第二章 数控系统
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数控车床控制技术与机床维修模版（3篇）
数控车床控制技术与机床维修模版一、数控车床控制技术数控车床是一种基于计算机控制的机械加工设备，能够实现复杂的加工操作，并且具有高精度和高效率的特点。
数控车床的核心是控制系统，它可以控制车床的运动和加工过程。
下面是关于数控车床控制技术的一些基本知识和介绍。
1.数控车床的分类数控车床按照控制方式可以分为点位控制和连续控制两种类型。
点位控制是指按照预定的程序，控制机床在不同位置进行切削操作。
连续控制是指控制机床在加工过程中，实现连续的运动。
2.数控车床的坐标系统数控车床的坐标系统是一个三维坐标系，分别为X轴、Y轴和Z 轴。
其中X轴代表横向的移动，Y轴代表纵向的移动，Z轴代表刀具的进给方向。
3.数控车床的编程方式数控车床的编程方式包括手工编程和自动编程两种。
手动编程是指操作人员通过编写程序手动控制机床的运动和加工过程。
自动编程是指使用专门的软件系统，根据加工零件的设计要求，自动生成机床控制程序。
4.数控车床的参数设置在使用数控车床进行加工之前，需要设置一些参数，包括机床的原点、工件的坐标系、刀具半径补偿等。
这些参数的设置决定了机床运动和加工的精度。
5.数控车床的设备和工具数控车床的设备和工具包括工作台、主轴、刀具库、抱杆等。
其中工作台用于夹持工件，主轴用于驱动刀具进行切削，刀具库用于存放刀具，抱杆用于固定工件。
二、机床维修模版机床维修是保证机床正常运行的重要工作，维修模版是机床维修的一种规范和流程，下面是关于机床维修模版的一些内容。
1.机床维修的目的机床维修的目的是恢复机床的正常工作状态，保证机床的精度和可靠性。
维修模版的目的是规范维修过程，提高维修效率。
2.机床维修的步骤机床维修的步骤通常包括故障诊断、故障排除和故障修复三个过程。
维修模版中，每个步骤都有具体的操作和流程。
3.机床维修的工具和设备机床维修过程中常用的工具和设备包括测量工具、切削工具、拆卸工具等。
维修模版中，每个工具和设备都有详细的使用说明。
《数控机床故障诊断与维护》课程标准
《数控机床故障诊断与维护》课程标准课程代码：学时：64 学分：4一、课程的地位与任务《数控机床故障诊断与维护》是一门专业课程，先修课程有机械制造、气动液压、电控及PLC 技术应用等。
本课程是机电技术的综合应用，对学习机、电技术综合能力的培养有明显的促进作用。
同时也是数控的一门专业主干核心课程，具有实践性强、应用面广的特点。
通过《数控机床故障诊断与维护》的教学，使学生能够获得数控机床的基本理论和基本知识，初步掌握数控机床故障诊断与维护的基本思路、基本方法和基本原则，具有分析并排除数控机床常见故障的能力。
为今后学习后续课程和从事相关工作打下扎实的基础。
二、课程的主要内容和学时分配1.课程的主要内容第一章数控机床维修与维护基础第一节数控机床概述(1)数控机床的产生背景(2)数控机床的基本概念(3)数控机床的组成(4)数控机床的工作过程(5)数控机床的种类(6)数控机床的常用数控系统简介第二节数控机床的故障维修基础(1)数控机床的故障定义(2)数控机床常见故障的特点与规律(3)数控机床常见故障的种类(4)数控机床发生故障时的诊断方法第三节数控机床的日常维修维护与保养(1)数控机床日常维修维护工作的内容(2)数控机床机体的维护与保养(3)数控机床电气控制系统的日常维护(4)数控机床维修人员应具备的基本要求(5)数控机床的维修维护的技术资料(6)数控机床故障诊断与维护常用仪器仪表及工具第四节FANUCOi系统数控机床基本操作(1)数控机床面板介绍(2)数控机床的基本操作(3)手动进给操作第二章数控系统硬件故障诊断与维护第一节数控系统硬件概述第二节数控系统硬件的更换方法第三节数控系统硬件故障的诊断方法第四节数控机床的抗干扰措施第三章数控系统软件故障诊断与维护第一节数控系统软件的组成第二节数控系统的参数设置第三节数控系统的参数备份与恢复第四节数控系统软件故障的诊断与处理方法第四章数控机床PLC故障诊断与维护第一节数控机床PLC基础(1)数控机床中PMC的用途(2)数控机床用PLC种类(3)数控机床PLC梯形图程序(4)数控机床PLC梯形图符号第二节数控机床用PLC的操作(1)FANUCOi数控系统的PMC调试功能(2)PMC的基本操作(3)PMC编程实例第三节数控系统PMC故障诊断(1)数控系统PMC的故障类型及原因(2)通过PMC进行故障诊断的方法(3)数控机床PMC控制功能程序分析(4)典型PLC故障的分析与诊断流程第五章数控机床进给伺服系统故障诊断与维护第一节进给伺服系统的概述(1)进给伺服系统的组成(2)数控机床对进给伺服驱动系统的要求(3)进给伺服驱动系统的分类第二节步进电动机伺服系统及工作原理(1)步进进给伺服驱动系统(2)步进电动机进给伺服驱动系统的工作原理(3)步进电动机驱动系统的常见故障与维修第三节交流伺服进给驱动装置的组成及工作原理(1)交流进给伺服系统的特点(2)模拟式交流伺服控制原理(3)数字交流伺服系统控制原理(4)交流伺服系统的维护与调整第四节位置检测装置的组成及工作原理(1)位置检测装置的要求(2)位置检测方式分类(3)位置检测元件及其维护(4)位置检测故障的诊断第六章主轴驱动系统故障诊断与维护第一节数控机床主轴驱动系统基本知识(1)数控机床对主轴传动的要求(2)主轴系统分类及特点(3)主轴伺服系统故障的形式及诊断第二节交流主轴伺服系统概述(1)交流主轴伺服系统的特点(2)交流主轴调速原理(3)交流数字式主轴伺服系统（4）交流模拟式主轴伺服系统第三节交流主轴驱动系统故障诊断与维修（1）交流数字式主轴伺服系统故障的诊断与排除（2）交流模拟式主轴伺服系统故障的诊断与排除（3）主轴伺服系统故障实例及分析第七章数控机床机械结构故障诊断与维护第一节数控机床精度的检验第二节主传动机械结构的维护与维修第三节进给系统机械传动结构的维修第四节换刀装置的维护与故障诊断第五节其它辅助故障诊断与维护2.学时分配本课程在教学过程中，强调基础理论和基本概念的掌握，同时注重学生的实际动手操作，要求能把基础理论应用于实践中，让学生具备处理和排除数控机床基本故障的能力。
第二章数控加工程序编制1(新)
• 编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！
第二章 数控加工程序编制
2.1.3 数控程序编制的内容及步骤
数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工 作主要包括：
（1）分析零件图样和制定工艺方案 （2）数学处理 （3）编写零件加工程序 （4）制备控制介质 （5）程序检验
第二章 数控加工程序编制
2.1.2 数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。
（1）手工编程 指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。对编程人员的要求
高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 适用：① 几何形状不太复杂的零件； ② 三坐标联动以下加工程序。
编程手册
夹具表
零
工
工
编
件
艺
图
人
机床表
艺 规
程 人
样
员
程
员
刀具表
加
工
加
程
工
序
程
初
序
稿
修改
第二章 数控加工程序编制
（2）自动编程
自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工 进行外，其余工作均由计算机辅助完成。
采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计 算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员 可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于 计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率 几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难 题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的 编程难题。
第二章 数控加工程序编制
2.1.3 数控程序编制的内容及步骤
数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工 作主要包括：
（1）分析零件图样和制定工艺方案 （2）数学处理 （3）编写零件加工程序 （4）制备控制介质 （5）程序检验
第二章 数控加工程序编制
2.1.2 数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。
（1）手工编程 指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。对编程人员的要求
高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 适用：① 几何形状不太复杂的零件； ② 三坐标联动以下加工程序。
编程手册
夹具表
零
工
工
编
件
艺
图
人
机床表
艺 规
程 人
样
员
程
员
刀具表
加
工
加
程
工
序
程
初
序
稿
修改
第二章 数控加工程序编制
（2）自动编程
自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工 进行外，其余工作均由计算机辅助完成。
采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计 算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员 可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于 计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率 几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难 题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的 编程难题。
数控 系统基本原理与结构
（3）结构简单，容易实现。
（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)
（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)
第二章-典型数控系统介绍-张英杰
年代
1976 年
系统的种类
FS-5 、 FS-7 、 POWER MATE 系列、F200C， F330D FS-2 系列、FS-3 系列、 FS-6 系列、FS-9 系列 FS 10 系列、FS 11 系 列、FS 12 系列 FS 0 系列 FS 15 系列 FS 16 系列 FS 18 系列 FS 20 系列 FS 21 系列 FS 16i 系列 FS 18i 系列 FS 21i 系列
FANUC 系统 的发展历史
1987 年 1990 年 1991 年 1992 年 1993 年 1996 年
1998 年 2001 年 2003 年 2004 年
FS 15i 系列 FS 0i-A 系列 FS 0i-B 系列 FS 0i MATE- B 系列 FS 0i-C 系列 FS 0i MATE-C 系列 FS 30i/31i/32i 系列
典型数控系统简介
西安交通大学机械工程学院
张英杰 2013.5
典型数控系统介绍
1. FANUC数控系统 2. SIEMENS数控系统
3. FAGOR数控系统
4. 华中HNC-21T/MM数控系统
1. FANUC数控系统
FANUC数控系统 功能完善，品种齐全， 稳定可靠，性能价格 比高，在机械制造领 域拥有较大的市场份 额。
2003年开发，是具 有高可靠性，高性 能价格比的CNC， 和0i-A相比，0iB/0i mate-B 采用 了FSSB（串行伺服 总线）代替了PWM 指令电缆。
常见FANUC产品介绍
0i-C/0i mate-C 系列 2004年开发，是具有高可靠性，高性能价格比的 CNC，和0i-B/0i mate-B相比，其特点是CNC与 液晶显示器构成一体，便于设定和调试。
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、编程装置等。
3. 数控系统的工作原理：开环控制、闭环控制等。
4. 数控技术在工程领域的应用：机械加工、模具制造、航空航天等。
三、教学方法：1. 采用多媒体教学，展示数控技术的应用场景。
2. 通过实物展示，让学生了解数控系统的组成。
3. 利用仿真软件，让学生直观地了解数控系统的工作原理。
四、教学评估：1. 课堂问答：了解学生对数控技术的基本概念的理解。
2. 课后作业：让学生绘制数控系统的组成结构图。
五、教学资源：1. 多媒体教学设备。
2. 数控系统实物展示。
3. 数控系统仿真软件。
第二章：数控编程基础一、教学目标：1. 掌握数控编程的基本概念和步骤。
2. 熟悉数控编程的常用指令。
3. 了解数控编程的规则和注意事项。
二、教学内容：1. 数控编程的基本概念和步骤：程序结构、编程方法等。
2. 数控编程的常用指令：G代码、M代码、参数编程等。
3. 数控编程的规则和注意事项：程序编制的基本规则、安全操作等。
三、教学方法：1. 采用案例教学，让学生了解数控编程的实际应用。
2. 通过课堂练习，让学生熟悉数控编程的常用指令。
3. 利用仿真软件，让学生直观地了解数控编程的操作过程。
四、教学评估：1. 课堂问答：了解学生对数控编程基本概念的理解。
2. 课后作业：让学生编写简单的数控程序。
五、教学资源：1. 多媒体教学设备。
2. 数控编程仿真软件。
3. 数控编程实例教材。
第三章：数控加工工艺一、教学目标：1. 了解数控加工的基本工艺特点。
2. 掌握数控加工工艺参数的选取方法。
3. 熟悉数控加工过程中的注意事项。
二、教学内容：1. 数控加工的基本工艺特点：加工精度、加工效率等。
数控系统原理介绍
第二章数控系统原理2.1 插补理论简介在CNC数控机床上，各种轮廓加工都是通过插补计算实现的，插补计算的任务就是对轮廓线的起点到终点之间再密集的计算出有限个坐标点，刀具沿着这些坐标点移动，来逼近理论轮廓。
插补方法可分两大类：脉冲增量插补和数据采样插补。
脉冲增量插补是控制单个脉冲输出规律的插补方法。
每输入一个脉冲，移动部件都要相应的移动一定距离，这个距离成为脉冲当量。
因此，脉冲增量插补也叫做行程标量插补。
如逐点比较法、数字积分法。
根据加工精度的不同，脉冲当量可取0.01～0.001mm。
移动部件的移动速度与脉冲当量和脉冲输出频率有关，由于脉冲输出频率最高为几万Hz，因此，当脉冲当量为0.001mm时，最高移动速度也只有2m/min。
脉冲增量插补通常用于步进电机控制系统。
数字增量插补法（也称数据采样插补法）是在规定的时间（称作插补时间）内，计算出各坐标方向的增量值（X，Y，Z），刀具所在的坐标位置及其它一些需要的值。
这些数据严格的限制在一个插补时间内（如8ms）计算完毕，送给伺服系统，再由伺服系统控制移动部件运动。
移动部件也必须在下一个插补时间内走完插补计算给出的行程，因此数据采样插补也称作时间标量插补。
由于数据采样插补是用数值量控制机床运动，因此，机床各坐标方向的运动速度与插补运算给出的数值量和插补时间有关。
根据计算机运行速度和加工精度不同，有些系统的插补时间选用，12ms 、10.24ms 、8ms ，对于运行速度较快的计算机有的已选2ms 。
现代数控机床的进给速度已超过15m/min ，达到30m/min ，有些已到60m/min.数据采样法适用于直流伺服电机和交流伺服电机的闭环和半闭环控制系统。
2.2 插补原理——逐点比较法逐点比较法是我国数控机床和线切割机应用很广的一种插补运算方法。
它的特点是加工每走一步，就进行一次偏差计算和偏差判别，即比较到达的新位置和理想线段上对应点的理想位置坐标之间的偏差程度，然后根据偏差大小确定下一步的走向。
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理总结
加工程序给定的进给速度是合成速度，无法直接控制。
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）
34
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
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
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
数控系统要义第二章
第二章配置调试篇 (3)2.1调试前的准备工作 (3)2.1.1 NCK+DRV、PLC总清 (3)2.1.2 通过step7单独clear PLC (5)2.1.3单独总清NX板 (5)2.1.4通过sinucom NC单独总清NCK+DRV (6)2.1.5用户级别设置 (7)2.1.6配置HMI通讯参数 (7)2.2 PLC基本调试 (8)2.2.1电脑与PLC建立连接 (8)2.2.2创建项目和硬件配置 (8)2.2.3创建基本PLC程序 (15)2.2.4传PLC程序入数控系统 (18)2.2.5生成PLC符号表 (20)2.3 NCK基本调试 (27)2.3.1 NCK数据总体布局图 (27)2.3.2通用数据的配置 (29)2.3.3通道类数据配置 (32)2.3.4轴类数据的配置 (39)2.3.5 NCK系统特性数据 (54)2.3.6 NCK设定类参数 (56)2.3.7 NCK内存参数分配 (58)2.3.8搜索和查看参数的技巧 (60)2.4 DRV基本调试 (62)2.4.1驱动示例配置 (62)2.4.2驱动系统自动辨识 (63)2.4.3 SMC接口的编码器模块的配置 (65)2.4.4分配轴 (69)2.4.5轴相关参数的改变 (70)2.4.6电源识别 (71)2.5 HMI组件的基本调试 (75)2.5.1 TCU的调试 (75)2.6 恢复数控系统的文件数据 (76)2.6.1重读备份的顺序 (76)2.6.2在写入NCK备份前必须采取的预防措施 (76)2.6.3制作启动盘和恢复整盘备份 (77)2.6.4使用备份重读流程删除某些错误的文件 (80)2.6.5使用Sinucom NC来制作备份 (82)第二章配置调试篇引言：天下之至柔，驰骋天下之至坚。
天下最柔弱的东西，可以渗入并驱使天下最坚硬的东西。
软件可以驱动硬件，硬件运动的前提是做好软件的配置和调试。
数控机床插补计算
新点的偏差为
2．终点判别的方法
一种方法是设置两个减法计数器，在计数器中 分别存入终点坐标值,各坐标方向每进给一步时，就 在相应的计数器中减去1，直到两个计数器中的数都 减为零时，停止插补，到达终点。
另一种方法是设置一个终点计数器，计数器中 存入两坐标进给的步数总和,当x或y坐标进给时均 减1，当减到零时，停止插补，到达终点。
四个象限圆弧插补计算
与直线插补相似，计算用 坐标的绝对值进行，进给方向 另做处理。从图看出SRl、NR2、 SR3、NR4的插补运动趋势都是 使X轴坐标绝对值增加、y轴坐 标绝对值减小。NRl、SR2、 NR3、SR4插补运动趋势都是使 X轴坐标绝对值减小、y轴坐标 绝对值增加。
(二)圆弧插补计算举例 设加工第一象限逆圆AB，已知起点A(4，0)，终 点B(o，4)。试进行插补计算并画出走步轨迹。
2.2.2 刀具半径补偿 1.刀具半径补偿概念
刀具半径补偿功能是指改变刀具中心运动轨迹的功能。如图 所示，用铣刀铣工件轮廓时，刀具中心应始终偏离工件表面一个 刀具半径的距离，编程人员则以工件的轮廓表面尺寸进行编程。 当刀具半径确定之后，可以将刀具半径的实测值输入刀具半 径补偿存储器，存储起来，加工时可根据需要用G41或G42进行调 用。G41和G42分别为左刀补和右刀补。如图所示。
2.2
刀具补偿原理
数控系统对刀具的控制是以刀架参考点为基准的，但零件加 工是用刀尖点进行的，所以需要在刀架参考点和刀尖点之间进 行位置偏置（补偿）。
2.1.2
刀具长度补偿
以数控车床为例，P为刀尖，Q为刀架参考点，设刀尖圆 弧半径为零。利用测量装置测出刀尖点相对于刀架参考点的 坐标(xpq ,ypq )，存入刀补内存表中。 编程时以刀尖点P(XP,ZP) 来编程，刀架参考点坐标 Q(Xq,Zq）由下式求出 Xq＝XP－ xpq P(XP,ZP) xpq Q Zq＝ZP－ Zpq 刀具长度补偿由G43、G44及 zpq H代码指定。
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在计算偏差的同时，还要进行一次终点比较，以确定是否到达了终 点。若已经到达，就不再进行运算，并发出停机或转换新程序段的信号。
第二章 数控系统
逐点比较法直线插补流程
第二章 数控系统
例2-1 加工第一象限直线OE，如图2-35所示，起 点为坐标原点O(0,0)，终点坐标为E（5,3）。
图2-35直线插补轨迹过程实例
因此，可以构造偏差函数为 ：
F＝Xe Y－ Ye X
第二章 数控系统
l 对于第一象限直线，其偏差符号与进给方向的 关系为： 当F＝0时，表示动点在OE上，如点P，可向 ＋X向进给，也可向＋Y向进给。 当 F>0时，表示动点在OE上方，如点P1，应 向＋X向进给。 当 F<0时，表示动点在OE下方，如点P2，应 向＋Y向进给 。
数值设为计数长度，当在技术轴上每进给一步计数长
度减一，当∑＝0时，停止插补，到达终点。
第二章 数控系统
3．插补计算过程
l 1）偏差判别 根据偏差值确定刀具位置是在直线的上方给
根据判别的结果，决定控制哪个坐标（x或y）移动一步。 l （3）偏差计算
计算出刀具移动后的新偏差，提供给下一步作判别依据。根据式 （2-3）及式（2-4）来计算新加工点的偏差，使运算大大简化。但是每 一新加工点的偏差是由前一点偏差 推算出来的，并且一直递推下去，这 样就要知道开始加工时那一点的偏差是多少。当开始加工时，我们是以 人工方式将刀具移到加工起点，这一点当然没有偏差，所以开始加工点 的 F＝0。 l （4）终点判别
∑=3+1=4<N
+X F5=F4－YA=4－3=1
∑=4+1=5<N
+X F6=F5－YA=1－3=－2 ∑=5+1=6<N
+Y F7=F6+XA=－2+5=3
∑=6+1=7<N
+X F8=F7－YA=3－3=0
∑=7+1=8=N
第二章 数控系统
4．四象限插补
四象限直线偏差符号和进给方向
第二章 数控系统
第二章 数控系统
3．存储器
图 2-6 半导体存储器的分类
第二章 数控系统
4．I/O接口（输入/输出接口）
第二章 数控系统
二、多微处理器系统的组成
l 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。
第二章 数控系统
l 初始点O(0,0)，终点（5,3），应用递推公式 （2-3）、（2-4）进行偏差计算。
l 终点判断：∑＝∣Xe∣＋∣Ye∣=5+3=8，插补 需要七个循环。
第二章 数控系统
直线插补运算过程
插补循环 偏差判别 进给方向 偏差计算
终点判别
0
1
F0=0
2
F1=－3<0
3
F2=2>0
l CNC系统软件的功能 l 1、输入 l 2、译码 l 3、预计算 l 4、插补计算 l 5、输出 l 6、管理与诊断软件
第二章 数控系统
2.4 数控插补原理
l 2.4.1 数控插补原理 1．插补的概念 在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点
坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工 运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些 信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把 这个过程称为“插补”。
从 CNC 系统使用的微机及结构来分， CNC 系统 的硬件结构一般分为单一微处理器和多微处理器结构 两大类。
第二章 数控系统
2.2 CNC系统硬件
l 2.2.2 CNC系统中的微处理器 1．单微处理器系统的组成和特点
单微处理器系统的CNC装置的特点是整个CNC装置中只有一 个CPU，通过该CPU来集中管理和控制整个系统的资源（包括 存储器、总线），并通过分时处理的方法，实现各种数控功能。 有些CNC装置中，虽然有两个或两个以上的CPU，但只有一个 CPU对系统的资源拥有控制权和使用权，该CPU称为主CPU， 其它CPU（称为从CPU）无权控制和使用系统资源，只能接受 主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求信号以获取所需 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。
位置，都要和给定的轨迹上的坐标值比较一次，看实 际加工点在给定轨迹的什么位置，判断其偏差，然后 决定下一步的走向，如果加工点走到图形外面去了， 那么下一步就要向图形里面走；如果加工点在图形里 面，那么下一步就要向图形外面走，以缩小偏差。逐 点比较法是以阶梯折线来逼近直线和圆弧的。最大偏 差不超过一个脉冲当量，因此，只要把脉冲当量控制 的足够小，就能达到加工精度的要求。
离来描述刀具位置与被加工圆弧之间关系。如 图2-39所示为圆弧插补过程，设圆弧圆心在坐 标原点，已知圆弧起点A（Xa，Ya），终点B （Xb，Yb），圆弧半径为R。
第二章 数控系统
第二章 数控系统
l 加工点可能在三种情况出现，即圆弧上、圆弧外、圆 弧内。当动点P（Xi，Yi）位于圆弧上时有：
X2＋Y2－R2=0
第二章 数控系统
2.1.3 CNC装置的特点
l 1.灵活性 l 2.通用性 l 3.可靠性 l 4.易于实现许多复杂的功能 l 5.使用维修方便
第二章 数控系统
2.2 CNC系统硬件
l 2.2.1 CNC系统硬件结构与分类 l 1．CNC系统的结构
随着大规模集成电路技术和表面安装技术的发展， CNC系统硬件模块及安装方式不断改进。从CNC系统 的总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种。 l 2．CNC 系统的分类
l
P点在圆弧外侧时，则OP大于圆弧半径R，即
X2＋Y2－R2>0
l
P点在圆弧内侧时，则OP小于圆弧半径R，即
X2＋Y2－R2<0
第二章 数控系统
用F表示P点的偏差值，定义圆弧偏差函数判别式为
（2-5） 当动点落在圆弧上时，一般约定将其和F>0一并考虑。 图2-40a中AB为第一象限顺圆弧SR1，若F≥0时，动
Xe Y－ Ye X ＝0
(2-1)
直线OE 为给定轨迹，P（X，Y）为动点坐标，动点与直线的位置关 系有三种情况：动点在直线上方、直线上、直线下方。
（1） 若P1点在直线上方，则有：
XeY－XYe>0
（2） 若P点在直线上，则有 ：
XeY－XYe＝0
（3）若P2点在直线下方，则有 ：
XeY－XYe<0
第二章 数控系统
2.1.1 CNC装置的结构
l C系统及CNC装置 1） CNC装置 2）输入输出装置 3）主轴驱动和进给伺服系统
第二章 数控系统
2.1.1 CNC装置的结构
第二章 数控系统
2.1.1 CNC装置的结构
• C装置的功能
1）控制功能 2）准备功能 3）插补功能和固定循环功能 4）进给功能、进给速度的控制功能 5）主轴功能 6）辅助功能 7）刀具管理功能 8）补偿功能 9）人机对话功能 10）自诊断功能 11）通讯功能
第二章 数控系统
1．多微处理器系统特点
l （1）计算处理速度高 l （2）可靠性高 l （3）有良好的适应性和扩展性 l （4）硬件易于组织规模生产
第二章 数控系统
2. 多微处理器系统的基本功能模块
l （1) CNC管理模块 l （2）存储器模块 l （3）CNC插补模块 l （4）位置控制模块 l （5）操作和控制数据输入输出和显示模块 l （6） PLC模块
第二章 数控系统
l 这里规定动点在直线上时，可归入F>0的情况一同考 虑。插补工作从起点开始，走一步，算一步, 判别一次， 再走一步，当沿两个坐标方向走的步数分别等于Xe和 Ye时，停止插补。下面将F的运算采用递推算法予以 简化，动点Pi(Xi，Yi)的Fi值为：
l 若Fi≥0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上， 应沿＋X向走一步，假设坐标值的单位为脉冲当量， 走步后新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1， Yi+1=Yi , 新点偏差为：
l 3．带有完全用软件实施的插补器的CNC系统。
第二章 数控系统
二、CNC装置软件结构的特点
l 1．多任务并行处理 (1) CNC系统的多任务性 (2) 并行处理
l 2．实时中断处理 （1）实时性 （2） CNC装置的中断类型 （3） CNC装置中断结构模式
第二章 数控系统
2.3.2 CNC系统软件的功能特点
第二章 数控系统
2.1.2 CNC装置的工作过程
机床数控系统是一种位置控制系统。数控 机床的任务是依照操作者的意愿完成所要加工 零件。操作者根据被加工零件的尺寸要求、外 形要求、表面指令要求编制零件加工程序。
第二章 数控系统
CNC在工作过程中完成以下的任务
l 1.加工程序的输入 l 2.数据的译码和计算 l 3.刀具补偿计算 l 4.插补计算 l 5.位置控制处理
第二章 数控系统
3．多微处理机CNC装置的典型结构
l （1）共享总线结构 l （2）共享存储器结构
第二章 数控系统
2.3.1 CNC系统软件结构与分类
l 一、CNC系统软硬件组合类型
第二章 数控系统
l 1．不用软件插补器，插补完全由硬件完成的 CNC系统；
l 2．由软件插补器完成粗插补，由硬件插补器 完成精插补的CNC系统；
点在圆弧上或圆弧外，向－Y向进给，计算出新点的 偏差；若F<0，表明动点在圆内，向＋X向进给，计 算出新一点的偏差，如此走一步，算一步，直至终 点。
第二章 数控系统
逐点比较法直线插补流程
第二章 数控系统
例2-1 加工第一象限直线OE，如图2-35所示，起 点为坐标原点O(0,0)，终点坐标为E（5,3）。
图2-35直线插补轨迹过程实例
因此，可以构造偏差函数为 ：
F＝Xe Y－ Ye X
第二章 数控系统
l 对于第一象限直线，其偏差符号与进给方向的 关系为： 当F＝0时，表示动点在OE上，如点P，可向 ＋X向进给，也可向＋Y向进给。 当 F>0时，表示动点在OE上方，如点P1，应 向＋X向进给。 当 F<0时，表示动点在OE下方，如点P2，应 向＋Y向进给 。
数值设为计数长度，当在技术轴上每进给一步计数长
度减一，当∑＝0时，停止插补，到达终点。
第二章 数控系统
3．插补计算过程
l 1）偏差判别 根据偏差值确定刀具位置是在直线的上方给
根据判别的结果，决定控制哪个坐标（x或y）移动一步。 l （3）偏差计算
计算出刀具移动后的新偏差，提供给下一步作判别依据。根据式 （2-3）及式（2-4）来计算新加工点的偏差，使运算大大简化。但是每 一新加工点的偏差是由前一点偏差 推算出来的，并且一直递推下去，这 样就要知道开始加工时那一点的偏差是多少。当开始加工时，我们是以 人工方式将刀具移到加工起点，这一点当然没有偏差，所以开始加工点 的 F＝0。 l （4）终点判别
∑=3+1=4<N
+X F5=F4－YA=4－3=1
∑=4+1=5<N
+X F6=F5－YA=1－3=－2 ∑=5+1=6<N
+Y F7=F6+XA=－2+5=3
∑=6+1=7<N
+X F8=F7－YA=3－3=0
∑=7+1=8=N
第二章 数控系统
4．四象限插补
四象限直线偏差符号和进给方向
第二章 数控系统
第二章 数控系统
3．存储器
图 2-6 半导体存储器的分类
第二章 数控系统
4．I/O接口（输入/输出接口）
第二章 数控系统
二、多微处理器系统的组成
l 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。
第二章 数控系统
l 初始点O(0,0)，终点（5,3），应用递推公式 （2-3）、（2-4）进行偏差计算。
l 终点判断：∑＝∣Xe∣＋∣Ye∣=5+3=8，插补 需要七个循环。
第二章 数控系统
直线插补运算过程
插补循环 偏差判别 进给方向 偏差计算
终点判别
0
1
F0=0
2
F1=－3<0
3
F2=2>0
l CNC系统软件的功能 l 1、输入 l 2、译码 l 3、预计算 l 4、插补计算 l 5、输出 l 6、管理与诊断软件
第二章 数控系统
2.4 数控插补原理
l 2.4.1 数控插补原理 1．插补的概念 在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点
坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工 运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些 信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把 这个过程称为“插补”。
从 CNC 系统使用的微机及结构来分， CNC 系统 的硬件结构一般分为单一微处理器和多微处理器结构 两大类。
第二章 数控系统
2.2 CNC系统硬件
l 2.2.2 CNC系统中的微处理器 1．单微处理器系统的组成和特点
单微处理器系统的CNC装置的特点是整个CNC装置中只有一 个CPU，通过该CPU来集中管理和控制整个系统的资源（包括 存储器、总线），并通过分时处理的方法，实现各种数控功能。 有些CNC装置中，虽然有两个或两个以上的CPU，但只有一个 CPU对系统的资源拥有控制权和使用权，该CPU称为主CPU， 其它CPU（称为从CPU）无权控制和使用系统资源，只能接受 主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求信号以获取所需 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。
位置，都要和给定的轨迹上的坐标值比较一次，看实 际加工点在给定轨迹的什么位置，判断其偏差，然后 决定下一步的走向，如果加工点走到图形外面去了， 那么下一步就要向图形里面走；如果加工点在图形里 面，那么下一步就要向图形外面走，以缩小偏差。逐 点比较法是以阶梯折线来逼近直线和圆弧的。最大偏 差不超过一个脉冲当量，因此，只要把脉冲当量控制 的足够小，就能达到加工精度的要求。
离来描述刀具位置与被加工圆弧之间关系。如 图2-39所示为圆弧插补过程，设圆弧圆心在坐 标原点，已知圆弧起点A（Xa，Ya），终点B （Xb，Yb），圆弧半径为R。
第二章 数控系统
第二章 数控系统
l 加工点可能在三种情况出现，即圆弧上、圆弧外、圆 弧内。当动点P（Xi，Yi）位于圆弧上时有：
X2＋Y2－R2=0
第二章 数控系统
2.1.3 CNC装置的特点
l 1.灵活性 l 2.通用性 l 3.可靠性 l 4.易于实现许多复杂的功能 l 5.使用维修方便
第二章 数控系统
2.2 CNC系统硬件
l 2.2.1 CNC系统硬件结构与分类 l 1．CNC系统的结构
随着大规模集成电路技术和表面安装技术的发展， CNC系统硬件模块及安装方式不断改进。从CNC系统 的总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种。 l 2．CNC 系统的分类
l
P点在圆弧外侧时，则OP大于圆弧半径R，即
X2＋Y2－R2>0
l
P点在圆弧内侧时，则OP小于圆弧半径R，即
X2＋Y2－R2<0
第二章 数控系统
用F表示P点的偏差值，定义圆弧偏差函数判别式为
（2-5） 当动点落在圆弧上时，一般约定将其和F>0一并考虑。 图2-40a中AB为第一象限顺圆弧SR1，若F≥0时，动
Xe Y－ Ye X ＝0
(2-1)
直线OE 为给定轨迹，P（X，Y）为动点坐标，动点与直线的位置关 系有三种情况：动点在直线上方、直线上、直线下方。
（1） 若P1点在直线上方，则有：
XeY－XYe>0
（2） 若P点在直线上，则有 ：
XeY－XYe＝0
（3）若P2点在直线下方，则有 ：
XeY－XYe<0
第二章 数控系统
2.1.1 CNC装置的结构
l C系统及CNC装置 1） CNC装置 2）输入输出装置 3）主轴驱动和进给伺服系统
第二章 数控系统
2.1.1 CNC装置的结构
第二章 数控系统
2.1.1 CNC装置的结构
• C装置的功能
1）控制功能 2）准备功能 3）插补功能和固定循环功能 4）进给功能、进给速度的控制功能 5）主轴功能 6）辅助功能 7）刀具管理功能 8）补偿功能 9）人机对话功能 10）自诊断功能 11）通讯功能
第二章 数控系统
1．多微处理器系统特点
l （1）计算处理速度高 l （2）可靠性高 l （3）有良好的适应性和扩展性 l （4）硬件易于组织规模生产
第二章 数控系统
2. 多微处理器系统的基本功能模块
l （1) CNC管理模块 l （2）存储器模块 l （3）CNC插补模块 l （4）位置控制模块 l （5）操作和控制数据输入输出和显示模块 l （6） PLC模块
第二章 数控系统
l 这里规定动点在直线上时，可归入F>0的情况一同考 虑。插补工作从起点开始，走一步，算一步, 判别一次， 再走一步，当沿两个坐标方向走的步数分别等于Xe和 Ye时，停止插补。下面将F的运算采用递推算法予以 简化，动点Pi(Xi，Yi)的Fi值为：
l 若Fi≥0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上， 应沿＋X向走一步，假设坐标值的单位为脉冲当量， 走步后新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1， Yi+1=Yi , 新点偏差为：
l 3．带有完全用软件实施的插补器的CNC系统。
第二章 数控系统
二、CNC装置软件结构的特点
l 1．多任务并行处理 (1) CNC系统的多任务性 (2) 并行处理
l 2．实时中断处理 （1）实时性 （2） CNC装置的中断类型 （3） CNC装置中断结构模式
第二章 数控系统
2.3.2 CNC系统软件的功能特点
第二章 数控系统
2.1.2 CNC装置的工作过程
机床数控系统是一种位置控制系统。数控 机床的任务是依照操作者的意愿完成所要加工 零件。操作者根据被加工零件的尺寸要求、外 形要求、表面指令要求编制零件加工程序。
第二章 数控系统
CNC在工作过程中完成以下的任务
l 1.加工程序的输入 l 2.数据的译码和计算 l 3.刀具补偿计算 l 4.插补计算 l 5.位置控制处理
第二章 数控系统
3．多微处理机CNC装置的典型结构
l （1）共享总线结构 l （2）共享存储器结构
第二章 数控系统
2.3.1 CNC系统软件结构与分类
l 一、CNC系统软硬件组合类型
第二章 数控系统
l 1．不用软件插补器，插补完全由硬件完成的 CNC系统；
l 2．由软件插补器完成粗插补，由硬件插补器 完成精插补的CNC系统；
点在圆弧上或圆弧外，向－Y向进给，计算出新点的 偏差；若F<0，表明动点在圆内，向＋X向进给，计 算出新一点的偏差，如此走一步，算一步，直至终 点。