《数控系统介绍》word版

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。

数控系统（数字控制系统）详细资料大全数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程式，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的专用计算机系统。

通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。

基本介绍•中文名：数控系统•外文名：Numerical Control System•全称：数字控制系统•配有：接口电路和伺服驱动装置发展,简介,基本构成,软体结构,硬体结构,相关系统,运动轨迹,伺服系统,加工工艺,功能水平,重要因素,常见故障,五轴数控简介,工件坐标旋转,RTCP,刀具矢量编程,五轴斜面加工,五轴插补,工作流程,发展数控系统及相关的自动化产品主要是为数控工具机配套。

数控工具机是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的工具机大大提高了零件加工的精度、速度和效率。

这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。

数值控制（简称“数控”或“NC”）的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动工具机刀具的运动而加工出零件。

而在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量的零件，加工效率低、精度差。

1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。

控制装置由2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。

伺服机构采用一台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。

其插补装置采用脉冲乘法器。

这台NC工具机的研制成功标志著NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。

软体的套用在1970年的芝加哥展览会上，首次展出了由小型机组成的CNC数控系统。

一、CNC系统的定义与结构计算机数控系统（简称CNC系统）是在硬件数控的基础上发展起来的，它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。

所以，它是一种包含有计算机在内的数字控制系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。

依照EIA所属的数控标准化委员会的定义，CNC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。

目前在计算机数控系统中所用的计算机已不再是小型计算机，而是微型计算机，用微机控制的系统称为MNC系统，亦统称为CNC系统。

由于这二者的控制原理基本相同，因此本章将一并讨论这两种控制系统。

由上述定义可知，CNC系统与传统NC系统的区别在于：CNC系统附加一个计算机作为控制器的一部分，其组成框图如图3-1所示。

图中的计算机接收各种输入信息(如键盘、面板等输入的指令信息)，执行各种控制功能(如插补计算、运行管理等等)。

而硬件电路完成其他一些控制操作。

图3-1 计算机数控系统方框图图3-2给出了较详细的微处理机数控系统（MNC）方框图。

从图中可以看出，它主要由中央处理单元(CPU)，存储器、外部设备以及输入/输出接口电路等部分所组成。

图3-2 微处理机数控系统方框图图3-3为某CNC铣床系统中外部设备通过其相应接口与计算机连接的示意图。

图3-3 某CNC铣床系统中外部设备与计算机的连接二、CNC系统软件这里指的是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，即存放于计算机内存中的系统程序。

它一般由输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序等组成。

现分述如下：1、输入数据处理程序输入数据处理程序接收输入的零件加工程序，将其用标准代码表示的加工指令和数据进行翻译、整理，按所规定的格式存放。

有些系统还要进一步进行刀具半径偏移的计算，或为插补运算和速度控制等进行一些预处理。

总之，输入数据处理程序一般包括下述三项内容：(1) 输入。

第一章数控系统概述1.1基本概念1、数控系统的基本概念数控系统，就是利用数字化信息进行控制的系统，被控制的对象可以是各种生产过程，在本书中讨论的数控系统特指利用数字化信息对机床进行控制的系统。

1）数字化信息——数字信息构成的控制程序2）控制对象——各种生产过程4）坐标运动的实现；5）刀具轨迹的合成；6）加工路径的合成；3、数控系统的分类1）按运动轨迹分类➢点位数控系统这种数控系统仅控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，对移动部件的移动速度和运动轨迹没有严格要求。

➢直线数控系统这类数控系统除了控制机床运动部件从一点到另一点的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和运动轨迹。

➢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。

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。

➢半闭环数控系统有检测反馈，但不包含机械传动元件的误差，精度较高，稳定性高，调试方便，执行元件通常采用伺服电机。

➢闭环数控系统有检测反馈，包含机械传动元件误差，精度高，稳定性不易保证，调试复杂，执行元件通常采用伺服电机。

2）按功能水平分类➢经济型数控系统这类数控系统通常采用8位CPU或单片机控制，分辨率一般为0.01mm，进给速度达6~8m/min，联动轴数在3轴以下，具有简单的CRT字符显示或数码管显示功能。

➢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。

4、机床数控技术的发展1）1952年，电子管数控系统，第一代2）1959年，晶体管数控系统，第二代3）1963年，集成电路数控系统，第三代4）1970年，小型计算机数控系统第四代5）1974年，微型计算机数控系统，第五代6）20世纪80年代，基于PC的数控系统，第六代1.2计算机数控系统1、 CNC系统的功能1）基本功能➢控制功能➢G功能➢插补功能➢主轴功能➢M功能➢刀具功能➢补偿功能➢显示功能2）先进功能➢模拟加工功能➢监测和诊断功能➢动力刀具和C轴功能➢虚拟轴功能➢DXF图形文件支持功能➢循环加工功能➢测量检验功能➢自适应控制功能2、 CNC系统的软件构成3、从CPU多4、1DNC2或部件装配。

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。

《数控系统基础知识概述》一、引言随着科技的不断进步，数控系统在现代制造业中发挥着至关重要的作用。

数控系统是数字控制系统的简称，它利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制，实现高效、精确的生产。

本文将对数控系统的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。

二、数控系统的基本概念1. 定义与组成数控系统是一种以计算机为核心，通过预先编制好的程序来控制机床等设备进行自动化加工的系统。

它主要由输入装置、控制器、运算器、存储器和输出装置等组成。

输入装置用于接收外部指令和数据，如零件加工程序、操作指令等；控制器负责对输入的信息进行处理和控制，发出各种控制信号；运算器和存储器用于进行数值计算和存储程序及数据；输出装置则将控制信号转换为机床的动作，实现加工过程。

2. 工作原理数控系统的工作原理是将零件加工程序以数字代码的形式输入到系统中，经过译码、刀具补偿、插补等运算处理后，生成控制机床各坐标轴运动的脉冲信号。

这些脉冲信号驱动伺服电机，带动机床的工作台、主轴等部件运动，从而实现对零件的加工。

在加工过程中，数控系统还通过各种传感器实时监测机床的运行状态，如位置、速度、温度等，并根据反馈信息进行调整，以保证加工精度和质量。

3. 特点与优势数控系统具有高精度、高效率、高可靠性、柔性好等特点。

它可以实现复杂零件的加工，提高加工精度和表面质量；可以大大提高生产效率，减少人工操作，降低劳动强度；可以根据不同的加工要求进行编程，实现柔性化生产，适应市场的快速变化。

三、数控系统的核心理论1. 插补原理插补是数控系统中最重要的核心技术之一。

它是在已知起点和终点的坐标值以及运动轨迹的情况下，通过一定的算法在两个坐标点之间进行数据点的密化，从而确定中间点的坐标值。

常见的插补方法有直线插补、圆弧插补、抛物线插补等。

插补算法的精度和速度直接影响到数控系统的加工精度和效率。

2. 刀具补偿原理刀具补偿是为了补偿刀具在加工过程中的磨损和安装误差等因素而设置的一种功能。

计算机数控系统阐述计算机数控系统指的是将数值和符号指令输入数控装置，通过程序化控制工作机床和工作过程的系统。

计算机数控（CNC）系统的出现使工作机床的自动化程度大大提高，具有高精度、高效率和高灵活性的特点。

本文将对计算机数控系统进行详细阐述。

一、计算机数控系统的基本组成1.硬件部分：计算机数控系统的硬件主要包括计算机终端、计算机数控设备、机床周边设备和传感器。

计算机终端用于与操作人员进行交互，包括显示屏、键盘和鼠标等。

计算机数控设备是实现数控功能的关键设备，负责控制工作机床和工作过程。

机床周边设备包括工作台、工具库和刀具等，用于支持和辅助加工。

传感器则有助于实时监测加工过程中温度、压力和位置等数据。

二、计算机数控系统的工作原理2.轴控制：数控设备会根据接收到的指令进行轴控制，包括直线轴和旋转轴的控制。

在控制过程中，数控设备会根据指令生成的脉冲信号控制工作机床的移动。

通过轴控制，可以实现工作机床在XYZ三个方向的运动。

3.过程监控：在工作过程中，计算机数控系统会通过传感器实时监测工作机床和工作过程的状态。

传感器可以检测加工过程中的温度、压力和位置等数据，并发送给数控设备进行处理和反馈。

通过过程监控，可以及时发现问题并采取措施进行调整和修正。

三、计算机数控系统的应用1.提高生产效率：计算机数控系统具有高精度、高效率和高灵活性的特点，可以实现多种工艺的自动化加工。

相比传统的手工操作，计算机数控系统能够大大提高生产效率和加工质量，降低生产成本。

2.提高加工精度：计算机数控系统能够精确控制工作机床的移动和工作过程的控制，保证加工精度的稳定性和一致性。

它可以实现高精度的工艺要求，适用于各种精密加工。

3.实现灵活制造：计算机数控系统可以通过调整程序和参数实现不同零件的加工要求。

它可以灵活应对生产任务的变化，满足不同用户的需求。

4.提高自动化程度：计算机数控系统实现了工作机床的自动化控制，减少了人工操作，提高了生产效率和产品质量的稳定性。