模塊1 CNC概論課件

模塊一數控技術概論《數控原理與應用》2/24/2025模塊一數控技術概論《數控原理與應用》2/24/2025數控系統(tǒng)數控系統(tǒng)可以應用于各種機床的控制，從而構成不同類型的數控機床，如數控車床、數控銑床、數控線切割機床、數控加工中心等。

在為數眾多的數控機床中，雖然被控對象各不相同，但是其控制過程基本是一樣的，一般的數控加工控制過程如圖所示:2/24/2025數控機床數控機床是用數字信息進行控制的機床。它用數字代碼將刀具相對工件移動的軌跡、速度等信息記錄在程序介質上，然后送入數控系統(tǒng)經過譯碼和運算，控制機床刀具與工件的相對運動,加工出所需要的工件。數控機床的加工過程是怎樣的？2/24/2025二、數控系統(tǒng)的組成結構裝備有數控系統(tǒng)的數控加工中心如圖1.2所示。圖1.2裝備有數控系統(tǒng)的加工中心2/24/2025二、數控系統(tǒng)的組成結構數控系統(tǒng)的組成

1.數控裝置2.輸入/輸出裝置3.伺服驅動裝置4.機床電氣控制邏輯5.位置檢測裝置2/24/2025各組成部分的功能數控裝置其功能是從輸入裝置接收零件程序，并對其進行譯碼、插補等處理，最后輸出進給信號和主軸啟/停、刀具選擇等輔助控制信號。輸入/輸出裝置是操縱者和數控裝置間的“人—機”接口，常見的輸入輸出裝置有：CRT顯示/MDI鍵盤、紙帶閱讀機、上位計算機等。伺服驅動裝置用來把數控裝置輸出的信號進行功率放大，以驅動伺服電動機帶動機床運動。機床電氣控制邏輯包括繼電器控制電路和PLC部分，實現輔助控制功能和同步零件程序的執(zhí)行。位置檢測裝置用來檢測工作臺的實際位置，輸出位置反饋信息，實現閉環(huán)或半閉環(huán)位置控制，提高控制精度。2/24/2025①能實現復雜工件的加工②加工精度高，產品一致性好③生產效率高④柔性好⑤自動化程度高，勞動強度低2.數控技術的特點2/24/20251959年，美國克耐·杜列克公司（Keaney&TreckerCompany）開發(fā)出了裝有自動換刀裝置，能夠一次裝夾，多工序加工的加工中心。1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有一定柔性的加工系統(tǒng)，即柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufactureSystem—FMS）1980年后，又出現了以數臺加工中心為主體，再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗裝置而構成的柔性制造單元（FlexibleManufactureCell—FMC）。1990年后，計算機集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufactureSystem—CIMS)已經逐漸投入使用，并呈現出迅猛發(fā)展的態(tài)勢。3.數控技術的發(fā)展2/24/20251958年，國內開始研究數控技術，1966年研制成功晶體管數控系統(tǒng)，并用于數控線切割機、數控銑床等，受技術條件限制，數控機床品種有限，穩(wěn)定性及可靠性較差，處于起步階段。1980年后，先后從國外引進了一些數控系統(tǒng)和數控機床，對數控技術的發(fā)展產生了一定影響；更主要的是國內經濟有了較大發(fā)展，為數控技術的進步奠定了物質基礎。1985年，國產加工中心、數控銑床、數控磨床等產品已經進入實用階段。1990年后，我國經濟進入高速發(fā)展階段，研究開發(fā)數控系統(tǒng)、應用數控機床已經成了各企業(yè)的自發(fā)行為，數控技術及產品的發(fā)展速度逐年加快，多軸、全功能中高檔數控系統(tǒng)及交、直流伺服系統(tǒng)相繼研制成功，FMS和CIMS也先后投入使用，我國數控技術進入了蓬勃發(fā)展時期。國內發(fā)展狀況2/24/20251.2

數控系統(tǒng)的分類一、按數控裝置類型分類硬件數控系統(tǒng)計算機數控（CNC）系統(tǒng)二、按數控裝置類型分類開環(huán)數控系統(tǒng)

全閉環(huán)數控系統(tǒng)

半閉環(huán)數控系統(tǒng)

混合控制數控系統(tǒng)

2/24/2025特點:不帶檢測裝置，也無反饋電路，步進電動機驅動。2/24/2025特點:位置檢測反饋元件安裝在電機軸端或絲杠軸端，也以直流或交流伺服電動機驅動。2/24/2025混合應用開環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)的控制方式，又分為：開環(huán)補償型數控系統(tǒng)、半閉環(huán)補償型數控系統(tǒng)兩種。2/24/2025這種控制方式為要求較高的進給速度和返回速度的高精度大型機采用.2/24/20251.3數控系統(tǒng)的分類三、按功能水平分類

將數控系統(tǒng)分為低（經濟型）、中、高三檔。這種分類方法的界線是相對的，不同時期的劃分標準會有所不同。就目前的發(fā)展水平來看，不同檔次數控機床的功能和指標如表1.1所示。2/24/2025

各檔次數控系統(tǒng)的功能2/24/2025四、按機床的運動軌跡分類點位控制數控機床其特點是在刀具相對于工件的移動過程中不進行切削加工，只要求刀具從一點移動到另一點并準確定位，而對運動的速度和軌跡沒有嚴格的要求。如數控鉆床、數控鏜床和數控沖床等。

點位控制切削加工1.3數控系統(tǒng)的分類2/24/2025四、按機床的運動軌跡分類輪廓控制型數控機床該類機床的刀具可沿直線、圓弧或拋物線等曲線軌跡移動，進給速度根據工藝要求編程確定，可實現曲線或者曲面輪廓加工，加工示例如圖所示。這類數控機床具備2軸以上聯動功能，其輔助功能也比前兩類多。像數控銑床、數控車床和數控加工中心等都屬于這種控制方式。

2/24/2025多軸聯動控制多個坐標軸按照一定的函數關系同時協調運動，稱為多軸聯動。按照聯動軸數，可分為二軸聯動、二軸半聯動、三軸聯動和多軸聯動數控系統(tǒng)。二軸聯動主要用于數控車床加工回轉體端面、圓錐面、圓弧面等，或者用于數控銑床加工箱板類零件的曲線輪廓。二軸半聯動其中二軸保持聯動，另外一軸作周期進給，可加工三維空間曲面。三軸聯動主要用于數控銑床、加工中心等，用來銑削復雜的三維空間曲面。四軸以上多軸聯動主要用于加工形狀復雜的零件。

2/24/2025五軸聯動銑削曲面零件2/24/2025六軸加工中心坐標示意圖2/24/2025作業(yè):P271.3，1.42/24/20251．程序號程序號是零件程序的存儲代號，與文件名的作用相似。它一般以特殊符號開頭，后續(xù)數字碼，在這里，O40表示第40號程序。不同的系統(tǒng)，由不同的規(guī)定，如FANUC系統(tǒng)以“O”開頭，SIEMENS810系統(tǒng)以“%”開頭，AB8400系統(tǒng)中以“P”開頭等。而SIEMENS802S/C系統(tǒng)的程序名則以任意字母開頭，其后可以是字母、數字或下劃線等。2/24/20252．程序段一個程序段由若干個功能指令字組成，用來指定一個加工步驟，一般格式為

其中，指令字由英文字母后續(xù)數字組成。段號必須在前，其余指令字的書寫順序一般沒有嚴格限制，最后以回車結束。最后一個程序段必須包含程序結束指令M02（有的系統(tǒng)為M30）。2/24/20251.4數控系統(tǒng)的相關知識二、零件加工程序的編碼

在穿孔紙帶等控制介質上，零件程序的字母、數字和各種符號是采用標準的二進制編碼來表示的。有ISO和EIA兩種標準編碼格式。ISO碼國際標準化組織(InternationalStandardsOrganization)頒布的代碼，采用八位二進制表示，最高位為補偶位，所能表示的信息量最多為128種。EIA碼美國電子工業(yè)協會(ElectronicIndustryAssociation)頒布的代碼，也采用八位二進制表示，由低向高的第五位為補奇位，其最高位只有“程序段結束”代碼(CR)用到，所能表示的信息量最多為64種。ASCⅡ碼美國信息交換標推代碼，采用七位二進制表示，能形成127個不同的編碼組合(見附錄2)。在PC機或CNC裝置內部，零件程序通常以ASCⅡ碼形式保存，ISO碼就是在ASCⅡ碼的基礎上，在最高位增加一個補偶位形成的。2/24/20251.5計算機數控(CNC)裝置組成結構計算機數控裝置也叫CNC裝置，是面向機床數控而設計的專用計算機系統(tǒng)。它以計算機為核心，配有專用的I/O接口，并用軟件處理控制信息，實現數字控制功能。與一般的硬件數控相比，其數控功能是通過軟件實現的，因而具有很好的靈活性和通用性；與一般微機相比，由于它是面向工業(yè)環(huán)境設計的，因而具有可靠性高、工作穩(wěn)定和抗干擾能力強等特點。計算機數控裝置是一個完整的計算機系統(tǒng)，由硬件和軟件兩大部分組成的。2/24/20251.5計算機數控(CNC)裝置組成結構一、CNC裝置的硬件結構

1.物理結構：根據安裝形式板卡布局｛專用型CNC裝置基于PC的CNC裝置

專用型CNC裝置的硬件和軟件都是針對數控機床的應用而專門設計的。其鍵盤布局、操作方法和安裝形式等都比較特別，更便于現場操作和安裝，可靠性和抗干擾能力也比較強。如FANUC0系統(tǒng)、西門子810、西門子802S/C/D等都屬于專用型CNC裝置。2/24/20251.5計算機數控(CNC)裝置組成結構

一、CNC裝置的硬件結構

2.邏輯結構根據內部邏輯電路結構不同｛單CPU結構多CPU結構2/24/2025單CPU結構CNC裝置組成框圖2/24/2025多CPU結構CNC裝置組成框圖2/24/20251.5計算機數控(CNC)裝置組成結構二、CNC裝置的軟件結構

CNC裝置的軟件又稱為系統(tǒng)軟件，其作用與計算機操作系統(tǒng)相類似，其組成如圖所示。2/24/2025CNC多任務并行處理關系CNC系統(tǒng)是一個多任務的實時控制系統(tǒng)。2/24/2025CNC系統(tǒng)必須采用多任務并行處理技術和實時中斷處理技術來實現。根據CNC系統(tǒng)軟件中各模塊之間的組織關系的不同，可分為前后臺型結構和多重中斷型結構。

1.前后臺型結構中，系統(tǒng)軟件分為前臺程序和后臺程序。前臺程序是一些實時中斷服務程序，實現插補、位置控制等實時性要求高的控制任務；后臺程序是一個順序循環(huán)執(zhí)行的程序，主要完成一些實時性要求不高的功能，如零件程序的輸入、譯碼等插補前的準備工作和系統(tǒng)管理工作。1.5計算機數控(CNC)裝置組成結構二、CNC裝置的軟件結構

2/24/2025

后臺程序一般結構2/24/2025

前臺程序一般流程2/24/20252.中斷型結構系統(tǒng)軟件除了初始化程序之外，其他各功能模塊分別被安排在不同級別的中斷服務程序中，優(yōu)先級別高的程序可以中斷優(yōu)先級別低的程序。優(yōu)先級分配示例如下。1.5計算機數控(CNC)裝置組成結構二、CNC裝置的軟件結構

2/24/20251.5計算機數控(CNC)裝置組成結構三、零件加工程序的處理過程

2/24/2025數控零件程序的處理過程2/24/2025零件加工程序段在CNC裝置內部的六個處理步驟如圖2.7所示，順序是輸入→譯碼→刀具補償→進給速度處理→插補→位置控制，各個步驟的主要功能是：數控零件程序的處理過程2/24/20251.6常見數控系統(tǒng)產品簡介一、日本FANUC數控系統(tǒng)由日本FANUC公司生產，其產品分許多個系列。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、德國SIEMENS公司的CNC產品1.6常見數控系統(tǒng)產品簡介SINUMERIK802S/C/D系列802S是SIEMENS公司在20世紀90年代中后期推出的經濟型數控系統(tǒng)。2/24/2025三、西班牙FAGOR公司的CNC產品FAGOR公司生產的CNC產品有101/102、800、8025／8030、8050等系列。11.6常見數控系統(tǒng)產品簡介2/24/2025四、施耐德公司的CNC產品1.NUM1020/1040數控系統(tǒng)是NUM公司于1995年開發(fā)出的全新數控系統(tǒng)，是緊湊且功能完善的32位數控系統(tǒng)，并且和NUM1060系列系統(tǒng)完全兼容，特別適合于1至6軸的數控機床。2.NUM1020T基本單元適用于銑床的2～4軸CNC內裝式可編程控制器（PLC）32位CPU超大規(guī)模集成電路CISC。配置基本單元適合2軸車床的CNC系統(tǒng)。3.NUM1040M基本配置基本單元適用于銑床，鏜床和加工中心的。4.NUM1040T基本配置基本單元適合2～4軸雙刀架車床中心的。5.NUM1060是模塊化、大功率的多軸組合系統(tǒng)，適合于銑、車、磨等金屬加工機床和木材加工以及各種切齒機、特種機床和回轉組合機床等設計。1.6常見數控系統(tǒng)產品簡介2/24/2025五、國產數控系統(tǒng)1.華中數控華中數控以“世紀星”系列數控單元為典型產品，HNC–21T為車削系統(tǒng)，最大聯動軸數為4軸；HNC–21／22M為銑削系統(tǒng)，最大聯動軸數為4軸，采用開放式體系結構，內置嵌人式工業(yè)PC。伺服系統(tǒng)的主要產品包括：HSV–11系列交流伺服驅動裝置，HSV–16系列全數字交流伺服驅動裝置，步進電機驅動裝置，交流伺服主軸驅動裝置與電機，永磁同步交流伺服電機等。1.6常見數控系統(tǒng)產品簡介2/24/20252.北京航天數控北京航天數控的主要產品為CASNUC2100數控系統(tǒng)，是以PC機為硬件基礎的模塊化、開放式的數控系統(tǒng)，可用于車床、銑床、加工中心等8軸以下機械設備的控制，具有2軸、3軸、4軸聯動功能。3.上海開通數控

五、國產數控系統(tǒng)1.6常見數控系統(tǒng)產品簡介2/24/20254．廣州數控其主要產品有GSK983M-V、980MD銑床數控系統(tǒng)、GSK980TDa、928TEII、980TB1、218TB車床數控系統(tǒng)、DAP03主軸伺服驅動、ZJY208、ZJY265主軸伺服電機等產品。GSK218M、990MA銑床數控系統(tǒng)、928GA/GE磨床數控系統(tǒng)、80SJT系列伺服電機等新產品進入小批量生產。五、國產數控系統(tǒng)1.6常見數控系統(tǒng)產品簡介2/24/2025

本模塊小結

數控是數字控制(NumericalControl—NC)的簡稱，是用數字化的信息對某一對象的工作過程進行自動控制的一門技術。數控系統(tǒng)是指采用數控技術，實現自動控制的一整套裝置和設備。數控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服驅動控制裝置、機床電氣邏輯控制裝置、位置檢測裝置五個部分組成。2/24/2025

1952年，美國帕森（Parsons）公司與美國麻省理工學院合作，為了實現復雜零部件的自動化生產而研制成功了第一臺數控機床—三坐標數控銑床，由此拉開了數控技術研