第一讲 数控装置(CNC) 的结构
第一讲 数控装置（CNC）的结构
在这一讲，我们一起学习 数控机床控制系统的基本工作过程 数控机床控制系统的组成 ·数控装置的各种硬件结构类型 数控系统的软件组成 ■数控系统的抗王扰问题
在这一讲，我们一起学习 ◼ 数控机床控制系统的基本工作过程 ◼ 数控机床控制系统的组成 ◼ 数控装置的各种硬件结构类型 ◼ 数控系统的软件组成 ◼ 数控系统的抗干扰问题
二、 数控机床的基本工作过程 数控机床进行加工，首先必须将工件的几何尺寸和 工艺数据按规定的代码和格式编制成数控加工程序， 将加工程序通过输入装置输入到数控系统中。薮控装置 对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和命令 控制机床各部分按程序规定进行有序地动作。这些输出 信息和指令包括：各坐标轴的进给速度进瓮方鸣和进 给位移量，各部件控制状态的开笑命令信亨 等。伺服系 统将迸给位移量转换成数控机床的进给，执行相应的机 械运动，同时， 位置反馈系统将机械运动的实际位移信 急反馈至数控装置，以保证位置控制精度。 数控机床的加工过程就是：数控系统处于不断地计 算、输出、反馈等控制过程中，从而控制刀具和工件艺 间相对行置按加工零裤的要求，准萌的运动。（数控机 床的基本工作原理及工作冠程如图.1所示)
一、数控机床的基本工作过程 数控机床进行加工，首先必须将工件的几何尺寸和 工艺数据按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并 将加工程序通过输入装置输入到数控系统中。数控装置 对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和命令， 控制机床各部分按程序规定进行有序地动作。这些输出 信息和指令包括：各坐标轴的进给速度、进给方向和进 给位移量，各部件控制状态的开关命令信号等。伺服系 统将进给位移量转换成数控机床的进给，执行相应的机 械运动，同时，位置反馈系统将机械运动的实际位移信 息反馈至数控装置．以保证位置控制精度。 数控机床的加工过程就是：数控系统处于不断地计 算、输出、反馈等控制过程中，从而控制刀具和工件之 间相对位置按加工零件的要求，准确的运动。（数控机 床的基本工作原理及工作过程如图1.1所示）
图样 数控加工程序 键盘磁带机软驱纸带 曲矣要> 阅读机及计算机通信 登智 辅助控制装置 可编程序 数控系统内存 控制器(PLC) 刀具交换、切削液 开/关等 数控装置 开关命令M,T 几何数据：XYZA) L艺效括：F,S,G…) 插补 同步 一给定量 ● 调节器 易癸置◇ 反馈位置处理门 X轴调环 Y轴调节环 Z轴调节环 智密餐感器 机械部件 图1.1数控机床的组成及工作过程
图1.1数控机床的组成及工作过程
数控机床为了完成上述任务，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%一80%。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， (如图1.2所示。)
数控机床为了完成上述任务，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， （如图1.2所示。）
位置检测 工作台 CNC 司服驱 同服 动装置 电动机 速度反馈 位置反馈 图1.2数控机床的进给伺服系统 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
图1.2数控机床的进给伺服系统 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
数控机床控制系统的组成 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（如图1.3所示）。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 (Computer Numerical Control),简称CNC。 机床电 气逻辑 机 控制装置 输入 伺服驱动 床本 输出 数控 装置 体 装置 装置 位置检 测装置 图1.3数控机床的基本组成
二、数控机床控制系统的组成 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（如图1.3所示） 。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 (Computer Numerical Control)，简称CNC。 图1.3数控机床的基本组成
三、数控装置的组成 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，（如图3.1所示为数控装置硬件的 基本组成。)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 CPU 和接口单元，比如手 动数据输入(MDI) 程序存储器 (CDROM/EEPROM) MDI接口 接口、可编程序控制 数据存储器 PLC接口 器PLC接口、位置控 (RAM) CRT或LCD接口 制接口、纸带阅读机 输入输出接口 内部总线 接口等。 位置控制接口 主轴控制接口 纸带阅读机接口 通信接口
三、数控装置的组成 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，（如图3.1所示为数控装置硬件的 基本组成。）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
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
四、数控装置的硬件结构 数控装置的硬件结构类型 1、大板式结构和功能模块式结构 )大板式结构 大板式结构就是：数控装置结构以 块大板为主，称为主板。主板上装有主CPU和各轴的位 置控制电路，而其他具有一定功能的子板，如程序存储 器ROM板、数据存储器RAM板和可编程序控制器PLC 板都插在主板上面。大板式结构的数控装置的优点是结 构紧凑，体积小，可靠性高，有很高的性能价格比。如 FANUC-6和0、A-B公司的8601就是大板式结构。大板 式结构的缺点是硬件功能不易变动，柔性低。（图3.2 所示为FANUC-O大板式结构的示意图。)
四、数控装置的硬件结构 数控装置的硬件结构类型 1、大板式结构和功能模块式结构 1)大板式结构 大板式结构就是：数控装置结构以一 块大板为主，称为主板。主板上装有主CPU和各轴的位 置控制电路,而其他具有一定功能的子板，如程序存储 器ROM板、数据存储器RAM板和可编程序控制器PLC 板都插在主板上面。大板式结构的数控装置的优点是结 构紧凑，体积小，可靠性高，有很高的性能价格比。如 FANUC-6和0、A-B公司的8601就是大板式结构。大板 式结构的缺点是硬件功能不易变动，柔性低。（图3.2 所示为FANUC-0大板式结构的示意图。）