数控系统及工作原理144页PPT

二、数控加工程序的输入：
1.输入(MDI、磁盘、DNC接口) 2.零件加工程序的存放形式（P23）
（两区： 零件加工程序存储区：连续存储，不留空隙； 目录区：含程序名称、程序首址、程序终址）
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第四节 数控加工程序的输入
零件程序的存储形式—系统内部代码(表2-5)
二.数控机床的坐标系 机床的坐标原点在机床上某一点，是固定不变的，机床出厂已
确定。机床的换刀点，托板的交换点，…这些点在机床上都是固定 点。 （1）机床坐标系: 在数控机床中，为了实现零件的加工，往往需 要控制几个方向的运动，这就需要建立坐标系，以便区别不同运动 方向。 （2）工件坐标系：程序编制人员在编程时使用的坐标系。在这个 坐标系内编程可以简化坐标计算，减少错误，缩短程序长度。
CRT/MDI(Cathode – reytube/man data input)
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第二节 数控机床的坐标系统
2． 对刀点的确定 对刀点也称起刀点是数控加工中刀具相对工件运动的起点。
a）对称零件的对刀点选择 b）钻孔加工时的对刀点选择 图2-6 对刀点的选择
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第三节 信息输入
一.数控系统的信息 数字量:对各坐标轴的运动进行数字控制。如对进给各坐标 轴运动的控制。 开关量:实现辅助功能，如主轴的启停、换向，冷却、润滑 的启停等。
第二章 数控系统程序输入与通信
第一节 程序编制的基础知识 第二节 数控机床的坐标系统 第三节 信息输入 第四节 数控加工程序的输入 第五节 数控加工程序的预处理 第六节 数控系统的通信接口与网络
1
第一节 程序编制的基础知识
一、数控编程的概念
编程的内容与步骤
数控编程的过程可以用流程图2-1表示。各环节简 要说明如下：

FFH
G
67H
47H 11H EOR 0BH A5H
22H
21
第五节 数控加工程序的预处理
地址 2000H 2001H 2002H 2003H 2004H 2005H 2006H 2007H
表2-6 数控加工程序存储器
内容
地址
内容
地址
内容
10H
2008H
01H
2010H
00H
00H
2009H
12H
25
第五节 数控加工程序的预处理
刀具 A B
图2-7 刀具半径补偿
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第五节 数控加工程序的预处理
2 刀具长度补偿及刀具半径补偿 具体应用 加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在一次加 工中使用多把长度不同的刀具，需要有刀具长度补偿功能。 轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半 径补偿功能。 车削加工：可以使用多种刀具，数控系统具备了刀具长度和 刀具半径补偿功能，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关， 可大大简化编程。
进给速度控制方法和所采用的插补算法有关 1.开环控制系统--脉冲增量插补方式下进给速度控制
以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进 给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以 进给速度处理是根据程编的进给速度值来确定脉冲源频率的过
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第五节 数控加工程序的预处理
三、 进给速度处理（控制）
为什么要控制进给速度
对于任何一个数控机床来说，都要求能够对进给速度进行 控制，它不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且 与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。
按照加工工艺的需要，进给速度的给定一般是将所需的进 给速度用F代码编入程序。对于不同材料的零件，需根据切削速 度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速 度。

➢轮廓数控系统
这类数控系统能对两个以上机床坐标轴的移动速度和运动轨迹同时进 行连续相关的控制，能够进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。
2020/7/27
1.1基本概念
2）按伺服系统分类 ➢开环数控系统
无检测反馈，信号流程单向，结构简单，成本较底，调试简单，精度 、速度受到限制，执行元件通常采用步进电机。
PLC
G、F等几何、 工艺信息
预处理
机床电气
插补运算
伺服控制 电机
检测 反馈
2020/7/27
1.3现代机械制造系统
1、 现代机械制造系统特点 Nhomakorabea刚性自动生
产线 柔性自动生
生
产线
产
柔性制造单
率
元
数控加工中
心 普通数控机
床
柔性
2020/7/27
1.3现代机械制造系统
1）计算机直接数控系统（DNC）
计算机直接数控系统就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控 机床进行零件加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床 不再带有自己的数控装置，它们的插补和控制功能全部由中央计算机来 完成，这种方式可靠性不高，已被淘汰。现代的DNC系统中，各台数 控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的中央计算机组成计算机 网络，实现集中处理和分级控制，使系统具有生产管理、作业调度、工 况显示、监控和刀具寿命管理的能力，为FMS的发展提供了基础。因 此现代的DNC系统又被称为分布式数字控制系统。
➢普及型数控系统
这类数控系统通常采用16位的CPU，分辨率可达0.001mm，进给速 度达10~24m/min，联动轴数在4轴以下，具有平面线性图形显示功 能。
➢高级型数控系统
这类数控系统通常采用32位的CPU，分辨率高达0.0001mm，进给 速度可达100m/min，联动轴数在5轴以上，具有3维动态图形显示功 能。

char G0；
//以标志形式存放G指令。
char G1；
char M0；
//以标志形式存放M指令。
char M1；
char T；
//存放本段换刀的刀具号。
char D；
//存放刀具补偿的刀具半径值。
}；
以标志形式存放G指令示例
在系统软件中各程序间的数据交换方式一般都 是通过缓冲区进行的。该缓冲区由若干个数据结构 组成，当前程序段被解释完后便将该段的数据信息 送入缓冲区组中空闲的一个。后续程序（如刀补程 序）从该缓冲区组中获取程序信息进行工作。
• 6.位移与速度检测装置
• 位移检测装置：测量装置按各坐标轴方向安装在 机床的工作台或丝杠上，将机床工作台各坐标轴 的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数 控装置与指令值相比较产生误差信号，以控制机 床向消除该误差的方向移动。
• 速度检测装置：将进给速度反馈给进给伺服驱动 单元；将主轴转速反馈给主轴调速驱动单元。
• （7）I/O处理
• I/O处理是指CNC与机床之间电气信号的输入、输出处理 和控制（如换刀、主轴速度换挡、冷却等）。
• （8）显示
• 显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态、报警信息 等。
• 有些CNC还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。
• （9）诊断
• 联机诊断：是指CNC中的自诊断程序融合在各部分，随 时检查不正常的事件。
刀补处理的主要工作：
Y
• 根据G90/G91计算零件轮
廓的终点坐标值。
• 根据R和G41/42，计算本 段刀具中心轨迹的终点 （P’e/P〃e）坐标值。
• 根据本段与前段连接关 系，进行段间连接处理 。
Pe’ G41

数控系统的编程方式和编程语言对机床加工过程起着重要作用。本节将介绍 数控系统的编程方式和常用编程语言，帮助您掌握数控编程技巧。
数控系统中的坐标系及其表示 方法
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《数控系统工作原理》 PPT课件
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数控系统的结构和组成元素
数控系统由多个关键组成元素构成，如控制器、驱动器、编码器等。本节将 详细介绍数控系统的结构和各个组成元素的功能和作用。
数控系统的工作原理和基本概 念
数控系统通过计算机控制机床的运动，实现工件加工。本节将解析数控系统 的工作原理和相关基本概念，帮助您深入理解其核心机制。
数

（2）比较计算 ▪ 将给定的位移量存入指令寄存器，坐标移动时位置计数 器以零开始进行加法计算，两者相比较，在计数值与给 定值相符时停止进给。 ▪ 位置计算与比较的软件控制流程如图5-8所示
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5-7 点位/直线切削控制系统的结构框图
▪ 点位/直线切 削控制系统 有较完善的 进给，主轴 转速、刀具 选择及辅助 技能的寄存 与控制。一 般采用液脉 冲马达或功 率步进电机 驱动完成。
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5-8 位置计算与比较的软件控制流程图
▪ 第一次判别 G90/G91，若为增 量方式，则为G91 方式的减法计数器 预置数。
▪ 第二次判断 G90/G91标志是为 区分绝对值方式和 增量方式，每走一 步运算一次，每次 都要判别是否需要 降速，以保证准确 定位。
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5.2 插补原理
数控机床第5章数控原理与 系统
▪ 一、数控系统的基本原理
▪ 数控技术(Numerical Control-NC)—是一种自动控制技术，是利用数字
化信号对控制对象加以控制的一种方法。
▪ 计算机数控系统是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息， 经计算和处理后去控制机床的具体动作。
▪ 计算机数控技术的工作过程： ▪ （1） 输入 ▪ （2） 译码 ▪ （3） 数据处理 ▪ （4） 插补 ▪ （5） 伺服控制 ▪ （6） 管理程序
（位1置）计进算行与电➢比平较转从的化实功和现放方能大法角度去分，接口电路解决的问题有两类。 数从据而采 达样到插很➢补高用的1小进.段给单直速线度台来。逼机近床给定内轨迹部，各插补部输出件的之是下间一个的插信补周息期内交各换轴要问运动题的距离，不需要每走一步脉冲当量插补一次， 四图、5-2M2、是S内、➢装T型功2P能L.的C机的实C现床NC与框图机。 床之间或机床与计算机之间的信息交换问题。

按所用进给伺服系统
开环数控系统 半闭环数控系统 控制系统 闭环数控系统
步进电机
数控装置
伺服马达
数控装置
机床工作台
伺服马达
机床工作台
机床工作台
位置检 测器 位置检测器
按数控系统加工功能
点位控制系统（Positioning Control System）
特点:只要求保证点与点之间的准确定位,即只控制行程的终点 坐标值,而对点与点之间刀具所移动的轨迹不加控制.在移动过 程中,刀具不进行切削,采用机床设定的最高进给速度进行定位 运动,接近终点需要低速趋近。如:钻床、冲床
+Y
F 4F 3Xe154 E=E-1=5-1=4≠0
F4 40 F5 10
+X F5F4Ye431 E=E-1=4-1=3≠0
+X
F 6F 5Ye132 E=E-1=3-1=2≠0
F6 20
+Y
F 7F 6Xe253 E=E-1=2-1=1≠0
•数字积分原理 •数字积分(DDA)直线插补
① 原理
Y
y f (t)
例：右图下，若要使从O点到E点的插补过程进
给脉冲均匀，就必须使分配给x,y方向的单位增
量成正比。设需要在t=10秒内使加工到达终点E，
则每单位时间间隔△t内，x和y的增量分别为
△t
△x’=xe/10=0.7
y
△y’=ye/10=0.4
F i 1 ,i X e Y i X i 1 Y e X e Y i ( X i 1 ) Y e X e Y i X i Y e Y e
即
i 1 F i-Y e F
当偏差值F <0时，刀具从现加工点 (Xi,Yi ) 向Y正向前进一步，到达 新加工点 (Xi,Yi1)则新加工点的偏差值为

２．刀具补偿的步骤：
刀具半径补偿的建立：刀具由起刀点以进给速度接近工 件，刀具中心在法线方向与待加工工件偏离一刀具半径。 偏置方向由G41及G42确定。
刀具半径补偿的进行：一旦建立刀补，刀具始终偏离工 件轮廓一定距离，直到取消刀补为止。
刀具半径补偿的取消：刀具撤离工件，回到退刀点，取 消刀具半径补偿。退刀点应位于零件轮廓之外，可以与 起刀点相同，也可以不相同。
进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反
转以及主轴调速。自动加工启停按钮：用于自动加工过程 的启动于停止。 条件程序段选择开关：用于条件程序段是否执行。 倍率选择开关：用于选择进给速度的倍率及点动量。 另外还有一些状态指示等、报警装置等。
一．CNC数控系统基本构成
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
数控系统构成可以用下面的框图表示：
硬件系统
微机部分 外围设备部分 机床控制部分
CNC数控系统
系统软件 软件系统
应用软件
输入数据处理程序 插补运算程序 速度控制程序 管理程序 诊断程序
C刀具补偿原理图（1）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
C刀具补偿原理图（2）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
４．C刀具补偿原理（3）
数控系统的工作方式 C刀具补偿是在插补和控制的间隙进行刀补计算 的，通过设置多个缓存，采用流水作业的方式才 能提高计算速度，满足高速加工的需要。如图所 示。

一
象
Y
N
F0?
限
直
进给一步+x
进给一步+y
线 插
Fye F
Fxe F
补
流
1
程
N
图
0?
Y
结束
四个象限的直线插补
y
L2
L1
用L1、L2、L3、L4分别表示第Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限的直线。
x
L3
L4
y
L2
F靠偏近0差Y大轴于F区零域0
L1
F<0
F<0
靠近X轴区域 偏差小于零
进给沿着Y轴
Fi1 Fi2Yi 1
Ye Yi1 0
跨象限圆弧
圆弧过象限，即Байду номын сангаас 弧的起点和终点不 在同一象限内
y
B C
A
将圆弧AC分成两段圆X弧
若坐标采用绝对值进行插补运AB 和BC，到X＝0时，
算，应先进行过象限判断，当进行处理，对应调用
X＝0或Y＝0时过象限
SR2和SR1的插补程序
• 试用逐点比较法对下列直线和圆弧进 行插补，并画出实际运动轨迹。
偏差计算
终点判别
+X
Xi1 Xi 1
Fi1 Fi 2X i1
Xe Xi1 0
-X
Xi1 Xi 1
Fi1 Fi 2X i1
Xe Xi1 0
+Y
Yi1 Yi 1
Fi1 Fi2Yi 1
Ye Yi1 0
-Y
Yi1 Yi 1
xi2 yi2 2yi 1 R2
E
Fi 2yi 1
Pi1(xi,yi1)

05 数控机床的发展趋势与挑 战
高精度、高效率发展趋势
高精度加工技术
随着制造业对加工精度要求的不 断提高，数控机床的高精度加工 技术得到了广泛应用，如超精密
磨削、高速切削等。
高效率加工技术
通过优化切削参数、提高切削速度、 减少非切削时间等措施，实现高效 率加工，提高生产效率。
复合加工技术
将多种加工技术集成在一台机床上， 实现一次装夹完成多道工序的加工， 提高加工效率。
定时、定量为机床各运动部件 提供润滑，减少磨损和故障， 提高机床稳定性和使用寿命。
自动冷却系统
对加工区域进行冷却，降低切 削温度，提高刀具寿命和加工
质量。
04 数控机床的操作与维护
操作界面及基本操作
操作界面介绍
包括显示屏、操作面板、功能键等组成部分的说明。
基本操作流程
详细阐述从开机、回零、选择程序到加工完成的整个 操作流程。
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操作面板
人机交互界面，用于输入加 工指令、调整机床参数以及
监控机床运行状态等。
03 数控机床的工作原理
加工过程自动化原理
01
02
03
数控系统控制
通过预先编程的指令，控 制机床各轴的运动轨迹、 速度和加速度，实现加工 过程的自动化。
伺服驱动系统
将数控系统输出的控制信 号转换为机床各轴的驱动 力矩，驱动机床各轴按照 预定的轨迹进行运动。
局限性
对操作人员技术要求高、设备投 资大、维护成本高等。
02 数控机床的组成
主机部分
01
02
03
04
床身
数控机床的基础部件，用于支 撑和固定其他部件，保证机床