模块1 CNC概论课件

模块一数控技术概论《数控原理与应用》2/24/2025模块一数控技术概论《数控原理与应用》2/24/2025数控系统数控系统可以应用于各种机床的控制，从而构成不同类型的数控机床，如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。

在为数众多的数控机床中，虽然被控对象各不相同，但是其控制过程基本是一样的，一般的数控加工控制过程如图所示:2/24/2025数控机床数控机床是用数字信息进行控制的机床。它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上，然后送入数控系统经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动,加工出所需要的工件。数控机床的加工过程是怎样的？2/24/2025二、数控系统的组成结构装备有数控系统的数控加工中心如图1.2所示。图1.2装备有数控系统的加工中心2/24/2025二、数控系统的组成结构数控系统的组成

1.数控装置2.输入/输出装置3.伺服驱动装置4.机床电气控制逻辑5.位置检测装置2/24/2025各组成部分的功能数控装置其功能是从输入装置接收零件程序，并对其进行译码、插补等处理，最后输出进给信号和主轴启/停、刀具选择等辅助控制信号。输入/输出装置是操纵者和数控装置间的“人—机”接口，常见的输入输出装置有：CRT显示/MDI键盘、纸带阅读机、上位计算机等。伺服驱动装置用来把数控装置输出的信号进行功率放大，以驱动伺服电动机带动机床运动。机床电气控制逻辑包括继电器控制电路和PLC部分，实现辅助控制功能和同步零件程序的执行。位置检测装置用来检测工作台的实际位置，输出位置反馈信息，实现闭环或半闭环位置控制，提高控制精度。2/24/2025①能实现复杂工件的加工②加工精度高，产品一致性好③生产效率高④柔性好⑤自动化程度高，劳动强度低2.数控技术的特点2/24/20251959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney&TreckerCompany）开发出了装有自动换刀装置，能够一次装夹，多工序加工的加工中心。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有一定柔性的加工系统，即柔性制造系统（FlexibleManufactureSystem—FMS）1980年后，又出现了以数台加工中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置而构成的柔性制造单元（FlexibleManufactureCell—FMC）。1990年后，计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufactureSystem—CIMS)已经逐渐投入使用，并呈现出迅猛发展的态势。3.数控技术的发展2/24/20251958年，国内开始研究数控技术，1966年研制成功晶体管数控系统，并用于数控线切割机、数控铣床等，受技术条件限制，数控机床品种有限，稳定性及可靠性较差，处于起步阶段。1980年后，先后从国外引进了一些数控系统和数控机床，对数控技术的发展产生了一定影响；更主要的是国内经济有了较大发展，为数控技术的进步奠定了物质基础。1985年，国产加工中心、数控铣床、数控磨床等产品已经进入实用阶段。1990年后，我国经济进入高速发展阶段，研究开发数控系统、应用数控机床已经成了各企业的自发行为，数控技术及产品的发展速度逐年加快，多轴、全功能中高档数控系统及交、直流伺服系统相继研制成功，FMS和CIMS也先后投入使用，我国数控技术进入了蓬勃发展时期。国内发展状况2/24/20251.2

数控系统的分类一、按数控装置类型分类硬件数控系统计算机数控（CNC）系统二、按数控装置类型分类开环数控系统

全闭环数控系统

半闭环数控系统

混合控制数控系统

2/24/2025特点:不带检测装置，也无反馈电路，步进电动机驱动。2/24/2025特点:位置检测反馈元件安装在电机轴端或丝杠轴端，也以直流或交流伺服电动机驱动。2/24/2025混合应用开环、全闭环和半闭环的控制方式，又分为：开环补偿型数控系统、半闭环补偿型数控系统两种。2/24/2025这种控制方式为要求较高的进给速度和返回速度的高精度大型机采用.2/24/20251.3数控系统的分类三、按功能水平分类

将数控系统分为低（经济型）、中、高三档。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。就目前的发展水平来看，不同档次数控机床的功能和指标如表1.1所示。2/24/2025

各档次数控系统的功能2/24/2025四、按机床的运动轨迹分类点位控制数控机床其特点是在刀具相对于工件的移动过程中不进行切削加工，只要求刀具从一点移动到另一点并准确定位，而对运动的速度和轨迹没有严格的要求。如数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

点位控制切削加工1.3数控系统的分类2/24/2025四、按机床的运动轨迹分类轮廓控制型数控机床该类机床的刀具可沿直线、圆弧或抛物线等曲线轨迹移动，进给速度根据工艺要求编程确定，可实现曲线或者曲面轮廓加工，加工示例如图所示。这类数控机床具备2轴以上联动功能，其辅助功能也比前两类多。像数控铣床、数控车床和数控加工中心等都属于这种控制方式。

2/24/2025多轴联动控制多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，称为多轴联动。按照联动轴数，可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动和多轴联动数控系统。二轴联动主要用于数控车床加工回转体端面、圆锥面、圆弧面等，或者用于数控铣床加工箱板类零件的曲线轮廓。二轴半联动其中二轴保持联动，另外一轴作周期进给，可加工三维空间曲面。三轴联动主要用于数控铣床、加工中心等，用来铣削复杂的三维空间曲面。四轴以上多轴联动主要用于加工形状复杂的零件。

2/24/2025五轴联动铣削曲面零件2/24/2025六轴加工中心坐标示意图2/24/2025作业:P271.3，1.42/24/20251．程序号程序号是零件程序的存储代号，与文件名的作用相似。它一般以特殊符号开头，后续数字码，在这里，O40表示第40号程序。不同的系统，由不同的规定，如FANUC系统以“O”开头，SIEMENS810系统以“%”开头，AB8400系统中以“P”开头等。而SIEMENS802S/C系统的程序名则以任意字母开头，其后可以是字母、数字或下划线等。2/24/20252．程序段一个程序段由若干个功能指令字组成，用来指定一个加工步骤，一般格式为

其中，指令字由英文字母后续数字组成。段号必须在前，其余指令字的书写顺序一般没有严格限制，最后以回车结束。最后一个程序段必须包含程序结束指令M02（有的系统为M30）。2/24/20251.4数控系统的相关知识二、零件加工程序的编码

在穿孔纸带等控制介质上，零件程序的字母、数字和各种符号是采用标准的二进制编码来表示的。有ISO和EIA两种标准编码格式。ISO码国际标准化组织(InternationalStandardsOrganization)颁布的代码，采用八位二进制表示，最高位为补偶位，所能表示的信息量最多为128种。EIA码美国电子工业协会(ElectronicIndustryAssociation)颁布的代码，也采用八位二进制表示，由低向高的第五位为补奇位，其最高位只有“程序段结束”代码(CR)用到，所能表示的信息量最多为64种。ASCⅡ码美国信息交换标推代码，采用七位二进制表示，能形成127个不同的编码组合(见附录2)。在PC机或CNC装置内部，零件程序通常以ASCⅡ码形式保存，ISO码就是在ASCⅡ码的基础上，在最高位增加一个补偶位形成的。2/24/20251.5计算机数控(CNC)装置组成结构计算机数控装置也叫CNC装置，是面向机床数控而设计的专用计算机系统。它以计算机为核心，配有专用的I/O接口，并用软件处理控制信息，实现数字控制功能。与一般的硬件数控相比，其数控功能是通过软件实现的，因而具有很好的灵活性和通用性；与一般微机相比，由于它是面向工业环境设计的，因而具有可靠性高、工作稳定和抗干扰能力强等特点。计算机数控装置是一个完整的计算机系统，由硬件和软件两大部分组成的。2/24/20251.5计算机数控(CNC)装置组成结构一、CNC装置的硬件结构

1.物理结构：根据安装形式板卡布局｛专用型CNC装置基于PC的CNC装置

专用型CNC装置的硬件和软件都是针对数控机床的应用而专门设计的。其键盘布局、操作方法和安装形式等都比较特别，更便于现场操作和安装，可靠性和抗干扰能力也比较强。如FANUC0系统、西门子810、西门子802S/C/D等都属于专用型CNC装置。2/24/20251.5计算机数控(CNC)装置组成结构

一、CNC装置的硬件结构

2.逻辑结构根据内部逻辑电路结构不同｛单CPU结构多CPU结构2/24/2025单CPU结构CNC装置组成框图2/24/2025多CPU结构CNC装置组成框图2/24/20251.5计算机数控(CNC)装置组成结构二、CNC装置的软件结构

CNC装置的软件又称为系统软件，其作用与计算机操作系统相类似，其组成如图所示。2/24/2025CNC多任务并行处理关系CNC系统是一个多任务的实时控制系统。2/24/2025CNC系统必须采用多任务并行处理技术和实时中断处理技术来实现。根据CNC系统软件中各模块之间的组织关系的不同，可分为前后台型结构和多重中断型结构。

1.前后台型结构中，系统软件分为前台程序和后台程序。前台程序是一些实时中断服务程序，实现插补、位置控制等实时性要求高的控制任务；后台程序是一个顺序循环执行的程序，主要完成一些实时性要求不高的功能，如零件程序的输入、译码等插补前的准备工作和系统管理工作。1.5计算机数控(CNC)装置组成结构二、CNC装置的软件结构

2/24/2025

后台程序一般结构2/24/2025

前台程序一般流程2/24/20252.中断型结构系统软件除了初始化程序之外，其他各功能模块分别被安排在不同级别的中断服务程序中，优先级别高的程序可以中断优先级别低的程序。优先级分配示例如下。1.5计算机数控(CNC)装置组成结构二、CNC装置的软件结构

2/24/20251.5计算机数控(CNC)装置组成结构三、零件加工程序的处理过程

2/24/2025数控零件程序的处理过程2/24/2025零件加工程序段在CNC装置内部的六个处理步骤如图2.7所示，顺序是输入→译码→刀具补偿→进给速度处理→插补→位置控制，各个步骤的主要功能是：数控零件程序的处理过程2/24/20251.6常见数控系统产品简介一、日本FANUC数控系统由日本FANUC公司生产，其产品分许多个系列。1.FANUCSeries3/5/6/7系列2.FANUCSeries10／11／12系列3.FANUCSeries0系列4.FANUCSeries15系列5.FANUCSeriesl6/18/21系列6.FANUCSeries20i系列7.FANUCSeries30i/300i/3000is系列2/24/2025二、德国SIEMENS公司的CNC产品1.6常见数控系统产品简介SINUMERIK802S/C/D系列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。2/24/2025三、西班牙FAGOR公司的CNC产品FAGOR公司生产的CNC产品有101/102、800、8025／8030、8050等系列。11.6常见数控系统产品简介2/24/2025四、施耐德公司的CNC产品1.NUM1020/1040数控系统是NUM公司于1995年开发出的全新数控系统，是紧凑且功能完善的32位数控系统，并且和NUM1060系列系统完全兼容，特别适合于1至6轴的数控机床。2.NUM1020T基本单元适用于铣床的2～4轴CNC内装式可编程控制器（PLC）32位CPU超大规模集成电路CISC。配置基本单元适合2轴车床的CNC系统。3.NUM1040M基本配置基本单元适用于铣床，镗床和加工中心的。4.NUM1040T基本配置基本单元适合2～4轴双刀架车床中心的。5.NUM1060是模块化、大功率的多轴组合系统，适合于铣、车、磨等金属加工机床和木材加工以及各种切齿机、特种机床和回转组合机床等设计。1.6常见数控系统产品简介2/24/2025五、国产数控系统1.华中数控华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC–21T为车削系统，最大联动轴数为4轴；HNC–21／22M为铣削系统，最大联动轴数为4轴，采用开放式体系结构，内置嵌人式工业PC。伺服系统的主要产品包括：HSV–11系列交流伺服驱动装置，HSV–16系列全数字交流伺服驱动装置，步进电机驱动装置，交流伺服主轴驱动装置与电机，永磁同步交流伺服电机等。1.6常见数控系统产品简介2/24/20252.北京航天数控北京航天数控的主要产品为CASNUC2100数控系统，是以PC机为硬件基础的模块化、开放式的数控系统，可用于车床、铣床、加工中心等8轴以下机械设备的控制，具有2轴、3轴、4轴联动功能。3.上海开通数控

五、国产数控系统1.6常见数控系统产品简介2/24/20254．广州数控其主要产品有GSK983M-V、980MD铣床数控系统、GSK980TDa、928TEII、980TB1、218TB车床数控系统、DAP03主轴伺服驱动、ZJY208、ZJY265主轴伺服电机等产品。GSK218M、990MA铣床数控系统、928GA/GE磨床数控系统、80SJT系列伺服电机等新产品进入小批量生产。五、国产数控系统1.6常见数控系统产品简介2/24/2025

本模块小结

数控是数字控制(NumericalControl—NC)的简称，是用数字化的信息对某一对象的工作过程进行自动控制的一门技术。数控系统是指采用数控技术，实现自动控制的一整套装置和设备。数控系统一般由输入/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、位置检测装置五个部分组成。2/24/2025

1952年，美国帕森（Parsons）公司与美国麻省理工学院合作，为了实现复杂零部件的自动化生产而研制成功了第一台数控机床—三坐标数控铣床，由此拉开了数控技术研