4典型讲义数控系统的结构和原理

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数控系统的组成及工作原理

数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交、直流主轴电动机、伺服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进给变速及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮。轴承和轴类零件数量大为减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给丝杠。
4、高传动效率和无间隙传动装置
数控机床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械装置主要有3种：滚珠丝杠副、静压蜗杆——蜗母条机构和预加载荷双齿轮－齿条。
机床基础部件又叫机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件上，或者工作时在它的导轨上运动。
数控机床机械结构的主要特点
1、高刚度和高抗振性
机床刚度时机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。提高数控机床结构刚度的措施 1）提高机床构件的静刚度和固有频率改善薄弱环节的结构或布局，以减少所承受的弯曲载荷和转矩负载。 2）改善机床结构的阻尼特性 3）用新材料和钢板焊接结构 2、减少机床的热变形的影响 3、驱动系统机械结构简化
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。数控装置每发出一个脉冲，反映到机床坐标轴上的位移量，通常称为脉冲当量
3、效率指标 1）最高主轴转速和最大加速度
2）最大快移速度 4、可靠性指标
1）平均无故障工作时间 2）平均修复时间 3）固有可用度
二、数控机床的功能 1、控制功能
2、插补功能 3、准备功能 4、进给功能
数控机床的工作原理
数控机床加工工件，首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化，用规定的代码格式编写加工程序，并储存到程序载体，然后用相应的输入装置将所编的程序指令输入到CNC单元，CNC单元将程序译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的工件

第一章数控系统概述(数控原理与系统课件)

➢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。

.常用数控系统的结构及工作原理

根据驱动用电机的回转角进行位置反馈。 3）开环控制方式
使用步进电机驱动工作台的移动，并且无位置反馈。
21
第2章常用数控系统的结构及工作原理数控机床多采用价格便宜、位置精
度较好的半闭环控制方式。在需要高精度的加工时，通常采用全闭环控制方式。
22
第2章常用数控系统的结构及工作原理
2 定位原点数控机床是以机床原点为基准来确定
普及型数控系统的产品有：北京机床研究所的 1060型CNC系统；无锡雷特数控公司的8MC/8TC CNC系统；北京凯恩帝数控公司KND-500系列；北京航天数控集团则最新推出了CASNUC-901，902系列等。
经济型数控系统的产品有：南京大方股份有限公司的JWK系列。南京江南机床数控工程公司（大地）的JN系列，上海开通数控公司的KT-300系列等。
动作坐标系的。机床原点是由机床生产厂在机床上设定的一个固定点。因为机床原点在电源切断的情况下，原点位置的记忆会消失。所以，在电源接通时，必须找出机床原点（即进行回机床参考点的操作）。
数控机床故障诊断与维修
机械工程与自动化学院机械工程系马维金 2010.9
第2章常用数控系统的结构及工作原理
2.1 概述 2.1.1 国内外主要生产厂家的产品随着计算机技术及电子技术的迅速发展，机械加工行业中数控机床的应用已相当普及。机床上常用的数控系统有日本FANUC公司的 0M、15M、16M、18M，MITSUBISHI公司生产的M50、M300、M520，SIEMENS公司生产的3、8、810、820、850、840等。
4
第2章常用数控系统的结构及工作原理
2.1.2 数控装置的功能 NC是Numerical Control（数字控制）的缩

第二章数控系统及工作原理_图文

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

数控系统组成、原理与维修

• 1．专用计算机组成的数控体系结构
• 专用计算机数控按组成装置的电路板的结构特点可分为大板式结构和模块化结构两类，按装置内的微处理器()数量可分为单微处理器和多微处理器结构两类。
单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元相连，完成信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控制，其功能受到微处理器字长、数据宽度、寻址功能和运算速度等因素的限制；由于插补等功能由软件来实现，因此，数控功能的实现与处理速度成为一对矛盾。
3．通用组成的数控体系结构
• 基于通用的数控系统可以充分利用的软硬件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工业所提供的先进技术，方便地实现产品的更新换代；良好的人机界面便于操作；开放性体系结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬件供选择，的成本对于用户来说非常灵活。
2.3 数控系统软件
一、的软件结构类型软件结构取决于系统中的软件和硬件的分工，也取决于软件本身的工作性质。在信息处理方面，软件和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成的工作在原则上也能由软件完成。系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结构对这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同。在单的数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中断型软件结构。
2.2 数控系统硬件
• 一、的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量接口 • 内装型部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
二、的体系结构
• 装置从所使用的计算机类型来看，有专用计算机数控装置(简称专机数控)和通用个人计算机数控装置(简称数控)两种结构。

数控机床各个组成部分的工作原理及结构

数控机床各个组成部分的工作原理及结构第一节输入装置输入装置是整个数控系统的初始工作机构，它将准确可靠的接收信息介质上所记录的“工程语言"、运算及操作指令等原始数据，转为数控装置能处理的信息，并同时输送给数控装置.输入信息的方式分手动输入和自动输入.手动输入简单、方便但输入速度慢容易出错.现代数控机床普遍采用自动输入，其输入形式有光电阅读机、磁带阅读机及磁盘驱动器以及无带自动输入方式。

其它输入方式:1。

无带自动输入方式在高档数控机床上，设置有自动编程系统和动态模拟显示器（CRT）。

将这些设备通过计算机接口与机床的数控系统相连接,自动编程所编制的加工程序即可直接在机床上调用,无需经制控制介质后再另行输入。

2.触针接触式阅读机输入方式又称为程控机头或电报机头，结构简单，阅读速度较慢，但输入可靠、价格低廉故在部分线切割机床加工中仍在用。

3。

磁带、磁盘输入方式磁带输入方式进行信息输入，其信息介质为“录音"磁带,只不过录制的不是声音，而是各种数据。

加工程序等数据信息一方面由微机内的磁盘驱动器“写入"磁盘上进行储存，另外也由磁盘驱动器进行阅读并通过微机接口输入到机床数控装置中去。

第二节数控装置数控装置是数控机床的核心,数控机床几乎所有的控制功能（进给坐标位置与速度，主轴、刀具、冷却及机床强电等多种辅助功能）都由它控制实现.因此数控装置的发展，在很大程度上代表了数控机床的发展方向.数控装置的作用是接收加工程序等送来的各种信息，并经处理分配后，向驱动机构发出执行的命令，在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后,发出新的命令。

一、数控装置的组成1、数字控制的信息1）几何信息—-是指通过被加工零件的图样所获得的几何轮廓的信息.这些信息由数控装置处理后,变为控制各进给轴的指令脉冲，最终形成刀具的移动轨迹。

几何信息的指令，由准备功能G具体规定.2）工艺信息———通过工艺处理后所获得的各种信息。

数控系统工作原理简介PPT课件( 66页)

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

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

数控系统的组成及工作原理ppt课件

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。

数控系统基本组成 ppt课件

ppt课件
2.数控系统的软件组成
数控系统系统软件是为实现数控系统系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件。
1. 输入数据处理程序、
2.插补运算程序、
3.速度控制程序、
4.管理程序
21 5.诊断程序。
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⑴输入数据处理程序
它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格
数控系统的硬件：
1. 微机基本系统、 2. 人机对话界面接口、 3. 通信接口、 4. 进给轴控制接口、 5. 主轴控制接口 6. 辅助控制接口等。
3
ppt课件
4
ppt课件
计算机数控系统组成框图
5
ppt课件
⑴微机基本系统
通常微机基本系统： CPU、（数据运算存储器、 I/O接口、定时器、中断控制器等几个主要部分组成。
16
pp、有级变速和分段
无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置
时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行
无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、
主轴准停功能以及主轴转速监控等。
式存放。
22
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⑵插补运算程序
数控系统系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲，这个过程称为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。
23
ppt课件
⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保预定的进给速度。在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。

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第四章典型数控系统的结构和原理
第三节 Fanuc-0ib系统的构成、硬件连接
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数字伺服数的字原伺理服
方框图（位置控制）
谢谢观看
系统结构图
演示版链接
第四章典型数控系统的结构和原理
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中德职业技术学院
第三节：fanuc-0ib系统的构成、硬件连接
１．系统构成演示版链接２．综合联线介绍３．数控系统的电源连接介绍４．数控系统与主轴单元的连接及控制信号５．数字伺服的原理演示版链接６．I/O连接
第四章典型数控系统的结构和原理
4典型数控系统的结构和原理
精品
第四章典型数控系统的结构和原理
第一节．数控系统的发展简介
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1．国外主流厂家产品
演示版链接
２．国内数控常见产品介绍
第四章典型数控系统的结构和原理
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第二节．Fanuc-0i系统功能介绍
１．刚性攻丝２．复合加工循环演示版链接３．圆柱插补４．直接尺寸编程５．记忆型螺距误差补偿６．CNC内装PMC编程功能７．使用了随机存储模块８．多种显示装置９．FANUC伺服电机１２
第三节 Fanuc-0ib系统的构成、硬件连接
TIANJIN
中德职业技术学院
系统构成
存储卡插槽
显示状态/报警的LED
显示状态/报警的LED
保险
显示状态/报警的LED
显示状态/报警的LED
显示状态/报警的LED
显示状态/报警的LED
显示状态/报警的LED
显示状态/报警的LED
I/O 设备 I/F 插座电源指示灯电源插座机床I/F插座显示器插座机床I/F插座机床I/F插座机床I/F插座机床I/F插座
第七节．SINUMERIC 840C系统的结构及各部分的功能
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１．系统介绍演示版链接２．各模块的功能３．系统的连接４．驱动模块
第四章典型数控系统的结构和原理
第一节数控系统的发展简介
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中德职业技术学院
第四章典型数控系统的结构和原理
第二节 Fanuc-0i系统功能介绍
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Fanuc-0ib系统
第四章典型数控系统的结构和原理
第二节 Fanuc-0Hale Waihona Puke 系统功能介绍TIANJIN
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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。
第四章典型数控系统的结构和原理