《数控系统概述》PPT课件PPT资料.ppt

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现代计算机数控系统，冯勇等编著，机械工业出版社，1996。

数字控制技术，叶蓓华主编，清华大学出版社，2002。

现代数控原理及控制系统，王爱玲等编著，国防出版社，2002。

并联运动机床，张曙等著，机械工业出版社，2003,第一章数控系统概述,第一节基本概念第二节计算机数控系统第三节数控机床与现代机械制造系统,第一节基本概念一、数控系统的基本概念,NCNumericalControlCNCComputerNumericalControl广义：

不关心控制对象利用数字化信息实行控制狭义：

机床控制对象利用数字化信息对机床轨迹及加工过程实行控制,二、数控系统的组成,组成框图,输入输出装置,人机接口功能，要求友好，操作方便。

包括：

阅读机、键盘、驱动器、通信和显示器等。

数控装置,数控机床的核心部分，是一个计算机控制系统。

内部含有连续轮廓信息和离散状态信息的处理。

伺服系统,Servo执行机构，将电能转化成机械能分为主轴伺服系统和进给伺服系统,机床电器控制装置,主要进行开关量信息的处理和转换，对应于辅助功能的实现PLC可编程（逻辑）控制器，也称PC。

机床床身,MachineTool控制对象（刀具和工作台）相对普通机床而言，结构具有特殊要求,三、数控系统中的有关约定,1数控加工程序的格式N_G_X_Y_Z_I_J_K_F_S_T_M_字符功能字程序段数控加工程序,2数控加工程序采用的编码,EIA代码ElectronicIndustryAssociation美国电子工业协会,现在己不太采用。

ISO代码InternationalStandardOrganization国际标准化组织,目前正在广泛使用。

3数控机床坐标系,JB3051-82数控机床坐标和运动方向的命名右手直角笛卡儿坐标系X、Y、Z、A、B、C刀具移动,用不加“”的字母表示运动正方向工件移动,用加“”的字母表示运动正方向。

为方便编程：

看作工件相对静止而刀具产生运动，增大刀具与工件间距离方向为正方向。

机械原点由机床生产厂家确定电气原点机床参考点回参考点工作方式编程原点根据加工工艺由G代码指定刀架相关点用于自动换刀和刀补计算,绝对坐标系所有坐标值均相对于固定原点相对坐标系每个终点均以起点作为坐标原点数控装置内部均采用绝对坐标值方式进行计算,四、数控系统的分类,1按轨迹分为三大类点位数控系统直线数控系统轮廓数控系统,

（1）点位数控系统主要特点,点到点的控制（Point-to-Point）（PTP）要求定位“准”路径不要求，但追求“短”、“快”移动过程中不加工一般不需要插补计算数控钻床、数控冲床、数控插床等,

（2）直线数控系统主要特点,轨迹为坐标轴直线或对角线边移动边加工一般需要插补计算一般设计成点位/数控系统简易数控车床、简易数控镗床等,（3）轮廓数控系统主要特点,轨迹为任意曲线或曲面要求多个坐标轴的协调控制边移动边加工需要插补计算如数控车床、数控铣床、加工中心等,2按伺服分为三大类,开环数控系统全闭环数控系统半闭环数控系统,

（1）开环数控系统主要特点,没有反馈装置一般采用步进电动机驱动一般为经济型数控系统中、低档精度和速度,

（2）全闭环数控系统主要特点,反馈工作台的直线位移量一般采用直流或交流电动机驱动一般配中、高档数控机床精度和速度较高但调整困难、易振荡,（3）半闭环数控系统主要特点,反馈电动机或丝杠的角位移量一般采用直流或交流电动机驱动精度和速度略低于全闭环数控系统但调整容易、不易振荡,3按功能水平分为三大类,经济型数控系统或称简易型数控系统普及型数控系统或称全功能型数控系统高档型数控系统,4按加工工艺分类,数控钻床数控车床（车削中心）数控铣床（铣削中心）数控磨床数控冲床数控镗床数控特种加工机床,五、数控系统的发展过程,第一台数控机床的产生1952年MIT和Parsons合作开发出数控铣床,1国外发展过程1952第一代电子管1959第二代晶体管1965第三代集成电路1970第四代DNC方式1974第五代微型计算机80年代以后，技术不断成熟，相继开发出MC、FMC、FMS、CIMS等。

2国内发展过程1958第一代电子管1966第二代晶体管1972第三代集成电路1975第四代DNC方式1979第五代微型计算机80年代以后，引进了国外技术，消化吸收后自主开发。

六、数控机床主要特点,1优点：

柔性通过编写数控加工程序精确性数字控制技术，重复定位精度高加工复杂形状零件刀补计算、插补计算高生产效率速度快，停机短、可靠性高宜人性在线编程、模拟运行、帮助功能集成性CAD/CAM/CNC/CAPP/CIMS一体化减轻劳动强度体力上和心理上便于生产管理通过联网方式,2缺点设备造价较高维护复杂操作人员需要培训,第二节计算机数控系统,一、主要工作过程主要控制任务是进行刀具和工件之间相对运动的控制。

二、硬件构成,1经济型计算机数控系统由两个含微处理器电路的模块组成：

主模块（含有系统控制与管理功能的模块）和PLC模块，CNC核心功能、通信、显示和可编程控制器的逻辑控制功能等任务都由它们共同完成。

2普及型计算机数控系统最多可控制9个运动轴，并具有相应的测量反馈环节。

3典型计算机数控系统所有功能由三个微处理器，即MMCCPU、CNCCPU和PLCCPU，以及串行通信接口分担，各部分之间的通信由内部系统总线完成。

三、面板结构,数控装置可分为中央处理单元（Centralunit）、数控面板（也称键盘与显示器面板MonitorKeyboard，有些系统亦称MDI面板ManualdataInput）、机床操作面板（operatorpanel）三部分。

1中央处理单元中央处理单元是一个典型的计算机控制系统，但显示器具有多种形式，常用的有8字或米字发光管、CRT显示器及液晶显示器等。

目前液晶显示方式应用得越来越多。

2数控面板数控面板主要由A-Z的字母和0-9的数字组成。

用于输入部分数控加工程序、机床参数以及调试维修等。

数控面板基本相似。

3机床操作面板机床操作面板主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下对机床的操作或干预。

由于不同机床所需的动作不同，因此不同于数控面板上的键盘，操作面板原则上应由机床厂家根据机床动作要求自行设计（当然数控装置需要提供相应的接口功能）。

4典型机床操作面板按钮和开关介绍轴移动按钮快速移动按钮主轴启停按钮主轴倍率选择进给启动与保持按钮进给倍率选择波段开关单段运行开关条件程序段开关程序启停（或称数控启停）按钮,点动增量选择方式选择手轮操作坐标轴选择开关急停自锁按钮程序锁住手轮倍率开关机械锁定开关Z轴指令无效开关辅助功能锁定开关空运转开关,四、软件构成,数控系统内部存在多种形式的软件程序。

数控加工程序：

G代码和M代码等数控功能程序：

高级语言（C+）或汇编语言PLC控制程序：

梯形图语言,计算机数控系统软件结构,数控功能程序包括数控的核心功能程序，如数控加工程序的译码、刀补处理和插补计算，也包括数控加工程序编辑器、加工模拟器、刀具管理和故障监测与诊断这些可选功能。

硬件和各功能程序的接口是由数控系统的管理软件实现的，它除了存储器管理和输入、输出管理外，还承担了各个过程的同步任务。

先进的数控系统多采用软件集成环境，这种集成环境独立于数控功能，并作为数控功能程序的操作平台。

集成环境中常常提供了图形库和实时数据库。

五、信息流处理过程,根据零件图纸和机械加工工艺编写出数控加工程序送给CNC装置，在内部进行一系列的处理后，输出相应的位置控制信号给伺服系统，经过电动机和滚珠丝杠螺母副驱动工作台或刀具进行移动，最后加工出合格的零件。

1输入输入CNC装置的信息包括数控加工程序、系统控制参数和各种补偿数据等。

输入方式主要有光电式纸带阅读机输入、键盘输入、存储器输入和通信方式输入等。

编辑处理包括搜索、插入、删除、替换和修改等操作。

2译码译码就是将输入的数控加工程序段按一定规则翻译成CNC装置中计算机能识别的数据形式，并按约定的格式存放在指定的译码结果缓冲器中。

3诊断利用控制软件检查加工程序的正确性，把凡是不符合数控机床编程手册规定的加工代码找出来，通过显示器提示机床操作人员进行修改。

一般还具有对机床运行状态、几何精度、润滑情况、硬件配置、刀具状态、工件质量等的监测和诊断功能，并依此进行故障定位和指导修复。

4刀补计算刀具补偿计算包括刀具长度补偿和刀具半径补偿两大类。

刀具长度补偿计算主要针对数控钻床和数控车床等，而刀具半径补偿计算主要针对数控铣床和数控车床等。

刀具半径补偿计算就是将刀具边缘轨迹偏移到刀具中心。

5速度处理速度处理就是根据零件的几何轮廓信息将合成进给速度分解成各个坐标轴的分速度，然后通过各个轴的伺服系统实现相应的分速度控制，那么数控机床最终就可得到所要求的线速度。

6插补处理插补就是根据数控加工程序给定的零件轮廓尺寸，结合精度和工艺方面的要求，在已知的这些特征点之间插入一些中间点的过程。

插补就是在零件轮廓起点与终点之间的曲线上进行“数据点的密化过程”。

中间点的插入是根据一定的算法由数控系统控制软件或硬件自动完成，以此来协调控制各坐标轴的移动，从而获得所要求的运动轨迹。

7位置控制位置控制可以由软件完成，也可由硬件实现。

主要任务是根据插补结果求得命令位置值，然后与实际反馈位置相比较，利用其误差值去控制伺服电动机，驱动工作台或刀具朝着减小误差的方向运动。

CNC装置内部数据流处理过程除上述连续信息处理的主要分支外，还有一条开关量信息处理的分支，主要完成一些辅助功能和现场开关量信息的处理，它们互相配合一起完成数控功能。

六、数控系统的功能,

（一）核心功能所谓核心功能是指一般数控系统必须具备的一些基本功能，包括准备功能、进给功能、主轴功能、辅助功能和刀具功能等。

1准备功能（G功能）用于建立数控机床或控制系统工作方式的一种命令。

其后紧跟大多为两位数字，即G00G99。

ISO10561975（E）国际标准和JB320883部颁标准。

2进给功能（F功能）进给功能用于给定切削进给速度。

现代数控系统均采用直接给定方式，即用F后的数字直接给定进给速度（mmmin）。

对于车床除直接给定进给速度以外，还可用主轴每转进给量给定。

F地址符在螺纹切削程序段中还用来给定导程。

3主轴转速功能（S功能）主轴转速功能用来给定主轴转速（rmin或rpm），由数控系统S指令后数值直接给定。

为了提升主轴低速时的输出力矩，增大调速范围，可将齿轮变档与无级调速配合使用，从而实现主轴分段无级变速,4辅助功能（M功能）辅助功能由M后紧跟二位数字构成，用于指定数控机床辅助装置的接通或断开，它是由数控装置通过开关量IO接口，由内置或独立的可编程控制器来实现。

5刀具功能（T功能）刀具功能用于指定加工用刀具号及刀具长度与半径补偿号，并且车床系统与加工中心（镗铣床）系统刀具功能的使用差别较大。

对于大多数的数控车床系统，一般采用T加2位或4位数字构成。

半径补偿有G41、G42和G40指定左、右偏置和取消偏置，偏置号由D地址符加偏置数字来完成。

（二）可选功能根据机床制造厂和数控机床使用者的要求，在数控系统中还集成了许多附加的可选功能，这些功能不仅在现场操作和编程等方面提高了数控机床操作的方便和舒适性，而且还拓宽了数控系统的适用范围,1编程功能数控系统可提供各种数控加工程序的编程工具，可以是简单的