第一章绪论辅导 一、教学要求 1、掌挥数控机床控制系统的构成 数控机床控制系统的基本组成包括输入输出装置、数控装置、，问服驱动装置、机床电 气逻網控制装置、位置检测装置等，下面我门先一起学习数拉装置的组成及结构，也瓷是 计算机数控系统，简称CNC。 数控装置是机床数控系统的核心，目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件米 实现其功能，所以移之为计算机数拉装置，它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中 央处理单元(CPU)、总线、存储器，输入输出楼口等：另一方面又具有完成数控机床其特 有功能所需要的功能模块和接口单元，比如手动数据输入(MD)接口、可编程序控制题 四C接口、位置控制接口、纸蒂间读机接口等。 数控装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统教件来指挥和协调硬件的工作，两者缺 一不可。可以说：硬件是基健，软件是灵魂。数控装置的软件由管理载件和控制软件两部分 组成，管理软件主要为某个数控系统建立一个款件环境，协调各软件模块之间的关系，并处 理一些实时性不太强的软件功能，比如数控加工程序的输入输出的管理，系统显示等：控 制就件主要完成系统中一线实时性要求较高的关健控刺功能，比如刀补计算处理，位置控制 等。 2、了解数控机床的分类 ①主轴控制 主轴运动与普通机床一样，主要完成工件的切刚任务，其消耗的动力大约占整台机床动 力的0%一0%。基本控制动作就是：主轴的正、反转和停止，自动换挡、无级调速：对 加工中心和车削中心等一些数控机床还必须具有定向控制、定位控制和C物控制： ②进给控制 这是数控机床区别于普通机床最根本的地方，就是用电气自动控制压动替代了人工机械 驱动，数控机床的进给运动是由进给同服系统完成的，进给同服系统包括问服整动装置、同 服电动机，进给传动链以及位置检测装置等 ①辅助控制 数控系统对如工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外，还要 对机床的各种开关状态进行控制，这些状态色括主帕的变建控制。主轴的正、反转及停止
第一章 绪论辅导 一、教学要求 1、掌握数控机床控制系统的构成 数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电 气逻辑控制装置、位置检测装置等。下面我们先一起学习数控装置的组成及结构 ，也就是 计算机数控系统，简称 CNC。 数控装置是机床数控系统的核心，目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来 实现其功能，所以称之为计算机数控装置，它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中 央处理单元（CPU）、总线、存储器、输入/输出接口等；另一方面又具有完成数控机床其特 有功能所需要的功能模块和接口单元，比如手动数据输入（MDI）接口、可编程序控制器 PLC 接口、位置控制接口、纸带阅读机接口等。 数控装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，两者缺 一不可。可以说：硬件是基础，软件是灵魂。数控装置的软件由管理软件和控制软件两部分 组成，管理软件主要为某个数控系统建立一个软件环境，协调各软件模块之间的关系，并处 理一些实时性不太强的软件功能，比如数控加工程序的输入/输出的管理、系统显示等；控 制软件主要完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能，比如刀补计算处理、位置控制 等。 2、了解数控机床的分类 ① 主轴控制 主轴运动与普通机床一样，主要完成工件的切削任务，其消耗的动力大约占整台机床动 力的 70 ％～80％。基本控制动作就是：主轴的正、反转和停止，自动换挡、无级调速；对 加工中心和车削中心等一些数控机床还必须具有定向控制、定位控制和 C 轴控制。 ② 进给控制 这是数控机床区别于普通机床最根本的地方，就是用电气自动控制驱动替代了人工机械 驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服系统完成的。进给伺服系统包括伺服驱动装置、伺 服电动机、进给传动链以及位置检测装置等. ③ 辅助控制 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外，还要 对机床的各种开关状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、反转及停止
冷却和洞带装置的启动和停止，刀具的自动交换。工件夹紧和放松等都称之为数控机床辅助 控制。 二、示例 1、数控装置软件结构类型有哪几种？并对每种结构类型高要进行说明。 答：)前后台型软件结构 前后台型软作结构适合于采用集中控制的单微处理器CNC装置。在这种款件结构中， CNC系统软件由前台和后台程序组成，前台程序为实到中断程序，承担了几乎全部的实时 功能，这丝功能都与机床动作直接相关，如位置控制、插补、辅助功能处理、监控、面板扫 描及输出等。后台程序主要用米完成准备工作和管理工作，包括输入，译码，插补准备及管 理等，通常称为背景程序。 2)中断型软件结构 中斯型软件结构没有前后台之分，除了初始化程序外，根据各控制模块实时的要求不同， 把控制程序安排成不同级则的中断服务程序，整个载件是一个大的多重中断系统，系统的管 理功能主要通过各级中唐斯服务程序之间的话信来实现， 3)模块型软件结构 在数控系统中为了实现实时性和并行性的控制任务，多微处理器结构越来越多地被使 用，从而使数控装置功能选一步增强，处理速度更快，结构更加紧凑。它更适合于多轴控制， 高进给速度、高精度和高效率的数控系统要求。 多微处理墨NC装置一般采用核块化结构，每个微处理器分粗各自的任务，形成特定 的功能模块，相应的软件也模块化，彩成功能根块重款件结构，因化在对应的硬件功能慎块 中，各功能模块之同有明确的硬、软件接口。 2、数控机床谜行如工时，对机床的运动进行控制，归钠起来可分为事几种类别的控制日 答：数挖机床进行加工时，数控系统必须按机工件加工的要求对机床的运动进行控制，归钠 起来可分为三种类别的控制： ①主轴控制 主轴运动和普通机床一样，主轴运动主要完成工件的切削任务。 ②进给控制 即用电气自控墨动替代了人工机械驱动，数控机床的迷给运动是由迷给 问服系统完的。 窗辅助控制 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连 续控制外，还要对机床的各种开关状态进行控，这部分功能一般由可编程序逻料控制器实 现
冷却和润滑装置的启动和停止，刀具的自动交换，工件夹紧和放松等都称之为数控机床辅助 控制。 二、示例 1、数控装置软件结构类型有哪几种？并对每种结构类型简要进行说明。 答：1)前后台型软件结构 前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器 CNC 装置，在这种软件结构中， CNC 系统软件由前台和后台程序组成，前台程序为实时中断程序，承担了几乎全部的实时 功能，这些功能都与机床动作直接相关，如位置控制、插补、辅助功能处理、监控、面板扫 描及输出等。后台程序主要用来完成准备工作和管理工作，包括输入、译码、插补准备及管 理等，通常称为背景程序。 2)中断型软件结构 中断型软件结构没有前后台之分，除了初始化程序外，根据各控制模块实时的要求不同， 把控制程序安排成不同级别的中断服务程序，整个软件是一个大的多重中断系统，系统的管 理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现。 3)模块型软件结构 在数控系统中为了实现实时性和并行性的控制任务，多微处理器结构越来越多地被使 用，从而使数控装置功能进一步增强，处理速度更快，结构更加紧凑。它更适合于多轴控制、 高进给速度、高精度和高效率的数控系统要求。 多微处理器 CNC 装置一般采用模块化结构，每个微处理器分担各自的任务，形成特定 的功能模块，相应的软件也模块化，形成功能模块型软件结构，固化在对应的硬件功能模块 中，各功能模块之间有明确的硬、软件接口。 2、数控机床进行加工时，对机床的运动进行控制，归纳起来可分为哪几种类别的控制？ 答：数控机床进行加工时，数控系统必须按照工件加工的要求对机床的运动进行控制，归纳 起来可分为三种类别的控制： ① 主轴控制 主轴运动和普通机床一样，主轴运动主要完成工件的切削任务。 ② 进给控制 即用电气自控驱动替代了人工机械驱动，数控机床的进给运动是由进给 伺服系统完的。 ③ 辅助控制 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连 续控制外，还要对机床的各种开关状态进行控制，这部分功能一般由可编程序逻辑控制器实 现
机埃电 气走用 控制转香 入 餐整的 数松 装看 体 装置 装置 位置检 简装置 图1.3数控机床的基本组成 3、数控机床控制系统由厚几都分组成： 答：数控机床控制系统的基本组成包括输入输出装置、数控装置、问服驱动装置、机床电 气逻辑控制装置、位置检测装置，如图13所示。 4,数粒机床有隔几种分类万式？并说明是如何分类的。 答：①按被控制树象运动轨迹进行分类 1)点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一 个坐标点到另一个坐标点的定位精度，面不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何 加工 2)直找控制的数控机宋 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功 能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动。而且对运动的速度也要进行控制： 3)轮牌控制的数控机宋 轮喘控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮喘控制功能。其特点是能月时控制两个以 上的轴。具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置。而且要控制加工过程中每一点的位置 和速度。加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件， ②按粒制方式分类 1)开环控制数控机床 这类数控机床没有检测反镜装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要 决定于里动元件和问服电机的性能，开环数控机床所用的电动机主要是步进电动机。 2)闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。问服系统采用交同服电动机， 直流问服电动机。 3)半阳环控制系统
图 1.3 数控机床的基本组成 3、数控机床控制系统由哪几部分组成？ 答：数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电 气逻辑控制装置、位置检测装置，如图 1.3 所示。 4、数控机床有哪几种分类方式？并说明是如何分类的。 答：① 按被控制对象运动轨迹进行分类 1）点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一 个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何 加工。 2）直线控制的数控机床 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功 能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。 3）轮廓控制的数控机床 轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以 上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置 和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。 ② 按控制方式分类 1）开环控制数控机床 这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要 决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环数控机床所用的电动机主要是步进电动机。 2）闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。伺服系统采用交伺服电动机、 直流伺服电动机。 3）半闭环控制系统
半闭环控制系统是在开环统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。位置检 测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换 (称为同接测量)
半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。位置检 测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换 (称为间接测量)