、加工状态检测系统和运行安全检测系统等部分完成；被控对象就是机床工艺系统，包括机床本体、加工所需的刀具、工艺装备和被加工工件。

实践应用表明，一个不考虑机床工艺特性的数控系统绝不能成为最优的控制系统。

从这个意义上讲，国际上一些著名机床生产厂商采用特殊定制的数控系统为本厂机床配套，是具有战略眼光的，像德马吉公司就与海德汉公司合作定制数控系统。

当然，体现机床和工艺特色的数控系统并不一定都需要特殊定制，另一条途径就是走开放式道路，由数控系统生产厂商提供基本的具有开放式结构的数控装置，由机床生产厂商进行二次开发，根据对控对象的特点加入有特色的控制功能，组成与机床工艺系统最佳配合的数控系统。

2023-11-06CATALOGUE目录•数控系统概述•数控系统的组成•数控系统的基本原理•数控系统的分类•数控系统的发展趋势和挑战•数控系统的应用实例01数控系统概述数控系统是一种采用数字控制方法的计算机控制系统。

它通过接收输入的程序信息，对信息进行计算、比较、处理等操作，控制各种机械运动，实现自动化加工。

数控系统主要由输入、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、伺服驱动装置、检测装置等组成。

数控系统的定义数控系统的特点数控系统具有高精度的控制能力，能够实现精确的加工和测量。

高精度高效性灵活性可靠性数控系统能够实现自动化加工，提高生产效率，降低人工成本。

数控系统具有多种控制模式和编程语言，可以根据不同的加工需求进行定制和调整。

数控系统具有稳定的性能和可靠性，能够保证长时间连续工作的稳定性和安全性。

数控系统的应用范围数控系统广泛应用于机床、刀具、夹具等制造设备的控制，能够实现高效、高精度的加工和测量。

机械制造业数控系统用于半导体制造、电子组装等领域的控制和监测，能够实现精密的加工和检测。

电子制造业数控系统用于飞机、火箭等航空器的制造和维修，能够实现高精度、高效率的加工和检测。

航空航天业数控系统还广泛应用于汽车制造、医疗器械、食品加工等领域，能够实现自动化、智能化的生产和加工。

其他领域02数控系统的组成数控装置是数控系统的核心，也称为CNC装置或NC装置。

它由计算机、输入/输出设备、可编程控制器等组成，负责处理各种加工数据，如零件的几何尺寸、工艺参数、加工轨迹等，并将其转化为控制机床运动的指令。

数控装置一般采用高性能的微处理器和计算机硬件，具备强大的计算和控制能力，能够实现高精度、高效率的加工控制。

数控装置伺服系统是数控系统的重要组成部分，负责将数控装置的电信号转换为机床的运动。

它由伺服驱动器、伺服电机和反馈装置组成。

伺服驱动器根据数控装置发出的指令，驱动伺服电机转动，实现机床的移动和转动。

反馈装置将机床的实际运动状态反馈给数控装置，形成闭环控制系统。

数控系统的组成
1 数控系统的组成
数控系统是由多种元件组成的控制系统，其中最主要的元件包括微处理器、数据输入设备、数据输出装置、存储器和算法程序等。

1.1 微处理器
微处理器是数控系统的核心部件，它主要用来处理计算、控制和调整系统中的信息和数据。

它被设计用来分析系统中输入信号形成的数据，根据程序发出控制信号，实现各种机械设备的控制。

1.2 数据输入设备
数据输入设备由不同的传感器组成，它们能够收集机器的实时状态，输入到处理器中，用于数据分析和控制操作。

1.3 数据输出装置
数据输出装置是将处理器处理后的数据重新输出到机器环境中，进行显示和控制，保证机器的正常运行。

1.4 存储器
存储器主要负责存储系统中的各种程序指令和数据，将微处理器分析的数据和程序码存储起来，以便后续使用。

1.5 算法程序
算法程序是数控系统的关键要素，它由计算机控制所需的数学公式和语句所组成，其目的是实现机器系统控制所需的标准和特性。

总之，数控系统由上述五个元件组成，它们起到协调系统不同部件之间的功能，实现数控系统的基本功能。

计算机数控系统概念
一、概念
计算机数控系统简写为CNC（Computer Numerical Control）。

它是一种将数字或符号指令输送到机床来控制加工制造过程的自动化系统。

CNC系统主要作用是控制机床沿X、Y、Z等轴线运动，对工件进行加工，以达到所需形状尺寸和表面质量。

二、历史
数控技术起源于20世纪50年代，最初的数控机床使用的是齿轮和凸轮控制系统。

1960年代之后，随着微处理器和半导体技术的发展，数控机床的控制系统逐渐演变为以计算机为核心的数字控制系统。

三、组成
CNC系统主要由以下组成部分构成：
1.数控装置：包括数控主机、输入设备和行程控制板等。

2.执行机构：包括伺服电机、传动装置、机床工作台和工具刀具等。

3.感应器：包括接触式和非接触式两种，用于检测工件和机床的位置等信息。

4.辅助设备：包括冷却液系统、工件夹紧系统、刀库系统等。

四、应用
CNC系统广泛应用于机械加工、轻工制造、航空航天、汽车制造、电子制造等领域。

它的出现使得工件加工精度和效率得到了极大提
升，对于促进制造业的发展起到了重要作用。

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。

数控系统组成及工作过程数控系统是数控机床的核心部件，它负责控制机床的运动以实现加工零件的任务。

一个数控系统通常由硬件部分和软件部分组成。

下面将详细介绍数控系统的组成和工作过程。

数控系统的组成：1.计算机：数控系统通常有一台或多台计算机，用于执行数控程序，实时计算运动轨迹，并控制机床的运动。

计算机通常由控制器、界面电路和输入输出设备组成。

2.控制器：控制器是数控系统的核心部件，它负责接收计算机发送的指令，并将其转换为机床可执行的控制信号。

控制器通常包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。

3.输入输出设备：数控系统的输入设备通常有键盘、鼠标、手柄等，用于操作员输入相关指令。

输出设备通常有显示屏、打印机等，用于显示和输出相关信息。

4.位置传感器：位置传感器用于测量机床各个轴的位置，常见的位置传感器有光栅尺、编码器等。

5.电机：电机负责驱动机床的各个轴运动，常见的电机有步进电机、伺服电机等。

6.执行机构：执行机构是机床上的各个部件，如刀具、夹具等，它们与电机通过传动装置相连，实现机床的各种运动。

7.通信线缆：通信线缆用于连接各个部件，传输信息和信号。

数控系统的工作过程：1.准备工作：操作员通过输入设备输入相关指令，包括程序的加载、坐标系的选择、工件的夹持方式等。

2.程序解释与分析：控制器接收到指令后，将其解释为机床可执行的指令序列，并分析指令的意义和顺序。

3.运动轨迹计算：控制器根据指令序列和机床的位置传感器信息，计算出每个轴的运动轨迹和速度，以实现加工路径的控制。

4.控制信号生成：控制器将计算出的运动轨迹转换为控制信号，通过输出接口发送给电机和执行机构。

5.机床运动控制：电机接收到控制信号后，根据要求进行相应的运动，驱动执行机构完成加工动作。

6.位置反馈与调整：机床的位置传感器实时反馈机床轴的位置信息给控制器，控制器根据反馈信息对机床的位置进行调整，确保加工精度和稳定性。

7.状态监测与报警：数控系统会监测机床和系统的工作状态，一旦出现异常，会及时报警并采取相应措施。

数控系统的构成、工作原理和功能一、数控装置数控（NC）装置是数控装备的控制核心，通常由一台专用计算机和输入输出设备构成，如下图所示。

▲数控（NC）装置的组成1、信息信息、程序可以通过键盘人工编程输入，也可以在专门的编程系统中完成程序编制，将信息、程序存储在移动硬盘、光盘、U盘上输入数控系统，在通信控制的数控机床上，程序还可以由计算机接口传送。

2、专用计算机它由信息输入装置、运算器、控制器和输出装置组成。

专用计算机对信息进行处理，如计算各执行元件的移动量，另外通过固定、内置的逻辑单元操作程序控制动作信息（如：电动机开停、电动机正反转、刀具更换、检测等）。

3、伺服系统伺服系统控制驱动装备的执行元件，实现伺服电动机的起动、回转、编码检测、反馈、控制回转位置、减速、停止等。

通过上述组成部分可以看出，数控装置的工作过程是：将信息、程序通过专用计算机的输入装置，由控制器中的译码器对输入的信息进行识别，将识别结果向专用计算机的输出装置发出控制信号，执行规定的操作；最后由输出装置实现对伺服系统的数据输出，以实现对伺服系统的控制。

数控装置根据输入的指令进行译码、处理、计算和控制实现数控功能。

该类装置是20世纪50～70年代随着计算机技术发展而产生的一种控制技术。

从本质上讲，数控装置所具有的功能都是采用专用的硬件电路来实现的，因此也称为硬件数控装置。

从现代计算机技术和装备技术要求的角度来讲，这种专用数控装置结构复杂，功能扩展困难并受到一定限制，适应性及灵活性差，设计、制造周期长，制造成本高，稳定可靠性较差。

现代数控装置已发展成为计算机数控装置，也称为软件数控装置。

二、计算机数控系统以小型通用计算机或微型计算机的系统控制程序来实现部分或全部数控功能，简称为计算机数控（CNC）。

CNC系统是现代的主流数字控制系统。

用CNC系统控制的数控机床，简称CNC机床。

1、CNC装置的组成CNC装置由硬件和软件两大部分组成。

（1）硬件由CPU、存储器、总线、输入/输出接口、MDI/CRT接口、位置控制、通信接口等组成。