数控系统的分类

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。

浅谈数控机床原理、分类与选择（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）摘要:数控机床是运用数控技术对零件进行加工控制的机床。

经过近几十年国内外厂家的发展，数控机床的种类繁多，且控制精度日渐提高，本文对数控机床的原理、分类进行了详细的介绍，给出了企业在选择数控机床时应主要考虑的几个原则。

关键词:数控机床;原理;分类数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和稳定性、能加工复杂零件、减轻了工人的劳动强度和易于实现现代化管理等一系列优点，目前在机械制造业中得到了广泛的应用。

一、数控机床原理数控机床一般由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。

信息载体即穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘等，用于记录程序编制的内容，并通过光电纸带阅读机、磁带机和磁盘驱动器等读入装置输送给数控装置。

数控装置是数控机床的核心，也就是常说的NC（普通数控装置）或CNC（计算机数控装置），NC是数控机床发展初期的一种形式，现在的数控机床大多使用CNC系统。

数控装置的作用是接受读入装置输入的加工信息，经过译码处理和运算，发出相应的指令脉冲给伺服系统，完成零件加工。

伺服系统是数控机床的执行部分，由电动机和传动装置组成。

伺服系统接受数控装置传来的指令脉冲信号，控制机床执行件（工作台或刀架）运动的位移和速度。

机床本体主要是机械部件，包括主运动部件、进给运动部件和支承部件等。

对于数控机床部件来讲，机械部件结构较通用机床简单，但其各项技术指标要求比通用机床要高。

在数控机床上进行加工时，首先根据零件图编制程序，编程的代码和指令格式大多符合ISO标准和相应的国家标准。

然后将程序通过信息载体输入到NC或CNC中，由数控系统根据程序内容发出指令，一方面由伺服系统中的电动机通过传动装置控制机床执行件的运动，另一方面控制机床的其它辅助运动，如主轴转速、转向选择，冷却泵的开停等。

常见的数控系统常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。

发那科（FANUC）系统FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。

FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANUC0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。

在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。

系统在设计中大量采用模块化结构。

这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。

FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。

PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。

系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC和机床之间的数据传输。

FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。

FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。

鉴于前述的特点，FANUC系统拥有广泛的客户。

使用该系统的操作员队伍十分庞大，因此有必要了解该系统的一些软、硬件上的特点。

我们可以通过常见的FANUC0系列了解整个FANUC系统的特点。

⑴刚性攻丝主轴控制回路为位置闭环控制，主轴电机的旋转与攻丝轴（Z轴）进给完全同步，从而实现高速高精度攻丝。

⑵复合加工循环复合加工循环可用简单指令生成一系列的切削路径。

比如定义了工件的最终轮廓，可以自动生成多次粗车的刀具路径，简化了车床编程。

⑶圆柱插补适用于切削圆柱上的槽，能够按照圆柱表面的展开图进行编程。

⑷直接尺寸编程可直接指定诸如直线的倾角、倒角值、转角半径值等尺寸，这些尺寸在零件图上指定，这样能简化部件加工程序的编程。

⑸记忆型螺距误差补偿可对丝杠螺距误差等机械系统中的误差进行补偿，补偿数据以参数的形式存储在CNC的存储器中。

⑹CNC内装PMC编程功能PMC对机床和外部设备进行程序控制⑺随机存储模块MTB（机床厂）可在CNC上直接改变PMC程序和宏执行器程序。

机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。

二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。

从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。

位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。

指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。

位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。

它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。

开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。

如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。

由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。

闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。

系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。

与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。

由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。

闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm～±0.005 mm。

半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。

将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。

闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与凋试都比较简单。

全数字伺服系统随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。

使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。

典型数控系统介绍（1）FANUC数控系统日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在我国市场的占有率远远超过其它的数控系统，主要体现在以下几个方面：①系统在设计中大量采用模块化结构。

这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性大大提高，而且便于维修、更换。

②具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。

其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75%。

③有较完善的保护措施。

FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。

④FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。

对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。

⑤提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。

这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。

⑥具有很强的DNC功能。

系统提供串行RS232通讯接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。

⑦提供丰富的维修报警和诊断功能。

FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。

FANUC的新一代NGC(NEXT GENERATION CONTROLLERS) 数控系统(以下简称为NGC系列)包括3个系列：0i系列：高可靠性和高性能价格比的CNC，该系列包括FS0i/0i mate D；16i系列：适合于各种数控机床的高速、高精、纳米CNC，该系列包括FS16i/18i/21i；30i系列：适合于先进、复合、多轴、多通道、纳米CNC，该系列包括 FS30i/31i/32i。

这三个系列的CNC数控系统是FANUC公司新近开发的数控系统。

涵盖低端到高端，并配合开发各种规格的高性能、高精度的旋转和直线移动的伺服电机(包括传感器)、伺服放大器，构成了完整的系列。

（2）SINUMERIK数控系统SINUMERIK数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品，目前在广泛使用的主要有802、810、840等几种类型。

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。

复习资料1．闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统（ B ）。

A．稳定性好B．精度高C．故障率低D．价格低2．脉冲当量是（ D ）。

A．每个脉冲信号使伺服电动机转过的角度B．每个脉冲信号使丝杠转过的角度C．数控装置输出的脉冲数量D．每个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量3．CNC系统软件存放在（ B ）。

A．单片机B．程序存储器C．数据存储器D．穿孔纸带4．在中断型软件结构中，各种中断程序被安排成优先级别不同的中断服务程序，下列程序中被安排在最高级别的程序是（ B ）。

A．译码、刀具中心轨迹计算B．CRT显示C．插补运算D．伺服系统位置控制5．G04代码表示（ A ）。

A．进給停止B．顺园插补C．逆园插补D．撤销刀具半径补偿6．能够实现加工中心换刀时主轴准停功能的检测装置是（ D ）。

A．光栅尺B．感应同步器C．磁栅D．主轴脉冲编码器7．直线式感应同步器是通过鉴别（ B ）上感应电动势的相位或幅值，来测量滑尺相对于定尺的位移量。

A．滑尺绕组B．定尺绕组C．励磁绕组D．输入绕组8．光栅利用( A )，使得它能测得比栅距还小的位移量。

A.莫尔条纹的作用B.数显表C.细分技术D.高分辨指示光栅9．当交流伺服电机正在旋转时，如果控制信号消失，则电机将会( D )。

A.以原转速继续转动B.转速逐渐加大C.转速逐渐减小D.立即停止转动10．加工中心主轴准停装置的作用是（ A ）。

A．保证刀具的自动装卸B．测量主轴的转速C．测量主轴的温升D．使切削过程得到恒线速1．简要说明数控系统进行①译码、②刀具补偿、③进给速度处理和④插补的工作内容。

答：1. 译码译码是以零件程序的一个程序段为单位进行处理，把其中零件的轮廓信息（起点、终点、直线或圆弧等），F、S、T、M等信息按一定的语法规则解释（编译）成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区域。

编译过程中还要进行语法检查，发现错误立即报警。

(数控技术期末复习题)一、填空题1、数控机床由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈和机床本体组成。

2、数控装置是数控机床的核心。

它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入的信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。

3、数控机床分为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。

4、数控编程的步骤：分析零件确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。

5、数控机床坐标系确定顺序：Z-X-Y.。

6、数控机床中X尺寸一般采用直径编程。

7、坐标平面指令：G17、G18、G19。

8、圆弧差补指令用R代替I、J、K值。

圆心角小于180度时，R 取正直。

9、数值计算内容：基点和节点计算、刀位点轨迹计算、辅助计算。

10、CMC数控机床的功能分为基本功能和选择功能。

11、刀补过程分为刀补建立、刀补运行、刀补取消。

12、插补算法：脉冲增量插补、数据采样插补。

13、四个工作节拍：偏差判别、紧急计算、偏差计算、终点判别。

14、脉冲分配方法：电路分配法、软件分配法。

环形分配器的作用是将来自CMC的指令脉冲按一定的顺序送主电动机绕组的控制电路。

15、感应同步器是一种电磁式位置检测元件，按其结构特点一般分为直线式和旋转式。

前者用于直线位移测量，后者用于角位移测量。

16、丝杠螺母副可通过垫片调整、螺纹调整、齿差式调整来调整间隙。

二、名词解释1、基点：构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。

基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。

节点：当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线，这称为拟合处理。

拟合线段的交点或切点称为节点。

2、数控加工：数控加工:是利用一种能自动换刀的数控铣铿床,即工件经一次装夹后能自动完成铣锉钻铰等多工序综合加工,综合加工机对原料作综合加工处理，得到所需形状。

<〈数控加工编程技术>>试题库一、填空1.数控机床按伺服系统的形式分类，可分为:开环控制、全闭环控制、半闭环控制。

2.DNC是指直接数字控制系统。

FMC则是柔性制造单元。

3.NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是( 计算机数字控制）， FMS的含义是( 柔性制造系统)。

4.数控机床中的标准坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，并规定增大刀具与工件之间距离的方向为坐标正方向。

5.刀具补偿包括_半径补偿_和_长度补偿_。

6.编程时可将重复出现的程序编成子程序，使用时可以由主程序多次重复调用。

7.在数控铣床上加工整圆时，为了避免在工件表面产生刀痕，刀具应该从起始点沿圆弧表面的切线方向进入，进行圆弧铣削加工;整圆加工完毕退刀时，顺着圆弧表面的切线方向退出。

8.铣削平面轮廓曲线工件时，铣刀半径应小于工件轮廓的最小凹圆半径。

9.数控机床按控制系统功能特点分类分为：点位控制、直线控制和轮廓控制机床。

10.数控机床主要由加工程序、输入装置、数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置、辅助控制装置、机床本体等组成。

11.数控车床的混合编程是指在编程时可以采用绝对编程和增量编程12.机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退回到机床参考点。

13.数控系统是由_数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置、辅助控制装置_组成。

14.第一台数控机床是由__美国___的帕森Parsons公司与美国的麻省理工学院（MIT）于_1952__年合作研制成功的15.切削用量包括_切削速度_、进给速度__和__吃刀深度。

16.数控机床中的标准坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。

17.数字控制是用___数字化____信号进行控制的一种方法.。

32、在数控编程时，使用( 刀具补偿）指令后，就可以按工件的轮廓尺寸进行编程，而不需按照刀具的中心线运动轨迹来编程。

33、圆弧插补时,通常把与时钟走向一致的圆弧叫( 顺圆 )，反之称为（逆圆 )。

数控机床的十大数控系统1、日本FANUC数控系统日本发那科公司(FANUC)是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业，总人数4549人(2005年9月数字)，科研设计人员1500人。

(1)高可靠性的PowerMate 0系列用于控制2轴的小型车床，取代步进电动机的伺服系统;可配画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDI，也可配性能/价格比高的DPL/MDI。

(2)普及型CNC 0-D系列 0-TD用于车床，0-MD用于铣床及小型加工中心，0-GCD用于圆柱磨床，0-GSD用于平面磨床，0-PD用于冲床。

(3)全功能型的0-C系列 0-TC用于通用车床、自动车床，0-MC用于铣床、钻床、加工中心，0-GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-TTC用于双刀架4轴车床。

(4)高性能/价格比的0i系列整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。

0i-MB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动;0i-TB/TA用于车床，4轴2联动;0i-mateMA用于铣床，3轴3联动;0i-mateTA用于车床，2轴2联动。

(5)具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i/21i系列控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。

其中FSl6i-MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。

16i最大可控8轴，6轴联动;18i最大可控6轴，4轴联动;21i最大可控4轴，4轴联动。

除此之外，还有实现机床个性化的CNCl6/18/160/180系列。

2、德国西门子数控系统西门子是全球电子电气工程领域的领先企业，主要业务集中在工业、能源、医疗、基础设施与城市四大业务领域。

140年来，西门子以其创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地与中国开展全面合作，并以不断的创新、出众的品质和令人信赖的可靠性得到广泛认可。

在2011财年(2010年10月1日到2011年9月30日)，西门子在中国的总营收达到63.9亿欧元(不包括欧司朗和西门子IT 解决方案和服务集团)。