數(shù)控技術操作手冊

1、30數(shù)控技術操作手冊數(shù)控技術操作手冊目錄目錄1第一章 緒論31 數(shù)字控制的的基本原理31.1 數(shù)字控制的基本概念31.2 數(shù)控機床的構成41.3 數(shù)控機床的特點和分類4第二章 數(shù)控系統(tǒng)的插補工作原理81 概述82 差補的方法與特點82.1 逐點比較法82.2 數(shù)字積分法112.3 數(shù)據(jù)采樣法113 刀具的半徑補償11第三章 數(shù)控機床加工程序的編寫131 編程基礎132 數(shù)控編程的方法143 編程代碼與指令格式153.1 數(shù)控程序的指令代碼153.2 程序的結構與格式19第四章 計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）211 概述211.1 CNC系統(tǒng)的組成212 CNC系統(tǒng)的功能和一般工作過程213 CN

2、C系統(tǒng)的硬件結構224 CNC系統(tǒng)的軟件結構235 CNC系統(tǒng)的輸入、輸出和通信功能24第五章 數(shù)控機床的伺服驅動及控制271 概述272 步進電動機伺服系統(tǒng)273 數(shù)控機床的位置檢測裝置284 直流電動機伺服系統(tǒng)285 交流電動機伺服系統(tǒng)29附錄30第一章 緒論1 數(shù)字控制的的基本原理1.1 數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制（Numerical ControlNC），簡稱為數(shù)控，是一種自動控制技術，使用數(shù)字化信號對控制對象建議控制的一種方法。數(shù)字控制是相對于模擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)種的控制信息是數(shù)字量，二模擬控制系統(tǒng)中的控制信息是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點，如可用不同的字長表示不

3、同精度的信息，可對數(shù)字化信息進行邏輯運算、數(shù)學運算等復雜的信息處理工作，特別是可用軟件來改變信息處理的方式或過程，而不用改動電路或機械機構，從而使機械設備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機械運動的軌跡控制和機械系統(tǒng)的開關量控制，如機床的控制、機器人的控制等。數(shù)字控制的對象是多種多樣的，但數(shù)控機床是最早應用數(shù)控技術的控制對象，也是最典型的數(shù)控化設備。數(shù)控機床是才用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動輸入載體上實現(xiàn)給定的數(shù)字量，并將其譯碼，再進行必要的信息處理和運算后，控制機床動作和加工零件。最初的數(shù)控系統(tǒng)是有數(shù)字邏輯電路構成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng)

4、。隨著微型計算機的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control）簡稱CNC。CNC系統(tǒng)是有計算機承擔數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控系統(tǒng)。猶豫計算機可完全有軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復雜信息，是數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。 1.2 數(shù)控機床的構成1.3 數(shù)控機床的特點和分類1.3.1 數(shù)控機床的特點與通用機床和專用機床相比，數(shù)控機床具有以下主要特點：（1） 加工精度高，質量穩(wěn)定。數(shù)控系統(tǒng)每輸出一個脈沖，機床移動部件的位移量成為脈沖當量，數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.00

5、1mm，高精度的數(shù)控機床可達0.0001mm，其運動分辨率遠高于普通機床。（2） 能完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件加工。（3） 生產(chǎn)效率高。數(shù)控機床的主軸轉速和進給量飯俄日比普通機床的范圍大，良好的結構剛性允許數(shù)控機床采用大的切削用量，從而有效的節(jié)省了機動時間。（4） 對產(chǎn)品改型設計的適應性強。當別加工的零件改型設計后，在數(shù)控機床上只需變換零件的加工程序，調整刀具參數(shù)等，就能實現(xiàn)對改型設計后零件的加工，生產(chǎn)準備周期大大縮短。（5） 有利于制造技術想綜合自動化方向發(fā)展。數(shù)控機床是機械加工自動化的基本設備，以數(shù)控機床為基礎建立起來的FMC、FMS、CIMS等綜合自動化系統(tǒng)使機械制造的

6、集成化、智能化和自動化得以實現(xiàn)。（6） 監(jiān)控功能強，具有故障診斷的能力。CNC系統(tǒng)不僅控制機床的運動，而且可對機床進行全面監(jiān)控。（7） 減輕工人勞動強度、改善勞動條件。1.3.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的種類繁多，根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成的不同，可以從多種角度對數(shù)控機床進行分類。1、 按控制軌跡分類（1） 點位控制系統(tǒng) 它的特點是刀具相對工件的移動過程中，不進行切削加工，對定位過程中的運動軌跡沒有嚴格要求，只要求從一坐標點到另一坐標點的精確定位。（2） 直線控制系統(tǒng) 這類控制系統(tǒng)的特點是除了控制起點與終點之間的準確位置外，而且要求刀具由一點到另一點之間的運動軌跡為一條直線，并能控制位移的速度，

7、應為這類數(shù)控機床的刀具在位移過程中要進行切削加工。（3） 輪廓控制系統(tǒng) 也稱連續(xù)控制系統(tǒng)。其特點是能夠同時對兩個或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)控制。加工時不僅要控制起點和重點位置，而且要控制兩點之間沒一點的位置和速度，使機床加工出符合圖樣要求的復雜形狀的零件。它要求數(shù)控機床的輔助功能比較齊全。CNC裝置一般都具有直線插補和圓弧插補功能。2、 按伺服系統(tǒng)分類（1） 開環(huán)伺服系統(tǒng) 這種控制方式不帶位置測量元件。數(shù)控裝置根據(jù)信息載體上的指令信號，經(jīng)控制運算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅動元件轉過一定的角度，并通過傳動齒 輪、滾珠絲杠螺母副，是執(zhí)行機構移動或轉動。圖1.2開環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理圖（2） 閉環(huán)伺服系統(tǒng)

8、 這是一種自動控制系統(tǒng)，其中包含功率放大和反饋，使輸出變量的值響應輸入變量的值。數(shù)控裝置次發(fā)出指令脈沖后，當指令值送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動，即沒有位置反饋信號時，指令值使伺服驅動電動機轉動，經(jīng)過齒輪、滾珠絲杠螺母副等傳動元件帶動機床工作臺移動。裝在機床工作臺上的位置測量元件，測出工作臺的實際位移量后，反饋到數(shù)控裝置的比較器中與指令信號進行比較，并用比較后的差值進行控制。若兩者存在差值，經(jīng)放大器放大后，再控制伺服驅動電動機轉動，直至差值為零時，工作臺才停止移動。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理圖（3） 半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)不是直接測量工作臺的位移量，

9、俄日是通過旋轉變壓器、光電編碼盤或分解器等角位移測量元件，測量伺服機構中電動機或絲杠的轉角，連間接測量工作臺的位移。這種系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母副和工作臺均在反饋環(huán)路之外，其傳動誤差等仍會影響工作臺的位置精度，故稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖1.4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理圖（4） 混合控制數(shù)控機床即將上述控制方式的特點有選擇地集中，可以組成混合控制方案。較多的采用下述兩種形式：一、 開環(huán)補償型 圖為開環(huán)補償型控制方式。其特點是基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，附加一個位置校正電路，通過裝在工作臺上直線位移測量元件的反饋信號來矯正機械傳動誤差。二、 半閉環(huán)補償型 圖為半閉環(huán)補償型控制方式。其特點是用半閉環(huán)進

10、行基本驅動以取得穩(wěn)定的告訴響應特性，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)，然后用全閉環(huán)和半閉環(huán)的差進行控制，以獲得高精度。3、按功能及用途分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平同窗把數(shù)控系統(tǒng)分為低檔、中檔、高檔三類。按其基本用途可劃分為四大類：（1） 金屬切削類即指采用車、銑、鏜、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機床。它還分兩類：一是普通型數(shù)控機床，二是加工中心。（2） 金屬成型類即指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機床，床用的有數(shù)控壓力機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機。（3） 特種加工類主要有數(shù)控電火花線切割機、數(shù)控電火花成型機、數(shù)控火焰切割機、數(shù)控激光加工機等。（4） 測量、繪圖類主要

11、有三坐標測量儀、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖儀等。 第二章 數(shù)控系統(tǒng)的插補工作原理1 概述插補的概述插補是指數(shù)據(jù)密化的過程。在對數(shù)控系統(tǒng)輸入有限坐標點的情況下，計算機根據(jù)線段的特征，運用一定的算法，自動地在有限坐標點之間生成一系列的坐標數(shù)據(jù)，從而自動地對個坐標軸進行脈沖分配，完成整個線段的軌跡運行，使機床加工出所要求的輪廓曲線。對于輪廓控制系統(tǒng)來說，插補是最重要的計算任務，插補程序的運行時間和計算精度影響整個CNC系統(tǒng)的性能指標，可以說插補是整個CNC系統(tǒng)控制軟件的核心。人們一直在女里探求一種簡單而有效的插補算法，目前普遍應用的算法可分為兩大類：一是脈沖增量插補；而是數(shù)據(jù)采樣插補。2 差補的方法與特點

12、2.1 逐點比較法逐點比較法的基本原理，是被控對象在按要求的軌跡運動時，每走一步都要與規(guī)定的軌跡進行比較，有此結果軍頂下一部移動的方向。著點比較法既可以作直線插補又可以做圓弧插補。這種算法的特點是，運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當量，輸出脈沖均勻，而且輸出脈沖的速度變化小，調節(jié)方便，因此在兩坐標數(shù)控機床中應用較為普遍。逐點比較法直線插補（四個步驟）（1）：方向判定：根據(jù)偏差值判定進給方向。（2）：坐標進給：根據(jù)判定的方向，向該坐標方向發(fā)一進給脈沖。（3）：偏差計算：每走一步到達新的坐標點，按偏差公式計算新的偏差。（4）：終點判別：判斷是否到達終點，若到達就結束該插補運算，若未到達則重復上述循環(huán)

13、步驟。以第一象限為例XA（Xe,Ye）Y0YmM(Xm,Ym)MMXm圖2.1第一象限直線如上圖第一象限的直線OA，直線的起點坐標為原點，直線終點坐標（Xe,Ye）是已知的，M(Xm,Ym)為加工點（動點），若M在OA直線上，則根據(jù)相似三角形的關系可得Xm/Ym=Xe/Ye取 Fm=YmXe-XmYe作為直線插補的判別式。若Fm=0,表明M點在OA直線上；若Fm>0,表明M點在OA直線上方M處；若Fm<0,表示M點在OA直線下方M處。當Fm>=0時，沿+X軸方向走一步，當Fm<0時，沿+Y方向走一步，若兩方向上的步數(shù)與終點坐標（Xe,Ye）相等時，發(fā)出到達終點信號，停止

14、插補。逐點比較法圓弧插補逐點比較法圓弧插補圓弧插補加工：是將加工點到圓心的距離與被加工圓弧的名義半徑相比較，并根據(jù)偏差大小確定坐標進給方向，以逼近被加工圓弧。下面以第一象限逆圓弧為例，討論圓弧的插補方 。如圖三所示，設要加工圓弧為第一象限逆圓弧AB，原點為圓心0，圓弧起點為A（Xo,Yo）,終點為B（Xe,Ye）,圓弧半徑為R。令瞬時加工點為M（Xm,Ym）,它與圓心的距離為Rm,比較Rm和R來反映加工誤差。0RmRXYA(Xo,Yo)M(Xm,Ym)B(Xe,Ye)圖2.2第一象限逆圓弧由上述內容知：R2 m=Xm2 +Ym2 R2=Xo2+Yo2 因此，可得圓弧偏差判別式如下：Fm2=Rm

15、2-R2=Xm2+Ym2-R2 若Fm=0,表明加工點M在圓弧上；Fm>0，表明加工點在圓弧外；Fm<0，表明加工點M在圓弧內。圓弧插補計算過程與直線插補過程基本相同，即：偏差判別，坐標進給，偏差計算，坐標計算，及終點判別。2.2 數(shù)字積分法數(shù)字積分法法又稱數(shù)字微分分析法（Digital Differential Analyzer）。這種插補方法可以實現(xiàn)一次、二次、甚至高次曲線的插補，也可以實現(xiàn)多坐標聯(lián)動控制。只要輸入不多的幾個數(shù)據(jù)，就能加工出圓弧等形狀較為復雜的輪廓曲線。作直線插補時，脈沖分配也較為均勻。2.3 數(shù)據(jù)采樣法數(shù)據(jù)采樣插補是根據(jù)編程的進給速度，將輪廓曲線分割為插補采樣

16、周期的進給段即輪廓步長。在每一插補周期中，插補程序被調用一次，為下一周期計算出個坐標軸應該行進的增長段（而不是單個脈沖）xy等，然后再計算出相應插補點（動點）位置的坐標值。3 刀具的半徑補償?shù)毒哐a償?shù)幕驹碓谳喞庸ぶ校q豫刀具總有一定的半徑刀具中心的運動軌跡并不等于所要加工零件的實際輪廓。也就是說，數(shù)控機床進行輪廓加工時，必須考慮刀具半徑。在進行外輪廓加工時，道具中心須要偏移零件的外輪廓面一個半徑值。這種便宜習慣上稱為刀具半徑補償。在零件輪廓加工過程中，刀具半徑補償?shù)膱?zhí)行過程分為三步：（1）刀具補償建立 道具從原點接近工件，刀具中心軌跡由G41或G42確定，在原來的程序軌跡基礎上伸長或縮短

17、一個刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與變成軌跡偏離一個刀具半徑。（2）刀具補償進行 一旦建立了到補償狀態(tài)則一直維持該狀態(tài)，除非撤銷刀具補償。在刀具補償進行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個刀具半徑值的距離。（3）刀具補償撤銷 刀具撤離工件，回到原點。與刀補建立時相似，刀具中心軌跡從與編程軌跡相距一個刀具半徑值過渡到與變成軌跡重合。刀具補償撤銷用G40指令。第三章 數(shù)控機床加工程序的編寫1 編程基礎機床操作工的操作技能和水平?jīng)Q定著普通機床的加工質量和機床的效率的發(fā)揮。而蘇控機床與普通機床在機械加工中的根本區(qū)別是：數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序由計算機自動地完成對零件的加工，其

18、對所加工零件的質量與加工效率，很大程度上取決于所編程序的合理與否。理想的數(shù)控加工程序不僅應保證加工出符合圖樣要求的合格工件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的應用和充分地發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全可靠及高效地工作。數(shù)控編程的內容和步驟（一）數(shù)控編程的內容數(shù)控編程的主要內容包括：分析零件圖樣，確定加工工藝過程；確定走刀軌跡，計算刀位數(shù)據(jù)；編寫零件加工程序；制作控制介質；校對程序及首件試加工。數(shù)控機床分析零件圖樣數(shù)學處理工藝處理編寫程序單輸入數(shù)控系統(tǒng)程序檢驗數(shù)控機床修改（二）數(shù)控編程的步驟數(shù)控編程的步驟一般如圖3-1所示圖3-12 數(shù)控編程的方法數(shù)控編程一般分為手工編程和自動編程。1、 手工編程從零

19、件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計算、編寫程序單、程序輸入至程序校驗等步驟均由人工完成，稱為手工編程。對于加工形狀簡單的零件，計算比較簡單，程序不多，采用手工編程比較容易完成，而且經(jīng)濟、及時，因此在點定位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工中，手工編程仍廣泛應用。但對于形狀復雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件，用手工編程就有一定的困難，出錯的機率增大，有的甚至無法編出程序，必須采用自動編程的方法編制程序。2、 自動編程自動編程是利用計算機專用軟件編制數(shù)控加工程序的過程。它包括數(shù)控語言編程和圖形交互式編程。數(shù)控語言編程，編程人員只需根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語言編寫出零件加工源程序，送入計算

20、機，由計算機自動地進行編譯、數(shù)值計算、后置處理，編寫出零件加工程序單，直至自動傳出數(shù)控加工紙帶，或將加工程序通過直接通信的方式送入數(shù)控機床，指揮機床工作。圖形交互式編程是利用計算機輔助設計（CND）軟件的圖形編程功能，將零件的幾何圖形繪制到計算機上，形成零件的圖形文件，或者直接調用出CAD系統(tǒng)完成產(chǎn)品設計文件中的零件圖形文件，然后在直接調用計算機內和應的數(shù)控編程模塊，進行刀具軌跡處理，由計算機自動對零件加工軌跡的每一個節(jié)點進行運算和數(shù)學處理，從而生成刀位文件。之后再經(jīng)相應的后置處理，自動生成數(shù)控加工程序，并同時在計算機上動態(tài)地顯示其刀具的加工軌跡圖形。3 編程代碼與指令格式3.1 數(shù)控程序的指

21、令代碼零件程序所用的代碼，主要有準備功能G指令、進給功能F指令、主軸速度S指令、道具功能T指令、輔助功能M 指令。一般數(shù)控系統(tǒng)中常用的G功能和M功能都與國際ISO標準中的功能一致，對某些特殊功能，ISO標準中未指定的，按其數(shù)控機床的控制功能要求，數(shù)控生廠家按需要進行自定義。并在數(shù)控編程側重予以具體說明定義。我國機械工業(yè)部制定的有關G指令和M指令的JB3208-83標準，也遇過表上使用的ISO1056-1975E標準基本一致。（1）準備功能準備功能也叫G功能或G代碼。它是使機床或數(shù)控系統(tǒng)建立起某種加工方式的指令。G代碼由地址G和后面的兩位數(shù)字組成，從G00-G99GONG 100種。表3-1為我

22、國JB3208-83標準中規(guī)定的G功能的定義。代碼（1）功能保持到被取消或被同樣字母表示的程序指令所代替(2)功能僅在所出現(xiàn)的程序段內有作用(3)功能(4)G00a點定位G01a直線插補G02a順時針方向圓弧插補G03a逆時針方向圓弧插補G04*暫停G05#不指定G06a拋物線插補G07#不指定G08*加速G09*減速G10-G16#不指定G17cXY平面選擇G18cXZ平面選擇G19cYZ平面選擇G20-G32#不指定G33a螺紋切削，等螺距G34a螺紋切削，等螺距G35a螺紋切削，等螺距G36-G39#永不指定G40d刀具補償/刀具偏置注銷G41d刀具補償-左G42d刀具補償-右G43#(

23、d)#刀具偏置-正G44#(d)#刀具偏置-負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直線偏移，注銷G54f直線偏移XG55f直線偏移YG56f直線偏移ZG57f直線偏移XYG58f直線偏移XZG59f直線偏移YZG60h準確定位1（精）G61h準確定位2（中）G62h快速定位（粗）G63*攻絲G64-G67#不指定G68#(d)#刀具偏置，內角G69#(d)#刀具偏置，外角G70-G79

24、#不指定G80e固定循環(huán)注銷G81-G89e固定循環(huán)G90j絕對尺寸G91j增量尺寸G92*預置寄存G93k時間倒數(shù)進給率G94k每分鐘進給G95k主軸每轉進給G96i恒線速度G97i每分鐘轉數(shù)（主軸）G98-G99#不指定注：1.#號表示：如選作特殊用途，必須在程序格式說明中說明。2.如在直線切削控制中沒有刀具補償，則G43到G52可指定作其它用途。3.欄括號中的字母（d）表示：可以被同欄中沒有括號的字母d所注銷或代替，亦可被有括號的字母（d）所注銷或代替。4.G45到G52的功能科用于機床上任意兩個預定的坐標。5.控制機上沒有G53到G59、G63功能時，可以指定作其他用途。6.*號表示功

25、能僅在所出現(xiàn)的程序段內有效。（2）輔助功能輔助功能也叫M功能或M代碼。它是控制機床開-關功能的一種命令。輔助功能M指令也有M00M99共計100種，現(xiàn)將常用的M 指令功能解釋如下表：表3.2常見輔助功能M指令代碼功能M00程序停止指令M01計劃（任選）停止指令M02程序結束指令M06換刀指令M07命令2號冷卻液（霧狀）開M08命令1號冷卻液（液狀）開M09冷卻液關M10工作的加緊M11工作的松開M19主軸定向停止M30程序結束3.2 程序的結構與格式每種數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)本身的特點及編程的需要，都有一定的程序格式。對于不同的機床，其程序格式也不盡相同。因此，編程人員必須嚴格按照機床說明書的規(guī)定

26、格式進行編程。1、 程序結構一個完整的程序由程序號、程序的內容和程序結束三部分組成。例如程序號程序內容程序結束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）程序號 在程序的開頭要有程序號，以便進行程序檢索。程序號就是給零件加工程序一個編號，并說明該零件加工程序開始。（2）程序內容 程序內容部分是整個程序的核心，它有許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構成，它表示數(shù)控機床要完成的全部動作。（3）程序結束 程序

27、結束是以程序結束指令M02、M30或M99（子程序結束），作為程序結束的符號，用來結束零件加工。2、程序段格式零件的加工程序是由許多程序段組成的，每個程序段由程序段號、若干個數(shù)據(jù)字和程序段結束字符組成，每個數(shù)據(jù)字是控制系統(tǒng)的具體指令，它是由地址符、特殊文字和數(shù)字結合而成，它代表機床的一個位置或一個動作。程序段格式是指一個程序段中字、字符和數(shù)據(jù)的書寫規(guī)則。目前國內外廣泛采用字-地址可變程序段格式。第四章 計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）1 概述1.1 CNC系統(tǒng)的組成CNC系統(tǒng)主要有硬件和軟件兩大部分組成。其核心是計算機數(shù)字控制裝置。它通過系統(tǒng)控制軟件配合系統(tǒng)硬件，合理地組織、管理數(shù)控系統(tǒng)的輸入、數(shù)

28、據(jù)處理、插補和輸出信息，控制執(zhí)行部件，是數(shù)控機床按照操作者的要求進行自動加工。CNC系統(tǒng)采用了計算機作為控制部件，通常有常駐在其內部的數(shù)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，從而對機床運動進行實時控制。只要改變計算機數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件就能實現(xiàn)一種全新的控制方式。2 CNC系統(tǒng)的功能和一般工作過程（一）CNC系統(tǒng)的功能CNC系統(tǒng)由于現(xiàn)在普遍采用了微處理器，通過軟件可以實現(xiàn)很多功能。數(shù)控系統(tǒng)有多種系列，性能各異。數(shù)控系統(tǒng)的功能通常包括基本功能和選擇功能。CNC系統(tǒng)的功能主要反映了在準備功能G指令代碼和輔助功能M指令代碼上。根據(jù)數(shù)控機床的類型、用途、檔次的不同，CNC系統(tǒng)的功能有很大差別，CNC的主要功

29、能有：控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、補償功能、字符、圖形顯示功能、自診斷功能、通信功能和人機交互圖形編程工才能。（二）CNC系統(tǒng)的一般工作過程1、輸入 輸入CNC控制器的通常有零件加工程序、機床參數(shù)和刀具補償參數(shù)。機床參數(shù)一般在機床出廠時或在用戶安裝調試時已經(jīng)設定好，所以輸入CNC系統(tǒng)的主要是零件加工程序和刀具補償數(shù)據(jù)。2、譯碼 譯碼是以零件程序的一個程序段為單位進行處理，把其中零件的輪廓信息（起點、重點、直線或圓弧等），F(xiàn)、S、T、M等星系按一定的語法規(guī)則解釋成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內存專用區(qū)域。3、刀具補償 它包括刀

30、具半徑補償和刀具長度補償。它的作用是把零件輪廓軌跡按系統(tǒng)存儲的道具尺寸數(shù)據(jù)自動轉換成刀具中心相對于工件的移動軌跡。4、進給速度處理 數(shù)控加工程序給定的刀具相對于工件的移動速度是在各個坐標合成運動方向上的速度，即F代碼的指令值。速度處理首先要進行的工作是將各坐標合成運動方向上的速度分解成各進給運動坐標方向的分速度，為插補時計算各進給坐標的行程量做準備；另外對于機床允許的最低和最高速度限制也在這里處理。5、插補 要進行軌跡加工，CNC必須從一條已知起點和重點的曲線上自動進行“數(shù)據(jù)點密化”的工作，這就是插補。6、位置控制 它的主要功能是在每個采樣周期內，將插補計算出的理論為止與實際反饋位置進行比較，

31、用其差值控制進給電動機。7、I/O處理 其作用一方面是將機床運動過程中的有關參數(shù)輸入到CNC中；另一方面是將CNC的輸出命令變?yōu)閳?zhí)行機構的控制信號，實現(xiàn)對機床的控制。8、顯示 它主要是為操作者提供方便，顯示裝置有CRT顯示器或LCD數(shù)碼顯示器，一般位于機床的控制面板上。3 CNC系統(tǒng)的硬件結構3.1.1 CNC系統(tǒng)的硬件構成特點隨著大規(guī)模集成電路技術和表面安裝技術的發(fā)展，CNC系統(tǒng)硬件模塊及安裝方式不斷改進。從CNC系統(tǒng)的總體安裝結構看，有整體式結構和分體式結構兩種。所謂整體式結構是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機箱內。這種方式的有點是結構緊湊，便于安裝，

32、但有時可能造成某些信號連線過長。分體式結構通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內，兩者之間用導線或光釬連接。血多CNC機床把操作面板也單獨作為一個部件，還是由于所控制機床的要求不同，操作面相應的要改變，做成分體式有利于更換和安裝。3.1.2 單CPU結構CNC系統(tǒng)單CPU結構CNC系統(tǒng)的基本結構包括：CPU、總線、I/O接口、存儲器、串行接口和CRT/MDI接口等，還包括數(shù)控系統(tǒng)控制單元部件和接口電路，如位置控制單位、PLC接口、主軸控制單元、速度控制單元、穿孔機和紙帶閱讀機接口以及其他接口等。3.1.3 多CPU結構CNC系統(tǒng)多CPU結構C

33、NC系統(tǒng)是只在CNC系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的CPU 能控制系統(tǒng)總線或主存儲器進行工作的系統(tǒng)結構。該結構有緊耦合和松耦合兩種形狀。緊耦合是指兩個或兩個以上的CPU構成的處理部件之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，共享資源。松耦合是指兩個或兩個以上的CPU構成的功能模塊之間采用松耦合，有多重操作系統(tǒng)實現(xiàn)并行處理。4 CNC系統(tǒng)的軟件結構CNC系統(tǒng)的軟件是為完成CNC系統(tǒng)的各項功能而撞門設計和編制的，是數(shù)控加工系統(tǒng)的一種專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)程序）。CNC系統(tǒng)軟件的管理作用類似與計算機的操作系統(tǒng)的功能。不同的CNC裝置，其功能和控制方案也不同，因而各系統(tǒng)軟件在結構上和規(guī)模上差別較大，各廠家的軟

34、件互不兼容，現(xiàn)代數(shù)控機床的功能大都采用軟件來實現(xiàn)，所以，系統(tǒng)軟件的設計及功能是CNC系統(tǒng)的關鍵。數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編制好的控制程序來實現(xiàn)各種控制的，而控制程序是根據(jù)用戶對數(shù)控系統(tǒng)所提出的各種要求進行設計的。在設計系統(tǒng)軟件之前必須細致的分析被控制對象的特點和對控制功能的要求，決定采用哪一種計算方法。在確定好控制方式、計算方法和控制順序后，將其處理順序用框圖描述出來，使系統(tǒng)設計者對所涉及的系統(tǒng)有一個明確而又清晰的輪廓。CNC系統(tǒng)的軟件結構決定于系統(tǒng)采用的中斷結構。在常規(guī)的CNC系統(tǒng)中，已有的結構模式有中斷型結構和前后臺型兩種結構模式。1、中斷型結構模式 中斷型軟件結構的特點是除了初始化程序之外，整

35、個系統(tǒng)軟件的各種功能模塊分別安排在不同級別的中斷服務程序中，整個軟件就是一個大的中斷系統(tǒng)，其管理的功能主要通過各級中斷服務程序之間的相互通信來解決。2、前后臺型結構模式 該結構模式的CNC系統(tǒng)的軟件分為前臺程序和后臺程序。前臺程序是指實時中斷服務程序，實現(xiàn)插補、伺服、機床監(jiān)控等實時功能。這些功能與機床的動作直接相關。后臺程序是一個循環(huán)運行程序，完成管理功能和輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等非實時性任務，也叫背景程序，管理軟件和插補準備在這里完成。后臺程序運行中，實時中斷程序不斷插入，與后臺程序相配合，共同完成零件加工任務。5 CNC系統(tǒng)的輸入、輸出和通信功能5.1.1 CNC系統(tǒng)的輸入輸出要求CNC裝置

36、作為控制獨立的單臺機床設備時，同窗需要與下列設備相接并進行數(shù)據(jù)的輸入、輸出并與其他裝置設備進行信息交換和傳遞，具體要求如下：（1） 數(shù)據(jù)輸入輸出設備。如光電紙帶閱讀機（PTR），紙帶穿孔機（PP），零件的編程機和可編程控制器（PLC）的編程機等。（2） 外部機床控制面板，包括鍵盤和終端顯示器。特別是大型數(shù)控機床，為了操作方便，往往在機床一側設置一個外部的機床控制面板。（3） 通用的手搖脈沖發(fā)生器（4） 進給驅動線路和主軸驅動線路。一般情況下，主軸驅動和進給驅動線路與CNC裝置裝在同一機柜或相鄰機柜內，通過內部連線相連，它們之間不設置通用輸出輸入接口。5.1.2 CNC系統(tǒng)常用外設及接口CNC系

37、統(tǒng)的外部設備是指為了實現(xiàn)機床控制任務而設置的輸入與輸出裝置。我們知道，不同的數(shù)控設備配備外部設備（簡稱外設）的類型和數(shù)量都不一樣。大體來說，外設包括輸入設備和輸出設備兩種。輸入設備常見的有自動輸入的紙帶閱讀機、磁帶機、磁盤驅動器等。零件的加工程序、各種補償?shù)臄?shù)據(jù)、開關狀態(tài)等都要通過輸入設備送入數(shù)控系統(tǒng)。輸出設備常見的有通用顯示器、外部位置顯示器、紙帶穿孔機、電傳打字機、行式打印機等。5.1.3 網(wǎng)絡通信基礎CNC是一個專用的計算機系統(tǒng)，它與其它設備的網(wǎng)絡通信可以是基帶傳輸，也可以是載波傳輸、寬帶網(wǎng)傳輸?shù)?。所謂基帶傳輸即是按數(shù)據(jù)波的原樣而不包含有任何調制進行傳輸，這是數(shù)字通信中最基本的數(shù)據(jù)傳輸方

38、式。這種傳輸方式可以達到較高的數(shù)據(jù)傳輸速率（一般為1Mbit/s100Mbit/s），但其傳輸距離一般不超過25km，傳輸距離越長，質量越低。而寬帶網(wǎng)傳輸可傳輸語言、圖像等信息，它與基帶網(wǎng)的主要區(qū)別是傳輸速率高，可達400Mbit/s；并可劃分為多條基帶信道，提供良好的通信路徑。至于載波傳輸，則是采用數(shù)字信號對數(shù)據(jù)波原樣進行調制后實行傳輸。這種通信系統(tǒng)的構成見圖4-1信息接收者信息源編 碼傳輸介質解調譯 碼調制 發(fā)送設備 接收設備圖4-1通信系統(tǒng)的構成第五章 數(shù)控機床的伺服驅動及控制1 概述如果說CNC裝置是數(shù)控機床的“大腦”，發(fā)布“命令”的指揮機構，那么，伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“四肢”，是一

39、種“執(zhí)行機構”，它忠實而準確的執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運動命令。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)是以數(shù)控機床移動部件的位置和速度為控制對象的自動控制系統(tǒng)，也稱為隨動系統(tǒng)、拖動系統(tǒng)或伺服機構。它接受CNC裝置輸出的插補指令，并將其轉換為移動部件的機械運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，是數(shù)控裝置和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，其性能直接影響數(shù)控機床的精度、工作臺的移動速度和跟蹤精度等技術指標。2 步進電動機伺服系統(tǒng)步進電動機伺服系統(tǒng)一般構成典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)。在這種開環(huán)伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進電動機。步進電動機是一種可將電脈沖轉換為機械角位移的控制電動機，并通過絲杠帶動工作臺移動。通常該系統(tǒng)中無位置、速度檢測環(huán)節(jié)，其

40、精度主要取決于步進電動機的步距角和與之相聯(lián)傳動鏈的精度。步進電動機的最高轉速通常均比直流伺服電動機和交流伺服電動機低，且在低速時容易產(chǎn)生振動，影響加工精度。但步進電動機伺服系統(tǒng)的制造與控制比較容易，在速度和精度要求不太高的場合有一定的使用價值，同時步進電動機細分技術的應用，使步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度顯著提高，并可有效地措施來降低步進電動機的低速振動，從而使步進電動機伺服系統(tǒng)得到更加廣泛的應用。3 數(shù)控機床的位置檢測裝置監(jiān)測裝置是數(shù)控機床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的主要作用是監(jiān)測位移和速度，并發(fā)出反饋信號與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號進行比較，若有偏差，經(jīng)過放大后控制執(zhí)行部件，使其向消除偏差的方向運動，直至偏差為零為止。閉環(huán)控制的數(shù)控機床的加工精度主要取決于檢測系統(tǒng)的精度。因此，精密檢測裝置是高精度數(shù)控機床的重要保證。一般來說