第7章 计算机数控系统

第7章 计算机数控系统7.1 概 述数控系统(Numerical Control System简 称为NC系统)即数字控制系统，它自动阅读输

入载体上事先给定了的数字量，并自动将其译码，输出符合指令的脉冲，从而使机床运动并

加工出合乎要求的高质量零件。

7.1.1 数控系统的分类 1. 按照数控系统的硬件、软件特点分类 ⑴ 硬件数控系统(简称为NC系统) 硬件数控系统是早期的数控系统，它的输 入、运算、插件、控制功能均由电子管、晶 体管、中小规模集成电路组成的逻辑电路来 实现。一般说来，不同的数控机床都需要设 计专门的逻辑电路。这种硬件线路联接的专 用计算机控制系统结构体积庞大、应用性差、 可靠性差、功能和灵活性差。

⑵ 计算机数控系统(Computer NumericalControl System简称为CNC系统)

随着计算机技术的发展，数控系统中的 专用计算机被微型计算机所取代，形成了 CNC系统，实现了真正的机电一体化。 现代的数控系统都是CNC系统，它靠执 行存储程序来实现各种机床的控制要求，因此 CNC系统又称为存储程序数控系统或软件数 控系统。

2. 按控制对象的工作特点分类 ⑴ 点位控制系统 ⑵ 直线控制系统

⑶ 轮廓控制系统(又称为连续控制系统)

7.1.2

数控系统的组成

数控系统是由程序、输入输出设备、计

算机数控装置(CNC装置)、可编程序控制器(Programmable Logic Controller, 简称为PLC)、主轴驱动装置和进给伺服

驱动系统等六大部分组成的一个整个系统，又称为CNC系统。

数控系统的核心是计算机数控装置(CNC装置),目前也简略地称为CNC 系统。

从外部特征来看CNC系统是由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两大

部分组成的。

7.1.3 CNC系统的功能 CNC系统的功能包括：基本功能和选择 功能。 基本功能是CNC系统的必备功能； 选择功能可由供用户根据不同机床的工

作特点和用途进行选择。

主要功能如下： 1. CNC系统的基本功能 ⑴ 控制功能 指CNC能够控制和能够联动控制的进给 轴数目。 控制轴有：移动轴和回转轴；基本轴和 附加轴。 控制轴特别是联动控制轴数越多，CNC 系统就越复杂，编程也越困难。

⑵ 准备功能 即G功能，用来指令机床的动作方式， 包括机床基本移动、程序暂停、平面

选择、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等指令。

⑶ 插补功能

所谓插补功能指数控系统实现零件轮廓加工轨迹运算的功能。即以最小的逼近误差，沿着指定线段的

起点和终点在其之间进行数据点的密化工作。 一般CNC系统仅具有直线和园弧插补功能

,而较为

高档的CNC系统备有抛物线插补、极坐标插补、正弦线插补、螺旋线及样条曲线插补等功能。

插补运算方法常采用逐点比较法，数字积分法等。

⑷ 进给功能

即F功能，用来指令各轴的进给速度，主要有以下三种：

① 切削进给速度每分钟刀具相对于工件的进给量，单位为

mm/min; ② 同步进给速度

实现切削速度与进给速度的同步，即主轴每转的进给量，单位为mm/r,主要用于加工螺纹；

③ 进给倍率 用于人工实时修调进给速度。即通过操 作面板上的进给倍率波段开关以每档10% 的间隔在0~200%之间对预先设定的进给 速度实现实时修调。

⑸ 主轴功能

即S功能，用于指定主轴的转速，单位是r/min。

⑹ 辅助功能即M功能，用于指令机床辅助操作的功能，如

主轴的启停、正反转、冷却液泵的通、断，刀库的起、停等。

⑺ 刀具功能及工作台分度功能刀具功能即T功能，用来选择刀具；

工作台分度功能即B功能，用于分度工作台的分度。

⑻ 人机对话功能

CNC系统可配置9in单色或14in彩色CRT,通过软件和接口实现字符和图形显 示。可显示程序、参数、各种补偿量、坐 标位置、故障信息、人机对话编程菜单、 零件图形、动态刀具轨迹等，以方便用户 的操作和使用。

(9) 自诊断功能CNC系统中设置有故障诊断程序，以防 止故障的发生和扩大，在故障出现后，可 以迅速查明故障的类型和部位，便于及时 排除故障，减少故障停机时间。有的CNC 系统还可以进行远程通信诊断。

2. 选择功能 ⑴ 补偿功能 包括刀具长度和半径补偿功能，传动链误 差补偿功能，主要用于补偿因刀具的磨损 或更换，传动丝杠螺距误差和反向间隙引 起的误差。

⑵ 固定循环功能 在数控加工过程中，有些加工工序如钻孔、攻 丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等所需完成的动作 循环十分典型，而且是多次重复进行，因此预先 将这些典型的循环动作编好程序，存储在存储器 中，用G代码进行定义形成固定循环功能，在加

工时可直接使用这类G代码，完成这些典型的动作循环，大大简化编程工作。

⑶ 通讯功能 它是CNC系统与外界进行信息和数据交换的 功能。 通常CNC系统都配有RS232C接口，设有缓冲 存储器，可与上级计算机进行通信，传送零件的 加工程序，有的还备有DNC接口，以利实现直 接数控，更高档的系统还可以与MAP(制造自 动化协议)相连，接入工厂的通信网络，实现 FMS、CIMS等大制造系统集成的要求。

⑷ 自动在线编程功能 有些CNC系统可按零件蓝图直接自动编程， 操作或编程人员

只需送入图样上简单几何数 据等命令，就能自动生成加工程序。 有的CNC系统可进行在线人机对话式编程， 并具有自动工序选择、自动刀具和切削条件

选择等智能功能。

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