计算机数控系统(3)

CNC工作原理CNC（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种先进的自动化控制技术，广泛应用于各种机械加工领域。

它通过计算机程序控制机床的运动和操作，实现高精度、高效率的加工过程。

本文将详细介绍CNC工作原理，包括数控系统、数控编程和机床控制等方面的内容。

一、数控系统数控系统是CNC工作的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。

硬件包括主机、控制柜、操作面板、伺服电机等设备，软件则是运行在主机上的程序。

数控系统的主要功能是接收和解释用户输入的加工程序，并将指令转化为机床运动的控制信号。

数控系统的工作原理是将加工程序中的指令逐行读取，并按照预定的顺序执行。

每条指令包含了机床运动、刀具切削和加工参数等信息。

数控系统根据这些信息，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。

二、数控编程数控编程是将零件的几何形状和加工要求转化为机床可识别的指令的过程。

数控编程语言有多种，常用的包括G代码和M代码。

G代码用于定义机床的运动轨迹，如直线、圆弧等；M代码用于定义机床的辅助功能，如切削液开关、主轴启停等。

数控编程的基本步骤包括：确定加工顺序、选择合适的刀具、绘制零件的几何图形、确定刀具路径、计算切削参数、生成加工程序等。

编写好的加工程序可以通过U盘、网络或直接输入到数控系统中。

三、机床控制机床控制是指数控系统对机床运动的控制。

数控系统根据加工程序中的指令，控制伺服电机的转动，使机床按照预定的路径和速度进行加工。

机床控制的主要参数包括进给速度、进给方式、切削速度、切削深度等。

机床控制的实现方式有多种，常见的包括点位控制和连续控制。

点位控制是指机床在每个加工点上停留一段时间，然后再移动到下一个加工点；连续控制则是机床在加工过程中连续运动，不停留在每个加工点上。

四、CNC工作流程CNC工作的基本流程包括：设计零件几何形状和加工要求、编写加工程序、设置机床和工件、调试和运行加工程序、检查加工结果。

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。

1、数控机床按伺服系统的控制方式可分为、、。

2、一般数控加工程序由程序号、、坐标值、、主轴速度、刀具、辅助功能等功能字组成。

3、较常见的CNC软件结构形式有软件结构和软件结构。

4、数控技术中常用的插补算法可归纳为插补法和插补法。

5、当标尺光栅与指示光栅相对运动一个，莫尔条纹移动一个。

6、数控机床主轴常用机、电结合的方法，即同时采用和变速两种方法。

7、数控铣削加工需要增加一个回转坐标或准确分度时，可以使用配备或使用。

8、改变刀具半径补偿值的可以实现同一轮廓的粗、精加工，改变刀具半径补偿值的可以实现同一轮廓的凸模和凹模的加工。

9、电火花成形加工需具备的条件是、、。

10、影响电火花加工精度的主要因素是、、。

11、脉冲当量是指。

数控车床X轴方向上的脉冲当量为Z方向上的脉冲当量的。

12、数控机床的日常维护与保养主要包括、、等三个方面内容。

13、3B格式的数控系统没有功能，确定切割路线时，必须先根据工件轮廓划出电极丝中心线轨迹，再按编程。

二、判断题（每题1分，共10分，正确打√错误打×）1、更换电池一定要在数控系统通电的情况下进行。

否则存储器中的数据就会丢失，造成数控系统的瘫痪。

（）2、数控机床几何精度的检测验收必须在机床精调后一次完成，不允许调整一项检测一项。

（）3、数控铣削螺纹加工，要求数控系统必须具有螺旋线插补功能。

（）4、有静态显示或动态模拟功能的数控系统，只能检查运动轨迹的正确性，无法检查工件的加工误差（）5、当脉冲放电能量相同时，热导率愈小的金属，电蚀量会降低。

（）6、开环数控机床，进给速度受到很大限制，其主要原因是步进电机的转速慢。

（）7、当数控机床具有刀具半径补偿功能时，其程序编制与刀具半径补偿值无关。

（）8、只有加工中心机床能实现自动换刀，其它数控机床都不具备这一功能。

（）9、M03指令功能在程序段运动结束后开始。

（）10、刀具半径补偿仅在指定的二维坐标平面内进行。

（）三、选择题（单项选择题、每空1分，共5分）1、数控加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是（）A、提高加工精度B、提高机床精度C、保证自动换刀、提高刀具重复定位精度，满足一些特殊工艺要求2、用铣刀加工轮廓时，其铣刀半径应（）A、选择尽量小一些B、大于轮廓最小曲率半径C、小于或等于零件凹形轮廓处的最小曲率半径D、小于轮廓最小曲率半径3、在数控电火花成形加工时，为获得较高的精度和较好的表面质量，在工件或电极能方便开工作液孔时，宜采用的工作液工作方式为（）。

参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17e c577.html一、ＣＮＣ系统的基本构成ＣＮＣ系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。

由于采用了计算机，使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现，大大提高了ＣＮＣ系统的性能和可靠性。

ＣＮＣ系统的控制过程是根据输入的信息，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系统由硬件和软件组成，软件和硬件各有不同的特点。

软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。

ＣＮＣ的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分的数控功能。

二、ＣＮＣ系统的硬件结构ＣＮＣ系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。

早期的ＣＮＣ系统和现有的一些经济型ＣＮＣ系统采用单微处理器结构。

随着ＣＮＣ系统功能的增加，机床切削速度的提高，单微处理器结构已不能满足要求，因此许多ＣＮＣ系统采用了多微处理器结构，以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展，以及适应计算机网络化及形成ＦＭＳ和ＣＩＭＳ的更高要求，使ＣＮＣ系统向更高层次发展。

１．单微处理器结构图６－３ＣＮＣ系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构，即采用一个微处理器来集中控制，分时处理ＣＮＣ系统的各个任务。

某些ＣＮＣ系统虽然采用了两个以上的微处理器，但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器，它占有总线资源，其他微处理器作为专用的智能部件，不能控制系统总线，也不能访问存储器，是一种主从结构，故也被归入单微处理器结构中。

单微处理器结构的ＣＮＣ系统由计算机部分（ＣＰＵ及存储器）、位置控制部分、数据输入／输出等各种接口及外围设备组成。

ＣＮＣ系统硬件的组成框图可参见图６－３。

（１）计算机部分计算机部分由微处理器ＣＰＵ及存储器（ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）等组成。

微处理器执行系统程序，首先读取加工程序，对加工程序段进行译码、预处理计算等，然后根据处理后得到的指令，对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制；它还将辅助动作指令通过可编程控制器（ＰＬＣ）发给机床，同时接收由ＰＬＣ返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。

第1篇一、实验目的1. 了解数控加工中心的基本组成和工作原理。

2. 掌握数控加工中心的基本操作方法。

3. 熟悉数控编程的基本步骤和常用指令。

4. 通过实际操作，提高对数控加工中心的操作技能和编程能力。

二、实验原理数控加工中心是一种集成了计算机数控系统（CNC）和机械加工装置的自动化机床。

它通过CNC系统对机床进行精确控制，实现对工件的自动加工。

数控加工中心主要由以下几部分组成：1. 控制系统：负责接收和处理编程指令，控制机床的运动。

2. 伺服系统：将控制系统的指令转换为机床的运动。

3. 机械装置：包括主轴、进给系统、工作台等，完成实际的加工过程。

4. 辅助装置：如冷却系统、润滑系统等，为加工过程提供必要的辅助条件。

三、实验设备与材料1. 数控加工中心一台2. 数控编程软件一套3. 工件材料：铝、钢等4. 工具：铣刀、钻头等四、实验步骤1. 数控加工中心基本操作（1）启动数控加工中心，检查机床各部分是否正常。

（2）打开数控系统，进行系统初始化。

（3）设置机床参数，如刀具参数、工件参数等。

（4）进行机床坐标系的设定和刀具路径的规划。

（5）启动机床，进行试运行，观察机床运动是否平稳。

2. 数控编程（1）打开数控编程软件，创建新的程序。

（2）输入工件尺寸和刀具参数。

（3）编写刀具路径，包括刀具切入、加工、退出的过程。

（4）编写辅助指令，如冷却、润滑等。

（5）保存程序，并传输到数控系统中。

3. 实际加工（1）将工件放置在加工中心的工作台上。

（2）根据编程指令，设置机床参数。

（3）启动机床，进行实际加工。

（4）观察加工过程，确保加工质量。

（5）加工完成后，关闭机床，取下工件。

五、实验结果与分析1. 通过本次实验，成功掌握了数控加工中心的基本操作方法。

2. 成功完成了数控编程，并成功加工出所需工件。

3. 在实际加工过程中，机床运行平稳，加工质量符合要求。

4. 通过本次实验，提高了对数控加工中心的操作技能和编程能力。

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。

是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。

计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统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的专用计算机系统。

CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、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系统的核心是CNC装置。

由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。

这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。

例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。

对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。

对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。

例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。

第1章1．数控（NC）和计算机数控（CNC）的联系和区别是什么？答：数字控制（NC）简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法也称数控技术。

我们把以计算机系统作为数控装置构成的数控系统称为计算机数控系统（CNC）。

CNC系统的数字处理功能主要由软件实现，因而十分灵活，并可以处理数字逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统的功能大大提高。

2．数控机床由哪几部分组成，各组成部分的功能是什么？答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。

（2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。

（3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。

（4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。

执行部件和基础部件。

3．简述闭环数控系统的控制原理，它与开环数控系统有什么区别？答：控制原理：闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将检测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。

区别：闭环控制系统有反馈装置，而开环没有。

4．选择数控机床的时候应该考虑哪几方面的问题？答：(1)机床的类别(车、铣、加工中心等)、规格(行程范围)、性能(加工材料)。

(2)数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。

(3)数控机床的定位精度和重复定位精度。

(4)零件的定位基准和装夹方式。

(5)机床坐标系和坐标轴的联动情况。

(6)控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及ATC等相关的功能。

5．数控技术的发展趋势表现在哪几个方面？答：高速高精度、智能化、开放式数控系统、网络数控技术、提高数控系统的可靠性、实现数控装备的复合化、CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造。