数控技术操作手册

1、30数控技术操作手册数控技术操作手册目录目录1第一章 绪论31 数字控制的的基本原理31.1 数字控制的基本概念31.2 数控机床的构成41.3 数控机床的特点和分类4第二章 数控系统的插补工作原理81 概述82 差补的方法与特点82.1 逐点比较法82.2 数字积分法112.3 数据采样法113 刀具的半径补偿11第三章 数控机床加工程序的编写131 编程基础132 数控编程的方法143 编程代码与指令格式153.1 数控程序的指令代码153.2 程序的结构与格式19第四章 计算机数控系统（CNC系统）211 概述211.1 CNC系统的组成212 CNC系统的功能和一般工作过程213 CN

2、C系统的硬件结构224 CNC系统的软件结构235 CNC系统的输入、输出和通信功能24第五章 数控机床的伺服驱动及控制271 概述272 步进电动机伺服系统273 数控机床的位置检测装置284 直流电动机伺服系统285 交流电动机伺服系统29附录30第一章 绪论1 数字控制的的基本原理1.1 数字控制的基本概念数字控制（Numerical ControlNC），简称为数控，是一种自动控制技术，使用数字化信号对控制对象建议控制的一种方法。数字控制是相对于模拟控制而言的，数字控制系统种的控制信息是数字量，二模拟控制系统中的控制信息是模拟量。数字控制与模拟控制相比有许多优点，如可用不同的字长表示不

3、同精度的信息，可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，从而使机械设备具有很大的“柔性”。因此数字控制已被广泛用于机械运动的轨迹控制和机械系统的开关量控制，如机床的控制、机器人的控制等。数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。数控机床是才用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上实现给定的数字量，并将其译码，再进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作和加工零件。最初的数控系统是有数字逻辑电路构成的专用硬件数控系统

4、。随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统（Computer Numerical Control）简称CNC。CNC系统是有计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。犹豫计算机可完全有软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的“柔性”，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，是数字控制系统的性能大大提高。 1.2 数控机床的构成1.3 数控机床的特点和分类1.3.1 数控机床的特点与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：（1） 加工精度高，质量稳定。数控系统每输出一个脉冲，机床移动部件的位移量成为脉冲当量，数控机床的脉冲当量一般为0.00

5、1mm，高精度的数控机床可达0.0001mm，其运动分辨率远高于普通机床。（2） 能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。（3） 生产效率高。数控机床的主轴转速和进给量饭俄日比普通机床的范围大，良好的结构刚性允许数控机床采用大的切削用量，从而有效的节省了机动时间。（4） 对产品改型设计的适应性强。当别加工的零件改型设计后，在数控机床上只需变换零件的加工程序，调整刀具参数等，就能实现对改型设计后零件的加工，生产准备周期大大缩短。（5） 有利于制造技术想综合自动化方向发展。数控机床是机械加工自动化的基本设备，以数控机床为基础建立起来的FMC、FMS、CIMS等综合自动化系统使机械制造的

6、集成化、智能化和自动化得以实现。（6） 监控功能强，具有故障诊断的能力。CNC系统不仅控制机床的运动，而且可对机床进行全面监控。（7） 减轻工人劳动强度、改善劳动条件。1.3.2 数控机床的分类数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成的不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。1、 按控制轨迹分类（1） 点位控制系统 它的特点是刀具相对工件的移动过程中，不进行切削加工，对定位过程中的运动轨迹没有严格要求，只要求从一坐标点到另一坐标点的精确定位。（2） 直线控制系统 这类控制系统的特点是除了控制起点与终点之间的准确位置外，而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控制位移的速度，

7、应为这类数控机床的刀具在位移过程中要进行切削加工。（3） 轮廓控制系统 也称连续控制系统。其特点是能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和重点位置，而且要控制两点之间没一点的位置和速度，使机床加工出符合图样要求的复杂形状的零件。它要求数控机床的辅助功能比较齐全。CNC装置一般都具有直线插补和圆弧插补功能。2、 按伺服系统分类（1） 开环伺服系统 这种控制方式不带位置测量元件。数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿 轮、滚珠丝杠螺母副，是执行机构移动或转动。图1.2开环伺服系统工作原理图（2） 闭环伺服系统

8、 这是一种自动控制系统，其中包含功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。数控装置次发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。若两者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。这种系统称为闭环伺服系统。图1.3闭环伺服系统工作原理图（3） 半闭环伺服系统 这种控制系统不是直接测量工作台的位移量，

9、俄日是通过旋转变压器、光电编码盘或分解器等角位移测量元件，测量伺服机构中电动机或丝杠的转角，连间接测量工作台的位移。这种系统中滚珠丝杠螺母副和工作台均在反馈环路之外，其传动误差等仍会影响工作台的位置精度，故称为半闭环控制系统。图1.4半闭环伺服系统工作原理图（4） 混合控制数控机床即将上述控制方式的特点有选择地集中，可以组成混合控制方案。较多的采用下述两种形式：一、 开环补偿型 图为开环补偿型控制方式。其特点是基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，附加一个位置校正电路，通过装在工作台上直线位移测量元件的反馈信号来矫正机械传动误差。二、 半闭环补偿型 图为半闭环补偿型控制方式。其特点是用半闭环进

10、行基本驱动以取得稳定的告诉响应特性，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环，然后用全闭环和半闭环的差进行控制，以获得高精度。3、按功能及用途分类按数控系统的功能水平同窗把数控系统分为低档、中档、高档三类。按其基本用途可划分为四大类：（1） 金属切削类即指采用车、铣、镗、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它还分两类：一是普通型数控机床，二是加工中心。（2） 金属成型类即指采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床，床用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机。（3） 特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成型机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。（4） 测量、绘图类主要

11、有三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。 第二章 数控系统的插补工作原理1 概述插补的概述插补是指数据密化的过程。在对数控系统输入有限坐标点的情况下，计算机根据线段的特征，运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，从而自动地对个坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，使机床加工出所要求的轮廓曲线。对于轮廓控制系统来说，插补是最重要的计算任务，插补程序的运行时间和计算精度影响整个CNC系统的性能指标，可以说插补是整个CNC系统控制软件的核心。人们一直在女里探求一种简单而有效的插补算法，目前普遍应用的算法可分为两大类：一是脉冲增量插补；而是数据采样插补。2 差补的方法与特点

12、2.1 逐点比较法逐点比较法的基本原理，是被控对象在按要求的轨迹运动时，每走一步都要与规定的轨迹进行比较，有此结果军顶下一部移动的方向。着点比较法既可以作直线插补又可以做圆弧插补。这种算法的特点是，运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较为普遍。逐点比较法直线插补（四个步骤）（1）：方向判定：根据偏差值判定进给方向。（2）：坐标进给：根据判定的方向，向该坐标方向发一进给脉冲。（3）：偏差计算：每走一步到达新的坐标点，按偏差公式计算新的偏差。（4）：终点判别：判断是否到达终点，若到达就结束该插补运算，若未到达则重复上述循环

13、步骤。以第一象限为例XA（Xe,Ye）Y0YmM(Xm,Ym)MMXm图2.1第一象限直线如上图第一象限的直线OA，直线的起点坐标为原点，直线终点坐标（Xe,Ye）是已知的，M(Xm,Ym)为加工点（动点），若M在OA直线上，则根据相似三角形的关系可得Xm/Ym=Xe/Ye取 Fm=YmXe-XmYe作为直线插补的判别式。若Fm=0,表明M点在OA直线上；若Fm>0,表明M点在OA直线上方M处；若Fm<0,表示M点在OA直线下方M处。当Fm>=0时，沿+X轴方向走一步，当Fm<0时，沿+Y方向走一步，若两方向上的步数与终点坐标（Xe,Ye）相等时，发出到达终点信号，停止

14、插补。逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补圆弧插补加工：是将加工点到圆心的距离与被加工圆弧的名义半径相比较，并根据偏差大小确定坐标进给方向，以逼近被加工圆弧。下面以第一象限逆圆弧为例，讨论圆弧的插补方 。如图三所示，设要加工圆弧为第一象限逆圆弧AB，原点为圆心0，圆弧起点为A（Xo,Yo）,终点为B（Xe,Ye）,圆弧半径为R。令瞬时加工点为M（Xm,Ym）,它与圆心的距离为Rm,比较Rm和R来反映加工误差。0RmRXYA(Xo,Yo)M(Xm,Ym)B(Xe,Ye)图2.2第一象限逆圆弧由上述内容知：R2 m=Xm2 +Ym2 R2=Xo2+Yo2 因此，可得圆弧偏差判别式如下：Fm2=Rm

15、2-R2=Xm2+Ym2-R2 若Fm=0,表明加工点M在圆弧上；Fm>0，表明加工点在圆弧外；Fm<0，表明加工点M在圆弧内。圆弧插补计算过程与直线插补过程基本相同，即：偏差判别，坐标进给，偏差计算，坐标计算，及终点判别。2.2 数字积分法数字积分法法又称数字微分分析法（Digital Differential Analyzer）。这种插补方法可以实现一次、二次、甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制。只要输入不多的几个数据，就能加工出圆弧等形状较为复杂的轮廓曲线。作直线插补时，脉冲分配也较为均匀。2.3 数据采样法数据采样插补是根据编程的进给速度，将轮廓曲线分割为插补采样

16、周期的进给段即轮廓步长。在每一插补周期中，插补程序被调用一次，为下一周期计算出个坐标轴应该行进的增长段（而不是单个脉冲）xy等，然后再计算出相应插补点（动点）位置的坐标值。3 刀具的半径补偿刀具补偿的基本原理在轮廓加工中，犹豫刀具总有一定的半径刀具中心的运动轨迹并不等于所要加工零件的实际轮廓。也就是说，数控机床进行轮廓加工时，必须考虑刀具半径。在进行外轮廓加工时，道具中心须要偏移零件的外轮廓面一个半径值。这种便宜习惯上称为刀具半径补偿。在零件轮廓加工过程中，刀具半径补偿的执行过程分为三步：（1）刀具补偿建立 道具从原点接近工件，刀具中心轨迹由G41或G42确定，在原来的程序轨迹基础上伸长或缩短

17、一个刀具半径值，即刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与变成轨迹偏离一个刀具半径。（2）刀具补偿进行 一旦建立了到补偿状态则一直维持该状态，除非撤销刀具补偿。在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。（3）刀具补偿撤销 刀具撤离工件，回到原点。与刀补建立时相似，刀具中心轨迹从与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与变成轨迹重合。刀具补偿撤销用G40指令。第三章 数控机床加工程序的编写1 编程基础机床操作工的操作技能和水平决定着普通机床的加工质量和机床的效率的发挥。而苏控机床与普通机床在机械加工中的根本区别是：数控机床是按照事先编制好的加工程序由计算机自动地完成对零件的加工，其

18、对所加工零件的质量与加工效率，很大程度上取决于所编程序的合理与否。理想的数控加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分地发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。数控编程的内容和步骤（一）数控编程的内容数控编程的主要内容包括：分析零件图样，确定加工工艺过程；确定走刀轨迹，计算刀位数据；编写零件加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试加工。数控机床分析零件图样数学处理工艺处理编写程序单输入数控系统程序检验数控机床修改（二）数控编程的步骤数控编程的步骤一般如图3-1所示图3-12 数控编程的方法数控编程一般分为手工编程和自动编程。1、 手工编程从零

19、件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、程序输入至程序校验等步骤均由人工完成，称为手工编程。对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用手工编程比较容易完成，而且经济、及时，因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用手工编程就有一定的困难，出错的机率增大，有的甚至无法编出程序，必须采用自动编程的方法编制程序。2、 自动编程自动编程是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。它包括数控语言编程和图形交互式编程。数控语言编程，编程人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工源程序，送入计算

20、机，由计算机自动地进行编译、数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，直至自动传出数控加工纸带，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。图形交互式编程是利用计算机辅助设计（CND）软件的图形编程功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，或者直接调用出CAD系统完成产品设计文件中的零件图形文件，然后在直接调用计算机内和应的数控编程模块，进行刀具轨迹处理，由计算机自动对零件加工轨迹的每一个节点进行运算和数学处理，从而生成刀位文件。之后再经相应的后置处理，自动生成数控加工程序，并同时在计算机上动态地显示其刀具的加工轨迹图形。3 编程代码与指令格式3.1 数控程序的指

21、令代码零件程序所用的代码，主要有准备功能G指令、进给功能F指令、主轴速度S指令、道具功能T指令、辅助功能M 指令。一般数控系统中常用的G功能和M功能都与国际ISO标准中的功能一致，对某些特殊功能，ISO标准中未指定的，按其数控机床的控制功能要求，数控生厂家按需要进行自定义。并在数控编程侧重予以具体说明定义。我国机械工业部制定的有关G指令和M指令的JB3208-83标准，也遇过表上使用的ISO1056-1975E标准基本一致。（1）准备功能准备功能也叫G功能或G代码。它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。G代码由地址G和后面的两位数字组成，从G00-G99GONG 100种。表3-1为我

22、国JB3208-83标准中规定的G功能的定义。代码（1）功能保持到被取消或被同样字母表示的程序指令所代替(2)功能仅在所出现的程序段内有作用(3)功能(4)G00a点定位G01a直线插补G02a顺时针方向圆弧插补G03a逆时针方向圆弧插补G04*暂停G05#不指定G06a抛物线插补G07#不指定G08*加速G09*减速G10-G16#不指定G17cXY平面选择G18cXZ平面选择G19cYZ平面选择G20-G32#不指定G33a螺纹切削，等螺距G34a螺纹切削，等螺距G35a螺纹切削，等螺距G36-G39#永不指定G40d刀具补偿/刀具偏置注销G41d刀具补偿-左G42d刀具补偿-右G43#(

23、d)#刀具偏置-正G44#(d)#刀具偏置-负G45#(d)#刀具偏置+/+G46#(d)#刀具偏置+/-G47#(d)#刀具偏置-/-G48#(d)#刀具偏置-/+G49#(d)#刀具偏置0/+G50#(d)#刀具偏置0/-G51#(d)#刀具偏置+/0G52#(d)#刀具偏置-/0G53f直线偏移，注销G54f直线偏移XG55f直线偏移YG56f直线偏移ZG57f直线偏移XYG58f直线偏移XZG59f直线偏移YZG60h准确定位1（精）G61h准确定位2（中）G62h快速定位（粗）G63*攻丝G64-G67#不指定G68#(d)#刀具偏置，内角G69#(d)#刀具偏置，外角G70-G79

24、#不指定G80e固定循环注销G81-G89e固定循环G90j绝对尺寸G91j增量尺寸G92*预置寄存G93k时间倒数进给率G94k每分钟进给G95k主轴每转进给G96i恒线速度G97i每分钟转数（主轴）G98-G99#不指定注：1.#号表示：如选作特殊用途，必须在程序格式说明中说明。2.如在直线切削控制中没有刀具补偿，则G43到G52可指定作其它用途。3.栏括号中的字母（d）表示：可以被同栏中没有括号的字母d所注销或代替，亦可被有括号的字母（d）所注销或代替。4.G45到G52的功能科用于机床上任意两个预定的坐标。5.控制机上没有G53到G59、G63功能时，可以指定作其他用途。6.*号表示功

25、能仅在所出现的程序段内有效。（2）辅助功能辅助功能也叫M功能或M代码。它是控制机床开-关功能的一种命令。辅助功能M指令也有M00M99共计100种，现将常用的M 指令功能解释如下表：表3.2常见辅助功能M指令代码功能M00程序停止指令M01计划（任选）停止指令M02程序结束指令M06换刀指令M07命令2号冷却液（雾状）开M08命令1号冷却液（液状）开M09冷却液关M10工作的加紧M11工作的松开M19主轴定向停止M30程序结束3.2 程序的结构与格式每种数控系统，根据系统本身的特点及编程的需要，都有一定的程序格式。对于不同的机床，其程序格式也不尽相同。因此，编程人员必须严格按照机床说明书的规定

26、格式进行编程。1、 程序结构一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束三部分组成。例如程序号程序内容程序结束O0001N10 G92 X40 Y30;N20 G90 G00 X28 T01 S800 M03;N30 G01 X-8 Y8 F200;N40 X0 Y0;N50 X28 Y30;N60 G00 X40;N70 M02;（1）程序号 在程序的开头要有程序号，以便进行程序检索。程序号就是给零件加工程序一个编号，并说明该零件加工程序开始。（2）程序内容 程序内容部分是整个程序的核心，它有许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床要完成的全部动作。（3）程序结束 程序

27、结束是以程序结束指令M02、M30或M99（子程序结束），作为程序结束的符号，用来结束零件加工。2、程序段格式零件的加工程序是由许多程序段组成的，每个程序段由程序段号、若干个数据字和程序段结束字符组成，每个数据字是控制系统的具体指令，它是由地址符、特殊文字和数字结合而成，它代表机床的一个位置或一个动作。程序段格式是指一个程序段中字、字符和数据的书写规则。目前国内外广泛采用字-地址可变程序段格式。第四章 计算机数控系统（CNC系统）1 概述1.1 CNC系统的组成CNC系统主要有硬件和软件两大部分组成。其核心是计算机数字控制装置。它通过系统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数

28、据处理、插补和输出信息，控制执行部件，是数控机床按照操作者的要求进行自动加工。CNC系统采用了计算机作为控制部件，通常有常驻在其内部的数控系统软件实现部分或全部数控功能，从而对机床运动进行实时控制。只要改变计算机数控系统的控制软件就能实现一种全新的控制方式。2 CNC系统的功能和一般工作过程（一）CNC系统的功能CNC系统由于现在普遍采用了微处理器，通过软件可以实现很多功能。数控系统有多种系列，性能各异。数控系统的功能通常包括基本功能和选择功能。CNC系统的功能主要反映了在准备功能G指令代码和辅助功能M指令代码上。根据数控机床的类型、用途、档次的不同，CNC系统的功能有很大差别，CNC的主要功

29、能有：控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、补偿功能、字符、图形显示功能、自诊断功能、通信功能和人机交互图形编程工才能。（二）CNC系统的一般工作过程1、输入 输入CNC控制器的通常有零件加工程序、机床参数和刀具补偿参数。机床参数一般在机床出厂时或在用户安装调试时已经设定好，所以输入CNC系统的主要是零件加工程序和刀具补偿数据。2、译码 译码是以零件程序的一个程序段为单位进行处理，把其中零件的轮廓信息（起点、重点、直线或圆弧等），F、S、T、M等星系按一定的语法规则解释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域。3、刀具补偿 它包括刀

30、具半径补偿和刀具长度补偿。它的作用是把零件轮廓轨迹按系统存储的道具尺寸数据自动转换成刀具中心相对于工件的移动轨迹。4、进给速度处理 数控加工程序给定的刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合成运动方向上的速度，即F代码的指令值。速度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运动方向上的速度分解成各进给运动坐标方向的分速度，为插补时计算各进给坐标的行程量做准备；另外对于机床允许的最低和最高速度限制也在这里处理。5、插补 要进行轨迹加工，CNC必须从一条已知起点和重点的曲线上自动进行“数据点密化”的工作，这就是插补。6、位置控制 它的主要功能是在每个采样周期内，将插补计算出的理论为止与实际反馈位置进行比较，

31、用其差值控制进给电动机。7、I/O处理 其作用一方面是将机床运动过程中的有关参数输入到CNC中；另一方面是将CNC的输出命令变为执行机构的控制信号，实现对机床的控制。8、显示 它主要是为操作者提供方便，显示装置有CRT显示器或LCD数码显示器，一般位于机床的控制面板上。3 CNC系统的硬件结构3.1.1 CNC系统的硬件构成特点随着大规模集成电路技术和表面安装技术的发展，CNC系统硬件模块及安装方式不断改进。从CNC系统的总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种。所谓整体式结构是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模块板组成的电路板等安装在同一机箱内。这种方式的有点是结构紧凑，便于安装，

32、但有时可能造成某些信号连线过长。分体式结构通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一个部件，而把功能模块组成的电路板安装在一个机箱内，两者之间用导线或光钎连接。血多CNC机床把操作面板也单独作为一个部件，还是由于所控制机床的要求不同，操作面相应的要改变，做成分体式有利于更换和安装。3.1.2 单CPU结构CNC系统单CPU结构CNC系统的基本结构包括：CPU、总线、I/O接口、存储器、串行接口和CRT/MDI接口等，还包括数控系统控制单元部件和接口电路，如位置控制单位、PLC接口、主轴控制单元、速度控制单元、穿孔机和纸带阅读机接口以及其他接口等。3.1.3 多CPU结构CNC系统多CPU结构C

33、NC系统是只在CNC系统中有两个或两个以上的CPU 能控制系统总线或主存储器进行工作的系统结构。该结构有紧耦合和松耦合两种形状。紧耦合是指两个或两个以上的CPU构成的处理部件之间采用紧耦合，有集中的操作系统，共享资源。松耦合是指两个或两个以上的CPU构成的功能模块之间采用松耦合，有多重操作系统实现并行处理。4 CNC系统的软件结构CNC系统的软件是为完成CNC系统的各项功能而撞门设计和编制的，是数控加工系统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。CNC系统软件的管理作用类似与计算机的操作系统的功能。不同的CNC装置，其功能和控制方案也不同，因而各系统软件在结构上和规模上差别较大，各厂家的软

34、件互不兼容，现代数控机床的功能大都采用软件来实现，所以，系统软件的设计及功能是CNC系统的关键。数控系统是按照事先编制好的控制程序来实现各种控制的，而控制程序是根据用户对数控系统所提出的各种要求进行设计的。在设计系统软件之前必须细致的分析被控制对象的特点和对控制功能的要求，决定采用哪一种计算方法。在确定好控制方式、计算方法和控制顺序后，将其处理顺序用框图描述出来，使系统设计者对所涉及的系统有一个明确而又清晰的轮廓。CNC系统的软件结构决定于系统采用的中断结构。在常规的CNC系统中，已有的结构模式有中断型结构和前后台型两种结构模式。1、中断型结构模式 中断型软件结构的特点是除了初始化程序之外，整

35、个系统软件的各种功能模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统，其管理的功能主要通过各级中断服务程序之间的相互通信来解决。2、前后台型结构模式 该结构模式的CNC系统的软件分为前台程序和后台程序。前台程序是指实时中断服务程序，实现插补、伺服、机床监控等实时功能。这些功能与机床的动作直接相关。后台程序是一个循环运行程序，完成管理功能和输入、译码、数据处理等非实时性任务，也叫背景程序，管理软件和插补准备在这里完成。后台程序运行中，实时中断程序不断插入，与后台程序相配合，共同完成零件加工任务。5 CNC系统的输入、输出和通信功能5.1.1 CNC系统的输入输出要求CNC装置

36、作为控制独立的单台机床设备时，同窗需要与下列设备相接并进行数据的输入、输出并与其他装置设备进行信息交换和传递，具体要求如下：（1） 数据输入输出设备。如光电纸带阅读机（PTR），纸带穿孔机（PP），零件的编程机和可编程控制器（PLC）的编程机等。（2） 外部机床控制面板，包括键盘和终端显示器。特别是大型数控机床，为了操作方便，往往在机床一侧设置一个外部的机床控制面板。（3） 通用的手摇脉冲发生器（4） 进给驱动线路和主轴驱动线路。一般情况下，主轴驱动和进给驱动线路与CNC装置装在同一机柜或相邻机柜内，通过内部连线相连，它们之间不设置通用输出输入接口。5.1.2 CNC系统常用外设及接口CNC系

37、统的外部设备是指为了实现机床控制任务而设置的输入与输出装置。我们知道，不同的数控设备配备外部设备（简称外设）的类型和数量都不一样。大体来说，外设包括输入设备和输出设备两种。输入设备常见的有自动输入的纸带阅读机、磁带机、磁盘驱动器等。零件的加工程序、各种补偿的数据、开关状态等都要通过输入设备送入数控系统。输出设备常见的有通用显示器、外部位置显示器、纸带穿孔机、电传打字机、行式打印机等。5.1.3 网络通信基础CNC是一个专用的计算机系统，它与其它设备的网络通信可以是基带传输，也可以是载波传输、宽带网传输等。所谓基带传输即是按数据波的原样而不包含有任何调制进行传输，这是数字通信中最基本的数据传输方

38、式。这种传输方式可以达到较高的数据传输速率（一般为1Mbit/s100Mbit/s），但其传输距离一般不超过25km，传输距离越长，质量越低。而宽带网传输可传输语言、图像等信息，它与基带网的主要区别是传输速率高，可达400Mbit/s；并可划分为多条基带信道，提供良好的通信路径。至于载波传输，则是采用数字信号对数据波原样进行调制后实行传输。这种通信系统的构成见图4-1信息接收者信息源编 码传输介质解调译 码调制 发送设备 接收设备图4-1通信系统的构成第五章 数控机床的伺服驱动及控制1 概述如果说CNC装置是数控机床的“大脑”，发布“命令”的指挥机构，那么，伺服系统就是数控机床的“四肢”，是一

39、种“执行机构”，它忠实而准确的执行由CNC装置发来的运动命令。数控机床伺服系统是以数控机床移动部件的位置和速度为控制对象的自动控制系统，也称为随动系统、拖动系统或伺服机构。它接受CNC装置输出的插补指令，并将其转换为移动部件的机械运动。伺服系统是数控机床的重要组成部分，是数控装置和机床本体的联系环节，其性能直接影响数控机床的精度、工作台的移动速度和跟踪精度等技术指标。2 步进电动机伺服系统步进电动机伺服系统一般构成典型的开环伺服系统。在这种开环伺服系统中，执行元件是步进电动机。步进电动机是一种可将电脉冲转换为机械角位移的控制电动机，并通过丝杠带动工作台移动。通常该系统中无位置、速度检测环节，其

40、精度主要取决于步进电动机的步距角和与之相联传动链的精度。步进电动机的最高转速通常均比直流伺服电动机和交流伺服电动机低，且在低速时容易产生振动，影响加工精度。但步进电动机伺服系统的制造与控制比较容易，在速度和精度要求不太高的场合有一定的使用价值，同时步进电动机细分技术的应用，使步进电动机开环伺服系统的定位精度显著提高，并可有效地措施来降低步进电动机的低速振动，从而使步进电动机伺服系统得到更加广泛的应用。3 数控机床的位置检测装置监测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。它的主要作用是监测位移和速度，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号进行比较，若有偏差，经过放大后控制执行部件，使其向消除偏差的方向运动，直至偏差为零为止。闭环控制的数控机床的加工精度主要取决于检测系统的精度。因此，精密检测装置是高精度数控机床的重要保证。一般来说