数控原理与系统培训和数控机床编程及加工

数控原理与系统郑州职业技术学院数控教研室一、

数控与数控系统(机床)

数字控制（NC）

数控系统（NCS）

数控装置（NCU）

计算机数控（CNC）

第一节数控系统的基本概念第一节数控系统的基本概念二、数控系统(机床)的特点1．

适应性(柔性)强2．

可靠性高

3．

易于实现多功能复杂程序控制4．

具有较强的网络通信功能5．具有自诊断功能

一、

数控系统的组成图1-1是数控机床的组成框图。数控机床一般由输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、PLC及其接口电路和机床本体等几部分组成。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。

1．输入/输出装置(设备)

2．数控装置

3．伺服驱动装置

4．辅助控制装置

5．检测装置6．机械部件(机床本体）

第二节数控系统的组成及工作过程第二节数控系统的组成及工作过程主轴伺服数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备图1-1数控机床的逻辑组成

第二节数控系统的组成及工作过程

第二节数控系统的组成及工作过程图1-2FANUC系列150iB型数控装置二、

数控系统的工作过程第二节数控系统的组成及工作过程数控装置伺服系统加工程序零件图数控系统机床图1-3数控系统工作过程

第二节数控系统的组成及工作过程

用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。

第三节数控系统的分类图1-4点位控制第三节数控系统的分类图1-6轮廓控制第三节数控系统的分类联动轴数（1）两轴联动

（2）两轴半联动（3）三轴联动（4）四轴联动（5）五轴联动第三节数控系统的分类二、按伺服系统的类型分类

1．开环控制数控机床图1-7开环数控系统的结构图第三节数控系统的分类2．

闭环控制数控机床图1-8闭环数控系统的结构图第三节数控系统的分类3．半闭环控制数控机床图1-9半闭环数控系统结构图第三节数控系统的分类三、按制造方式分类

1.通用型数控系统2.专用型数控系统

第三节数控系统的分类四、按功能水平分类

1.高级型数控系统2.普及型数控系统3.经济型数控系统

第三节数控系统的分类表1.1数控系统的功能分类性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型325<0.1>24三维动态普及型1630.1~1010~24字符/图形经济型8<3<10<10字符

第四节数控系统的发展趋势一、

数控技术与数控机床的产生与发展

1952年，美国帕森斯公司（ParsonsCo.）和麻省理工学院（MIT）共同合作，研制出第一台三坐标数控铣床。1.数控（NC)阶段

2.计算机数控（CNC)阶段

第四节数控系统的发展趋势二、现代数控系统类型

1.普及型数控系统（1）多CPU数控系统（2）模块化数控系统（3）智能化数控系统嵌入NC结构式数控系统嵌入PC结构式数控系统

4.开放式数控系统

5.网络化数控系统

第四节数控系统的发展趋势4．

开放式数控系统

随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，暴露出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数控系统都是专门设计的，它们具有不同的编程语言、非标准的人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等，这些缺陷造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。这个概念最早见于1987年美国的NGC(NextGenerationController)计划，NGC控制技术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统。由于这样一个富有哲理的概念作为NGC计划的奠基石，NGC代表了下一代控制技术。

第四节数控系统的发展趋势1996年，美国HP公司在东京日本国际机床展览会上展出了开放式数控系统OAC500；HP公司对开放式数控系统提出了12个方面的判别准则：（1）是否基于工业标准硬件平台和总线结构；（2）运动控制软件是否采用工业标准的开放操作系统；（3）能否采用流行的硬件和软件与工厂的网络相连接；（4）能否运行流行的软件而不降低机床的性能；（5）能否安装从不同商家得到的流行硬件；

第四节数控系统的发展趋势

（6）设计或第三方开发者能否应用标准工具和文件格式、编程接口建立用户实时的应用；（7）能否修改所有级别的控制软件；（8）控制商家能否提供文件格式的开发工具，允许访问系统的所有级别？（9）对于I/O接口，控制器是否使用了标准的现场总线？（10）是否可以把控制器与不同厂家的伺服装置相连接？（11）控制器是否可以与多用户控制的网络相连接？（12）所有的编程（运动、PLC）是否采用了标准的流行的编程工具？

第四节数控系统的发展趋势

5．基于网络的数控系统网络的任务主要是进行通讯，共享信息。数控机床作为车间的基本设备，它的通讯范围是：（1）数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的通信，主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；（2）数控系统与上级主计算机间的通信；（3）与车间现场设备及I/O装置的通信，主要通过现场总线，如PROFIBUS等进行通讯；（4）通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；（5）通过因特网与另一个工厂交换制造数据。

第四节数控系统的发展趋势三、数控系统的发展方向

1.高速、高精度

2.伺服系统方面（1）采用数字伺服系统（2）采用现代控制理论提高跟随精度（3）采用高分辨率的位置编码器

3.实现多种补偿功能

4.网络化伺服驱动

第四节数控系统的发展趋势5．高可靠性

可靠性是数控机床用户最为关注的问题，提高可靠性通常可采取下列一些措施：

（1）提高线路的集成度。采用大规模集成电路、专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件数量，精简外部连线和降低功耗。

（2）建立由设计、试制到生产的完整质量保证体系。例如采取防电源干扰，输入输出隔离；使数控系统模块化、通用化及标准化，以便组织批量生产和维修；在安装制造时注意严格筛选元器件；对系统可靠性进行全面检查考核等。

第四节数控系统的发展趋势

（3）增强故障自诊断功能和保护功能。由于元器件失效、编程及人为操作失误等原因，数控系统完全可能出现故障。数控系统一般具有故障预报和自恢复功能。此外，应注意增强监控和保护功能，例如有的系统设有刀具破损检测、行程范围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床或报废工件。由于采用了各种有效的增强可靠性的措施，现代数控系统的平均无故障时间可达到MTBF=10000--36000小时。

第四节数控系统的发展趋势

6.CNC系统智能化

7.具有更高的通信功能四、几种典型数控系统结构

1.计算机直接数控（DNC）

2.柔性制造单元（FMC）

3.柔性制造系统(FMS)4.计算机集成制造系统（CIMS）

第四节数控系统的发展趋势

数字制造(CIMS-计算机集成制造系统)

1995年12月，美国SME主席提出，“数字制造”（“digitalmanufacturing”）将会是我们的主要工作。什么是“数字制造”呢？简单地说，就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有信息。在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；DNC还可以对CAD/CAM以及CNC的程序进行传送和分级管理。DNC技术使CNC与通信网络联系在一起,还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。现在的问题是，如何把这些信息从计算机“下载”到生产线，在生产过程中利用这些信息控制机器，生产出合格产品；这个全过程就是数字制造。

数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指