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第二讲 数控系统的组成及工作原理 山西工程职业技术学院机械系 姚瑞敏 本讲主要内容 CNC数控系统基本构成 机床数控系统的基本工作原理 刀具半径补偿原理 引言 计算机数控系统是一种包含计算机在内的数字控制系统。它是一种位置控制系统，主要用于控制刀具和工件之间的相对位置。 数控系统的主要工作过程是根据输入的信息（加工程序），进行数据处理（刀具长度和半径补偿）和插补运算（确定刀具或工件的运动轨迹），从而获得理想的运动轨迹信息。 为了适应工业自动化的需要以及网络、远程控制的需要，CNC(分布式数控)通常备有RS232、RS422串行通信接口，高档CNC还具有DNC（分布式数控）或MAP（制造自动化协议）接口。有些生产厂家还纷纷采用MAP工业控制网络。 一．CNC数控系统基本构成 数控系统构成可以用下面的框图表示： １．硬件构成（1） ： 微机部分：是CNC的核心，主要由CPU、存储器和接口电路组成。 CPU由运算器和控制器组成。 运算器（ALU）主要对数据进行算术和辑运算。 １．硬件构成（2） ： 外围设备主要包括操作面板、键盘、显示器、光电阅读机、纸带穿孔机和外部存储器等。 操作面板：由于不同数控机床的动作不同，所配备的操作面板是不同的。一般操作面板具有如下按钮和开关： 进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反转以及主轴调速。自动加工启停按钮：用于自动加工过程的启动于停止。 条件程序段选择开关：用于条件程序段是否执行。 倍率选择开关：用于选择进给速度的倍率及点动量。 另外还有一些状态指示等、报警装置等。 １．硬件构成（3） ： 机床数控系统 主要是通过对伺服机构的控制来实现对机床移动部件的控制。包括速度和位移的控制以及它们反馈装置的控制。 ２．软件构成（1）： 输入数据处理程序：接受加工程序，对程序进行译码，对数据进行处理。加工程序给定的是待加工工件的轮廓，而实际上，应该控制刀具中心的运动轨迹。这就存在一个轮廓转换的问题。只要告诉系统所使用的刀具并将刀具相应的参数输入系统中，该转换工作由输入数据处理程序自动完成。 ２．软件构成（2）： 插补程序：根据加工程序所提供的加工信息，如曲线的种类（直线、圆弧或其它曲线）、起终点（直线的起点、终点，圆弧的起点、终点及圆心）、加工方向（顺时针、逆时针），对这些信息进行插补运算，决定每一个脉冲到来时的移动方向及步长，以及曲线与曲线之间如何过渡等。 ２．软件构成（3）： 速度控制程序：根据给定的速度值控制插补运算的频率，保证预定的进给速度。并能根据反馈值的正与负自动地调节速度的大小。 管理程序：负责对数据输入、数据处理、插补运算等各种程序进行调度管理；对诸如面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理；子程序的调用；共享资源的分时享用等。 诊断程序：通过识别程序中的一些标志符来判断故障的类型和所在地。 二．机床数控系统的基本工作原理 1 ．数控系统工作原理框图： １．程序的输入： 分为手动输入和自动输入两种方式。手动输入通常用键盘输入；自动输入可用穿孔纸带、磁带或用通讯的方式。 ２．译码： 主要是将标准程序格式翻译成便于计算机处理数据的格式（高级语言→机器语言）。 三、刀具半径补偿 １．补偿的类型： 分为左补偿和右补偿两种情形。 刀具半径左补偿：沿着加工方向，当刀具位于工件左侧时，称刀具半径左补偿。加工时用G41指令调用。 刀具半径右补偿：沿着加工方向，当刀具位于工件右侧时，称刀具半径右补偿。加工时用G42指令调用。 刀具半径补偿图例： ２．刀具补偿的步骤： 刀具半径补偿的建立：刀具由起刀点以进给速度接近工件，刀具中心在法线方向与待加工工件偏离一刀具半径。偏置方向由G41及G42确定。 刀具半径补偿的进行：一旦建立刀补，刀具始终偏离工件轮廓一定距离，直到取消刀补为止。 刀具半径补偿的取消：刀具撤离工件，回到退刀点，取消刀具半径补偿。退刀点应位于零件轮廓之外，可以与起刀点相同，也可以不相同。 刀具半径补偿图例： 刀具半径补偿示例： %0010 N20 T0101； （转1号刀，执行1号刀补） N30 M03 S1000； （主轴按1000r／rain正转） N40 G00 X0．0 Z10．0； （快速点定位） N50 G42 G01 X0．0 Z0．0 F100 （刀补建立） N60 X40．0； N70 Z-18．0； （刀补进行） N80 X80．0； N90 G