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

在為數(shù)眾多的數(shù)控機(jī)床中，雖然被控對(duì)象各不相同，但是其控制過(guò)程基本是一樣的，一般的數(shù)控加工控制過(guò)程如圖所示:2/24/2025數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字信息進(jìn)行控制的機(jī)床。它用數(shù)字代碼將刀具相對(duì)工件移動(dòng)的軌跡、速度等信息記錄在程序介質(zhì)上，然后送入數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼和運(yùn)算，控制機(jī)床刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),加工出所需要的工件。數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程是怎樣的？2/24/2025二、數(shù)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)裝備有數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工中心如圖1.2所示。圖1.2裝備有數(shù)控系統(tǒng)的加工中心2/24/2025二、數(shù)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的組成

1.數(shù)控裝置2.輸入/輸出裝置3.伺服驅(qū)動(dòng)裝置4.機(jī)床電氣控制邏輯5.位置檢測(cè)裝置2/24/2025各組成部分的功能數(shù)控裝置其功能是從輸入裝置接收零件程序，并對(duì)其進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)等處理，最后輸出進(jìn)給信號(hào)和主軸啟/停、刀具選擇等輔助控制信號(hào)。輸入/輸出裝置是操縱者和數(shù)控裝置間的“人—機(jī)”接口，常見(jiàn)的輸入輸出裝置有：CRT顯示/MDI鍵盤、紙帶閱讀機(jī)、上位計(jì)算機(jī)等。伺服驅(qū)動(dòng)裝置用來(lái)把數(shù)控裝置輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。機(jī)床電氣控制邏輯包括繼電器控制電路和PLC部分，實(shí)現(xiàn)輔助控制功能和同步零件程序的執(zhí)行。位置檢測(cè)裝置用來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置，輸出位置反饋信息，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)或半閉環(huán)位置控制，提高控制精度。2/24/2025①能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件的加工②加工精度高，產(chǎn)品一致性好③生產(chǎn)效率高④柔性好⑤自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低2.數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)2/24/20251959年，美國(guó)克耐·杜列克公司（Keaney&TreckerCompany）開(kāi)發(fā)出了裝有自動(dòng)換刀裝置，能夠一次裝夾，多工序加工的加工中心。1967年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)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(xiàn)了以數(shù)臺(tái)加工中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置而構(gòu)成的柔性制造單元（FlexibleManufactureCell—FMC）。1990年后，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufactureSystem—CIMS)已經(jīng)逐漸投入使用，并呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)。3.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展2/24/20251958年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，1966年研制成功晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并用于數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控銑床等，受技術(shù)條件限制，數(shù)控機(jī)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(guó)外引進(jìn)了一些數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，對(duì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了一定影響；更主要的是國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)有了較大發(fā)展，為數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。1985年，國(guó)產(chǎn)加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。1990年后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展階段，研究開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成了各企業(yè)的自發(fā)行為，數(shù)控技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展速度逐年加快，多軸、全功能中高檔數(shù)控系統(tǒng)及交、直流伺服系統(tǒng)相繼研制成功，F(xiàn)MS和CIMS也先后投入使用，我國(guó)數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r2/24/20251.2

數(shù)控系統(tǒng)的分類一、按數(shù)控裝置類型分類硬件數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)二、按數(shù)控裝置類型分類開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

混合控制數(shù)控系統(tǒng)

2/24/2025特點(diǎn):不帶檢測(cè)裝置，也無(wú)反饋電路，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。2/24/2025特點(diǎn):位置檢測(cè)反饋元件安裝在電機(jī)軸端或絲杠軸端，也以直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。2/24/2025混合應(yīng)用開(kāi)環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)的控制方式，又分為：開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型數(shù)控系統(tǒng)、半閉環(huán)補(bǔ)償型數(shù)控系統(tǒng)兩種。2/24/2025這種控制方式為要求較高的進(jìn)給速度和返回速度的高精度大型機(jī)采用.2/24/20251.3數(shù)控系統(tǒng)的分類三、按功能水平分類

將數(shù)控系統(tǒng)分為低（經(jīng)濟(jì)型）、中、高三檔。這種分類方法的界線是相對(duì)的，不同時(shí)期的劃分標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有所不同。就目前的發(fā)展水平來(lái)看，不同檔次數(shù)控機(jī)床的功能和指標(biāo)如表1.1所示。2/24/2025

各檔次數(shù)控系統(tǒng)的功能2/24/2025四、按機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床其特點(diǎn)是在刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，只要求刀具從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)并準(zhǔn)確定位，而對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和軌跡沒(méi)有嚴(yán)格的要求。如數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。

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

2/24/2025多軸聯(lián)動(dòng)控制多個(gè)坐標(biāo)軸按照一定的函數(shù)關(guān)系同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，稱為多軸聯(lián)動(dòng)。按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，可分為二軸聯(lián)動(dòng)、二軸半聯(lián)動(dòng)、三軸聯(lián)動(dòng)和多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)。二軸聯(lián)動(dòng)主要用于數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)體端面、圓錐面、圓弧面等，或者用于數(shù)控銑床加工箱板類零件的曲線輪廓。二軸半聯(lián)動(dòng)其中二軸保持聯(lián)動(dòng)，另外一軸作周期進(jìn)給，可加工三維空間曲面。三軸聯(lián)動(dòng)主要用于數(shù)控銑床、加工中心等，用來(lái)銑削復(fù)雜的三維空間曲面。四軸以上多軸聯(lián)動(dòng)主要用于加工形狀復(fù)雜的零件。

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

其中，指令字由英文字母后續(xù)數(shù)字組成。段號(hào)必須在前，其余指令字的書(shū)寫順序一般沒(méi)有嚴(yán)格限制，最后以回車結(jié)束。最后一個(gè)程序段必須包含程序結(jié)束指令M02（有的系統(tǒng)為M30）。2/24/20251.4數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)二、零件加工程序的編碼

在穿孔紙帶等控制介質(zhì)上，零件程序的字母、數(shù)字和各種符號(hào)是采用標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制編碼來(lái)表示的。有ISO和EIA兩種標(biāo)準(zhǔn)編碼格式。ISO碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardsOrganization)頒布的代碼，采用八位二進(jìn)制表示，最高位為補(bǔ)偶位，所能表示的信息量最多為128種。EIA碼美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(ElectronicIndustryAssociation)頒布的代碼，也采用八位二進(jìn)制表示，由低向高的第五位為補(bǔ)奇位，其最高位只有“程序段結(jié)束”代碼(CR)用到，所能表示的信息量最多為64種。ASCⅡ碼美國(guó)信息交換標(biāo)推代碼，采用七位二進(jìn)制表示，能形成127個(gè)不同的編碼組合(見(jiàn)附錄2)。在PC機(jī)或CNC裝置內(nèi)部，零件程序通常以ASCⅡ碼形式保存，ISO碼就是在ASCⅡ碼的基礎(chǔ)上，在最高位增加一個(gè)補(bǔ)偶位形成的。2/24/20251.5計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置也叫CNC裝置，是面向機(jī)床數(shù)控而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它以計(jì)算機(jī)為核心，配有專用的I/O接口，并用軟件處理控制信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制功能。與一般的硬件數(shù)控相比，其數(shù)控功能是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，因而具有很好的靈活性和通用性；與一般微機(jī)相比，由于它是面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的，因而具有可靠性高、工作穩(wěn)定和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由硬件和軟件兩大部分組成的。2/24/20251.5計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)一、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

1.物理結(jié)構(gòu)：根據(jù)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(duì)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)操作和安裝，可靠性和抗干擾能力也比較強(qiáng)。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(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)

一、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

2.邏輯結(jié)構(gòu)根據(jù)內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)不同｛單CPU結(jié)構(gòu)多CPU結(jié)構(gòu)2/24/2025單CPU結(jié)構(gòu)CNC裝置組成框圖2/24/2025多CPU結(jié)構(gòu)CNC裝置組成框圖2/24/20251.5計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

CNC裝置的軟件又稱為系統(tǒng)軟件，其作用與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)相類似，其組成如圖所示。2/24/2025CNC多任務(wù)并行處理關(guān)系CNC系統(tǒng)是一個(gè)多任務(wù)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。2/24/2025CNC系統(tǒng)必須采用多任務(wù)并行處理技術(shù)和實(shí)時(shí)中斷處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)CNC系統(tǒng)軟件中各模塊之間的組織關(guān)系的不同，可分為前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)和多重中斷型結(jié)構(gòu)。

1.前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序是一些實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、位置控制等實(shí)時(shí)性要求高的控制任務(wù)；后臺(tái)程序是一個(gè)順序循環(huán)執(zhí)行的程序，主要完成一些實(shí)時(shí)性要求不高的功能，如零件程序的輸入、譯碼等插補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作和系統(tǒng)管理工作。1.5計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

2/24/2025

后臺(tái)程序一般結(jié)構(gòu)2/24/2025

前臺(tái)程序一般流程2/24/20252.中斷型結(jié)構(gòu)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(jí)別的中斷服務(wù)程序中，優(yōu)先級(jí)別高的程序可以中斷優(yōu)先級(jí)別低的程序。優(yōu)先級(jí)分配示例如下。1.5計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

2/24/20251.5計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置組成結(jié)構(gòu)三、零件加工程序的處理過(guò)程

2/24/2025數(shù)控零件程序的處理過(guò)程2/24/2025零件加工程序段在CNC裝置內(nèi)部的六個(gè)處理步驟如圖2.7所示，順序是輸入→譯碼→刀具補(bǔ)償→進(jìn)給速度處理→插補(bǔ)→位置控制，各個(gè)步驟的主要功能是：數(shù)控零件程序的處理過(guò)程2/24/20251.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介一、日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)由日本FANUC公司生產(chǎn)，其產(chǎn)品分許多個(gè)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(guó)SIEMENS公司的CNC產(chǎn)品1.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介SINUMERIK802S/C/D系列802S是SIEMENS公司在20世紀(jì)90年代中后期推出的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。2/24/2025三、西班牙FAGOR公司的CNC產(chǎn)品FAGOR公司生產(chǎn)的CNC產(chǎn)品有101/102、800、8025／8030、8050等系列。11.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介2/24/2025四、施耐德公司的CNC產(chǎn)品1.NUM1020/1040數(shù)控系統(tǒng)是NUM公司于1995年開(kāi)發(fā)出的全新數(shù)控系統(tǒng)，是緊湊且功能完善的32位數(shù)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(shù)控機(jī)床。2.NUM1020T基本單元適用于銑床的2～4軸CNC內(nèi)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(jī)床和木材加工以及各種切齒機(jī)、特種機(jī)床和回轉(zhuǎn)組合機(jī)床等設(shè)計(jì)。1.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介2/24/2025五、國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)1.華中數(shù)控華中數(shù)控以“世紀(jì)星”系列數(shù)控單元為典型產(chǎn)品，HNC–21T為車削系統(tǒng)，最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為4軸；HNC–21／22M為銑削系統(tǒng)，最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為4軸，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌人式工業(yè)PC。伺服系統(tǒng)的主要產(chǎn)品包括：HSV–11系列交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置，HSV–16系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)裝置與電機(jī)，永磁同步交流伺服電機(jī)等。1.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介2/24/20252.北京航天數(shù)控北京航天數(shù)控的主要產(chǎn)品為CASNUC2100數(shù)控系統(tǒng)，是以PC機(jī)為硬件基礎(chǔ)的模塊化、開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)，可用于車床、銑床、加工中心等8軸以下機(jī)械設(shè)備的控制，具有2軸、3軸、4軸聯(lián)動(dòng)功能。3.上海開(kāi)通數(shù)控

五、國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)1.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介2/24/20254．廣州數(shù)控其主要產(chǎn)品有GSK983M-V、980MD銑床數(shù)控系統(tǒng)、GSK980TDa、928TEII、980TB1、218TB車床數(shù)控系統(tǒng)、DAP03主軸伺服驅(qū)動(dòng)、ZJY208、ZJY265主軸伺服電機(jī)等產(chǎn)品。GSK218M、990MA銑床數(shù)控系統(tǒng)、928GA/GE磨床數(shù)控系統(tǒng)、80SJT系列伺服電機(jī)等新產(chǎn)品進(jìn)入小批量生產(chǎn)。五、國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)1.6常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介2/24/2025

本模塊小結(jié)

數(shù)控是數(shù)字控制(NumericalControl—NC)的簡(jiǎn)稱，是用數(shù)字化的信息對(duì)某一對(duì)象的工作過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一門技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)是指采用數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一整套裝置和設(shè)備。數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)控制裝置、機(jī)床電氣邏輯控制裝置、位置檢測(cè)裝置五個(gè)部分組成。2/24/2025

1952年，美國(guó)帕森（Parsons）公司與美國(guó)麻省理工學(xué)院合作，為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件的自動(dòng)化生產(chǎn)而研制成功了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床—三坐標(biāo)數(shù)控銑床，由此拉開(kāi)了數(shù)控技術(shù)研