第一章数控系统概述1.1基本概念1、数控系统的基本概念数控系统，就是利用数字化信息进行控制的系统，被控制的对象可以是各种生产过程，在本书中讨论的数控系统特指利用数字化信息对机床进行控制的系统。1）数字化信息——数字信息构成的控制程序2）控制对象——各种生产过程数控系统组成框图2、数字控制的基本原理原理：首先将被加工零件的有关信息（几何信息、工艺信息等）表示成数字控制装置所能接受的指令信息，然后由数字控制装置对指令信息和反馈信息进行处理，计算出机床各坐标运动的控制信息，最后将控制信息转换为机床各坐标部件的实际运动，加工出符合设计要求的零件。实质：机床数字控制是一种信息变换与处理的过程，其基本原理可以用“分解与合成”进行概括。1）零件表面信息的分解；2）刀具轨迹信息的分解；3）基本曲线信息的分解；4）坐标运动的实现；5）刀具轨迹的合成；6）加工路径的合成；3、数控系统的分类1）按运动轨迹分类点位数控系统这种数控系统仅控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，对移动部件的移动速度和运动轨迹没有严格要求。直线数控系统这类数控系统除了控制机床运动部件从一点到另一点的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和运动轨迹。轮廓数控系统这类数控系统能对两个以上机床坐标轴的移动速度和运动轨迹同时进行连续相关的控制，能够进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。2）按伺服系统分类开环数控系统无检测反馈，信号流程单向，结构简单，成本较底，调试简单，精度、速度受到限制，执行元件通常采用步进电机。半闭环数控系统有检测反馈，但不包含机械传动元件的误差，精度较高，稳定性高，调试方便，执行元件通常采用伺服电机。闭环数控系统有检测反馈，包含机械传动元件误差，精度高，稳定性不易保证，调试复杂，执行元件通常采用伺服电机。2）按功能水平分类经济型数控系统这类数控系统通常采用8位CPU或单片机控制，分辨率一般为0.01mm，进给速度达6~8m/min，联动轴数在3轴以下，具有简单的CRT字符显示或数码管显示功能。普及型数控系统这类数控系统通常采用16位的CPU，分辨率可达0.001mm，进给速度达10~24m/min，联动轴数在4轴以下，具有平面线性图形显示功能。高级型数控系统这类数控系统通常采用32位的CPU，分辨率高达0.0001mm，进给速度可达100m/min，联动轴数在5轴以上，具有3维动态图形显示功能。4、机床数控技术的发展1）1952年，电子管数控系统，第一代2）1959年，晶体管数控系统，第二代3）1963年，集成电路数控系统，第三代4）1970年，小型计算机数控系统第四代5）1974年，微型计算机数控系统，第五代6）20世纪80年代，基于PC的数控系统，第六代1.2计算机数控系统1、CNC系统的功能1）基本功能控制功能G功能插补功能主轴功能M功能刀具功能补偿功能显示功能2）先进功能模拟加工功能监测和诊断功能动力刀具和C轴功能虚拟轴功能DXF图形文件支持功能循环加工功能测量检验功能自适应控制功能2、CNC系统的软件构成CNC系统的这些子软件并不是完全独立的，很多情况下它们必须交叉运行。3、CNC系统的硬件构成从CNC系统的外部硬件构成上看，一般可以分为键盘、显示器、主机单元、控制单元和功率模块几个部分。从CNC系统的内部硬件结构上看，CNC系统的硬件构成一般可分为单CPU结构和多CPU结构两大类。单CPU结构的CNC系统硬件构成图多CPU结构的CNC系统硬件构成图单CPU结构的CNC系统的特点是：CNC系统的所有功能都是通过一个CPU进行集中控制、分时处理来实现的；该CPU通过总线与存储器和各种接口电路相连。这种结构简单、易于实现，但由于只有一个CPU，系统功能受到CPU字长、运算频率等因素的限制，难以满足一些复杂功能的要求。多CPU结构的CNC系统的特点是结构模块化，这样缩短了设计制造周期，具有良好的适应性和扩展性。由于每个CPU分管各自的任务，形成若干个模块，如果某个模块出现了故障，其他模块仍能正常工作，并且插件模块更换方便，可以使故障对系统的影响减少到最小，提高了可靠性。4、CNC系统的工作过程1.3现代机械制造系统1）计算机直接数控系统（DNC）计算机直接数控系统就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床