第四节 数据采样插补法数据采样插补适用于以直流或交流伺服电动机作为驱动元件的闭环数控系统中。
由于插补周期与插补精度、速度等有直接关系，因此，数据采样插补最重要的是正确选择插补周期。
插补周期的选择插补周期与插补运算时间的关系通常插补周期Ts必须大于插补运算时间与CPU执行其他实时任务（如显示、监控和精插补等）所需时间之和。
插补周期与位置反馈采样的关系
Ts=nTc (n=1,2,3 …)
插补周期与精度、速度的关系
数据采样插补原理数据采样直线插补每个插补周期的进给步长为：
各坐标轴的位移量为：
动点I的插补计算公式为：
数据采样圆弧插补用弦进给代替弧进给，即用直线逼近圆弧。
计算出圆弧段上的若干个插补点，并使相邻两个插补点之间的弦长满足下式：
新的插补点坐标值：
刀具补偿原理刀具半径补偿原理
G40,G41,G42
补偿执行过程分为：
第一步：刀补建立；
第二步：刀补进行；
第三步：刀补撤销。
刀具半径补偿计算直线刀具补偿计算
(2) 圆弧切削刀具半径补偿计算
直线过渡型刀具半径补偿
（又称为C功能刀具半径补偿）
三种过渡形式：1）缩短型转接；
2）伸长型转接；
3）插入型型转接；
刀具长度补偿
1,刀具长度补偿的概念实际位移量＝程序给定值±补偿值上式中二值相加为正补偿，用G43表示；二值相减为负补偿，用G44表示；取消刀具长度补偿指令用G49表示。
2,刀具长度补偿的实现补偿一个反量的过程称为刀具位置补偿撤销（G49）.
刀具位置补偿的处理方法把原来刀具的补偿量撤销，再根据新刀具的补偿量要求进行修正；
先进行刀具的补偿量的差值计算，然后在原刀具的基础上进行刀具补偿。
计算机数控装置第一节 概述数控系统由程序、输入输出设备、计算机数控装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给伺服驱动装置等组成的系统。
CNC装置由硬件和软件两大部分组成。软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。
CNC装置的工作过程输入：输入的有零件程序、控制参数、补偿数据等。常用的输入方式有键盘手动输入（MDI）、磁盘输入、可移动磁盘输入、通信接口RS232输入、连接上一级计算机的DNC接口输入、以及通过网络通信方式输入。
译码处理：计算机通过译码程序识别这些代码符号，按照一定的规则翻译成计算机能够识别的（二进制）数据形式，并存放在指定的存储器内。
数据处理：～一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能处理。
插补运算与位置控制：实时控制，一般在相应的服务程序中进行。
输入／输出（I／）处理：
显示：零件程序显示、参数显示、机床状态显示、刀具加工轨迹动态模拟图形显示、报警显示等功能。
诊断：主要有启动诊断和在线诊断。
CNC装置的功能基本功能：
控制功能准备功能插补功能进给功能切削进给速度（mm/min）；
同步进给速度(mm/r)；
快速进给速度；
进给倍率；
主轴功能刀具功能辅助功能字符显示功能自诊断功能选择功能补偿功能固定循环功能图形显示功能通信功能人机对话编程功能。
第二节CNC装置的硬件结构一、单微处理器和多微处理器单微处理器结构单微处理器的特点：
只有一个CPU，采用集中控制、分时处理的方式完成各项控制任务；
各微处理器组成主从结构，只有一个CPU能够控制系统总线，占有总线资源；
数据存储、插补运算、输入/输出控制、显示和诊断等由一个CPU完成，常采用增加协CPU来减轻负担，提高处理速度。
单CPU结构的形式专用型通用型单微处理器结构的组成
(1)CPU和总线：CPU是CNC装置的核心，由运算器及控制器两大部分组成。
总线由地址总线、数据总线和控制总线组成。
存储器:只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）
位置控制器：是一种同时具有位置控制和速度控制两种功能的反馈控制系统。
可编程序控制器（PLC）：分为“内装型”与“独立型”。用于数控机床的辅助功能和顺序控制。
MDI/CRT接口
I/O接口：开关量输入和模拟量输入，接口电路还必须进行电平转换和功率放大。
通信接口：用来与外设进行信息传输。
多微处理器结构多微处理器结构的特点：
性能价格比高模块化结构具有良好的适应性和扩展性，结构紧凑、调试、维修方便。
具有很强的通信功能，便于实现FMS、FA、CIMS.
多微处理器结构的型式：紧耦合结构和松耦合结构。
多微处理器结构的组成组成：
CNC管理模块；
CNC插补模块；
位置控制模块；
存储器模块；
PLC模块；
操作控制数据输入、输出和显示模块；
功能模块的互连方式共享总线结构：
共享存储器结构大板式结构和功能模块式结构大板式结构：CNC装置可由主电路板、ROM/RAM板、PLC板、附加轴控制板和电源单元等组成。
功能模块式结构：常见的功能模板有CNC控制板、位置控制板、PLC板、图形板和通信板等。
开放式数控系统结构美国的NGC和OMAC计划及其结构欧共体的OSACA计划及其结构日本的OSEC计划及其结构
SIEMENS802D数控系统的硬件组成与连接
PCU单元输入输出模块PP72/48
机床控制面板MCP(Machine Control Pannel)
电源模块伺服驱动模块驱动器连接数控系统连接图
CNC装置软件组成
CNC装置软硬件组合类型数控系统结构设计的总的趋势是：能用软件完成的功能一般不用硬件来完成；能用微处理器来控制尽量不用硬件电路来控制。
软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。
数控功能的实现方法大致分为：
由软件完成输入及插补前的准备，硬件完成插补和位控；
由软件完成输入、插补准备、插补和位控的全部工作；
由软件负责输入、插补前的准备及插补，硬件仅完成位置的控制。
CNC系统控制软件的结构特点多任务并行处理
CNC系统的多任务性
CNC的系统软件必须完成管理和控制两大任务。
并行处理的概念是指计算机在同一时间或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。
所谓时间重叠是根据流水线处理技术，使多个处理过程的时间上相互错开，轮流使用同一套设备的几个部分。
所谓资源共享则是根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用同一套设备，大大提高了设备资源的利用率。
资源分时共享各任务何时占用CPU；允许各任务占用CPU的时间长短。
对各任务使用CPU是用循环轮流和中断优先相结合的方法来解决。
资源重叠流水处理在NC工作方式时，其数据的转换过程将由零件程序输入、插补准备（包括译码、刀补和速度处理）、插补、位置控制4个子过程组成。
一个程序段的数据转换时间将是：
流水处理的关键是时间重叠。
实时中断处理外部中断内部定时中断硬件故障中断程序性中断
CNC系统中断结构模式前、后台型软件结构中的中断模式中断型软件结构中的中断模式
CNC系统软件的工作过程输入译码数据处理进给速度控制加减速控制反向间隙及丝杠螺距补偿插补运算输出控制管理与诊断
伺服系统概述伺服系统的组成与分类开环伺服系统：只能采用步进电动机作为驱动元件，设备投资少，调试维修方便，但精度较低，高速转矩小。
半闭环伺服系统：将角位移检测装置安装在电动机轴或滚珠丝杠末端。
闭环伺服系统：将直线位移检测装置安装在机床的工作台上，实现位置控制。
伺服系统的基本要求位移精度高：伺服系统的精度是输出量能复现输入量的精确程度。
调速范围宽：调速范围是指数控机床要求电动机所能提供的最高转速与最低转速之比。一般要求速比为24000：1。
响应速度快：它反映了系统的跟随精度。
稳定性好：稳定性是指系统在给定外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或恢复到原来平衡状态的能力。～直接影响数控加工精度和表面粗糙度。
低速大转矩：在低速时进行重切削。
另外，数控机床对主轴驱动也有一定要求：
能提供大的切削功率；
调速范围达200：1，以利于选择合适的主轴转速；
能满足不同的加工要求，在一定速度范围内保持恒转矩或恒功率切削。
第二节 步进电动机及驱动电路步进电动机的工作原理和主要特性
（一）步进电动机的工作原理由转子、定子及定子绕组所组成。
步进电动机定子绕组从一种通电状态换接到另一种通电状态称为一拍。
A—B—C—A--……三相单三拍
AB—BC—CA—AB--……三相双三拍
A—AB—B—BC—C—CA—A-三相六拍每拍转子转过的角度称为步距角。
电动机相数的多少受结构限制，减少步距角的主要方法是增加转子齿数z。
（二）步进电动机的主要特性
1.步距角和步距误差
步距角越小，机床运动部件的位置精度越高。
步距误差是指步进电动机运行时理论的步距角与转子每一步实际的步距角之差，即。它直接影响执行部件的定位精度。
2.静态转矩和矩角特性
3.最大起动转矩Mq
起动转矩是电动机能带动负载转动的极限转矩。
最高起动频率
指令脉冲频率大于最高起动频率，就不能正常工作，会造成丢步。
5.连续运行的最高工作频率
它表明步进电动机所能达到的最高速度。
矩频特性步进电动机在连续运行时，用来描述输出转矩和运行频率之间关系的特性称为矩频特性。
步进电动机的选用首先应保证步进电动机的输出转矩大于负载所需的转矩，即先计算机械系统的负载转矩，并使所选电动机的输出转矩有一定余量，以保证可靠运行。
其次应使步进电动机的步距角与机械系统相匹配，以得到机床所需的脉冲当量。
再次应使被选电动机能与机械系统的负载惯量及机床要求的起动频率相匹配，并有一定余量，还应使其最高工作频率能满足机床运动部件快速移动的要求。
二、步进电动机的驱动控制
1．环形脉冲分配器其作用是将CNC装置送来的一系列指令脉冲按照一定的循环规律依次分配给电动机的各相绕组，控制各相绕组的通电和断电。
环形脉冲分配器可用硬件和软件两种方法实现。
2,步进电动机驱动电源（功率放大器）
（1）单电压驱动电路 优点是线路简单，缺点是电流上升速度慢，高频时带负载能力较差。
（2）高低压驱动电路 高压建流，低压稳流。优点是在较宽的频率范围内有较大的平均电流，能产生较大而且较稳定的电磁转矩，缺点是电流有波谷。
（3）恒流斩波驱动电路优点有：1）绕组的脉冲电流上升和下降沿较陡，快速响应性好。
2）该电路功耗小，效率高；
3）该电路能输出恒定转矩。
三、开环控制步进电动机伺服系统的工作原理工作台位移量的控制工作台运动方向的控制四、步进电动机驱动装置应用实例上海开通数控公司KT350系列五相混合式步进电动机驱动器的应用。
第一位：控制方式的选择；
第二位：运行方向的选择；
第三位：整／半步运行模式选择；
第四位：自动试机运行。
第三节 交流电动机伺服系统一、交流伺服电动机的类型
～可分为同步型伺服电动机和异步型感应伺服电动机两大类。
永磁式同步型交流伺服电动机主要优点有：
可靠性高，易维护保养；
转子转动惯量小，快速响应性好；
有宽的调速范围，可高速运转；
结构紧凑，在相同功率下有较小的重量和体积；
散热性能好。
异步型感应伺服电动机，具有转子结构简单坚固、价格便宜、过载能力强等特点。
二、交流伺服电动机的工作原理转子的转速只决定于电源频率和电动机的极对数，而与负载大小无关。
三、交流伺服系统的控制方法交流伺服电动机的调速方法
f为电源频率，p为磁极对数。
恒转矩调速恒功率调速恒最大转矩调速
2.变频器的类型交－交变频器效率高、工作可靠，但频率的变化范围有限。常用于低频大容量调速。
（2）交－直－交变频器由顺便器、中间环节和逆变器三部分组成。
3.SPWM变频控制器四、交流伺服电动机驱动系统应用实例上海开通数控公司KT270系列全数字交流伺服驱动系统为例加以介绍。
第四节 直流伺服电动机直流伺服电动机的类型按励磁方式不同可分为电磁式和永磁式两种。
电磁式按励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同又分为并励、串励和复励。
按电动机转子的转动惯量的不同又可分为小惯量和大惯量。
直流伺服电动机的结构与工作原理固定的磁极、电枢、换向片与电刷。
三、直流电动机的静态特性
四、直流电动机的调速机械特性调节特性
第六章 位置检测装置第一节 概述位置检测装置的作用与要求系统精度是指在某单位长度或角度内的最大累积测量误差。（目前直线位移的测量精度可达，角位移的测量精度可达）
系统分辨率是指位置检测装置能够正确检测的最小位移量。（目前直线位移的分辨率可达0.001mm,角位移的分辨率可达）。
位置检测装置应满足如下要求：
在机床工作台移动范围内，能够满足精度和速度的要求；
工作可靠，抗干扰能力强，并能长期保持精度；
使用、维护简单方便，成本低。
二、位置检测装置的分类绝对值测量方式和增量测量方式；
数字式测量和模拟式测量；
被测量量化成脉冲个数，便于显示和处理。
测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（当然也有积累误差）
测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。
模拟式测量的特点：
直接测量被测量，无需信号转换；
在小量程内可以实现高精度测量，如用旋转变压器、感应同步器等。
（3）直接测量和间接测量
第二节 光电编码器光电编码器的种类按测量的坐标系来分类可分为：增量式光电编码器和绝对式光电编码器二、增量式光电编码器（光电盘）
增量式光电编码器检测装置由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光电管、整形放大电路和数字显示装置等组成。
光电编码器检测装置的分辨率
绝对式光电编码器二进制码、循环码、十进制码、十六进制码等码盘的分辨率与码道数n的多少有关，其分辨率为：
四、编码器在数控机床中的应用位移测量螺纹加工控制编码器在永磁式交流伺服电动机中的应用。
提供电动机定、转子之间的相互角度位置和电子电路配合，使得三相绕组中流过的电流和转子位置转角成正弦函数关系。
通过频率/电压转换路，提供电动机转速反馈信号；
提供数控系统的位置反馈信号。
第三节 光栅光栅主要有两大类：物理光栅和计量光栅物理光栅的测量精度非常高（栅距为0.002～0.005mm），通常用于光谱分析和光波波长测定等。
计量光栅相对而言刻度线粗一些，栅距大一些（0.004～0.25mm），通常用于检测直线位移和角位移等。
一、光栅的种类
1.直线光栅
～主要有玻璃透射光栅和金属反射光栅。
常用透射光栅的线纹密度为25条/mm、50条/mm、100条/mm、250条/mm。
主要特点是：
光源可以垂直射入，光电元件可以直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单。
刻线密度较大，再经过电路细分，可达到微米级的分辨率。
常用反射光栅的线纹密度为4条/mm、10条/mm、25条/mm、40条/mm、50条/mm。
主要特点是：
光栅材料与机床材料的线膨胀系数相近；
坚固耐用，安装与调整比较方便；
分辨率低于透射光栅。
2.圆光栅圆光栅用于测量角位移，是在玻璃圆盘的圆环端面上制成黑白相间的条纹，条纹呈辐射状，相互间的夹角相等。
二、直线透射光栅的工作原理
1.直线透射光栅的构造直线透射光栅由标尺光栅、指示光栅、光源、透镜、光电元件及检测电路等组成。
实际应用中总是把指示光栅、光源和光敏元件等组合在一起称为读数头。
2,直线透射光栅的工作原理莫尔干涉条纹
因为θ很小，所以则
莫尔条纹有如下特点：
起放大作用；
起均化误差作用；
莫尔条纹移动与光栅栅距移动之间的关系。
3.光栅的辨向与信号处理三、光栅的特点具有很高的检测精度；
响应速度快，可实现动态测量，易于实现检测及数据处理的自动化；
对使用环境要求较高，怕油污、灰尘及振动。
由于标尺光栅一般比较长，安装、维护困难，成本较高。
四、光栅应用光栅主要用于测量运动位移，确定工作台运动方向及确定工作台运动的速度。
JENIX光栅数显装置由光栅尺和数字显示器组成，光栅尺包括主尺与分度尺，主尺固定在导轨上，分度尺（即扫描头）安装在移动部件上。
第四节 感应同步器按结构特点分为直线式和旋转式。
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成；直线位移测量。
旋转式感应同步器由转子和定子组成。角位移测量。
一般由1000—10000HZ,几伏到几十伏的交流电压励磁，输出电压一般不超过几毫伏。
1,感应同步器的工作原理定尺表面制有连续平面绕组，两分段绕组分别称为正弦绕组和余弦绕组。
2,感应同步器的应用鉴相式鉴幅式
3.安装与使用根据感应同步器的工作方式不同，数字位移显示器也有相位型和幅值型两种。
第七章 数控系统中的PLC控制第一节 概述一、PC(Programmable Controller)的产生及应用
1968年，美国通用汽车公司为使汽车型号不断更新，期望得到一种新的控制装置和控制方法，以便在调整和更新设备时，尽可能减少重新设计电气控制系统的工作量，达到降低成本，缩短制造周期的目的。
1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台型号为“PDP-14”的可编程控制器。
现在，PC的应用已深入FA、CIM等领域。PC与CAD/CAM和工业机器人一起成为实现工业自动化的三大支柱。
二、PLC在数控机床上的应用数控机床的控制部分，可以分为数字控制和顺序控制两大部分。
数字控制部分控制刀具轨迹，而顺序控制部分控制机械动作。它接受以二－十进制代码表示的S、T、M等机械顺序动作信息，经过信号处理，使执行环节作出相应的开关动作。
“继电器逻辑电路”（简称“RLC”—Relay Logic Circuit）。由机床制造厂自行设计、制造和安装。实际应用中，RLC存在一些难以克服的缺点。如：只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数等有限几种功能控制，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理，以及数控机床所需要的许多特殊功能；继电器、接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。当机床受控对象较多，或控制动作较复杂时，需要采用大量的器件，使整个RLC体积庞大，功耗高，可靠性差。
可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流
PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
第二节 数控系统中的PLC
一、PLC的结构、特点及其工作过程
（一）PLC的基本结构大、中、小型PLC的功能不尽相同，其结构也各不相同，但它们的基本结构形式大体上是相同的，都是由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入/输出单元（I/O）、编程器、电源模块和外部设备等组成，并且内部采用总线结构。
1,中央处理单元（CPU）
PLC实现的控制任务，主要是完成一些动作和速度要求不特别快的顺序控制。
2,存储器（RAM/ROM）
PLC存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储器ROM，用于存放用户程序、工作数据和系统程序。
3,输入/输出（I/O）模块
I/O模块是PLC与现场I/O装置或其他外部设备之间进行信息交换的桥梁。
4,编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试、监视以及运行应用程序的特殊工具，一般由键盘、显示屏、智能处理器、外部设备（如硬盘/软盘驱动器等）组成，它通过通信接口与PLC相连，完成人机对话功能。
编程器分为简易型和智能型两种。
5.电源电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为PLC内部所需的直流电源。
一般地，电源单元有三路输出，一路供给CPU模块使用；一路供给编程器接口使用；还有一路供给各种接口模板使用。
（二）PLC的特点可靠性高与现场信号直接连接编程简单灵活性好安装简单维修方便网络通信
（三）工作过程用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器内，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行。
对用户程序循环扫描执行过程，分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
二、数控系统中的PLC分类
1.内装型PLC
内装型PLC的性能指标是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。系统结构十分紧凑。
2.独立型PLC
独立型PLC造价较高，性价比不如内装型。主要用于多微处理器的CNC系统。
第三节 数控系统中PLC的信息交换
“NC侧”包括CNC系统的硬件、软件以及与CNC系统连接的外部设备。
“MT侧”包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板、继电器线路和机床强电线路等。
PLC处于CNC和MT之间，对NC侧和MT侧的输入（输出）信号进行处理。
CNC传送给PLC
PLC传送给CNC
PLC传送给MT
MT传送给PLC
PLC的输入
PLC的输出
第四节 数控系统中的PLC控制功能实现
1.M功能的实现执行条件不完全相同，有的经过译码处理传送到工作寄存器后就立即起作用，称为段前辅助功能，记为I，例如M03、M04、M07等。
有些要等到它们所在程序段中的坐标轴运动完成之后才能起作用，称为段后辅助功能，记为A，如M02、M05、M09等。
有些一旦被编入执行后便一直有效，直至被取代或注销为止，记为H，如M10、M11等。
还有一些只能在本程序段中起作用，对其他程序段不起作用，记为C，如M06等。
2.S功能的实现以往用S2位代码形式指定主轴转速，现代数控系统一般用S4位代码来编程。
3.T功能的实现根据取刀和还刀的位置是否固定，可将换刀功能分为固定存取和随机存取换刀控制。
第五节 数控系统中的PLC应用实例一、典型PLC介绍
1.基本指令基本指令格式如下：
×× 0000.0
指令操作码 地址号.位数（操作数据）
RD100.6
2.功能指令数控机床用的PLC指令必须满足数控机床信息处理和顺序控制的特殊要求。
（1）功能指令的格式功能指令不能使用继电器的符号，这种格式包括控制条件、指令标号、参数和输出几个部分。
控制条件：控制条件的数量和意义随功能指令的不同而变化。控制条件被存入堆栈寄存器中，其顺序是固定不变的。
指令：指令有三种格式。
参数：参数的数量和含义随指令的不同而不同。
输出：输出到R1软继电器。
（2）部分功能指令说明顺序程序结束指令（END1、END2）
定时器指令（TMR、TMRB）用于顺序程序中需要与时间建立逻辑关系的场合。功能相当于一种通常的定时继电器。
TMR指令设定时间可更改的定时器；
TMRB为设定时间固定的定时器；
译码指令（DEC）是数控机床在执行加工程序中规定的M、S、T代码信号。
第八章 数控系统的连接日本的FANUC，德国的SIEMENS，美国的A－B公司。
国内的高档数控系统有珠峰公司的CME988（中华一型）北京航天数控集团的航天一型，华中理工大学的华中一型，及中科院沈阳计算所的蓝天一型等。
第一节 FANUC数控系统一、FANUC数控系统介绍日本FANUC公司创建于1956年，是生产数控系统和工业机器人的著名厂家。
FANUC数控系统以其高质量、低成本、高性能、较全的功能，适用于各种机床和生产机械等特点，在市场的占有率远远超过其他数控系统。
FANUC 公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。进入70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。1976年FANUC公司研制成功数控系统5，随时后又与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7，从这时起，FANUC公司逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。
1979年研制出数控系统6，它是具备一般功能和部分高级功能的中档CNC系统，6M适合于铣床和加工中心；6T适合于车床。与过去机型比较，使用了大容量磁泡存储器，专用于大规模集成电路，元件总数减少了30%。它还备有用户自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序。
1980年在系统6的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展，研制了系统3和系统9。系统3是在系统6的基础上简化而形成的，体积小，成本低，容易组成机电一体化系统，适用于小型、廉价的机床。系统9是在系统6的基础上强化而形成的具备有高级性能的可变软件型CNC系统。通过变换软件可适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。
1984年FANUC公司又推出新型系列产品数控10系统、11系统和12系统。该系列产品在硬件方面做了较大改进，凡是能够集成的都作成大规模集成电路，其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种，其引出脚竟多达179个，另外的专用大规模集成电路芯片有4种，厚膜电路芯片22种；还有32位的高速处理器、4兆比特的磁泡存储器等，元件数比前期同类产品又减少30%。由于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。该系统在DNC方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之间的各类数据的双向传送。它的PLC装置使用了独特的无触点、无极性输出和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。此外PLC的编程不仅可以使用梯形图语言，还可以使用PASCAL语言，便于用户自己开发软件。数控系统10、11、12还充实了专用宏功能、自动计划功能、自动刀具补偿功能、刀具寿命管理、彩色图形显示CRT等。
1985年FANUC公司又推出了数控系统0，它的目标是体积小、价格代，适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统10、11、12一起组成了这一时期的全新系列产品。在硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口、PMC（Programmable? Machine? Control）和CRT电路等都在一块大型印制电路板上，与操作面板CRT组成一体。系统0的主要特点有：彩色图形显示、会话菜单式编程、专用宏功能、多种语言（汉、德、法）显示、目录返回功能等。FANUC公司推出数控系统0以来，得到了各国用户的高度评价，成为世界范围内用户最多的数控系统之一。
1987年FANUC公司又成功研制出数控系统15，被称之为划时代的人工智能型数控系统，它应用了MMC（Man Machine Control）、CNC、PMC的新概念。系统15采用了高速度、高精度、高效率加工的数字伺服单元，数字主轴单元和纯电子式绝对位置检出器，还增加了MAP(Manufacturing Automatic Protocol)、窗口功能等。
FANUC公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自60年代生产数控系统以来，已经开发出40多种的系列产品。
FANUC公司目前生产的数控装置有F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18系列。F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15的基础上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。
二、FANUC数控系统的特点系统在设计上采用模块化结构；
采用专用LSI（大规模集成电路）技术，以此提高芯片集成度、系统的可靠性，减少体积和降低成本。
产品应用范围广；
不断采用新工艺、新技术；
CNC装置体积减小，以适应机电一体化的需求；
在插补、进给加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能；
以用户特定宏程序、MMC等功能来推进CNC装置面向用户开放的功能；
支持多种语言显示；
备有多种外设；
推出MAP接口，使CNC通过该接口实现与上一级计算机通信；
根据用户需要，不断地更新CNC产品的功能，现已形成多种版本。
主要特点,
日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面。
（1）系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。
（2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％。
（3）有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。
（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。
（5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。
（6）具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。
（7）提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。
主要系列,
（1）高可靠性的PowerMate 0系列：用于控制2轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便，中文显示的CRT／MDI，也可配性能／价格比高的DPL／MDI。
（2）普及型CNC 0—D系列：0—TD用于车床，0—MD用于铣床及小型加工中心，0—GCD用于圆柱磨床，0—GSD用于平面磨床，0—PD用于冲床。
（3）全功能型的0—C系列：0—TC用于通用车床、自动车床，0—MC用于铣床、钻床、加工中心，0—GCC用于内、外圆磨床，0—GSC用于平面磨床，0—TTC用于双刀架4轴车床。
（4）高性能／价格比的0i系列：整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0i—MB／MA用于加工中心和铣床，4轴4联动；0i—TB／TA用于车床，4轴2联动，0i—mate MA用于铣床，3轴3联动；0i—mateTA用于车床，2轴2联动。
（5）具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i／21i系列：控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。其中FSl6i—MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4轴联动；21i最大可控4轴，4轴联动。
除此之外，还有实现机床个性化的CNC 16／18 / 160／180系列三、FANUC 0系列数控系统
1.主要产品
F0系列有多个品种，它适应于各种中、小型机床。
2.FANUC 0 系统的基本配置
～由数控单元本体、主轴和进给伺服单元以及相应的主轴电动机、CRT显示器、系统操作面板、附加的输入/输出接口板（B2）、电池盒、手摇脉冲发生器等组成。
数控单元的基本配置控制单元的连接
3.S系列进给伺服系统的基本配置
4,S系列主轴伺服系统的基本配置数控机床已经成为现代化生产线上必不可少的加工设备，因此它必须能够长期无故障地连续运行在恶劣的?环境中。为了能够达到这一要求?,?作为数控机床的控制核心---数控系统必须具有很高的可*性。FANUC?系统正是以产品的可*性作为研发的重点之一。
(1)?系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装?,?各个控制板高度集成?,?使可*性有很大提高?,?而且便于维修、更换。FANUC?Oi?系统更进一步提高了集成度?,?在继承?0?系统的基础上?,?还集成了?FROM?和?SRAM?模?块、PMC?模块、存储器 和伺服模块?,?从而将体积变得更小?,?可*性更高。
(2)?采用机器人焊板?,?减少了人为参与?,?实现了全自动的制造?,?避免了由于人为不慎所造成的失误?,?大大提高了系统的可*性。
(3)?具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为?0－45?℃?,?相对湿度为?75%(?短时间内可达到95％?),?抗振动能力为?0.5g,?电网波动为-15%~10%.
(4)?有较完善的保护措施。和其他数控系统相比?,FANUC?对自身的系统采用比较好的保护电路?,?例如?:?笔者曾多次遇到由于电网缺相致使 主轴变频器烧坏?,?而?FANUC?系统的显示器只在缺相时变黑?,?待电压正常后系统仍能正常工作。另外?,?我们在调试过程中经常是反复断电、上电?,?中间不需要间隔很长时间?,?丝毫不影响系统的正常?工作。
2?功能全?,?适用范围广
FANUC?系统在设计中始终以满足用户要求为其设计核心、具有较全的功能?,?适用于各种机底和生产机械。
(1)FANUC?系统所配置的系统软件具有比较齐全的功能和选项功能。对于一般的机床来说?,?基本功能完全
能满足使用要求?,?这样的配置功能较齐全?,?价格亦比较合理。对于某种特殊要求的机床需增加相应的功能?,?这些功能只需要将相应的功能参数打开或加 相应板卡?(?由于各个板卡为可拆换的集成板卡?,?拆装非常方便?)?即可使用?,?既方便?,?又可*?,?同时又节省财力和物力。
(2)?提供大量丰富的?PMC?信号和?PMC?功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床的?PMC?控制程序?,?而且增加了编程的 灵活性。例如?:?在编制刀库程序时?,?既可用用户宏程序的信号来完成?,?又可用程序段的选择跳转信号来完成。不同的编程思路产生同一个控制结果?,?真正实现了个性化的控制。
(3)?具有很强的?DNC?功能?,?系统提供串行?RS232C?传输接口?,?使?PC?和机床之间的数据传输能够可*完成?,?从而实现高速 度的?DNC?操作。同时?FANUC-0i?系统又增加“多段程序预读控制功能?"?和?"HRV(?高响应矢量?)"?控制?,?又具有?"HSSB (?高速串行总线?)?控制功能?",?使执行程序的速度和精度大大提高。FANUC-0i?系统还提供参数?7001#0,?将其设为?1?后?(? 手动介入返回功能有效?),?在大型模具加工过程中?,?由于刀具发生磨损需要换新刀时?,?使进给暂停后?,?可以用手动将机床移到安全高度?(?不能 按?RESET?键?),?换上新刀具再循环启动即可继续加工?,?实现了高精度加工。能很好地满足现代模具的加工要求。
(4)?提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC?维修手册为用户提供了大量的报警信息?,?并且以不同的类别进行分类?,?每一条维修信息和诊断状态相当于医生的处方一样?,?便于用户对故障进行维修。现举两例加以说明。
例?1:408#(FANUC?0?系统?)?报警?:?为主轴串行链启动不良。其原因为当串行主轴系统中的电源接通?,?而主轴放大器没有准备好不 能正确启动时?,?会产生该报警。处理方法?:?①光缆连接不合适?,?或主轴放大器的电源断开。②当?NC?电源在除?SU-01?或?AL-24 (?显示在主轴放大器的?IED?上?)?以外的其他报警条件下接通时。在这种情况下?,将主轴放大器电源断开一次?,?再重新启动。③应该检查光缆的插 头是否松动或连接不正确。④其他原因?(?硬件配置不恰当?)?。
例?2:?手动不能运行时?(FANUC?0i?系统?)?。处理方法?:?首先确认方式选择的状态显示?,?即在显示器的下面是否出现?JOG,? 如果没有出现则是方式的选择信号不正确?,?再用?PMC?的诊断功能?(PMCDGN)?确认方式状态是否正确?(G45.2?、G45.3?是否为?"1”)?,?如不正确?,?修改?PMC?程序?,?再检查手动方式信号是否有效?,?如果无效?,?请用?PMC?的诊断功能检查相应的信号状态是 否为?"1"(G100.0~3?和?G102.0~3?中是否有?"1")?,?如不为?"1",?修改?PMC?程序。如正确?,?则用?CNC?的 000~015?号诊断功能来确认?,?查看?000~015?的各项目右边为?1?的项目。例如?OO5 （INTER?LOCK/START?LOCK）?为?"1",?说明输入了互锁?/?启动锁住信号?,?用户便可根据自己使用的互锁信号进行正确编程和 正确设定参数?N03003#3#2#0?。
1?ALTER?修改程序及代码
2?INSRT?插入程序
3?DELET?删除程序
4?EOB?完成一句?(END?OF?BLOCK)
5?CAN?取消(EDIT?或?MDI?MODE?情况下使用)
6?INPUT?输入程序及代码
7?OUTPUT?START?输出程序及指令
8?OFFSET?储存刀具长度、半径补当值
9?AUX?GRAPH?显示图形
10?PRGRM?显示程序内容
11?ALARM?显示发生警报内容或代码
12?POS?显示坐标
13?DGONS?PARAM?显示自我诊断及参数功能
14?RESET?返回?停止
15?CURSOR?光标上下移动
16?PAGE?上下翻页
17?O?程序号码由?O0001~O9999?
18?N?顺序号码由N0001~N9999
19?G?准备功能代码
20?X?坐标轴运动方向指令
21?Y?坐标轴运动方向指令
22?Z?坐标轴运动方向指令
23?H?长度补偿功能代码
24?F?进给(FEED)指令
25?R?圆弧半径指令?
26?M?辅助功能指令
27?S?主轴指速指令
28?T?刀具号码
29?D?半径补偿功能代码?
30?I?.?J?.K?圆弧起点至圆弧中心距离(分别在X,Y,Z轴上)
31?P?子程序调用代码?
32?PROGRAM?PROTECT?程序记忆保护开关?
33?MEMORY?自动执行程序
34?EDIT?编辑
35?MDI?手动编辑
36?SINGL?BLOCK?单句执行
37?BLOCK?DELET?指定不执行单句程序?(与?/?键共享)
38?OPT?STOP?选择性停止?(与M01码共享)
39?DRY?RUN?空运行
40?PRG?TEST?不执行M.S.T.码指令
41?CYCLE?START?循环动(执行程序)
42?CYCLE?STOP?循环停止(暂停程序)
43?PRG?STOP?程序停止(与M00共享)
44?HOME?返回X.Y.Z.各轴机械原?
45?JOG?手动进给(行位或切削)
46?MPG?手动驱动器
50?HIGH?手动快速进给
51?SPDL?DEC?主轴(RPM)速
52?SPDL?100%?执行程序中Ｓ指令速
53?SPDL?CW?主轴顺时钟转动
54?SPDL?STOP?主轴停止
55?SPDL?CCW?主轴逆时钟转动
56?SPDL?INC?主轴(RPM)增速
57?Z+,Y+,X+?机床X.Y.Z.轴往正方向移动
58?Z-,Y-,X-?机床X.Y.Z.轴往负方向移动
59?4-,4+?机床第四轴
60?TRVRS?执行机床各轴移动指令
61?CLNT?ON?供应切削液
62?CLNT?OFF?停止供应切削液
63?CLNT?AUTO?自动执行供应切削液
64?OVERRIDE?切削速度随控?0--150%
65?EMERGENCY?STOP?紧急停止
66?THERMAL?ALARM?主轴负荷过热报警
67?LUB?ALARM?润滑油不足报警
68?X_MIRROR?IMAGE?X轴镜像加工功能
69?Y_MIRROR?IMAGE?Y轴镜像加工功能
70?RAPID?OVERRIDE?快速行程?控
71?DNC?直接数控：
由于外部接口设备输入程序至数控机床，而又因子控机床本身记忆容量有限，需要执行边读边做(即同时执行收取程序和执行程序指令动作)，称为DNC操作。当完成DNC操作后，数控机床记忆是不存在的，由DNC输入之程序。
72?BACKGROUD?EDIT?背景编程：
(?BG-EDIT?)?当数控机床执行自动(AUTO)加工时，可同时输入或编写另一程序，而不需耍停止操作。
73?MANU?ABS?手动绝对值
74?PROG?RSTAT?程序再起动
75?Z?NEGLT?取消执行Ｚ轴指令
76?AXIS?LOCK?取消执行三轴指令
77?B?第五轴
第二节 SIEMENS数控系统一、840D系统的主要功能与特点
SINUMERK840D是20世纪90年代中期设计的全数字化数控系统，具有高度模块化及规范化的结构，便于操作、编程和监控。
三十年来，西门子凭借在数控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累，不断制造出机床产品的典范之作，为自动化应用提供了日趋完美的技术支持。SINUMERIK 不仅意味着一系列数控产品，其力度在于生产一种适于各种控制领域不同控制需求的数控系统，其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，适于操作、编程和监控。
西门子数控系统技术特征
SINUMERIK 802D
与德国同步的最新技术SINUMERIK 802D将NCK、PLC、HMI集成一体，通过PROFIBUS连接各部件SIMODRIVE 611U 数字驱动系统。可控制4个进给轴、上个数字或模拟主轴；集成大量CNC功能；提供编程模拟及图形循环支持功能，PC卡备份数据，可实现一次编程批量安装。
2,SINUMERIK 840D
SINUMERIK 840D 是西门子数控产品的突出代表。于20世纪90年代推出。它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D 与SINUMERIK 611 数字驱动系统和 SIMATIC S7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。
SINUMERIK 840D 的突出之处在于其不断扩展的特性：
1).NC现在包括神经网络，其自学习，自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。
2).交互式编程是操作简单但功能强大的编辑工具，它给操作人员极大的自由度使零件设计到工件成形的时间大幅度缩短。
3).为便于 PLC编程，开发了S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，用于快速、简单的机械运动及时序的逻辑设计。
4).全新的AUTOTURN软件使车削工件的编程大幅度简化，加工计划也可简单的通过按键生成。
5).在SINUMERIK 840D 和 SIMODRIVE 611 的基础上，只需最少的硬件和软件投资，即可生成易于使用的仿形数字化系统。
3,SINUMERIK 810D
SINUMERIK 810D 是一个全数字化构造的控制器，高集成数字化数控系统，可将CNC和驱动系统集成在一块板子上；可控制5轴或4个进给轴和1个主轴；可实现4轴线性插补；采有SIMATIC S7-300家族紧凑I/O模块；高速加工中的综合运动控制；提供机械扰动补偿等用一个简要的图表对西门子各系统的定位作描述如下：
西门子各系统的性价比较
1) SINUMERIK 802D
具有免维护性能的SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU （面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。
SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来。
模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服电机，为机床提供了全数字化的动力。
通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行动态优化。
SINUMERIK802D集成了内置PLC系统，对机床进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序，简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。
2) SINUMERIK 810D?
在数字化控制的领域中，SINUMERIK 810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上。
快速的循环处理能力，使其在模块加工中独显威力。
SINUMERIK 810D NC软件选件的一系列突出优势可以帮助您在竞争中脱颖而出。例如提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制。
另一个例子是坐标变换功能。固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点。模拟量控制控制模拟信号输出;
刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件。
样条插补功能(A，B，C样条)用来产生平滑过渡；压缩功能用来压缩NC记录；多项式插补功能可以提高810D/810DE运行速度。
温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度。此外，系统还为您提供钻、铣、车等加工循环。 SINUMERIK 840D
3) SINUMERIK 840D
SINUMERIK 840D数字NC系统用于各种复杂加工,它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATIC7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。
SINUMERIK 840D标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。
控制类型采用32位微处理器、实现CNC控制，用于完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制。
机床配置可实现钻、车、铣、磨、切害、冲、激光加工和搬运设备的控制，备有全数字化的SIMDRIVE611数字驱动模块：最多可以控制31个进给轴和主轴．进给和快速进给的速度范围为100-9999mm／min。其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线表插补，这些功能。为加工各类曲线曲面零件提供了便利条件。此外还具备进给轴和主铀同步操作的功能。
操作方式其操作方式主要有AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、示教（TEACH IN） 手动输入运行（MDA）,自动方式：程序的自动运行，加工程序中断后，从断点恢复运行；可进行进给保持及主轴停止，跳段功能，单段功能，空运转。
轮廓和补偿
840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿的进入和退出策略及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿棚测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等。
安全保护功能数控系统可通过预先设黄软极限开关的方法．进行工作区域的限制及程序执行中的进给减速，同时还可以对主铀的运行进行监控。
NC编程
840D系统的NC编程符合DIN 66025标准(德国工业标准)，具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行公制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系统具备1．5兆字节的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。
PLC编程
840D的集成式PLC完全以标准sIMAncs7模块为基础，PLC程序和数据内存可扩展到288KB，u／o模块可扩展副2048个输入／输出点、PLC程序能以极高的采样速率监视数据输入，向数控机床发送运动停止／起动等指令。
操作部分硬件
840D系统提供了标准的PC软件、硬盘、奔腾处理器，用户可在Windows98／2000下开发自定义的界面。此外，2个通用接过RS232可使主机与外设进行通信，用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并联接口完成程序存储、读入及打印工作。
显示部分
840D提供了多沿种的显示功能，用户只需按一下按钮．即可将用户界面从一种语自转换为一种语言，系统提供的话言有巾文、英语、德语、西班牙语、法语、意大利语：显示屏上可显示程序块、电动机轴位置、操作状态等信息。
2.2 西门子数控系统的基本构成?
请参阅：SIEMENS数控系统操作部件
SIEMENS用于数控系统的HMI软件西门子数控系统有很多种型号，首先我们来观察一下802D所构成的实物图，SINUMERIK 802D是个集成的单元，它是由NC以及PLC和人机界面（HMI）组成，通过PROFIBUS总线连接驱动装置以及输入输出模板，完控制功能。
而在西门子的数控产品中最有特点，最有代表性的系统应该是840D系统。因此，我们可以通过了解西门子840D系统，来了解西门子数控系统的结构。首先通过以下的实物图观察840D系统。
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2.1西门子810D系统的结构组成
（请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）
SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。
图3－1西门子数控系统基本构成
1,人机界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成 MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC,MCP(Machine Control Panel)三部分。MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。
（1）、MMC(Man Machine communication)
最常用的MMC有两种：MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2,而为SINUMERIK840D配MMC103.PCU(PC UNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70,PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103,可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。PCU的软件被称作HMI,
HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI.
（2）、OP(Operation pannel)
OP单元一般包括一个10.4〞TFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如,OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最为常用。
（3）、MCP(Machine control pannel)
MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定。
对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。
2,NCU(Numerical control unit)数控单元
SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元（在810D中称为CCU（compact control unit））：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板,一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成.
根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。
3,数字驱动
（请参阅：Simodrive 611 Universal 产品介绍）
数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成。
SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。
电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。
611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。
4,PLC模块
SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。
电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。
接口模块（IM）是用于级之间互连的。
信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。
第三节 华中数控系统一、华中数控系统介绍企业简介
华中数控系统有限公司成立与1995年，由华中理工大学，国家科技部，湖北省。武汉市科委，武汉市东胡高新技术开发区，香港大同工业设备有限公司等政府部门和企业共同投资组建。近几年来，公司都以300%的速度迅猛发展。
公司在“八五”期间，承担了多项国家数控攻关重点课题，取得了一大批重要成果。其中“华中I型数控系统”在国内率先通过技术鉴定，在同行业中处于领先地位，被专家评定为“重大成果”、“多项创新”、“国际先进”。该项目同时还获得了国家863的重点支持。1997年，华中I型数控系统被国家科技部列入1997年度国家新产品计划（742176163004）”和“九五国家科技成果重点推广计划指南项目（98020104A）”。
产品简介华中I型(HNC-1)高性能数控系统主要特点,
1:以通用工控机为核心的开放式体系结构系统采用基于通用32位工业控制机和DOS平台的开放式体系结构，可充分利用PC的软硬件资源，二次开发容易，易于系统维护和更新换代、可靠性好。
2:独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术处于国际领先水平的曲面直接插补技术将目前CNC上的简单直线,圆弧差补功能提高到曲面轮廓的直接控制，可实现高速、高效和高精度的复杂曲面加工。采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能，具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能，图形显示形象直观。
系统配套能力强公司具备了全套数控系统配套能力。系统可选配本公司生产的HSV-11D交流永磁同步伺服驱动与伺服电机、HC5801/5802系列步进电机驱动单元与电机、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驱动器与步进电机和国内外各类模拟式、数字式伺服驱动单元。
华中-2000型高性能数控系统是面向21世纪的新一代数控系统 华中-2000型数控系统 (HNC-2000) 是在国家八· 五科技攻关重大科技成果----华中I型(HNC-1)高性能数控系统的基础上开发的高档数控系统。该系统采用通用工业PC机、TFT真彩色液晶显示器，具有多轴多通道控制能力和内装式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用。具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的优点，是适合中国国情的新一代高性能、高档数控系统。
HNC-1M铣床、加工中心数控系统
HNC-1M铣床、加工中心数控系统采用以工业PC机为硬件平台，DOS及其丰富的支持软件为软件平台的技术路线，使得系统具有可靠性好，性能价格比高，更新换代和维护方便，便于用户二次开发等优点。系统可与各种3~9轴联动的铣床、加工中心配套使用。系统除具有标准数控功能外，还内设二级电子齿轮、内装式可编程控制器、双向式螺距补偿、加工断点保护与恢复、故障诊断与显示功能。独创的三维曲面直接插补功能，极大简化零件程序信息和加工辅助工作。此外，系统使用汉字菜单和在线帮助，操作方便，具有三维仿真校验及加工过程动态跟踪能力，图形显示形象直观。
HNC-1T车床数控系统可与各种数控车床、车削加工中心配套使用。该系统以32位工业PC机为控制机，其处理能力、运算速度、控制精度、人机界面及图形功能等方面均较目前流行的车床数控系统有较大的提高。系统具有类似高级语言的宏程序功能，可以进行平面任意曲线的加工。系统操作方便，性能可靠，配置灵活，功能完善，具有良好的性能价格比。
武汉华中数控股份有限公司创立于1994年，注册资本6506万元,
公司的英文全称为：Wuhan Huazhong Numerical Control co.,ltd
主导产品数控系统：具有自主版权的华中I型数控系统荣获了国家科技进步二等奖和国家教委科技进步一等奖；具有自主知识产权的华中“世纪星”高、中、低端系列数控系统产品，年销售近万台套，与国内数十家著名主机厂实现了批量配套，其中五轴联动数控产品打破国外技术封锁，成为我国军工企业选用的首台全国产化高档数控设备。
伺服驱动：具有自主知识产权的数字交流伺服驱动单元和主轴伺服驱动单元系列产品。伺服电机与伺服主轴：具有自主知识产权的GK6、GK7全系列永磁同步交流伺服电机和GM7系列交流伺服主轴实现了批量生产，成为目前国内唯一拥有成套核心技术自主知识产权（包括数控系统、伺服单元和电机、主轴单元及主轴电机等）和自主配套能力的企业。
红外热像仪：具有自主知识产权的焦平面红外热像仪广泛应用于电力、化工、冶金、科研、石化、热力、消防、军工、建筑等行业，主要作为海关、机场、消防、探测、控制等检测设备。
公司十个产品获得国家级重点新产品称号，形成车床、铣床、加工中心、仿形、轧辊磨、非圆齿扇插齿机、齿条插齿机、镗床、激光加工、玻璃机械、纺织机械、医疗机械等40多个数控系统应用品种。
技术实力公司有一支精干的专门从事产品市场服务和支持的技术团队，80%员工具有大学以上学历，还有近百名硕士、博士研究生常年在公司从事前沿技术研究和开发。公司与华中科技大学共同组建了全国唯一的具有最高专业学术研究水准的国家数控系统工程技术研究中心，被国家科技部命名为“国家高新技术产业化基地”，以公司业绩为背景申报的国家发改委制造装备数字化国家工程研究中心被批准立项。
2005年公司被评为湖北省第二届科技创新明星企业、湖北省首届优秀软件企业，华中世纪星数控系统软件V6被评为国家和湖北省优秀软件产品。 2006年4月，中宣部将华中数控作为创新型国家建设的典型，组织了中央电视台、新华社、人民日报等12家媒体，对华中数控在自主创新打破国外封锁、产学研结合推进科技成果转化方面的成果进行了集中采访报道。2006年8月，国家科技部、国务院国资委、全国总工会将本公司列入全国103家开展创新型企业试点工作企业。
产业基地
2001年9月，华中数控告别了校园,整体迁入大学科技园现代化的产业化新基地。新基地建筑工程投资规模9000多万元，建筑面积11600平方米，拥有高性能数控系统产业化示范生产线，先进的研发中心和质检中心，形成了年产10000台套高性能数控系统的生产能力。华中数控产业基地的建成投产，标志着我国数控系统产业化迈上了一个新台阶。
领导关怀华中数控的发展受到国家和地方领导的关怀和重视。胡锦涛总书记、中共中央政治局常委李长春等国家领导纷纷关注着华中数控的发展，原湖北省委书记俞正声、教育部部长周济、科技部部长徐冠华、原共青团中央第一书记周强、湖北省委书记罗清泉、湖北省省长李鸿忠、发改委副主任陈德铭、张国宝、教育部副部长袁贵仁、原武汉市市长李宪生等领导亲临公司视察；参加“国家高新技术开发区市长论坛会”的50多名市长来到公司后，对公司的发展给予高度评价。人民日报、经济日报、中国经济导报、中国机电日报、湖北日报、中国机床工具报、湖北电视台等媒体多次对华中数控产业化进程进行了专门报道，中国机床工具工业协会将华中数控的发展列入了1998年、2001年“中国机床工具行业的十大新闻”。华中数控的品牌和知名度在国内大幅上升。
二、华中数控系统的特点以通用工控机为核心的开放式体系结构；
独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术；
系统配套能力强。
三、华中数控系统典型系列
1.“华中Ⅰ型”数控系统低层网络数控内核；
上层网络数控集成开发环境；
2.华中---2000型高性能数控系统
3.华中“世纪星”系列数控系统华中“世纪星”数控系统是在华中I型、华中2000系列数控系统的基础上，满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的要求而开发的数控系统。华中“世纪星“系列数控单元(HNC—2lT、HNC—21／22M)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置7.5＂或9.4＂彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。主要应用于车、铣、加工中心等各种机床控制。
HNC---21/22数控系统的功能
HNC—21／22M铣削系统功能介绍如下：
最大联动铀数为4轴：
可选配备种类型的脉冲式、模拟式交流伺服驱动单元或步进电机驱动单元以及H5v系列串口式伺服驱动单元。
除标准机床控制面板外，配置40路光电隔离开关量输入和32路开关量输出接口、 手持单元接口、主铀控制与编码器接口。还可扩展远程128路输入／128路输出端子板。
采用7．5”彩色液晶显示器(分辨率为640 x 480)，全汉字操作界面、故障诊断 与报警、多种形式的图形加工轨迹显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用。
采用国际标准G代码编程，与各种流行的ＣAD／CAM自动编程系统兼容具有直线、圆弧、螺旋线、固定循环、旋转、缩放、镜像、刀具补偿、宏程序等功能。
小线段连续加工功能．特别适合于CAD／CA M设计的复杂模具零件加工。
加工断点保存／恢复功能，方便用户使用。
反向间隙和申、双向螺距误差补偿功能：
超大程序加工能力，不需DNC，配置硬盘可直接加工单个局达2GB的G代码程序;
内置RS232通信接口．轻松实现机床数据通信技术规格部件连接目前，华中数控系统（华中Ⅰ型、华中2000型和华中“世纪星”数控系统）已成为国内主要型号数控系统之一，有近两千套应用于国内机械、汽车、能源、航空航天、教育等行业，取得了显著的社会、经济效益。主要用户有：北京第一机床厂、北京第三机床厂、齐齐哈尔第一机床厂、齐齐哈尔第二机床厂、武汉重型机床厂、青海第一机床厂、青海第二机床厂、桂林机床股份有限公司、长江机床厂、汉川机床厂、汉川工具厂、武汉机床厂、武汉第四机床厂、常柴股份有限公司和东方电机股份有限公司等50多家单位。
第四节 数控系统的抗干扰一、干扰的形式与来源供电条件非常恶劣；
严重的噪声环境；
来自空间的干扰；
工业环境的温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体及其他损害，都会影响数控系统可靠性。
二、数控系统的抗干扰
1.电源的抗干扰数控系统的故障，绝大多数来自于电源噪声和电源故障本身。
允许电网电压的波动为－15％～＋10％；
允许电网频率波动为±2％；
允许电网电压动态恢复时间≤5ms；
2.屏蔽远离技术屏蔽干扰源使用双绞线和电缆阻止耦合干扰的侵入。
3.接地一般电子系统和控制系统的“地”有两种：系统基准地和大地。
系统基准地是指信号回路的基准导体，如直流电源的零线、高频装置的底板，为系统各部分提供一个基准电位，又称为虚地或系统地。
常见接地方式：
保护接地；
系统接地浮地方式；
共地方式；
电容接地方式
（3）屏蔽接地
4.抗干扰设计
（1）印制板的安排与布局数控装置的结构分为：大板结构和小板模块结构
（2）系统总线的抗干扰设计
（3）器件的优化
5.环境温度和湿度要求
6.系统上电自诊断
Watchdog和电源掉电检测
watchdog timer,是一个定时器电路,一般有一个输入,叫喂狗,一个输出到MCU的RST端,MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端,给 WDT 清零,如果超过规定的时间不喂狗,(一般在程序跑飞时),WDT 定时超过,就回给出一个复位信号到MCU,是MCU复位,防止MCU死机,看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说PC指针不能回来。那么定时时间到后就会使单片机复位
直线插补时，每个小直线段与给定直线重合，不会造成轨迹误差。
直线函数法
CPU主要担负数控有关的数据处理和实时控制任务。
数据处理包括译码、刀补、速度处理。
实时控制包括插补运算和位置控制以及对各种辅助功能的控制。
如：上一级计算机、移动硬盘、可移动磁盘、录音机等。
系统的管理部分包括输入、I/O处理、显示和诊断。
系统的控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制。
内环为速度环，
外环为位置环
0.01～0.001mm
转子的转角与输入的脉冲个数成正比；
转速与电脉冲频率成正比；
转子方向取决于步进电动机定子绕组的通电顺序。
步距误差主要由步进电动机齿距制造误差，定子和转子气隙不均匀，各相电磁转矩不均匀等因素造成。
TTL集成电路和
CMOS集成电路
具有检测精度高、抗干扰性强、寿命长、维护方便、成本低、工艺性好等优点。
bcd码也叫8421码就是将十进制的数以8421的形式展开成二进制，大家知道十进制是0～9十个数组成，着十个数每个数都有自己的8421码,
0＝0000
1＝0001
2＝0010
3＝0011
4＝0100
5＝0101
6＝0110
7＝0111
8＝1000
9＝1001
举个例子,
321的8421码就是
3 2 1
0011 0010 0001
由于插补周期与插补精度、速度等有直接关系，因此，数据采样插补最重要的是正确选择插补周期。
插补周期的选择插补周期与插补运算时间的关系通常插补周期Ts必须大于插补运算时间与CPU执行其他实时任务（如显示、监控和精插补等）所需时间之和。
插补周期与位置反馈采样的关系
Ts=nTc (n=1,2,3 …)
插补周期与精度、速度的关系
数据采样插补原理数据采样直线插补每个插补周期的进给步长为：
各坐标轴的位移量为：
动点I的插补计算公式为：
数据采样圆弧插补用弦进给代替弧进给，即用直线逼近圆弧。
计算出圆弧段上的若干个插补点，并使相邻两个插补点之间的弦长满足下式：
新的插补点坐标值：
刀具补偿原理刀具半径补偿原理
G40,G41,G42
补偿执行过程分为：
第一步：刀补建立；
第二步：刀补进行；
第三步：刀补撤销。
刀具半径补偿计算直线刀具补偿计算
(2) 圆弧切削刀具半径补偿计算
直线过渡型刀具半径补偿
（又称为C功能刀具半径补偿）
三种过渡形式：1）缩短型转接；
2）伸长型转接；
3）插入型型转接；
刀具长度补偿
1,刀具长度补偿的概念实际位移量＝程序给定值±补偿值上式中二值相加为正补偿，用G43表示；二值相减为负补偿，用G44表示；取消刀具长度补偿指令用G49表示。
2,刀具长度补偿的实现补偿一个反量的过程称为刀具位置补偿撤销（G49）.
刀具位置补偿的处理方法把原来刀具的补偿量撤销，再根据新刀具的补偿量要求进行修正；
先进行刀具的补偿量的差值计算，然后在原刀具的基础上进行刀具补偿。
计算机数控装置第一节 概述数控系统由程序、输入输出设备、计算机数控装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给伺服驱动装置等组成的系统。
CNC装置由硬件和软件两大部分组成。软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。
CNC装置的工作过程输入：输入的有零件程序、控制参数、补偿数据等。常用的输入方式有键盘手动输入（MDI）、磁盘输入、可移动磁盘输入、通信接口RS232输入、连接上一级计算机的DNC接口输入、以及通过网络通信方式输入。
译码处理：计算机通过译码程序识别这些代码符号，按照一定的规则翻译成计算机能够识别的（二进制）数据形式，并存放在指定的存储器内。
数据处理：～一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能处理。
插补运算与位置控制：实时控制，一般在相应的服务程序中进行。
输入／输出（I／）处理：
显示：零件程序显示、参数显示、机床状态显示、刀具加工轨迹动态模拟图形显示、报警显示等功能。
诊断：主要有启动诊断和在线诊断。
CNC装置的功能基本功能：
控制功能准备功能插补功能进给功能切削进给速度（mm/min）；
同步进给速度(mm/r)；
快速进给速度；
进给倍率；
主轴功能刀具功能辅助功能字符显示功能自诊断功能选择功能补偿功能固定循环功能图形显示功能通信功能人机对话编程功能。
第二节CNC装置的硬件结构一、单微处理器和多微处理器单微处理器结构单微处理器的特点：
只有一个CPU，采用集中控制、分时处理的方式完成各项控制任务；
各微处理器组成主从结构，只有一个CPU能够控制系统总线，占有总线资源；
数据存储、插补运算、输入/输出控制、显示和诊断等由一个CPU完成，常采用增加协CPU来减轻负担，提高处理速度。
单CPU结构的形式专用型通用型单微处理器结构的组成
(1)CPU和总线：CPU是CNC装置的核心，由运算器及控制器两大部分组成。
总线由地址总线、数据总线和控制总线组成。
存储器:只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）
位置控制器：是一种同时具有位置控制和速度控制两种功能的反馈控制系统。
可编程序控制器（PLC）：分为“内装型”与“独立型”。用于数控机床的辅助功能和顺序控制。
MDI/CRT接口
I/O接口：开关量输入和模拟量输入，接口电路还必须进行电平转换和功率放大。
通信接口：用来与外设进行信息传输。
多微处理器结构多微处理器结构的特点：
性能价格比高模块化结构具有良好的适应性和扩展性，结构紧凑、调试、维修方便。
具有很强的通信功能，便于实现FMS、FA、CIMS.
多微处理器结构的型式：紧耦合结构和松耦合结构。
多微处理器结构的组成组成：
CNC管理模块；
CNC插补模块；
位置控制模块；
存储器模块；
PLC模块；
操作控制数据输入、输出和显示模块；
功能模块的互连方式共享总线结构：
共享存储器结构大板式结构和功能模块式结构大板式结构：CNC装置可由主电路板、ROM/RAM板、PLC板、附加轴控制板和电源单元等组成。
功能模块式结构：常见的功能模板有CNC控制板、位置控制板、PLC板、图形板和通信板等。
开放式数控系统结构美国的NGC和OMAC计划及其结构欧共体的OSACA计划及其结构日本的OSEC计划及其结构
SIEMENS802D数控系统的硬件组成与连接
PCU单元输入输出模块PP72/48
机床控制面板MCP(Machine Control Pannel)
电源模块伺服驱动模块驱动器连接数控系统连接图
CNC装置软件组成
CNC装置软硬件组合类型数控系统结构设计的总的趋势是：能用软件完成的功能一般不用硬件来完成；能用微处理器来控制尽量不用硬件电路来控制。
软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。
数控功能的实现方法大致分为：
由软件完成输入及插补前的准备，硬件完成插补和位控；
由软件完成输入、插补准备、插补和位控的全部工作；
由软件负责输入、插补前的准备及插补，硬件仅完成位置的控制。
CNC系统控制软件的结构特点多任务并行处理
CNC系统的多任务性
CNC的系统软件必须完成管理和控制两大任务。
并行处理的概念是指计算机在同一时间或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。
所谓时间重叠是根据流水线处理技术，使多个处理过程的时间上相互错开，轮流使用同一套设备的几个部分。
所谓资源共享则是根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用同一套设备，大大提高了设备资源的利用率。
资源分时共享各任务何时占用CPU；允许各任务占用CPU的时间长短。
对各任务使用CPU是用循环轮流和中断优先相结合的方法来解决。
资源重叠流水处理在NC工作方式时，其数据的转换过程将由零件程序输入、插补准备（包括译码、刀补和速度处理）、插补、位置控制4个子过程组成。
一个程序段的数据转换时间将是：
流水处理的关键是时间重叠。
实时中断处理外部中断内部定时中断硬件故障中断程序性中断
CNC系统中断结构模式前、后台型软件结构中的中断模式中断型软件结构中的中断模式
CNC系统软件的工作过程输入译码数据处理进给速度控制加减速控制反向间隙及丝杠螺距补偿插补运算输出控制管理与诊断
伺服系统概述伺服系统的组成与分类开环伺服系统：只能采用步进电动机作为驱动元件，设备投资少，调试维修方便，但精度较低，高速转矩小。
半闭环伺服系统：将角位移检测装置安装在电动机轴或滚珠丝杠末端。
闭环伺服系统：将直线位移检测装置安装在机床的工作台上，实现位置控制。
伺服系统的基本要求位移精度高：伺服系统的精度是输出量能复现输入量的精确程度。
调速范围宽：调速范围是指数控机床要求电动机所能提供的最高转速与最低转速之比。一般要求速比为24000：1。
响应速度快：它反映了系统的跟随精度。
稳定性好：稳定性是指系统在给定外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或恢复到原来平衡状态的能力。～直接影响数控加工精度和表面粗糙度。
低速大转矩：在低速时进行重切削。
另外，数控机床对主轴驱动也有一定要求：
能提供大的切削功率；
调速范围达200：1，以利于选择合适的主轴转速；
能满足不同的加工要求，在一定速度范围内保持恒转矩或恒功率切削。
第二节 步进电动机及驱动电路步进电动机的工作原理和主要特性
（一）步进电动机的工作原理由转子、定子及定子绕组所组成。
步进电动机定子绕组从一种通电状态换接到另一种通电状态称为一拍。
A—B—C—A--……三相单三拍
AB—BC—CA—AB--……三相双三拍
A—AB—B—BC—C—CA—A-三相六拍每拍转子转过的角度称为步距角。
电动机相数的多少受结构限制，减少步距角的主要方法是增加转子齿数z。
（二）步进电动机的主要特性
1.步距角和步距误差
步距角越小，机床运动部件的位置精度越高。
步距误差是指步进电动机运行时理论的步距角与转子每一步实际的步距角之差，即。它直接影响执行部件的定位精度。
2.静态转矩和矩角特性
3.最大起动转矩Mq
起动转矩是电动机能带动负载转动的极限转矩。
最高起动频率
指令脉冲频率大于最高起动频率，就不能正常工作，会造成丢步。
5.连续运行的最高工作频率
它表明步进电动机所能达到的最高速度。
矩频特性步进电动机在连续运行时，用来描述输出转矩和运行频率之间关系的特性称为矩频特性。
步进电动机的选用首先应保证步进电动机的输出转矩大于负载所需的转矩，即先计算机械系统的负载转矩，并使所选电动机的输出转矩有一定余量，以保证可靠运行。
其次应使步进电动机的步距角与机械系统相匹配，以得到机床所需的脉冲当量。
再次应使被选电动机能与机械系统的负载惯量及机床要求的起动频率相匹配，并有一定余量，还应使其最高工作频率能满足机床运动部件快速移动的要求。
二、步进电动机的驱动控制
1．环形脉冲分配器其作用是将CNC装置送来的一系列指令脉冲按照一定的循环规律依次分配给电动机的各相绕组，控制各相绕组的通电和断电。
环形脉冲分配器可用硬件和软件两种方法实现。
2,步进电动机驱动电源（功率放大器）
（1）单电压驱动电路 优点是线路简单，缺点是电流上升速度慢，高频时带负载能力较差。
（2）高低压驱动电路 高压建流，低压稳流。优点是在较宽的频率范围内有较大的平均电流，能产生较大而且较稳定的电磁转矩，缺点是电流有波谷。
（3）恒流斩波驱动电路优点有：1）绕组的脉冲电流上升和下降沿较陡，快速响应性好。
2）该电路功耗小，效率高；
3）该电路能输出恒定转矩。
三、开环控制步进电动机伺服系统的工作原理工作台位移量的控制工作台运动方向的控制四、步进电动机驱动装置应用实例上海开通数控公司KT350系列五相混合式步进电动机驱动器的应用。
第一位：控制方式的选择；
第二位：运行方向的选择；
第三位：整／半步运行模式选择；
第四位：自动试机运行。
第三节 交流电动机伺服系统一、交流伺服电动机的类型
～可分为同步型伺服电动机和异步型感应伺服电动机两大类。
永磁式同步型交流伺服电动机主要优点有：
可靠性高，易维护保养；
转子转动惯量小，快速响应性好；
有宽的调速范围，可高速运转；
结构紧凑，在相同功率下有较小的重量和体积；
散热性能好。
异步型感应伺服电动机，具有转子结构简单坚固、价格便宜、过载能力强等特点。
二、交流伺服电动机的工作原理转子的转速只决定于电源频率和电动机的极对数，而与负载大小无关。
三、交流伺服系统的控制方法交流伺服电动机的调速方法
f为电源频率，p为磁极对数。
恒转矩调速恒功率调速恒最大转矩调速
2.变频器的类型交－交变频器效率高、工作可靠，但频率的变化范围有限。常用于低频大容量调速。
（2）交－直－交变频器由顺便器、中间环节和逆变器三部分组成。
3.SPWM变频控制器四、交流伺服电动机驱动系统应用实例上海开通数控公司KT270系列全数字交流伺服驱动系统为例加以介绍。
第四节 直流伺服电动机直流伺服电动机的类型按励磁方式不同可分为电磁式和永磁式两种。
电磁式按励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同又分为并励、串励和复励。
按电动机转子的转动惯量的不同又可分为小惯量和大惯量。
直流伺服电动机的结构与工作原理固定的磁极、电枢、换向片与电刷。
三、直流电动机的静态特性
四、直流电动机的调速机械特性调节特性
第六章 位置检测装置第一节 概述位置检测装置的作用与要求系统精度是指在某单位长度或角度内的最大累积测量误差。（目前直线位移的测量精度可达，角位移的测量精度可达）
系统分辨率是指位置检测装置能够正确检测的最小位移量。（目前直线位移的分辨率可达0.001mm,角位移的分辨率可达）。
位置检测装置应满足如下要求：
在机床工作台移动范围内，能够满足精度和速度的要求；
工作可靠，抗干扰能力强，并能长期保持精度；
使用、维护简单方便，成本低。
二、位置检测装置的分类绝对值测量方式和增量测量方式；
数字式测量和模拟式测量；
被测量量化成脉冲个数，便于显示和处理。
测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（当然也有积累误差）
测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。
模拟式测量的特点：
直接测量被测量，无需信号转换；
在小量程内可以实现高精度测量，如用旋转变压器、感应同步器等。
（3）直接测量和间接测量
第二节 光电编码器光电编码器的种类按测量的坐标系来分类可分为：增量式光电编码器和绝对式光电编码器二、增量式光电编码器（光电盘）
增量式光电编码器检测装置由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光电管、整形放大电路和数字显示装置等组成。
光电编码器检测装置的分辨率
绝对式光电编码器二进制码、循环码、十进制码、十六进制码等码盘的分辨率与码道数n的多少有关，其分辨率为：
四、编码器在数控机床中的应用位移测量螺纹加工控制编码器在永磁式交流伺服电动机中的应用。
提供电动机定、转子之间的相互角度位置和电子电路配合，使得三相绕组中流过的电流和转子位置转角成正弦函数关系。
通过频率/电压转换路，提供电动机转速反馈信号；
提供数控系统的位置反馈信号。
第三节 光栅光栅主要有两大类：物理光栅和计量光栅物理光栅的测量精度非常高（栅距为0.002～0.005mm），通常用于光谱分析和光波波长测定等。
计量光栅相对而言刻度线粗一些，栅距大一些（0.004～0.25mm），通常用于检测直线位移和角位移等。
一、光栅的种类
1.直线光栅
～主要有玻璃透射光栅和金属反射光栅。
常用透射光栅的线纹密度为25条/mm、50条/mm、100条/mm、250条/mm。
主要特点是：
光源可以垂直射入，光电元件可以直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单。
刻线密度较大，再经过电路细分，可达到微米级的分辨率。
常用反射光栅的线纹密度为4条/mm、10条/mm、25条/mm、40条/mm、50条/mm。
主要特点是：
光栅材料与机床材料的线膨胀系数相近；
坚固耐用，安装与调整比较方便；
分辨率低于透射光栅。
2.圆光栅圆光栅用于测量角位移，是在玻璃圆盘的圆环端面上制成黑白相间的条纹，条纹呈辐射状，相互间的夹角相等。
二、直线透射光栅的工作原理
1.直线透射光栅的构造直线透射光栅由标尺光栅、指示光栅、光源、透镜、光电元件及检测电路等组成。
实际应用中总是把指示光栅、光源和光敏元件等组合在一起称为读数头。
2,直线透射光栅的工作原理莫尔干涉条纹
因为θ很小，所以则
莫尔条纹有如下特点：
起放大作用；
起均化误差作用；
莫尔条纹移动与光栅栅距移动之间的关系。
3.光栅的辨向与信号处理三、光栅的特点具有很高的检测精度；
响应速度快，可实现动态测量，易于实现检测及数据处理的自动化；
对使用环境要求较高，怕油污、灰尘及振动。
由于标尺光栅一般比较长，安装、维护困难，成本较高。
四、光栅应用光栅主要用于测量运动位移，确定工作台运动方向及确定工作台运动的速度。
JENIX光栅数显装置由光栅尺和数字显示器组成，光栅尺包括主尺与分度尺，主尺固定在导轨上，分度尺（即扫描头）安装在移动部件上。
第四节 感应同步器按结构特点分为直线式和旋转式。
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成；直线位移测量。
旋转式感应同步器由转子和定子组成。角位移测量。
一般由1000—10000HZ,几伏到几十伏的交流电压励磁，输出电压一般不超过几毫伏。
1,感应同步器的工作原理定尺表面制有连续平面绕组，两分段绕组分别称为正弦绕组和余弦绕组。
2,感应同步器的应用鉴相式鉴幅式
3.安装与使用根据感应同步器的工作方式不同，数字位移显示器也有相位型和幅值型两种。
第七章 数控系统中的PLC控制第一节 概述一、PC(Programmable Controller)的产生及应用
1968年，美国通用汽车公司为使汽车型号不断更新，期望得到一种新的控制装置和控制方法，以便在调整和更新设备时，尽可能减少重新设计电气控制系统的工作量，达到降低成本，缩短制造周期的目的。
1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台型号为“PDP-14”的可编程控制器。
现在，PC的应用已深入FA、CIM等领域。PC与CAD/CAM和工业机器人一起成为实现工业自动化的三大支柱。
二、PLC在数控机床上的应用数控机床的控制部分，可以分为数字控制和顺序控制两大部分。
数字控制部分控制刀具轨迹，而顺序控制部分控制机械动作。它接受以二－十进制代码表示的S、T、M等机械顺序动作信息，经过信号处理，使执行环节作出相应的开关动作。
“继电器逻辑电路”（简称“RLC”—Relay Logic Circuit）。由机床制造厂自行设计、制造和安装。实际应用中，RLC存在一些难以克服的缺点。如：只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数等有限几种功能控制，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理，以及数控机床所需要的许多特殊功能；继电器、接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。当机床受控对象较多，或控制动作较复杂时，需要采用大量的器件，使整个RLC体积庞大，功耗高，可靠性差。
可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流
PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
第二节 数控系统中的PLC
一、PLC的结构、特点及其工作过程
（一）PLC的基本结构大、中、小型PLC的功能不尽相同，其结构也各不相同，但它们的基本结构形式大体上是相同的，都是由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入/输出单元（I/O）、编程器、电源模块和外部设备等组成，并且内部采用总线结构。
1,中央处理单元（CPU）
PLC实现的控制任务，主要是完成一些动作和速度要求不特别快的顺序控制。
2,存储器（RAM/ROM）
PLC存储器主要包括随机存储器RAM和只读存储器ROM，用于存放用户程序、工作数据和系统程序。
3,输入/输出（I/O）模块
I/O模块是PLC与现场I/O装置或其他外部设备之间进行信息交换的桥梁。
4,编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试、监视以及运行应用程序的特殊工具，一般由键盘、显示屏、智能处理器、外部设备（如硬盘/软盘驱动器等）组成，它通过通信接口与PLC相连，完成人机对话功能。
编程器分为简易型和智能型两种。
5.电源电源单元的作用是将外部提供的交流电转换为PLC内部所需的直流电源。
一般地，电源单元有三路输出，一路供给CPU模块使用；一路供给编程器接口使用；还有一路供给各种接口模板使用。
（二）PLC的特点可靠性高与现场信号直接连接编程简单灵活性好安装简单维修方便网络通信
（三）工作过程用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器内，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行。
对用户程序循环扫描执行过程，分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
二、数控系统中的PLC分类
1.内装型PLC
内装型PLC的性能指标是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。系统结构十分紧凑。
2.独立型PLC
独立型PLC造价较高，性价比不如内装型。主要用于多微处理器的CNC系统。
第三节 数控系统中PLC的信息交换
“NC侧”包括CNC系统的硬件、软件以及与CNC系统连接的外部设备。
“MT侧”包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板、继电器线路和机床强电线路等。
PLC处于CNC和MT之间，对NC侧和MT侧的输入（输出）信号进行处理。
CNC传送给PLC
PLC传送给CNC
PLC传送给MT
MT传送给PLC
PLC的输入
PLC的输出
第四节 数控系统中的PLC控制功能实现
1.M功能的实现执行条件不完全相同，有的经过译码处理传送到工作寄存器后就立即起作用，称为段前辅助功能，记为I，例如M03、M04、M07等。
有些要等到它们所在程序段中的坐标轴运动完成之后才能起作用，称为段后辅助功能，记为A，如M02、M05、M09等。
有些一旦被编入执行后便一直有效，直至被取代或注销为止，记为H，如M10、M11等。
还有一些只能在本程序段中起作用，对其他程序段不起作用，记为C，如M06等。
2.S功能的实现以往用S2位代码形式指定主轴转速，现代数控系统一般用S4位代码来编程。
3.T功能的实现根据取刀和还刀的位置是否固定，可将换刀功能分为固定存取和随机存取换刀控制。
第五节 数控系统中的PLC应用实例一、典型PLC介绍
1.基本指令基本指令格式如下：
×× 0000.0
指令操作码 地址号.位数（操作数据）
RD100.6
2.功能指令数控机床用的PLC指令必须满足数控机床信息处理和顺序控制的特殊要求。
（1）功能指令的格式功能指令不能使用继电器的符号，这种格式包括控制条件、指令标号、参数和输出几个部分。
控制条件：控制条件的数量和意义随功能指令的不同而变化。控制条件被存入堆栈寄存器中，其顺序是固定不变的。
指令：指令有三种格式。
参数：参数的数量和含义随指令的不同而不同。
输出：输出到R1软继电器。
（2）部分功能指令说明顺序程序结束指令（END1、END2）
定时器指令（TMR、TMRB）用于顺序程序中需要与时间建立逻辑关系的场合。功能相当于一种通常的定时继电器。
TMR指令设定时间可更改的定时器；
TMRB为设定时间固定的定时器；
译码指令（DEC）是数控机床在执行加工程序中规定的M、S、T代码信号。
第八章 数控系统的连接日本的FANUC，德国的SIEMENS，美国的A－B公司。
国内的高档数控系统有珠峰公司的CME988（中华一型）北京航天数控集团的航天一型，华中理工大学的华中一型，及中科院沈阳计算所的蓝天一型等。
第一节 FANUC数控系统一、FANUC数控系统介绍日本FANUC公司创建于1956年，是生产数控系统和工业机器人的著名厂家。
FANUC数控系统以其高质量、低成本、高性能、较全的功能，适用于各种机床和生产机械等特点，在市场的占有率远远超过其他数控系统。
FANUC 公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。进入70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。1976年FANUC公司研制成功数控系统5，随时后又与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7，从这时起，FANUC公司逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。
1979年研制出数控系统6，它是具备一般功能和部分高级功能的中档CNC系统，6M适合于铣床和加工中心；6T适合于车床。与过去机型比较，使用了大容量磁泡存储器，专用于大规模集成电路，元件总数减少了30%。它还备有用户自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序。
1980年在系统6的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展，研制了系统3和系统9。系统3是在系统6的基础上简化而形成的，体积小，成本低，容易组成机电一体化系统，适用于小型、廉价的机床。系统9是在系统6的基础上强化而形成的具备有高级性能的可变软件型CNC系统。通过变换软件可适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。
1984年FANUC公司又推出新型系列产品数控10系统、11系统和12系统。该系列产品在硬件方面做了较大改进，凡是能够集成的都作成大规模集成电路，其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种，其引出脚竟多达179个，另外的专用大规模集成电路芯片有4种，厚膜电路芯片22种；还有32位的高速处理器、4兆比特的磁泡存储器等，元件数比前期同类产品又减少30%。由于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。该系统在DNC方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之间的各类数据的双向传送。它的PLC装置使用了独特的无触点、无极性输出和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。此外PLC的编程不仅可以使用梯形图语言，还可以使用PASCAL语言，便于用户自己开发软件。数控系统10、11、12还充实了专用宏功能、自动计划功能、自动刀具补偿功能、刀具寿命管理、彩色图形显示CRT等。
1985年FANUC公司又推出了数控系统0，它的目标是体积小、价格代，适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统10、11、12一起组成了这一时期的全新系列产品。在硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口、PMC（Programmable? Machine? Control）和CRT电路等都在一块大型印制电路板上，与操作面板CRT组成一体。系统0的主要特点有：彩色图形显示、会话菜单式编程、专用宏功能、多种语言（汉、德、法）显示、目录返回功能等。FANUC公司推出数控系统0以来，得到了各国用户的高度评价，成为世界范围内用户最多的数控系统之一。
1987年FANUC公司又成功研制出数控系统15，被称之为划时代的人工智能型数控系统，它应用了MMC（Man Machine Control）、CNC、PMC的新概念。系统15采用了高速度、高精度、高效率加工的数字伺服单元，数字主轴单元和纯电子式绝对位置检出器，还增加了MAP(Manufacturing Automatic Protocol)、窗口功能等。
FANUC公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自60年代生产数控系统以来，已经开发出40多种的系列产品。
FANUC公司目前生产的数控装置有F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18系列。F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15的基础上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。
二、FANUC数控系统的特点系统在设计上采用模块化结构；
采用专用LSI（大规模集成电路）技术，以此提高芯片集成度、系统的可靠性，减少体积和降低成本。
产品应用范围广；
不断采用新工艺、新技术；
CNC装置体积减小，以适应机电一体化的需求；
在插补、进给加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能；
以用户特定宏程序、MMC等功能来推进CNC装置面向用户开放的功能；
支持多种语言显示；
备有多种外设；
推出MAP接口，使CNC通过该接口实现与上一级计算机通信；
根据用户需要，不断地更新CNC产品的功能，现已形成多种版本。
主要特点,
日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面。
（1）系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。
（2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％。
（3）有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。
（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。
（5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。
（6）具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。
（7）提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。
主要系列,
（1）高可靠性的PowerMate 0系列：用于控制2轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便，中文显示的CRT／MDI，也可配性能／价格比高的DPL／MDI。
（2）普及型CNC 0—D系列：0—TD用于车床，0—MD用于铣床及小型加工中心，0—GCD用于圆柱磨床，0—GSD用于平面磨床，0—PD用于冲床。
（3）全功能型的0—C系列：0—TC用于通用车床、自动车床，0—MC用于铣床、钻床、加工中心，0—GCC用于内、外圆磨床，0—GSC用于平面磨床，0—TTC用于双刀架4轴车床。
（4）高性能／价格比的0i系列：整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0i—MB／MA用于加工中心和铣床，4轴4联动；0i—TB／TA用于车床，4轴2联动，0i—mate MA用于铣床，3轴3联动；0i—mateTA用于车床，2轴2联动。
（5）具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i／21i系列：控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。其中FSl6i—MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4轴联动；21i最大可控4轴，4轴联动。
除此之外，还有实现机床个性化的CNC 16／18 / 160／180系列三、FANUC 0系列数控系统
1.主要产品
F0系列有多个品种，它适应于各种中、小型机床。
2.FANUC 0 系统的基本配置
～由数控单元本体、主轴和进给伺服单元以及相应的主轴电动机、CRT显示器、系统操作面板、附加的输入/输出接口板（B2）、电池盒、手摇脉冲发生器等组成。
数控单元的基本配置控制单元的连接
3.S系列进给伺服系统的基本配置
4,S系列主轴伺服系统的基本配置数控机床已经成为现代化生产线上必不可少的加工设备，因此它必须能够长期无故障地连续运行在恶劣的?环境中。为了能够达到这一要求?,?作为数控机床的控制核心---数控系统必须具有很高的可*性。FANUC?系统正是以产品的可*性作为研发的重点之一。
(1)?系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装?,?各个控制板高度集成?,?使可*性有很大提高?,?而且便于维修、更换。FANUC?Oi?系统更进一步提高了集成度?,?在继承?0?系统的基础上?,?还集成了?FROM?和?SRAM?模?块、PMC?模块、存储器 和伺服模块?,?从而将体积变得更小?,?可*性更高。
(2)?采用机器人焊板?,?减少了人为参与?,?实现了全自动的制造?,?避免了由于人为不慎所造成的失误?,?大大提高了系统的可*性。
(3)?具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为?0－45?℃?,?相对湿度为?75%(?短时间内可达到95％?),?抗振动能力为?0.5g,?电网波动为-15%~10%.
(4)?有较完善的保护措施。和其他数控系统相比?,FANUC?对自身的系统采用比较好的保护电路?,?例如?:?笔者曾多次遇到由于电网缺相致使 主轴变频器烧坏?,?而?FANUC?系统的显示器只在缺相时变黑?,?待电压正常后系统仍能正常工作。另外?,?我们在调试过程中经常是反复断电、上电?,?中间不需要间隔很长时间?,?丝毫不影响系统的正常?工作。
2?功能全?,?适用范围广
FANUC?系统在设计中始终以满足用户要求为其设计核心、具有较全的功能?,?适用于各种机底和生产机械。
(1)FANUC?系统所配置的系统软件具有比较齐全的功能和选项功能。对于一般的机床来说?,?基本功能完全
能满足使用要求?,?这样的配置功能较齐全?,?价格亦比较合理。对于某种特殊要求的机床需增加相应的功能?,?这些功能只需要将相应的功能参数打开或加 相应板卡?(?由于各个板卡为可拆换的集成板卡?,?拆装非常方便?)?即可使用?,?既方便?,?又可*?,?同时又节省财力和物力。
(2)?提供大量丰富的?PMC?信号和?PMC?功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床的?PMC?控制程序?,?而且增加了编程的 灵活性。例如?:?在编制刀库程序时?,?既可用用户宏程序的信号来完成?,?又可用程序段的选择跳转信号来完成。不同的编程思路产生同一个控制结果?,?真正实现了个性化的控制。
(3)?具有很强的?DNC?功能?,?系统提供串行?RS232C?传输接口?,?使?PC?和机床之间的数据传输能够可*完成?,?从而实现高速 度的?DNC?操作。同时?FANUC-0i?系统又增加“多段程序预读控制功能?"?和?"HRV(?高响应矢量?)"?控制?,?又具有?"HSSB (?高速串行总线?)?控制功能?",?使执行程序的速度和精度大大提高。FANUC-0i?系统还提供参数?7001#0,?将其设为?1?后?(? 手动介入返回功能有效?),?在大型模具加工过程中?,?由于刀具发生磨损需要换新刀时?,?使进给暂停后?,?可以用手动将机床移到安全高度?(?不能 按?RESET?键?),?换上新刀具再循环启动即可继续加工?,?实现了高精度加工。能很好地满足现代模具的加工要求。
(4)?提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC?维修手册为用户提供了大量的报警信息?,?并且以不同的类别进行分类?,?每一条维修信息和诊断状态相当于医生的处方一样?,?便于用户对故障进行维修。现举两例加以说明。
例?1:408#(FANUC?0?系统?)?报警?:?为主轴串行链启动不良。其原因为当串行主轴系统中的电源接通?,?而主轴放大器没有准备好不 能正确启动时?,?会产生该报警。处理方法?:?①光缆连接不合适?,?或主轴放大器的电源断开。②当?NC?电源在除?SU-01?或?AL-24 (?显示在主轴放大器的?IED?上?)?以外的其他报警条件下接通时。在这种情况下?,将主轴放大器电源断开一次?,?再重新启动。③应该检查光缆的插 头是否松动或连接不正确。④其他原因?(?硬件配置不恰当?)?。
例?2:?手动不能运行时?(FANUC?0i?系统?)?。处理方法?:?首先确认方式选择的状态显示?,?即在显示器的下面是否出现?JOG,? 如果没有出现则是方式的选择信号不正确?,?再用?PMC?的诊断功能?(PMCDGN)?确认方式状态是否正确?(G45.2?、G45.3?是否为?"1”)?,?如不正确?,?修改?PMC?程序?,?再检查手动方式信号是否有效?,?如果无效?,?请用?PMC?的诊断功能检查相应的信号状态是 否为?"1"(G100.0~3?和?G102.0~3?中是否有?"1")?,?如不为?"1",?修改?PMC?程序。如正确?,?则用?CNC?的 000~015?号诊断功能来确认?,?查看?000~015?的各项目右边为?1?的项目。例如?OO5 （INTER?LOCK/START?LOCK）?为?"1",?说明输入了互锁?/?启动锁住信号?,?用户便可根据自己使用的互锁信号进行正确编程和 正确设定参数?N03003#3#2#0?。
1?ALTER?修改程序及代码
2?INSRT?插入程序
3?DELET?删除程序
4?EOB?完成一句?(END?OF?BLOCK)
5?CAN?取消(EDIT?或?MDI?MODE?情况下使用)
6?INPUT?输入程序及代码
7?OUTPUT?START?输出程序及指令
8?OFFSET?储存刀具长度、半径补当值
9?AUX?GRAPH?显示图形
10?PRGRM?显示程序内容
11?ALARM?显示发生警报内容或代码
12?POS?显示坐标
13?DGONS?PARAM?显示自我诊断及参数功能
14?RESET?返回?停止
15?CURSOR?光标上下移动
16?PAGE?上下翻页
17?O?程序号码由?O0001~O9999?
18?N?顺序号码由N0001~N9999
19?G?准备功能代码
20?X?坐标轴运动方向指令
21?Y?坐标轴运动方向指令
22?Z?坐标轴运动方向指令
23?H?长度补偿功能代码
24?F?进给(FEED)指令
25?R?圆弧半径指令?
26?M?辅助功能指令
27?S?主轴指速指令
28?T?刀具号码
29?D?半径补偿功能代码?
30?I?.?J?.K?圆弧起点至圆弧中心距离(分别在X,Y,Z轴上)
31?P?子程序调用代码?
32?PROGRAM?PROTECT?程序记忆保护开关?
33?MEMORY?自动执行程序
34?EDIT?编辑
35?MDI?手动编辑
36?SINGL?BLOCK?单句执行
37?BLOCK?DELET?指定不执行单句程序?(与?/?键共享)
38?OPT?STOP?选择性停止?(与M01码共享)
39?DRY?RUN?空运行
40?PRG?TEST?不执行M.S.T.码指令
41?CYCLE?START?循环动(执行程序)
42?CYCLE?STOP?循环停止(暂停程序)
43?PRG?STOP?程序停止(与M00共享)
44?HOME?返回X.Y.Z.各轴机械原?
45?JOG?手动进给(行位或切削)
46?MPG?手动驱动器
50?HIGH?手动快速进给
51?SPDL?DEC?主轴(RPM)速
52?SPDL?100%?执行程序中Ｓ指令速
53?SPDL?CW?主轴顺时钟转动
54?SPDL?STOP?主轴停止
55?SPDL?CCW?主轴逆时钟转动
56?SPDL?INC?主轴(RPM)增速
57?Z+,Y+,X+?机床X.Y.Z.轴往正方向移动
58?Z-,Y-,X-?机床X.Y.Z.轴往负方向移动
59?4-,4+?机床第四轴
60?TRVRS?执行机床各轴移动指令
61?CLNT?ON?供应切削液
62?CLNT?OFF?停止供应切削液
63?CLNT?AUTO?自动执行供应切削液
64?OVERRIDE?切削速度随控?0--150%
65?EMERGENCY?STOP?紧急停止
66?THERMAL?ALARM?主轴负荷过热报警
67?LUB?ALARM?润滑油不足报警
68?X_MIRROR?IMAGE?X轴镜像加工功能
69?Y_MIRROR?IMAGE?Y轴镜像加工功能
70?RAPID?OVERRIDE?快速行程?控
71?DNC?直接数控：
由于外部接口设备输入程序至数控机床，而又因子控机床本身记忆容量有限，需要执行边读边做(即同时执行收取程序和执行程序指令动作)，称为DNC操作。当完成DNC操作后，数控机床记忆是不存在的，由DNC输入之程序。
72?BACKGROUD?EDIT?背景编程：
(?BG-EDIT?)?当数控机床执行自动(AUTO)加工时，可同时输入或编写另一程序，而不需耍停止操作。
73?MANU?ABS?手动绝对值
74?PROG?RSTAT?程序再起动
75?Z?NEGLT?取消执行Ｚ轴指令
76?AXIS?LOCK?取消执行三轴指令
77?B?第五轴
第二节 SIEMENS数控系统一、840D系统的主要功能与特点
SINUMERK840D是20世纪90年代中期设计的全数字化数控系统，具有高度模块化及规范化的结构，便于操作、编程和监控。
三十年来，西门子凭借在数控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累，不断制造出机床产品的典范之作，为自动化应用提供了日趋完美的技术支持。SINUMERIK 不仅意味着一系列数控产品，其力度在于生产一种适于各种控制领域不同控制需求的数控系统，其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，适于操作、编程和监控。
西门子数控系统技术特征
SINUMERIK 802D
与德国同步的最新技术SINUMERIK 802D将NCK、PLC、HMI集成一体，通过PROFIBUS连接各部件SIMODRIVE 611U 数字驱动系统。可控制4个进给轴、上个数字或模拟主轴；集成大量CNC功能；提供编程模拟及图形循环支持功能，PC卡备份数据，可实现一次编程批量安装。
2,SINUMERIK 840D
SINUMERIK 840D 是西门子数控产品的突出代表。于20世纪90年代推出。它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D 与SINUMERIK 611 数字驱动系统和 SIMATIC S7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。
SINUMERIK 840D 的突出之处在于其不断扩展的特性：
1).NC现在包括神经网络，其自学习，自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。
2).交互式编程是操作简单但功能强大的编辑工具，它给操作人员极大的自由度使零件设计到工件成形的时间大幅度缩短。
3).为便于 PLC编程，开发了S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，用于快速、简单的机械运动及时序的逻辑设计。
4).全新的AUTOTURN软件使车削工件的编程大幅度简化，加工计划也可简单的通过按键生成。
5).在SINUMERIK 840D 和 SIMODRIVE 611 的基础上，只需最少的硬件和软件投资，即可生成易于使用的仿形数字化系统。
3,SINUMERIK 810D
SINUMERIK 810D 是一个全数字化构造的控制器，高集成数字化数控系统，可将CNC和驱动系统集成在一块板子上；可控制5轴或4个进给轴和1个主轴；可实现4轴线性插补；采有SIMATIC S7-300家族紧凑I/O模块；高速加工中的综合运动控制；提供机械扰动补偿等用一个简要的图表对西门子各系统的定位作描述如下：
西门子各系统的性价比较
1) SINUMERIK 802D
具有免维护性能的SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU （面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。
SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来。
模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服电机，为机床提供了全数字化的动力。
通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行动态优化。
SINUMERIK802D集成了内置PLC系统，对机床进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序，简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。
2) SINUMERIK 810D?
在数字化控制的领域中，SINUMERIK 810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上。
快速的循环处理能力，使其在模块加工中独显威力。
SINUMERIK 810D NC软件选件的一系列突出优势可以帮助您在竞争中脱颖而出。例如提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制。
另一个例子是坐标变换功能。固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点。模拟量控制控制模拟信号输出;
刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件。
样条插补功能(A，B，C样条)用来产生平滑过渡；压缩功能用来压缩NC记录；多项式插补功能可以提高810D/810DE运行速度。
温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度。此外，系统还为您提供钻、铣、车等加工循环。 SINUMERIK 840D
3) SINUMERIK 840D
SINUMERIK 840D数字NC系统用于各种复杂加工,它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATIC7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。
SINUMERIK 840D标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。
控制类型采用32位微处理器、实现CNC控制，用于完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制。
机床配置可实现钻、车、铣、磨、切害、冲、激光加工和搬运设备的控制，备有全数字化的SIMDRIVE611数字驱动模块：最多可以控制31个进给轴和主轴．进给和快速进给的速度范围为100-9999mm／min。其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线表插补，这些功能。为加工各类曲线曲面零件提供了便利条件。此外还具备进给轴和主铀同步操作的功能。
操作方式其操作方式主要有AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、示教（TEACH IN） 手动输入运行（MDA）,自动方式：程序的自动运行，加工程序中断后，从断点恢复运行；可进行进给保持及主轴停止，跳段功能，单段功能，空运转。
轮廓和补偿
840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿的进入和退出策略及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿棚测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等。
安全保护功能数控系统可通过预先设黄软极限开关的方法．进行工作区域的限制及程序执行中的进给减速，同时还可以对主铀的运行进行监控。
NC编程
840D系统的NC编程符合DIN 66025标准(德国工业标准)，具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行公制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系统具备1．5兆字节的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。
PLC编程
840D的集成式PLC完全以标准sIMAncs7模块为基础，PLC程序和数据内存可扩展到288KB，u／o模块可扩展副2048个输入／输出点、PLC程序能以极高的采样速率监视数据输入，向数控机床发送运动停止／起动等指令。
操作部分硬件
840D系统提供了标准的PC软件、硬盘、奔腾处理器，用户可在Windows98／2000下开发自定义的界面。此外，2个通用接过RS232可使主机与外设进行通信，用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并联接口完成程序存储、读入及打印工作。
显示部分
840D提供了多沿种的显示功能，用户只需按一下按钮．即可将用户界面从一种语自转换为一种语言，系统提供的话言有巾文、英语、德语、西班牙语、法语、意大利语：显示屏上可显示程序块、电动机轴位置、操作状态等信息。
2.2 西门子数控系统的基本构成?
请参阅：SIEMENS数控系统操作部件
SIEMENS用于数控系统的HMI软件西门子数控系统有很多种型号，首先我们来观察一下802D所构成的实物图，SINUMERIK 802D是个集成的单元，它是由NC以及PLC和人机界面（HMI）组成，通过PROFIBUS总线连接驱动装置以及输入输出模板，完控制功能。
而在西门子的数控产品中最有特点，最有代表性的系统应该是840D系统。因此，我们可以通过了解西门子840D系统，来了解西门子数控系统的结构。首先通过以下的实物图观察840D系统。
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2.1西门子810D系统的结构组成
（请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）
SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。
图3－1西门子数控系统基本构成
1,人机界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成 MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC,MCP(Machine Control Panel)三部分。MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。
（1）、MMC(Man Machine communication)
最常用的MMC有两种：MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2,而为SINUMERIK840D配MMC103.PCU(PC UNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70,PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103,可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。PCU的软件被称作HMI,
HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI.
（2）、OP(Operation pannel)
OP单元一般包括一个10.4〞TFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如,OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最为常用。
（3）、MCP(Machine control pannel)
MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定。
对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。
2,NCU(Numerical control unit)数控单元
SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元（在810D中称为CCU（compact control unit））：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板,一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成.
根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。
3,数字驱动
（请参阅：Simodrive 611 Universal 产品介绍）
数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成。
SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。
电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。
611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。
4,PLC模块
SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。
电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。
接口模块（IM）是用于级之间互连的。
信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。
第三节 华中数控系统一、华中数控系统介绍企业简介
华中数控系统有限公司成立与1995年，由华中理工大学，国家科技部，湖北省。武汉市科委，武汉市东胡高新技术开发区，香港大同工业设备有限公司等政府部门和企业共同投资组建。近几年来，公司都以300%的速度迅猛发展。
公司在“八五”期间，承担了多项国家数控攻关重点课题，取得了一大批重要成果。其中“华中I型数控系统”在国内率先通过技术鉴定，在同行业中处于领先地位，被专家评定为“重大成果”、“多项创新”、“国际先进”。该项目同时还获得了国家863的重点支持。1997年，华中I型数控系统被国家科技部列入1997年度国家新产品计划（742176163004）”和“九五国家科技成果重点推广计划指南项目（98020104A）”。
产品简介华中I型(HNC-1)高性能数控系统主要特点,
1:以通用工控机为核心的开放式体系结构系统采用基于通用32位工业控制机和DOS平台的开放式体系结构，可充分利用PC的软硬件资源，二次开发容易，易于系统维护和更新换代、可靠性好。
2:独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术处于国际领先水平的曲面直接插补技术将目前CNC上的简单直线,圆弧差补功能提高到曲面轮廓的直接控制，可实现高速、高效和高精度的复杂曲面加工。采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能，具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能，图形显示形象直观。
系统配套能力强公司具备了全套数控系统配套能力。系统可选配本公司生产的HSV-11D交流永磁同步伺服驱动与伺服电机、HC5801/5802系列步进电机驱动单元与电机、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驱动器与步进电机和国内外各类模拟式、数字式伺服驱动单元。
华中-2000型高性能数控系统是面向21世纪的新一代数控系统 华中-2000型数控系统 (HNC-2000) 是在国家八· 五科技攻关重大科技成果----华中I型(HNC-1)高性能数控系统的基础上开发的高档数控系统。该系统采用通用工业PC机、TFT真彩色液晶显示器，具有多轴多通道控制能力和内装式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用。具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的优点，是适合中国国情的新一代高性能、高档数控系统。
HNC-1M铣床、加工中心数控系统
HNC-1M铣床、加工中心数控系统采用以工业PC机为硬件平台，DOS及其丰富的支持软件为软件平台的技术路线，使得系统具有可靠性好，性能价格比高，更新换代和维护方便，便于用户二次开发等优点。系统可与各种3~9轴联动的铣床、加工中心配套使用。系统除具有标准数控功能外，还内设二级电子齿轮、内装式可编程控制器、双向式螺距补偿、加工断点保护与恢复、故障诊断与显示功能。独创的三维曲面直接插补功能，极大简化零件程序信息和加工辅助工作。此外，系统使用汉字菜单和在线帮助，操作方便，具有三维仿真校验及加工过程动态跟踪能力，图形显示形象直观。
HNC-1T车床数控系统可与各种数控车床、车削加工中心配套使用。该系统以32位工业PC机为控制机，其处理能力、运算速度、控制精度、人机界面及图形功能等方面均较目前流行的车床数控系统有较大的提高。系统具有类似高级语言的宏程序功能，可以进行平面任意曲线的加工。系统操作方便，性能可靠，配置灵活，功能完善，具有良好的性能价格比。
武汉华中数控股份有限公司创立于1994年，注册资本6506万元,
公司的英文全称为：Wuhan Huazhong Numerical Control co.,ltd
主导产品数控系统：具有自主版权的华中I型数控系统荣获了国家科技进步二等奖和国家教委科技进步一等奖；具有自主知识产权的华中“世纪星”高、中、低端系列数控系统产品，年销售近万台套，与国内数十家著名主机厂实现了批量配套，其中五轴联动数控产品打破国外技术封锁，成为我国军工企业选用的首台全国产化高档数控设备。
伺服驱动：具有自主知识产权的数字交流伺服驱动单元和主轴伺服驱动单元系列产品。伺服电机与伺服主轴：具有自主知识产权的GK6、GK7全系列永磁同步交流伺服电机和GM7系列交流伺服主轴实现了批量生产，成为目前国内唯一拥有成套核心技术自主知识产权（包括数控系统、伺服单元和电机、主轴单元及主轴电机等）和自主配套能力的企业。
红外热像仪：具有自主知识产权的焦平面红外热像仪广泛应用于电力、化工、冶金、科研、石化、热力、消防、军工、建筑等行业，主要作为海关、机场、消防、探测、控制等检测设备。
公司十个产品获得国家级重点新产品称号，形成车床、铣床、加工中心、仿形、轧辊磨、非圆齿扇插齿机、齿条插齿机、镗床、激光加工、玻璃机械、纺织机械、医疗机械等40多个数控系统应用品种。
技术实力公司有一支精干的专门从事产品市场服务和支持的技术团队，80%员工具有大学以上学历，还有近百名硕士、博士研究生常年在公司从事前沿技术研究和开发。公司与华中科技大学共同组建了全国唯一的具有最高专业学术研究水准的国家数控系统工程技术研究中心，被国家科技部命名为“国家高新技术产业化基地”，以公司业绩为背景申报的国家发改委制造装备数字化国家工程研究中心被批准立项。
2005年公司被评为湖北省第二届科技创新明星企业、湖北省首届优秀软件企业，华中世纪星数控系统软件V6被评为国家和湖北省优秀软件产品。 2006年4月，中宣部将华中数控作为创新型国家建设的典型，组织了中央电视台、新华社、人民日报等12家媒体，对华中数控在自主创新打破国外封锁、产学研结合推进科技成果转化方面的成果进行了集中采访报道。2006年8月，国家科技部、国务院国资委、全国总工会将本公司列入全国103家开展创新型企业试点工作企业。
产业基地
2001年9月，华中数控告别了校园,整体迁入大学科技园现代化的产业化新基地。新基地建筑工程投资规模9000多万元，建筑面积11600平方米，拥有高性能数控系统产业化示范生产线，先进的研发中心和质检中心，形成了年产10000台套高性能数控系统的生产能力。华中数控产业基地的建成投产，标志着我国数控系统产业化迈上了一个新台阶。
领导关怀华中数控的发展受到国家和地方领导的关怀和重视。胡锦涛总书记、中共中央政治局常委李长春等国家领导纷纷关注着华中数控的发展，原湖北省委书记俞正声、教育部部长周济、科技部部长徐冠华、原共青团中央第一书记周强、湖北省委书记罗清泉、湖北省省长李鸿忠、发改委副主任陈德铭、张国宝、教育部副部长袁贵仁、原武汉市市长李宪生等领导亲临公司视察；参加“国家高新技术开发区市长论坛会”的50多名市长来到公司后，对公司的发展给予高度评价。人民日报、经济日报、中国经济导报、中国机电日报、湖北日报、中国机床工具报、湖北电视台等媒体多次对华中数控产业化进程进行了专门报道，中国机床工具工业协会将华中数控的发展列入了1998年、2001年“中国机床工具行业的十大新闻”。华中数控的品牌和知名度在国内大幅上升。
二、华中数控系统的特点以通用工控机为核心的开放式体系结构；
独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术；
系统配套能力强。
三、华中数控系统典型系列
1.“华中Ⅰ型”数控系统低层网络数控内核；
上层网络数控集成开发环境；
2.华中---2000型高性能数控系统
3.华中“世纪星”系列数控系统华中“世纪星”数控系统是在华中I型、华中2000系列数控系统的基础上，满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的要求而开发的数控系统。华中“世纪星“系列数控单元(HNC—2lT、HNC—21／22M)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置7.5＂或9.4＂彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。主要应用于车、铣、加工中心等各种机床控制。
HNC---21/22数控系统的功能
HNC—21／22M铣削系统功能介绍如下：
最大联动铀数为4轴：
可选配备种类型的脉冲式、模拟式交流伺服驱动单元或步进电机驱动单元以及H5v系列串口式伺服驱动单元。
除标准机床控制面板外，配置40路光电隔离开关量输入和32路开关量输出接口、 手持单元接口、主铀控制与编码器接口。还可扩展远程128路输入／128路输出端子板。
采用7．5”彩色液晶显示器(分辨率为640 x 480)，全汉字操作界面、故障诊断 与报警、多种形式的图形加工轨迹显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用。
采用国际标准G代码编程，与各种流行的ＣAD／CAM自动编程系统兼容具有直线、圆弧、螺旋线、固定循环、旋转、缩放、镜像、刀具补偿、宏程序等功能。
小线段连续加工功能．特别适合于CAD／CA M设计的复杂模具零件加工。
加工断点保存／恢复功能，方便用户使用。
反向间隙和申、双向螺距误差补偿功能：
超大程序加工能力，不需DNC，配置硬盘可直接加工单个局达2GB的G代码程序;
内置RS232通信接口．轻松实现机床数据通信技术规格部件连接目前，华中数控系统（华中Ⅰ型、华中2000型和华中“世纪星”数控系统）已成为国内主要型号数控系统之一，有近两千套应用于国内机械、汽车、能源、航空航天、教育等行业，取得了显著的社会、经济效益。主要用户有：北京第一机床厂、北京第三机床厂、齐齐哈尔第一机床厂、齐齐哈尔第二机床厂、武汉重型机床厂、青海第一机床厂、青海第二机床厂、桂林机床股份有限公司、长江机床厂、汉川机床厂、汉川工具厂、武汉机床厂、武汉第四机床厂、常柴股份有限公司和东方电机股份有限公司等50多家单位。
第四节 数控系统的抗干扰一、干扰的形式与来源供电条件非常恶劣；
严重的噪声环境；
来自空间的干扰；
工业环境的温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体及其他损害，都会影响数控系统可靠性。
二、数控系统的抗干扰
1.电源的抗干扰数控系统的故障，绝大多数来自于电源噪声和电源故障本身。
允许电网电压的波动为－15％～＋10％；
允许电网频率波动为±2％；
允许电网电压动态恢复时间≤5ms；
2.屏蔽远离技术屏蔽干扰源使用双绞线和电缆阻止耦合干扰的侵入。
3.接地一般电子系统和控制系统的“地”有两种：系统基准地和大地。
系统基准地是指信号回路的基准导体，如直流电源的零线、高频装置的底板，为系统各部分提供一个基准电位，又称为虚地或系统地。
常见接地方式：
保护接地；
系统接地浮地方式；
共地方式；
电容接地方式
（3）屏蔽接地
4.抗干扰设计
（1）印制板的安排与布局数控装置的结构分为：大板结构和小板模块结构
（2）系统总线的抗干扰设计
（3）器件的优化
5.环境温度和湿度要求
6.系统上电自诊断
Watchdog和电源掉电检测
watchdog timer,是一个定时器电路,一般有一个输入,叫喂狗,一个输出到MCU的RST端,MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端,给 WDT 清零,如果超过规定的时间不喂狗,(一般在程序跑飞时),WDT 定时超过,就回给出一个复位信号到MCU,是MCU复位,防止MCU死机,看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说PC指针不能回来。那么定时时间到后就会使单片机复位
直线插补时，每个小直线段与给定直线重合，不会造成轨迹误差。
直线函数法
CPU主要担负数控有关的数据处理和实时控制任务。
数据处理包括译码、刀补、速度处理。
实时控制包括插补运算和位置控制以及对各种辅助功能的控制。
如：上一级计算机、移动硬盘、可移动磁盘、录音机等。
系统的管理部分包括输入、I/O处理、显示和诊断。
系统的控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制。
内环为速度环，
外环为位置环
0.01～0.001mm
转子的转角与输入的脉冲个数成正比；
转速与电脉冲频率成正比；
转子方向取决于步进电动机定子绕组的通电顺序。
步距误差主要由步进电动机齿距制造误差，定子和转子气隙不均匀，各相电磁转矩不均匀等因素造成。
TTL集成电路和
CMOS集成电路
具有检测精度高、抗干扰性强、寿命长、维护方便、成本低、工艺性好等优点。
bcd码也叫8421码就是将十进制的数以8421的形式展开成二进制，大家知道十进制是0～9十个数组成，着十个数每个数都有自己的8421码,
0＝0000
1＝0001
2＝0010
3＝0011
4＝0100
5＝0101
6＝0110
7＝0111
8＝1000
9＝1001
举个例子,
321的8421码就是
3 2 1
0011 0010 0001
