项目9 典型数控系统介绍
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典型数控系统
德国海德汉尔530数控系统
Heidenhain的iTNC530 控制系统是适合铣床、 加工中心或需要优化刀 具轨迹控制之加工过程 的通用性控制系统，属 于高端数控系统。该系 统的数据处理时间比以 前的TNC系列产品快8倍， 所配备的“快速以太网” 通讯接口能以100Mbit／ s的速率传输程序数据， 比以前快了10倍，新型 程序编辑器具有大型程 序编辑能力，可以快速 插入和编辑信息程序段。
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，并配有 接口电路和伺服驱动装置，用于控制自动化加工设备的专用计算机系
统。
• CNC系统由数控程序存储装置（从早期的纸带到磁环，到磁带、磁 盘到计算机通用的硬盘）、计算机控制主机（从专用计算机进化到PC体 系结构的计算机）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给 （伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。 • CNC系统是一个专用的实时多任务计算机系统，在它的控制软件中 融合了当今计算机软件技术中的许多先进技术，其中最突出的是多任务 并行处理和多重实时中断。 • CNC系统是一种位置控制系统。其控制过程是根据输入的信息(加工 程序)，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系统的核心是CNC装置。由于 采用了计算机，使CNC装置的性能和可靠性提高，促使CNC系统迅速发 展。
• • • ①0i系列——只卖给中国(如沈阳机床厂)②16i系列——可以卖给台湾、韩国 ③30i系列——供本国和美国使用 新系列:150i/160i/180i/210i
0D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 0C系统：0—TC 用于普通车床、自动车床 0—MC 用于铣床、钻床、加工中心 0—GCC 用于内、外磨床 0—GSC 用于平面磨床 0—TTC 用于双刀架、4轴车床 POWER MATE 0：用于2轴小型车床 0i系列：0i—MA 用于加工中心、铣床 0i—TA 用于车床，可控制4轴 16i 用于最大8轴，6轴联动 18i 用于最大6轴，4轴联动 160/18MC 用于加工中心、铣床、平面磨床 160/18TC 用于车床、磨床 160/18DMC 用于加工中心、铣床、平面磨床的开放式CNC系统 160/180TC 用于车床、圆柱磨床的开放式CNC系统
典型数控系统介绍-PPT课件
三菱数控系统典型产品
M700V系列三菱数控系统
■支持5轴联动，可加工复杂表面形状的工件多样的键盘规格（横向、纵向） 支持 ■支持触摸屏，提高操作便捷性和用户体验 ■支持向导界面（报警向导、参数向导、操作向导、G代码向导等），改进用 户使用体验 ■标准提供在线简易编程支援功能（NaviMill、NaviLathe），简化加工程序编 写 ■NCDesigner自定义画面开发对应，个性化界面操作，提高机床厂商知名度 ■标准搭载以太网接口（10BASE-T/100BASE-T），提升数据传输速率和可靠 性 ■PC平台伺服自动调整软件MSConfigurator，简化伺服优化手段 ■支持高速同期攻牙OMR-DD功能，缩短攻牙循环时间，最小化同期攻牙误差 ■全面采用高速光纤通信，提升数据传输速度和可靠性
(2)接口诊断 1)报警记录存储 2)轮廓监视 3)主轴监视 4)PLC内部状态显示 5)可编程工作区域限制
六、CNC编程
(1)程序的编辑
(2)程序的输入 (3)程序的删除
DIN 66025标准 高级语言编程特色
(4)程序的拷贝
(5)PLC报警文本的编辑 (6)程序中插入注释语句 (7)绝对值及增量值编程
SINUMERIK的功能特点
1、SIEMENS系列数控系统在功能上，特别是在多轴控制、通信、PLC 及编程方面具有特色。SIEMENS公司为了适应柔性制造系统FMS和计算 机制造系统CIMS的需要，在810/820、850/880系统中采用通道结构， 使控制轴数可达20～30个，其中包括多主轴控制，并可实现12个工位的 联动控制。产品采用模块化结构，模块由多层印制电路板制成，在一种 CNC系列中采用标准硬件模块，用户可选择不同模块组合来满足各种机 床的要求。 2、CNC产品中采用了通信中央处理单元，使其具有很强的数据管理、 传送和处理能力，以及与上级计算机通信的功能，易于进入FMS，数据 传送用RS-232C/20mA接口（V24）。 3、SIEMENS公司开发了总线结构的SINEC H1工业局部网络，可连接 成FMC和FMS。SIEMENS公司的CNC产品采用SIMATIC S5、S7系列可 编程控制器或内装式可编程序控制器，用STEP5、STEP7编程语言。功 能很强的PLC可以满足各种机床与CNC之间的大量信息交换要求，同时 显著提高了信息传递的速度。
典型数控系统简介
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7.2 SIEMENS数控系统
SINUMERIK 802D为全数字数控系统，最多可控制 四个数字进给轴和一个主轴。CNC通过PROFIBUS总线于 I/O模块和数字驱动模块相连接，主轴通过模拟接口控制。
SINUMERIK 802S/802C/802D采用SIMATIC S7-200PLC指令集对系统内部的PLC进行编程。
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7.2 SIEMENS数控系统
（1）全功能键盘有竖直结构和水平结构可选择。 （2）I／O模块PP72／48与PROFIBUS连接，提供72点数
字输人和48点数字输出(+24V，0．25A)。 PLC功能相 当于SIMATICS7-200，有2048个标志位，32个定时器 和32个计数器。 （3）机床控制面板除了操作机床所需的全部按键和开关外，还 提供了六个用户定义键。 机床控制面板用两个扁平电缆连 接到I／O模块上。 （4）增量式光电编码器输出信号为sin／cos 1VPP， 0~65535脉冲/r，最高频率350kHz，主轴编码器输出 TTL差分信号。
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7.2 SIEMENS数控系统
操作面板(OP020)采用液晶显示屏幕，可独立安装在便 于操作的位置上，操作面板和ECU之间由专门的电缆连接起 来。机床控制面板(MCP)可以和操作面板(OP020)安装在 一起，也可以独立安装，它们之间由专门的电缆相连接， MCP上有六个自由定义键，用户可根据需要设定机床功能。 图7-7所示为SINUMERIK802S连接图。
第七章 典型数控系统简介
7.1 华中数控系统 7.2 SIEMENS数控系统 7.3 FANUC数控系统
7.1 华中数控系统
7.1.1 华中数控系统介绍
7.2 SIEMENS数控系统
SINUMERIK 802D为全数字数控系统，最多可控制 四个数字进给轴和一个主轴。CNC通过PROFIBUS总线于 I/O模块和数字驱动模块相连接，主轴通过模拟接口控制。
SINUMERIK 802S/802C/802D采用SIMATIC S7-200PLC指令集对系统内部的PLC进行编程。
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7.2 SIEMENS数控系统
（1）全功能键盘有竖直结构和水平结构可选择。 （2）I／O模块PP72／48与PROFIBUS连接，提供72点数
字输人和48点数字输出(+24V，0．25A)。 PLC功能相 当于SIMATICS7-200，有2048个标志位，32个定时器 和32个计数器。 （3）机床控制面板除了操作机床所需的全部按键和开关外，还 提供了六个用户定义键。 机床控制面板用两个扁平电缆连 接到I／O模块上。 （4）增量式光电编码器输出信号为sin／cos 1VPP， 0~65535脉冲/r，最高频率350kHz，主轴编码器输出 TTL差分信号。
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7.2 SIEMENS数控系统
操作面板(OP020)采用液晶显示屏幕，可独立安装在便 于操作的位置上，操作面板和ECU之间由专门的电缆连接起 来。机床控制面板(MCP)可以和操作面板(OP020)安装在 一起，也可以独立安装，它们之间由专门的电缆相连接， MCP上有六个自由定义键，用户可根据需要设定机床功能。 图7-7所示为SINUMERIK802S连接图。
第七章 典型数控系统简介
7.1 华中数控系统 7.2 SIEMENS数控系统 7.3 FANUC数控系统
7.1 华中数控系统
7.1.1 华中数控系统介绍
典型数控系统介绍FANUC西门子广州数控华中数控
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。
典型数控系统介绍课件
应用领域
发展历程
FANUC系统广泛应用于加工中心、数控车 床、磨床和铣床等机床设备。
FANUC系统自上世纪70年代推出以来，不 断进行技术升级和产品迭代，始终保持其 在数控领域的领先地位。
Siemens数控系统
技术特点
Siemens数控系统以其强大的 计算和控制能力著称，能够实
现复杂零件的高效加工。
03
应用领域
高效化发展的数控系统将广泛应用于汽车、航空航天、模具制造等领域
，满足这些行业对高效率和高精度的加工需求。
数控系统的智能化发展
智能化发展
随着人工智能和物联网技术的快速发展，数控系统的智能化成为未来的重要趋势。通过引 入人工智能算法和大数据技术，数控系统可以实现自适应加工、智能故障诊断等功能。
应用软件
根据具体的加工需求，开发用于实现特定加工功能的 软件。
支撑软件
提供软件开发和运行的支撑环境，如操作系统、数据 库管理系统等。
数控系统的功能特点
高精度加工
数控系统采用数字化控制方式，能够实现高 精度的加工。
自动化程度高
数控系统能够实现加工过程的自动化，减少 人工干预，提高生产效率。
加工灵活
数控系统可以通过改变加工程序实现不同零 件的加工，具有很高的灵活性。
故障排除
根据故障分析结果，采取相应的措施进行故障排 除，如更换部件、调整参数、修复软件等。
ABCD
故障分析
根据故障的表现和特征，分析故障产生的原因和 可能的影响范围。
预防措施
针对故障产生的原因，采取相应的预防措施，以 降低故障发生的概率和影响程度。
05
数控系统的未来发 展趋势
数控系统的高效化发展
伺服系统
数控系统概述
数控机床
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
数控系统：
1）一种采用数字信号进行工业控制的系统； 2）数控机床的核心部分； 3）整个数控机床的运算中心和控制中心；
图 2.1 计算机群控系统
.
图 2.1 计算机群控数控系统
.
功能：
1）多坐标轴联动控制 2）刀具位置补偿 3）系统故障诊断 4）在线编程
.
5） 加工、编程并行作业 6）加工仿真 7）刀具管理和监控 8）在线检测 9） 网络加工
称实时中断服务程序； 后台程序（又称背景程序）--循环执行的主程序。
● 中断型
图 2.6 前后台程序执行时间的关系
.
图 2.6 前后台程序执行时间的关系
.
功能模块
图 2.7 系统软件功能模块 图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
.
图 2.7 系统软件功能模块
.
图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
.
1.1 数控系统的硬件组成
组成 ● 微机基本系统 ● 人机对话界面接口 ● 通信接口 ● 进给轴控制接口 ● 主轴控制接口 ● 辅助控制接口等
图 2.2 数控系统的硬件组成
.
图 2.2 数控系统的硬件组成
.
1.2 数控系统的软件功能及实现
两种结构
● 前后台型结构： 前台程序--与机床控制直接相关的实时控制部分，又
数控机床
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
数控系统：
1）一种采用数字信号进行工业控制的系统； 2）数控机床的核心部分； 3）整个数控机床的运算中心和控制中心；
图 2.1 计算机群控系统
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图 2.1 计算机群控数控系统
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功能：
1）多坐标轴联动控制 2）刀具位置补偿 3）系统故障诊断 4）在线编程
.
5） 加工、编程并行作业 6）加工仿真 7）刀具管理和监控 8）在线检测 9） 网络加工
称实时中断服务程序； 后台程序（又称背景程序）--循环执行的主程序。
● 中断型
图 2.6 前后台程序执行时间的关系
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图 2.6 前后台程序执行时间的关系
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功能模块
图 2.7 系统软件功能模块 图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
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图 2.7 系统软件功能模块
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图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
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1.1 数控系统的硬件组成
组成 ● 微机基本系统 ● 人机对话界面接口 ● 通信接口 ● 进给轴控制接口 ● 主轴控制接口 ● 辅助控制接口等
图 2.2 数控系统的硬件组成
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图 2.2 数控系统的硬件组成
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1.2 数控系统的软件功能及实现
两种结构
● 前后台型结构： 前台程序--与机床控制直接相关的实时控制部分，又
数控机床
《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
数控系统结构介绍课件
传动装置
传动装置将伺服电机的旋转运动 转化为机床所需的直线运动或旋
转运动，以实现加工过程。
检测装置
位置检测装置 速度检测装置 电流检测装置
CHAPTER
数控系统软件结构
数控编程语言
G代码 M代码 HMI语言
插补计算原理
01
02
直线插补
圆弧插补
03 样条插补
控制算法与策略
位置控制算法
1
速度控制算法
数控系统结构介绍课 件
contents
目录
• 数控系统概述 • 数控系统硬件结构 • 数控系统软件结构 • 数控系统通信与网络 • 数控系统应用实例 • 数控系统发展趋势与前景
CHAPTER
数控系统概述
数控系统定义
数控系统发展历程
第一阶段
第二阶段 第三阶段
数控系统应用领域
航空航天
汽车制造
能源装备
PROFINET工业以太网
这是一种实时以太网技术，集成了IT和自动化领域的通信技术，具有实时性、开 放性、互操作性等特点，为数控系统的通信提供了高效可靠的解决方案。
CHAPTER
数控系统应用实例
数控机床数控系 统
功能
组成
应用
工业机器人数控系统
功能
01
组成
02
应用
03
3D打印设备数控系统
功能
3D打印设备数控系统是用于控制3D打印机进行打印操作的系统， 具有高精度、高速度、高自由度等特点。
2
自适应控制策略
3
CHAPTER
数控系统通信与网络
数控系统通信协议
RS-232通信协议 RS-485通信协议 CAN总线协议
数控系统简介介绍
数控系统发展历程
第一阶段（1940s-1950s）
01
数控技术的萌芽阶段，主要使用电子管元件构成的控制装置，
体积庞大、功耗高。
第二阶段（1960s-1970s）
02
晶体管、集成电路等元件的应用，使得数控系统体积减小、性
能提高，逐渐应用于工业生产。
第三阶段（1980s至今）
03
计算机技术的飞速发展，微处理器、微型计算机广泛应用于数
床的基本运动。
编译解释系统
将用户编写的加工程序翻译成 机器语言，供控制计算机执行
。
插补计算系统
根据加工程序的要求，实时计 算各坐标轴的运动轨迹和速度
。
诊断与监控系统
实时监测数控系统的运行状态 ，诊断故障并提供相应的处理
措施。
数控系统工作原理
控制计算机接收来自输入设备的指令和参数。
编译解释系统将接收到的加工程序翻译成机器语言，并传 递给控制计算机。
其他领域
如医疗器械、艺术品雕刻等非 传统制造行业，也逐渐采用数 控系统进行高精度、高效率的
加工生产。
02
数控系统组成与原理
数控系统硬件组成
控制计算机 输入/输出设备 伺服驱动系统 检测反馈装置
控制计算机是数控系统的核心，负责接收、处理和解释来自操 作面板、外部存储设备等的指令，并根据这些指令控制机contents
目录
• 数控系统概述 • 数控系统组成与原理 • 数控系统分类与特点 • 数控系统发展趋势与前景
01
数控系统概述
数控系统定义
• 数控系统（Numerical Control System，简称NC系统）是一种通过数字信号对机床运动及加工过程进行自动控制的技术 。它利用计算机技术、自动控制技术、检测技术等，实现对机床的精确控制，以完成复杂零件的高精度、高效率加工。
数控系统介绍
数控机床的控制系统简介随着现代微电子技术的飞速发展，微电子器件集成度和信息处理能力不断提高，而价格却不断下降，这使以信息技术为中心的新技术革命正冲击着世界各技术领域，机械制造业自动化正经历从CNC（计算机数控系统）→FMS(柔性制造系统）→CIMS(计算机集成制造系统）的发展。
一．数控系统的基本工作过程。
1.输入向CNC装置输入的内容有：零件程序、控制参数和补偿数据等。
输入的方式有：手工键盘输入、磁盘或卡输入和连接计算机的DNC接口输入等。
2.译码译码是以一个程序段为单位进行的。
译码的目的是：把程序段中的各种零件轮廓信息（如起点、终点、直线或圆弧等几何要素）、加工速度信息（F代码）和其他辅助信息（M,S,T代码等）按照特定的语法规则解释成数控装置能识别的语言并以特定的格式存放在指定的内存专用区。
在译码过程中，还要完成程序段的语法检查，一旦发现错误会立即报警。
3. 刀具补偿刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。
刀具半径补偿是把立即轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。
刀具长度补偿是编程人员不必知道刀具的实际长度，而根据假设刀具长度编程，数控装置按两者之差自动补偿。
4.进给速度处理数控装置进给速度处理的任务是要保证程序速度的实现。
编程所给定的刀具移动速度是加工轨迹切线方向的速度，速度处理就是把它们分解各运动坐标向的分速度。
5.插补插补是在已知起点和终点的曲线上，按选定的数学模型求其他中间数据点的工作，即所谓的“数据点密化”。
6.位控制在闭环控制的CNC系统中，位置位置的作用是：在每各采样周期内，把插补计算机得到的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。
在位置控制中，通常还要进行位置回路的位置的增益调整各坐标系方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。
7.I/O处理I/O处理，主要是处理CNC装置与机床之间的强电信号的输入、输入和控制（如换刀、换挡及冷却液等）。
8.显示CNC装置的显示主要是为操作者提供便利。