第四章计算机数控装置
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第4章 数控机床自动换刀装置
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4.2 刀库
统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需 的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削 工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此，14把刀 的容量就可完成70~以上的工件钻削工艺。如果从完成工件的
全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全
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4.3 机械手
2. 刀库夹爪 刀库夹爪既起着刀套作用，又起着手爪的作用。如图4-19 所示为刀库夹爪图。
4.3.4 机械手结构原理
如图4-20所示，机械手结构及工作原理如下。 机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压 缸推动机械手抓刀爪外伸时，抓刀爪上的销轴3在支架上的 导向槽2向滑动，使抓刀绕销4摆动，抓刀爪合拢抓住刀具； 当液压缸间缩时，支架2上的导向槽迫使抓刀爪张开，放松 刀具。由于抓刀动作由机械机构实现，且能自锁，因此工作 安全可靠.
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4.3 机械手
4.3.5 机械手的驱动机构
如图4-21所示为机械手的驱动机构。汽缸1通过杆6带动机械 手臂升降。当机械手在上边位置时，液压缸4通过齿条2、齿 轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置 时，汔缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。 如图4-22所示为机械手臂和手爪结构图。手臂的两端各有一 手爪。刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被 弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机 械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方 位置从裙位置转过750时锁昆锁2被挡块压下，活动锁4就可以 活动，使得机械手可以抓住主轴和刀套中的刀具。
逐点比较法
对于位于直线上方的Pi’点，有 Fi=YiXe －XiYe＞0
对于位于直线上的Pi点，有 Fi=YiXe －XiYe=0 对于位于直线下方的Pi”点，有 Fi=YiXe －XiYe＜0 Y Pi’ A （Xe、Ye） Pi (Xi，Yi) o Pi” X
2. 进给控制 当Fi＞0时，向+X方向进给一步，使动点接近直线OA； 当Fi＜0时，向+Y方向进给一步，使动点接近直线OA； 当Fi=0时，向任意方向进给一步，但通常归于Fi＞0 处理；
逐点比较法第一象限的顺圆弧插补算法
当动点Pi（Xi，Yi）位于圆弧上时有 Xi2＋Yi2－R2=0
Y B
当Pi点在圆弧外侧时，则OPi大于圆弧半径R，即(Xb,Yb) F<0 Ri 2 2 2 Xi ＋Yi －R >0 当Pi点在圆弧内侧时，则OPi小于圆弧半径R，即 Xi2＋Yi2－R2<0
1 2 3 4 5 6 7 8
F0=0 F1<0 F2<0 F3<0 F4>0 F5<0 F6>0 F7>0
-Y +X +X +X -Y +X -Y -Y
F1 F0 2Y0 1 7
F2 F1 2 X 1 1 6
F3 F2 2 X 2 1 3
F4 F3 2 X 3 1 2
表3-2 圆弧插补过程
步数 起点 偏差判别 坐标进给 偏差计算 坐标计算 终点判别
F0 0
X0=0,Y 0=4 X1=0,Y 1=3 X2=1,Y 2=3 X3=2,Y 3=3 X4=3,Y 4=3 X5=3,Y 5=2 X6=4,Y 6=2 X7=4,Y 7=1 X8=4,Y 8=0
数控复习
数控复习第一章绪论数控机床的组成：1、输入输出设备2、数控装置3、伺服系统4、测量反馈装置5、机床本体数控机床按伺服系统的控制原理分为：开环控制的数控机床、闭环控制的数控机床（按传感器安装位置的不同分为全闭环和半闭环）开环、闭环共同点：1、采用直流/ 交流伺服电机驱动。
2 、采用数字增量插补法（时间分割、角度分割）。
3 、通常不用降速。
两个重要参数：步距角（两个相邻脉冲时间内转子转过的角度）、脉冲当量。
插补器：有无插补器是点位控制器与连续控制的根本区别。
数控机床特点：1、加工零件的适应性强，灵活性好。
2 、加工精度高，产品质量稳定。
3 、生产效率高。
4 、减少工人劳动强度。
5 、生产管理水平高。
数控机床的适用范围：产品品种的变换频繁、批量小、加工方法的区别大。
第四章计算机数控装置CNC装置的功能：1、基本功能（输入、插补、位控）2、选择功能3、特殊功能。
单微处理结构的CN（装置：（1）微处理器由控制器和运算器组成，是微处理机的核心，它完成控制和运算两方面的内容。
（2）总线是将微处理器、存储器和输入/ 输出接口等相对独立的装置或功能部件联系起来，并传送信息的公共通道。
它包括数据总线、地址总线和控制总线。
数控装置与机床及机床电器设备之间的接口分为三种类型：第一类、与驱动控制器和测量装置之间的连接电路。
第二类、电源及保护电路。
第三类、开/ 关信号和代码连接电路。
接口电路的主要任务是：1）进行电平切换和功率放大。
2）防止噪声引起误动作。
3）模拟量和数字量之间的转换。
机床控制的I/O部件1）特点：a、可靠性高抗干扰的能力强。
b 、进行信息转换功率放大。
2）光电隔离电路作用：a隔离信号防干扰、b电平转化。
多微处理机CNC装置的基本功能模块：1）CNCt理模块2 ）CNC插补模块3 ）位置控制模块4 ）PLC模块5）操作与控制数据输入输出和显示模块 6 ）存储器模块并行处理方法：资源共享、资源重复和时间重叠。
数控技术第4章计算机数控系统(1)
位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。
准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率
主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程
基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。
数控技术第二版课后答案完整版
数控技术第二版课后答案HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
计算机数控装置
人机交互
计算机数控装置将更加注重人 机交互设计，提高操作便捷性
和用户体验。
计算机数控装置的技术创新与突破
多轴联动技术
通过多轴联动技术，计算机数控装置能够 实现复杂形状的高效加工，提高加工效率
和加工质量。
高速高精度控制技术
通过高速高精度控制技术，计算机数控装 置能够实现高速高精度的加工，满足高效 率和高精度的要求。
输入输出模块
负责接收和发送数据，包括与外部设备、传感器等的通信 。
系统管理模块
负责整个系统的资源管理和调度，包括内存管理、任务调 度等。
加工控制模块
负责加工过程的控制，包括刀具路径规划、加工参数设置 等。
数控加工程序的编辑支持各种编程 语言和编程规范，方便用户编写和修 改加工程序。
数控加工过程的控制
根据加工程序和加工参数，控制机床的加工过程，确保加工精度和加工效率。
数控加工过程的调度
根据生产计划和资源状况，合理安排加工任务，优化生产流程，提高生产效率。
04
计算机数控装置的应用与发展
计算机数控装置的应用领域
制造业 计算机数控装置广泛应用于机械 加工、模具制造、汽车制造等领 域，提高了生产效率和加工精度。
计算机数控装置的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，计算 机数控装置将更加智能化，能够
实现自适应控制和自主学习。
高精度
为了满足制造业的高精度需求，计 算机数控装置将继续提高其定位精 度、重复定位精度和加工精度。
网络化
通过网络化技术，计算机数控装置 将实现远程监控、远程编程和设备 间的信息共享，提高生产效率。
智能控制技术
智能控制技术将应用于计算机数控装置中， 实现自适应控制和优化加工过程，提高加 工过程的稳定性和可靠性。
计算机数控装置将更加注重人 机交互设计，提高操作便捷性
和用户体验。
计算机数控装置的技术创新与突破
多轴联动技术
通过多轴联动技术，计算机数控装置能够 实现复杂形状的高效加工，提高加工效率
和加工质量。
高速高精度控制技术
通过高速高精度控制技术，计算机数控装 置能够实现高速高精度的加工，满足高效 率和高精度的要求。
输入输出模块
负责接收和发送数据，包括与外部设备、传感器等的通信 。
系统管理模块
负责整个系统的资源管理和调度，包括内存管理、任务调 度等。
加工控制模块
负责加工过程的控制，包括刀具路径规划、加工参数设置 等。
数控加工程序的编辑支持各种编程 语言和编程规范，方便用户编写和修 改加工程序。
数控加工过程的控制
根据加工程序和加工参数，控制机床的加工过程，确保加工精度和加工效率。
数控加工过程的调度
根据生产计划和资源状况，合理安排加工任务，优化生产流程，提高生产效率。
04
计算机数控装置的应用与发展
计算机数控装置的应用领域
制造业 计算机数控装置广泛应用于机械 加工、模具制造、汽车制造等领 域，提高了生产效率和加工精度。
计算机数控装置的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，计算 机数控装置将更加智能化，能够
实现自适应控制和自主学习。
高精度
为了满足制造业的高精度需求，计 算机数控装置将继续提高其定位精 度、重复定位精度和加工精度。
网络化
通过网络化技术，计算机数控装置 将实现远程监控、远程编程和设备 间的信息共享，提高生产效率。
智能控制技术
智能控制技术将应用于计算机数控装置中， 实现自适应控制和优化加工过程，提高加 工过程的稳定性和可靠性。
数控技术第二版课后答案
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床三者如何区别答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
．数控机床有哪些特点答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床各有何特点答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。
计算机数控装置成教课件
功能
CNC装置可以实现自动化加工， 提高加工精度和效率，减少人工 干预，降低生产成本。
工作原理
工作流程
CNC装置通过读取存储在计算机中 的加工程序，控制机床的各个轴进行 精确移动，实现零件的加工。
数据处理
CNC装置将加工程序中的数据转换为 机床各轴的位移、速度等物理量，通 过电机驱动实现精确控制。
人机界面软件
人机界面软件是数控装置中用于人机交互的软件，负责显 示机床状态、输入加工参数等功能。人机界面软件一般采 用图形化界面设计，易于操作。
分类方式
按控制轴数分类
按控制轴数可将计算机数控装置分为2轴、3轴、4轴、5轴等类型。控制轴数越多，加工 自由度越高，加工复杂零件的能力越强。
按伺服系统类型分类
按伺服系统类型可将计算机数控装置分为直流伺服、交流伺服、步进伺服等类型。不同类 型的伺服系统具有不同的特点，适用于不同的加工需求。
按CNC控制器类型分类
按CNC控制器类型可将计算机数控装置分为单微处理器CNC、多微处理器CNC等类型。 不同类型的CNC控制器具有不同的处理能力和性能特点。
03
计算机数控装置的应用领域
05
计算机数控装置的维护与保养
日常维护
定期检查
对计算机数控装置进行定期检查，确保设备正 常运行。
清洁保养
保持设备清洁，避免灰尘和杂物影响设备性能。
软件更新
及时更新设备软件，以获得更好的功能和安全性。
故障诊断与排除
故障识别
及时发现设备故障，判断故障类型。
故障分析
分析故障原因，制定相应的排除方案。
机床本体
机床本体是数控机床的机械部分，包括主轴、工作台、导轨、刀具等部 分，是实现加工的物理基础。
CNC装置可以实现自动化加工， 提高加工精度和效率，减少人工 干预，降低生产成本。
工作原理
工作流程
CNC装置通过读取存储在计算机中 的加工程序，控制机床的各个轴进行 精确移动，实现零件的加工。
数据处理
CNC装置将加工程序中的数据转换为 机床各轴的位移、速度等物理量，通 过电机驱动实现精确控制。
人机界面软件
人机界面软件是数控装置中用于人机交互的软件，负责显 示机床状态、输入加工参数等功能。人机界面软件一般采 用图形化界面设计，易于操作。
分类方式
按控制轴数分类
按控制轴数可将计算机数控装置分为2轴、3轴、4轴、5轴等类型。控制轴数越多，加工 自由度越高，加工复杂零件的能力越强。
按伺服系统类型分类
按伺服系统类型可将计算机数控装置分为直流伺服、交流伺服、步进伺服等类型。不同类 型的伺服系统具有不同的特点，适用于不同的加工需求。
按CNC控制器类型分类
按CNC控制器类型可将计算机数控装置分为单微处理器CNC、多微处理器CNC等类型。 不同类型的CNC控制器具有不同的处理能力和性能特点。
03
计算机数控装置的应用领域
05
计算机数控装置的维护与保养
日常维护
定期检查
对计算机数控装置进行定期检查，确保设备正 常运行。
清洁保养
保持设备清洁，避免灰尘和杂物影响设备性能。
软件更新
及时更新设备软件，以获得更好的功能和安全性。
故障诊断与排除
故障识别
及时发现设备故障，判断故障类型。
故障分析
分析故障原因，制定相应的排除方案。
机床本体
机床本体是数控机床的机械部分，包括主轴、工作台、导轨、刀具等部 分，是实现加工的物理基础。
数控加工编程技术 陈为国思考与练习答案第四章
数控加工编程技术陈为国思考与练习答案第四章C装置由哪几部分组成？各有什么作用？参考答案：CNC装置有硬件系统和软件系统组成。
硬件系统一般有：CPU：负责整个系统的运算、控制和管理。
存储器：用于存储系统软件和零件加工程序及运算的中间结果。
输入输出接口：用来交换数控装置和外部的信息位置控制部分：完成主轴与进给的位置、速度控制；软件系统包括管理软件和控制软件。
2.简述CNC装置的工作原理？参考答案：CNC装置通过各种输入方式，接受机床加工零件的各种数据信息，经过CNC装置译码，在进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电机，带动各轴运动，并进行实时位置反馈控制，是各个坐标轴能精确地走到所要求的位置。
C装置的主要功能有哪些？参考答案：主要功能有控制轴数和联动轴数、准备功能、插补功能、主轴速度功能、进给功能、补偿功能、固定循环加工功能、辅助功能、字符图形显示功能、程序编制功能、输入输出和通讯功能及自诊断功能。
C装置的硬件结构是什么？CNC装置的软件包括哪些内容？其特点是什么？参考答案：硬件结构分为：单微处理器结构与多微处理器结构，其中多微处理器结构又分为主从结构、多主结构和分布式结构CNC装置的软件包括管理软件和控制软件两大部分。
管理软件主要包括输入、l/0处理、通信、诊断和显示等功能。
控制软件包括译码、刀具补偿、速度控制、插补和位置控制及开关量控制等功能。
软件的特点1：多任务性与并行处理特点2：实时中断处理C装置中的接口电路有哪些？作用是什么？参考答案：接口主要有：键盘接口，用于输入程序、数据集控制命令；显示器接口，用于人机交互，显示字符或图形；开关量接口，用于开关信号的输入输出；网络通讯接口，用于和上位机或其他设备通讯；C装置中PLC的作用是什么？参考答案：PLC在现代数控系统中的有重要的作用。
1.机床操作面板控制2.机床外部开关输入信号控制3.输出信号控制对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还对冷却泵电动机、润滑泵电动机及电磁制动器等进行控制。
计算机数控装置课件
总结词
随着制造业对产品精度要求的不断提高，计算机数控装置的高精度化成为重要的 发展趋势。
详细描述
计算机数控装置的高精度化主要体现在加工精度的提高和误差补偿技术的进步。 通过采用更精确的算法和优化控制技术，计算机数控装置能够实现更高精度的加 工，提高产品的质量和性能。
高可靠性
总结词
计算机数控装置的高可靠性是保证加工过程稳定、可靠的关键。
一种数控编程的标准语言，用于描述工件的几何形状和加工 参数。
宏程序
一种基于C语言的编程语言，用于实现复杂的加工逻辑和算法 。
04
计算机数控装置的应 用领域
机械加工领域
数控机床
计算机数控装置广泛应用于数控 机床的控制，实现高精度、高效
率的加工。
加工中心
加工中心通过计算机数控装置实现 多轴联动，完成复杂零件的加工。
输入输出设备
键盘和显示器
用于输入命令和显示信息。
传感器和执行器
用于检测机床状态和执行控制动作。
数控装置的接口
总线接口
连接数控装置内部各个模块，实现数 据传输和控制信号传递。
I/O接口
连接机床的输入输出设备，实现信号 的传递和控制。
数控装置的存储器
只读存储器（ROM）
存储数控装置的固件程序。
随机存取存储器（RAM）
数控软件的功能模块
加工模块
实现加工过程的控制，包括刀具路径 的计算、加工参数的设置等。
数据处理模块
对输入的零件图纸进行数据转换和预 处理，生成可用于加工的数控程序。
人机交互模块
提供用户界面，方便用户进行操作和 监控。
故障诊断模块
对加工过程中出现的异常情况进行诊 断和处理。
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系统
2020/5/21
项目 分辨率 进给速度 联动轴数 主CPU 伺服系统 内装PLC 显示功能 通信功能
2020/5/21
4.1.1 CNC技术的发展
表4·3 数控系统的功能水平
低档
中档
高档
10 m
1 m
0.1 m
8-15 m/min
15-24 m/min
15-100 m/min
2-3轴
2-4轴或3-5轴以上
1976年
电子管、继电器，模拟电路 晶体管，数字电路（分立元件） 集成数字电路
内装小型计算机，中规模集成电路
计算机 数控 CNC
第五代
1974年
1979年 1981年 1987年 1991年 1995年
1982年
内装微处理器的NC字符显示，故障自诊断
超大规模集成电路，大容量存储器，可编程接口，遥控接口 人机对话,动态图形显示,实时软件精度补偿,适应机床无人 化运转要求 32位CPU，可控15轴，设定0.0001mm进给速度24m/min，带前 馈控制的交流数字伺服、智能化 系统。 利用RISC技术64位系统。 微机开放式CNC系统。
主CPU 68000
CRT
图形显示 8087
IOC
SSU
ROM RAM
RS232 RS232 位控 位控 位控
机床I/O
其中 OPC– 操作控制器； BAC –总线仲裁控制器； IOC – 输入输出控制器； CAP – 自动编程单元；SSU – 系统支持单元；PMC – 可编程机床控制器
坐标轴 坐标轴 主轴
4.2.5 开放式数控装置的体系结构
一、开放式数控系统的产生
随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活（功能可组、可扩 展、可添加）的开放式数控系统，打破当前的“封闭式的”数控系 统。 体系开放化定义（IEEE）：
V
具有在不同的工作平台上均能S 实现系统功能、且可以与其它的系统
入 忙出
主模块3
入忙 出
图4 .9 串行总线仲裁连接方式
2020/5/21
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
主模块1
总线优 总线 总线优 先权入 忙 先权出
主模块2 入 忙出
主模块3
…
入
忙出
优先权编器码 译器码
2020/5/21
图4 .10 并行总线仲裁连接方式
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
标志信息 ② CMOS RAM或磁泡存储器：加工的零件程序、机床参数、刀具参数 3.位置控制单元 ●对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制（包括位置和速度控制）。
（对主轴的控制一般只包括速度控制） ●C轴位置控制：包括位置和速度控制 ●刀库位置控制（简易位置控制）
进给轴位置控制的硬件：大规模专用集成电路位置控制芯片、 位置控制模板。
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
（2）共享总线结构
结构与仲裁 主模块与从模块 总线仲裁及其方式：串行方式和并行方式 串行总线仲裁方式：优先权VS的排列是按链接位置确定。 并行总线仲裁方式：专用逻辑电路，优先权编码方案
模块之间的通讯：公共存储器 总线：STD bus （支持8位和16位字长）
总线
单微处理器硬件结构图
2020/5/21
4.2.2 CNC装置的体系结构
CNC装置的体系结构分为：单微处理机和多微处理机系统，中 高档的CNC装置以多微处理机结构为多。
■ 单微处理机结构:见上图 ■ 多微处理机CNC装置的结构：
1. 主从结构 2. 多主结构 3. 分布式结构 4. 多通道结构
2020/5/21
2020/5/21
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
（5）多通道结构
通道结构（Channel Structure），即两种以上程序的并行处理。
2.多微处理机CNC装置结构的V 特点
S
（1）计算处理速度高 （2）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产
2020/5/21
输入内容——零件程序、控制参数和补偿数据。 输入方式——穿孔纸带阅读输入、磁盘输入、光盘输入、手健盘输入，
通讯接口输入及连接上级计算机的DNC接口输入
2020/5/21
4.1.3 CNC装置的组成和工作原理
2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、翻译成计算机
能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专 用区内。
4.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构
单微处理机数控装置:是以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与 存储器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成 数控加工各个任务。
单微处理机结构： 微处理器、存储器、总线、接口等。 接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、数控技术中的控制单元部 件和接口电路，如位置控制单元、可编程控制器（PC）、主轴控制单元、 穿孔机和纸带阅读机接口，以及其它选件接口等。
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4.1.4 CNC装置的主要功能和特点
1.数控装置的主要功能
（1）控制轴数和联动轴数 （2）准备功能（G功能） （3）插补功能 （4）主轴速度功能：主轴转速的编码方式、恒定线速度、主轴定向准 （5）进给功能（ F ）
1）切削进给速度 2) 同步进给速度 3）快速进给速度 4）进给倍率 。 （6）补偿功能
专用的）计算机操作系统。
初始化
编辑
存储
系统
程序管理
系统控制软件
录放
管理软件 控制软件
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输
输显
诊译
补速插
位
入
出示
断码
偿度补
控
程
程程
程程
计控程
程
序
序序
序序
算制序
序
图4.1 CNC软件的构成
4.1.3 CNC装置的组成和工作原理
3. 工作原理
通过各种输入方式，接受机床加工零件的各种数据信息，经 过CNC装置译码，再进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标 轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服 电动机，带动各轴运动。并进行实时位置反馈控制，使各个坐标 轴能精确地走到所要求的位置。 简要工作过程： 1）输入：
ISO(国际标准化组织)的定义:“数控系统是一种控制系统，它自动 阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加 工零件”。
CNC系统与NC系统 数控系统分轮廓控制和点位控制系统。
数控系统的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，即 数字控制装置。
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4.1.2 CNC系统的组成
模拟量 接口
机床 接口
反馈信号 适配器
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XYZCW
图4 .11 MTC1的CNC装置结构框图
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
（4）共享总线和共享存储器型结构
ROM RAM ROM RAM
键盘 纸带机 手摇盘
PMC 68000
CAP 8086+8087
ROM
RAM
OPC
BAC
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨 迹）、速度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多 执行部件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其 协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的 计算机控制系统。
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和 专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
（3）共享存储器结构
(16K) EPROM
(2K) 512 EAM K
(26K) RAM
(56K)
512 (2K)
EPROM K
EAM
(16K) EPROM
键盘
(CRT) CPU2
字符 发生器
CRTC
(中央V ) CPUS 1
(插补) CPU3
串口和 收发器
RS232C
并行 接口
反馈脉冲 处理
CRT
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图4 .12 FUNUC11的CNC装置结构框图
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
中断
控制
端口1
存储 控制逻辑
RAM
从机床来的 控制信号
I/O (CPU)
地址和数据 多路转换器
共享存 储器
端口2
插补 (CPU3)
至机床的 控制信号
CRT (CPU2)
轴控制 （COU4）
图4 .13 双端口存储器结构框图 图4 .13多CPU共享存储器框图
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4.1.1 CNC技术的发展
表4·2 数控系统的技术进步状况
年代 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87～90
91
CPU
3000C/2901位片机
16位微处理器
32位微处理器
64位
伺服 驱动
最小 设定 单位
进给 速度
直流模拟伺服 1
高速、高精度型2.1m/min 高速型
1.微处理器和总线 微处理器：运算、控制 总线：CPU与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线，包括控制 、地 址和数据三总线。
2.存储器 ① 只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM） 它们的用途：
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4.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构
● 只读存储器（ROM）：系统程序 ● 随机存储器（RAM）：运算的中间结果、需显示的数据、运行中的状态、
8位
16位、32位甚至采用RISC的64位
步进电机、开环 无
直流及交流闭环、全数字交流伺服系统 有内装PC，功能极强的内装PC，甚至有轴控制功能
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项目 分辨率 进给速度 联动轴数 主CPU 伺服系统 内装PLC 显示功能 通信功能
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4.1.1 CNC技术的发展
表4·3 数控系统的功能水平
低档
中档
高档
10 m
1 m
0.1 m
8-15 m/min
15-24 m/min
15-100 m/min
2-3轴
2-4轴或3-5轴以上
1976年
电子管、继电器，模拟电路 晶体管，数字电路（分立元件） 集成数字电路
内装小型计算机，中规模集成电路
计算机 数控 CNC
第五代
1974年
1979年 1981年 1987年 1991年 1995年
1982年
内装微处理器的NC字符显示，故障自诊断
超大规模集成电路，大容量存储器，可编程接口，遥控接口 人机对话,动态图形显示,实时软件精度补偿,适应机床无人 化运转要求 32位CPU，可控15轴，设定0.0001mm进给速度24m/min，带前 馈控制的交流数字伺服、智能化 系统。 利用RISC技术64位系统。 微机开放式CNC系统。
主CPU 68000
CRT
图形显示 8087
IOC
SSU
ROM RAM
RS232 RS232 位控 位控 位控
机床I/O
其中 OPC– 操作控制器； BAC –总线仲裁控制器； IOC – 输入输出控制器； CAP – 自动编程单元；SSU – 系统支持单元；PMC – 可编程机床控制器
坐标轴 坐标轴 主轴
4.2.5 开放式数控装置的体系结构
一、开放式数控系统的产生
随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活（功能可组、可扩 展、可添加）的开放式数控系统，打破当前的“封闭式的”数控系 统。 体系开放化定义（IEEE）：
V
具有在不同的工作平台上均能S 实现系统功能、且可以与其它的系统
入 忙出
主模块3
入忙 出
图4 .9 串行总线仲裁连接方式
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4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
主模块1
总线优 总线 总线优 先权入 忙 先权出
主模块2 入 忙出
主模块3
…
入
忙出
优先权编器码 译器码
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图4 .10 并行总线仲裁连接方式
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
标志信息 ② CMOS RAM或磁泡存储器：加工的零件程序、机床参数、刀具参数 3.位置控制单元 ●对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制（包括位置和速度控制）。
（对主轴的控制一般只包括速度控制） ●C轴位置控制：包括位置和速度控制 ●刀库位置控制（简易位置控制）
进给轴位置控制的硬件：大规模专用集成电路位置控制芯片、 位置控制模板。
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
（2）共享总线结构
结构与仲裁 主模块与从模块 总线仲裁及其方式：串行方式和并行方式 串行总线仲裁方式：优先权VS的排列是按链接位置确定。 并行总线仲裁方式：专用逻辑电路，优先权编码方案
模块之间的通讯：公共存储器 总线：STD bus （支持8位和16位字长）
总线
单微处理器硬件结构图
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4.2.2 CNC装置的体系结构
CNC装置的体系结构分为：单微处理机和多微处理机系统，中 高档的CNC装置以多微处理机结构为多。
■ 单微处理机结构:见上图 ■ 多微处理机CNC装置的结构：
1. 主从结构 2. 多主结构 3. 分布式结构 4. 多通道结构
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4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
（5）多通道结构
通道结构（Channel Structure），即两种以上程序的并行处理。
2.多微处理机CNC装置结构的V 特点
S
（1）计算处理速度高 （2）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产
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输入内容——零件程序、控制参数和补偿数据。 输入方式——穿孔纸带阅读输入、磁盘输入、光盘输入、手健盘输入，
通讯接口输入及连接上级计算机的DNC接口输入
2020/5/21
4.1.3 CNC装置的组成和工作原理
2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、翻译成计算机
能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专 用区内。
4.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构
单微处理机数控装置:是以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与 存储器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成 数控加工各个任务。
单微处理机结构： 微处理器、存储器、总线、接口等。 接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、数控技术中的控制单元部 件和接口电路，如位置控制单元、可编程控制器（PC）、主轴控制单元、 穿孔机和纸带阅读机接口，以及其它选件接口等。
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4.1.4 CNC装置的主要功能和特点
1.数控装置的主要功能
（1）控制轴数和联动轴数 （2）准备功能（G功能） （3）插补功能 （4）主轴速度功能：主轴转速的编码方式、恒定线速度、主轴定向准 （5）进给功能（ F ）
1）切削进给速度 2) 同步进给速度 3）快速进给速度 4）进给倍率 。 （6）补偿功能
专用的）计算机操作系统。
初始化
编辑
存储
系统
程序管理
系统控制软件
录放
管理软件 控制软件
2020/5/21
输
输显
诊译
补速插
位
入
出示
断码
偿度补
控
程
程程
程程
计控程
程
序
序序
序序
算制序
序
图4.1 CNC软件的构成
4.1.3 CNC装置的组成和工作原理
3. 工作原理
通过各种输入方式，接受机床加工零件的各种数据信息，经 过CNC装置译码，再进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标 轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服 电动机，带动各轴运动。并进行实时位置反馈控制，使各个坐标 轴能精确地走到所要求的位置。 简要工作过程： 1）输入：
ISO(国际标准化组织)的定义:“数控系统是一种控制系统，它自动 阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加 工零件”。
CNC系统与NC系统 数控系统分轮廓控制和点位控制系统。
数控系统的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，即 数字控制装置。
2020/5/21
4.1.2 CNC系统的组成
模拟量 接口
机床 接口
反馈信号 适配器
2020/5/21
XYZCW
图4 .11 MTC1的CNC装置结构框图
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
（4）共享总线和共享存储器型结构
ROM RAM ROM RAM
键盘 纸带机 手摇盘
PMC 68000
CAP 8086+8087
ROM
RAM
OPC
BAC
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨 迹）、速度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多 执行部件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其 协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的 计算机控制系统。
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和 专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
（3）共享存储器结构
(16K) EPROM
(2K) 512 EAM K
(26K) RAM
(56K)
512 (2K)
EPROM K
EAM
(16K) EPROM
键盘
(CRT) CPU2
字符 发生器
CRTC
(中央V ) CPUS 1
(插补) CPU3
串口和 收发器
RS232C
并行 接口
反馈脉冲 处理
CRT
2020/5/21
图4 .12 FUNUC11的CNC装置结构框图
4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构
中断
控制
端口1
存储 控制逻辑
RAM
从机床来的 控制信号
I/O (CPU)
地址和数据 多路转换器
共享存 储器
端口2
插补 (CPU3)
至机床的 控制信号
CRT (CPU2)
轴控制 （COU4）
图4 .13 双端口存储器结构框图 图4 .13多CPU共享存储器框图
2020/5/21
4.1.1 CNC技术的发展
表4·2 数控系统的技术进步状况
年代 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87～90
91
CPU
3000C/2901位片机
16位微处理器
32位微处理器
64位
伺服 驱动
最小 设定 单位
进给 速度
直流模拟伺服 1
高速、高精度型2.1m/min 高速型
1.微处理器和总线 微处理器：运算、控制 总线：CPU与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线，包括控制 、地 址和数据三总线。
2.存储器 ① 只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM） 它们的用途：
2020/5/21
4.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构
● 只读存储器（ROM）：系统程序 ● 随机存储器（RAM）：运算的中间结果、需显示的数据、运行中的状态、
8位
16位、32位甚至采用RISC的64位
步进电机、开环 无
直流及交流闭环、全数字交流伺服系统 有内装PC，功能极强的内装PC，甚至有轴控制功能