数控系统概述与数控自动编程

1、第7章 数控系统概述 7.1 数控系统及其组成 7.2 数控系统的分类 7.3 主要数控系统产品简介 习题 7.1 数控系统及其组成 数控 数字控制(NC,Numerical Control)技术的简称 是用由数字信息构成的程序对某一对象进行控制的一门技术 数控系统 采用数控技术实现数字控制的一整套装置和设备 世纪星HNC-21/22M铣床（加工中心）数控系统GSK 928MA铣床数控系统 FANUC 0系列SIEMENS豪迪迈（ULTIMAX）数控系统(双屏) 7.1 数控系统及其组成 四大组成部分 数控加工程序输入/输出装置 数控装置 伺服驱动控制装置 机床电气逻辑控制装置 被控对象机床本

2、体图7.1 数控系统的组成结构 1. 数控装置 数控装置是整个系统的核心 主要功能： 接收、存储零件程序 译码、计算、插补和逻辑判断 输出坐标轴位移信号和辅助运动控制信号 2. 输入/输出装置是操作人员与数控机床之间的交互界面输入：操作人员向数控系统输入的零件加工程序输出：为操作人员显示必要的信息 切削方向、坐标值、报警信号等输入/输出：对加工程序的编辑、修改和调试等纸带阅读机磁带机磁盘驱动器键盘串行通信接口CRT显示器液晶显示器触摸屏、图形显示 3. 伺服驱动装置位于数控装置和机床之间主要作用： 对来自数控装置的信号进行功率放大 驱动电机拖动机床运动 伺服驱动进给伺服驱动主轴驱动速度调节单元

3、功率驱动单元伺服电动机主轴驱动单元主轴电动机按照数控装置输出的坐标轴位移信号准确地驱动工作台运动按照数控装置输出的主轴速度信号驱动主轴以一定的转速和足够的转矩旋转 4. 机床电气逻辑控制装置 数控系统位置控制功能辅助控制功能主轴启/停、 换刀、 冷却液开/停等机床电气逻辑控制装置“接触器继电器”控制逻辑可编程序逻辑控制器（PLC）同步零件程序的执行7.2 数控系统的分类 1. 按数控装置类型分类 按照：数控装置内部逻辑电路元件的不同 三种分类方法数控系统分类： 硬件数控系统 计算机数控系统 硬件逻辑电路计算机为核心配合相应的计算机软件硬件数控系统（NC系统） 采用硬件逻辑电路实现译码、计算、插

4、补等数控功能计算机数控系统（CNC系统） 以计算机为核心，用软件来实现译码、计算、插补等数控功能注：目前所说的数控系统一般均指计算机数控系统 2. 按控制方式分类 开环控制型数控系统全闭环控制型数控系统半闭环控制型数控系统 开环控制型数控系统不带检测装置， 也无反馈电路以步进电动机驱动控制方式较简单、价格比较低廉广泛应用于经济型数控系统 全闭环控制型数控系统带有位置检测反馈装置，位置检测元件安装在机床工作台检测机床工作台的实际位移(直线位移)， 与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较， 用差值进行控制以直流或交流伺服电动机驱动位置控制精度很高（消除了工作台传动链在内的传动误差）调试困难，

5、系统很难达到稳定状态（闭环环路中有大惯性环节）全闭环控制型数控系统结构 半闭环控制型数控系统位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)， 并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较， 用差值进行控制， 构成半闭环控制精度不如全闭环（大惯性环节造成的误差不能由环路矫正）调试方便，可以获得比较稳定的控制特性广泛应用于实际半闭环控制型数控系统结构 混合控制数控系统 这类数控系统混合应用了开环、 全闭环和半闭环等控制方式， 常见的有如下两种： （1） 开环补偿型数控系统 （2） 半闭环补偿型数控系统图7.5 开环补偿型数控系统结构 图7

6、.6 半闭环补偿型数控系统结构 3. 按照功能水平分类 低档（经济型）中档高档 注：这种分类方法的界线是相对的， 不同时期的划分标准会有所不同 各档次数控系统的功能 7.3 主要数控系统产品简介 7.3.1 日本FANUC数控系统 1. FANUC Series 3/5/6/7系列是FANUC公司于20世纪70年代推出的数控系统 属于其早期产品， 是具备一般功能的中档CNC系统 6M铣、镗和加工中西6T车床 2. FANUC Series 101112系列是FANUC公司于20世纪80年代初推出的多微处理器CNC产品， 其主CPU采用68000， 在图形控制、 对话式自动编程控制、 轴控制等方

7、面也都有各自的CPU M型铣床、镗床和加工中心T型车床TT型双刀架车床F型具有对话功能 3. FANUC Series 0系列是FANUC公司在20世纪80年代中期推出的， 具有较高可靠性和性能价格比的CNC产品特点是体积小， 价格低， 适用于机电一体化的小型数控机床 F0MA/MB/MD铣床、镗床和加工中心F0TTA/TTB/TTC一或两主轴双刀架的4轴控制车床F0GA/GB/GD磨床F0PD冲压机床 4. FANUC Series 15系列是FANUC公司在1987年推出的能够控制24轴联动的高性能CNC产品用于飞机、 汽车、 模具等复杂自由曲面零件的高效率精密加工 FS15i（升级产品）

8、网络功能 基于WINDOWS 多轴、多系统控制 5. FANUC Series 16/18/21系列功能位于FANUC Series 15系列和F0系列之间采用高速32位FANUC BUS和薄型TFT(薄膜晶体管)彩色液晶显示是控制单元和TFT显示器集成于一体的超小型CNC产品 FS16/18可控制8轴FS21可控制5轴FS16i/18i/21i网络功能 6. FANUC Series 20i系列是面向普通铣床、 普通车床开发的CNC产品不需要编写零件程序， 只需在屏幕上输入一些参数， 即可实现直线、 圆弧等的半自动加工 7. FANUC Series 30i/300i/3000is系列是FA

9、NUC公司近期推出的高端CNC产品可控制10个系统， 32个进给轴和8个主轴用于高速、 精密、 多轴、 多系统大型自动化复合加工设备 7.3.2 德国SIEMENS公司的CNC产品 1. SINUMERIK 8系列 SINUMERIK 8系列是SIEMENS公司20世纪80年代初期推出的CNC产品。 2. SINUMERIK 3系列 该系列产品适用于各种机床的控制， 有M型、 T型、 TT型、 G型和N型等。 3. SINUMERIK 810820系列 该系列是20世纪80年代中期的产品， 分为M型、 T型、 G型等。 M型用于镗床、 铣床和加工中心， T型用于车床， G型用于磨床。 4. S

10、INUMERIK 850880系列 该系列产品是SIEMENS公司于20世纪80年代后期推出的CNC产品， 适用于高自动化水平的机床及柔性制造系统。 5. SINUMERIK 802S/C/D系列 SINUMERIK 802S是SIEMENS公司在20世纪90年代中后期推出的经济型数控系统。 802S采用开环步进电动机驱动， 可控制3个进给轴和1个主轴， 主要用于经济型数控车床、 数控铣床。 7.3.3 西班牙FAGOR公司的CNC产品 1. 101/102系列 101/102系列是LED数码管显示的单轴/双轴经济型数控系统， 同时可连接手轮和控制主轴， 并具有ISO代码编程和参数编程功能，

11、可用于自动循环板带送料机， 板带、 管材和型材切割机， 冲压及剪切设备， 分度装置， 珩磨机等设备。 2. 80258030系列 8025/8030系列数控系统是FAGOR 公司的中、 高档数控系统， 可用于铣床、 加工中心、 车床、 冲床、 激光加工机床、 火焰切割机、 磨床等设备， 可控制25轴。 3. 8040系列 8040系列是FAGOR公司于2001年投放市场的中、 高档数控系统， 其功能介于8025 与8055之间。 4. 8055系列 8055系列数控系统是 FAGOR的高档数控系统， 可实现 7 轴联动， 按其处理速度不同分为8055/A、 8055/B、 8055/C三种档次

12、， 适用于车床、 车削中心、 铣床、 加工中心、 高速冲床、 激光加工机床、 表面磨床、 工具磨床、 坐标磨等设备， 具有连续数字化仿型、 RTCP补偿、 内部逻辑分析仪、 SERCOS接口等许多高级功能。 5. 8070系列 8070系列是目前FAGOR 最高档的数控系统。 CNC 8070 是CNC技术与PC技术的结晶， 是与PC兼容的数控系统， 它采用Pentium CPU， Windows和MS-DOS操作系统， 可控制16个进给轴、 2个主轴、 3个手轮； 可运行Visual BASIC、 Visual C+程序， 程序段处理时间小于1 ms； PLC可达1024输入点/1024输出

13、点， 1 k指令的执行时间为1 ms； 具有以太网、 CAN、 SERCOS通信接口， 可选用10 V模拟量接口。 华中数控HNC-21M铣削数控系统 可实现9轴联动可与各种铣床、加工中心配套除标准数控功能外，系统还具有双向螺距补偿、加工断点 保护、故障诊断、巨量程序储存和网络功能 HNC-21T车床数控系统可与各种数控车床和车削中心配套在控制精度、运算速度和图形界面等方面均有很强的功能编程、加工操作方便HNC-21P数字化仿形数控系统HNC-21Y齿轮加工数控系统HNC-21G磨床数控系统 HNC-21L激光加工数控系统 车床数控系统：928TA、928TB、928TC、928TE、980T

14、A钻、铣床数控系统：928MA、980M、990M加工中心数控系统：990MI习 题 7.1 什么叫数控技术？ 7.2 数控系统由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？ 7.3 按其伺服系统的控制方式不同， 数控系统分为几类？各有何特点？ 7.4 常见的有哪几种数控系统产品？第6章 数控自动编程 6.1 自动编程概述 6.2 MasterCAM简介 习题 6.1 自动编程概述 自动编程 就是用计算机代替手工编程 数控语言自动编程图形交互式自动编程根据 编程信息的输入、处理方式不同，可分为：1.数控语言自动编程数控语言编程手册APT/ADAPT/AUTOSTOP/SKC/ZCK 计算机技术 计算

15、机图形处理技术2. 图形交互式自动编程CAD软件CAM软件NC代码目前流行的自动编程系统6.2 MasterCAM简介 定义：是专门用于微型计算机的数控机床自动编程系统适用：具有复杂外型及各种空间曲面的模具类零件的自动编程计算机辅助设计Computer Aided DesignCAD 计算机辅助制造Computer Aided Manufacturing CAM图形转换:CAD系统：DXF、DWG、 IGES 、 STEP等坐标数据文件：3D ASCII三座标测量机几何造型DXF、DWGIGES三座标测量仪三座标测量机造型设计数控铣削数控车削线切割6.2 MasterCAM简介 6.2.1 功

16、能菜单简介 1.分析(A) 利用MasterCAM中的分析子菜单中的命令， 可以查看各几何对象的参数， 某些命令还可以用来对几何对象进行编辑。 由于这些命令的使用方法比较简单， 下面仅简要介绍常用的几个命令。 （1） 分析点。 （2） 分析外形。 （3） 分析编辑几何对象。 （4） 分析长度和角度。 （5） 动态分析。 2.绘图（C） 单击主功能菜单下的绘图命令， 系统会弹出一个菜单。 1） 点的绘制 （1） 按位置绘点。 V值输入：该命令按给定的坐标值在工作区中绘点。 C圆心点：选中该命令， 用鼠标点击圆或弧， 系统自动绘出该圆或弧的圆心点。 E端点：选中该命令， 用鼠标点击线或弧， 系统自

17、动绘出选中的线或弧的端点。 I交点：选中该命令， 用鼠标分别点击相交的两个元素（线或弧）， 系统自动在交点处绘点； 如果这两个元素不相交， 系统会在其延长线上绘制交点。 M中点： 选中该命令， 用鼠标点击线或弧， 系统将在线或弧的中点上绘点。 （2） 等分绘点命令将根据需要在指定的图素上绘制等距离的点， 点的数目根据屏幕下方的提示输入。 （3） 曲线节点命令用于绘制参数曲线上的节点。 （4） 指定长度命令用于在所选择的直线、 弧或者曲线上， 按照用户输入的数值， 在指定的长度位置绘制点。 （5） 网格点命令可在指定位置绘制一系列网格点。 依照屏幕下方的提示， 还可以在工作区指定的位置绘制一组网

18、格点。 （6） 圆周点命令可在输入圆周点圆心坐标、 半径、 起始角度、 角度增量和节点数后， 在工作区绘制一系列圆周点。 2） 线的绘制 （1） 水平线： 使用抓点模式选定一个端点， 然后用鼠标水平拉出一段距离， 再单击左键确定另外一个端点， 最后确认Y轴的位置。 （2） 垂直线： 和水平线的绘制方法大致相同。 （3） 任意线段： 使用抓点模式确定一个端点， 然后再使用抓点模式确定另一个端点， 可在工作区的两个端点之间绘制出一条线段。 （4） 连续线段： 使用抓点模式确定一个端点， 重复此步骤确定其它端点， 然后按“Esc”键完成连续线段的绘制。 （5） 极坐标线： 使用抓点模式确定一个端点，

19、 该点为极坐标原点， 输入角度确定极角， 输入线长确定极径。 （6） 切线： MasterCAM可以绘制与一条圆弧或者两条圆弧相切的切线， 也可以经过圆外一点做一直线与已知圆相切。 （7） 法线： MasterCAM可以绘制已知直线、 圆弧或曲线的法线， 也可以绘制一直线的法线并令该法线与已知圆或圆弧相切。 （8） 平行线： 当绘制一条与已知直线平行的直线时， 需要使用平行命令。 先选择平行的方式：S表示方向/距离方式； P表示经过一点方式； A表示与圆相切方式。 3） 圆弧的绘制 （1） 极坐标绘弧： 使用极坐标绘弧可以有以下四种方法。 C圆心点命令： 先确定极坐标的原点， 然后依次输入半径

20、、 起始角度和终止角度。 K任意角度命令： 先确定极坐标的原点， 然后输入半径， 最后使用抓点模式来确定圆弧的起始角度和终止角度。 S起始点命令： 先确定圆弧的起始点， 然后依次输入半径、 起始角度和终止角度。 E终止点： 先确定圆弧的终止点， 然后依次输入半径、 起始角度和终止角度。 （2） 两点绘弧：使用抓点模式确定第一个点和第二个点， 输入圆弧半径， 单击需要保留的圆弧即可。 （3） 三点绘弧： 使用抓点模式确定第一个点和第二个点， 然后拖动光标至适当位置确定圆弧的形状。 （4） 相切绘弧： 使用相切绘弧有以下三种命令。 切一物体命令： 可以绘制一条与单个物体相切的圆弧。 选择一个与圆弧

21、相切的对象， 指定切点并输入圆弧半径， 然后选择需要保留的圆弧即可。 切两物体命令： 可以绘制一条与两个物体相切的圆弧。 输入圆弧半径， 依次指定与圆弧相切的两个物体即可。 切三物体命令： 依次选取与圆弧相切的物体或点即可。 4） 圆的绘制 绘制圆有以下五种方法。 （1） 两点画圆命令： 用于绘制一个经过两个特定点的圆。 （2） 三点画圆命令： 用于绘制一个经过三个特定点的圆。 （3） R点半径圆命令： 用于绘制一个已知圆心位置和半径大小的圆。 （4） D点直径圆命令： 用于绘制一个已知圆心位置和直径的圆。 5） 倒圆角的绘制 该命令可以对两个图素进行倒圆角处理， 其操作步骤如下： 输入倒圆角

22、的半径值； 设置圆弧角度是大于180、 小于180还是全圆360； 设置是否修剪倒圆角； 选择绘制倒圆角的对象， 可以是图素的组合（即串联）。 6） 曲线的绘制 MasterCAM提供了Spline 曲线功能， 可以绘制参数式曲线和NURBS 曲线。 NURBS 曲线要比参数式曲线光滑， 两者的切换可以通过单击“T 曲线形式”命令来完成。 使用Spline功能绘制曲线时可以手动输入一个点来确定一条曲线， 也可以让MasterCAM自动在一个点集中的地方选取合适的点来形成一条曲线， 还可以通过已有的线、 弧或曲线来绘制一条Spline曲线。 7） 矩形的绘制 矩形的绘制方法有下面三种。 （1）

23、一点法绘制矩形： 使用抓点模式确定矩形左下角坐标， 然后输入矩形的宽度值和高度值。 （2） 两点法绘制矩形： 使用抓点模式确定矩形左下角坐标和右上角坐标。 （3） 中心点法绘制矩形： 使用抓点模式确定矩形中心坐标， 然后 输入矩形的宽度值和高度值。 8） 倒角的绘制绘制倒角的方法与绘制倒圆角基本一致， 过程如下： 输入倒角的第一段距离、 第二段距离， 然后选取要绘制倒角的第一条线和第二条线。 9） 椭圆的绘制绘制椭圆的步骤如下： 输入椭圆的X轴和Y轴半径， 然后输入椭圆的起始角度、 终止角度和旋转角度， 最后使用抓点模式确定椭圆的中心点。 3. 文件管理（F） （1） 开启新档： 点击该命令，

24、 系统会在提示保留已有文件的情况下新建一个以MC7为后缀名的文件。 （2） 合并档案： 该命令可以合并两个图形， 即可以将一个新调用的文件（图形）插入到屏幕上已有的文件（图形）中。 （3） 档案转换： 该命令可以将其它绘图软件绘制的图形读入到MasterCAM中， 如将后缀为DXF、 CADL、 NFL及IGES等由其它CAD系统绘制的图形转换到MasterCAM中， 也可以将文本文件下建立的点的坐标转换成图形。 （4） 屏幕拷贝： 该命令将屏幕上显示的图形在打印机上打印出来。 4. 修整 修整是对几何对象进行编辑的操作命令， 使用该命令可以对生成的二维几何图形进行如倒圆角， 修剪或延伸几何对

25、象到指定的边界， 将一个几何对象分割为两个或两个以上的几何对象等的操作。 （1） 倒圆角： 与绘图功能中的倒圆角命令基本上是一致的。 （2） 修剪延伸： 包括以下七条命令。 （3） 打断操作： 包括以下六条命令。 （4） 连接操作: 连接两条线段或者连接两条圆弧。 需要注意的是， 被连接的两条线段必须是共线的， 若是圆弧也必须是共圆心的。 （5） 延伸： 可将直线、 圆弧或Spline 曲线在选定端延伸一定的长度。 （6） 动态移位： 可以动态地对选取的几何对象进行平移、 旋转和拉伸操作。 5. 转换 转换子菜单中包含的命令主要用来改变几何对象的位置、 方向和大小等。 （1） 镜像： 相对于X

26、轴、 Y轴、 一条任意直线或者两点对所选择的对象作镜像影射， 它适宜构造具有轴对称或是线对称的二维几何图形。 （2） 旋转：将选中的图素相对于原点或者任意点旋转， 可以选择是移动还是拷贝原图素。 （3） 等比例缩放： 根据一个指定的比例系数缩小或放大所选取的几何对象的尺寸， 在缩放时应设置好基准点和比值。 （4） 不等比例缩放： 类似于等比例缩放， 但可以分别指定X、 Y、 Z轴三个方向的缩放比例。 （5） 平移： 将选择的几何对象移动或者复制到新的位置。 （6） 单体补正： 在选定的几何对象的垂直方向上按指定的距离移动或是复制一个几何对象， 该功能仅作用于线、 圆弧及曲线。 （7） 串联补正

27、： 按给定的距离、 方向及方式移动或是复制串联在一起的几何对象。 6.删除 利用删除功能可以从屏幕和系统的资料库中删除一个或一组已有的几何对象， 其中的各项命令功能介绍如下： (1) 串联： 删除一系列相连的图素。 (2) 视窗内： 删除完全在视窗内的图素。 (3) 多边形： 可以删除完全在用户定义的多边形内的所有图素。 (4) 区域：可以删除用户选择的区域内的所有图素。 (5) 仅某图素:可以删除单个某类的图素， 例如单个点、 线、 曲线等。 (6) 所有的： 可以删除所有某类的图素， 例如单个点、 线、 曲线等。 (7) 群组：可以删除一个群组。 (8) 结果：可以删除图素转换产生的结果。

28、 (9) 重复图素：可以删除占有同样位置的图素。 (10) 恢复删除:可以恢复删除的图素。 7.屏幕 1） 系统规划 （1） 记忆体（内存）配置。 对该选项卡中各选项的含义说明如下： 给出当前MasterCAM的内存总数。 该选项不能进行设置。 设置每条曲线最多的点数， 取值范围为532 767。 绘制的曲线越复杂， 该值应越大。 设置每个曲面最多的曲面片数， 取值范围为52 147 483 647。 同样， 曲面越大， 该值应该越大。 设置可以恢复的删除几何对象操作的最大数量。 设置按公制或英制进行绘图。 （2） 公差设置。 该选项卡用来设置曲线和曲面的公差值， 从而控制曲线和曲面的光滑程度

29、。 系统公差：指系统可以区分的两个点的最小距离， 即系统能创建的直线的最短长度。 串联公差：指系统将两个几何对象作为串联的两个几何对象端点间最大的距离。 最小弧长：设置所创建圆弧的最小长度， 设置此参数可以避免创建不必要的过小的圆弧。 最小（大）步进量：设置在沿曲线创建刀具路径或将曲线打断为圆弧等操作时的最小（大）步长。 曲线弦差：是指用线段代替曲线时线段与曲线间允许的最大距离。 曲面偏差：是指曲面与生成该曲面的曲线间的最大距离。 (3)传输参数设置。 该项用来设置MasterCAM与其它设备之间进行数据传输的默认传输参数， 它主要设置传输的数据格式、 串口号、 速率、 协议等参数。 2） 改

30、变属性 （1） 颜色： 选中该复选框， 系统在改变几何对象属性的同时改变几何对象的颜色属性； 若未选中该复选框， 则在几何对象属性改变时几何对象的颜色属性不改变。 （2） 层别： 选中该复选框， 系统在改变几何对象属性的同时改变几何对象的图层属性； 若未选中该复选框， 则在几何对象属性改变时几何对象的图层属性不改变。 （3） 线型： 选中该复选框， 系统在改变几何对象属性的同时改变几何对象的线型； 若未选中该复选框， 则在几何对象属性改变时几何对象的线型不改变。 （4） 线宽： 选中该复选框， 系统在改变几何对象属性的同时改变几何对象的线宽； 若未选中该复选框， 则在几何对象属性改变时几何对象的线宽不改变。 （5） 同样的： 单击此按钮， 系统返回到绘图区并提示选取几何对象， 用户选取几何对象后，