NumericalcontrolofProductionEquipment生产设备的数字化控制上

NumericalcontrolofProductionEquipment生产设备的数字化控制上第1页/共105页第2页/共105页零件图样程序编制信息载体数控装置主轴转速、转向选择刀具选择、其他功能选择刀架和工作台伺服系统零件反馈系统位移检测机床第3页/共105页1.IntroductionofCNCNumericalcontrol(NC)isaformofprogrammableautomationinwhichtheprocessingiscontrolledbymeansofnumbers,letters,andothersymbols.Thenumbers,letters,andsymbolsarecodedinanappropriateformattodefineaprogramofinstructionsforaparticularwork-partorjob.数控是程序控制的自动化，在数字控制系统中，设备通过数字，字母和符号来编码，以一种合适的格式为每一个特定的零件或工件定义一个程序指令集。

第4页/共105页1.IntroductionofCNCWhenthejobchanges,theprogramofinstructionischanged.ThecapabilitytochangetheprogramiswhatmakeNCsuitableforlowandmediumvolumeproduction.Itismucheasiertowritenewprogramsthantomakemajoralterationsofprocessingequipment.当工件变化时，程序也变化，改变程序的能力也就是适合中小批量生产。写一个新程序比改变大量生产设备要容易的多。

第5页/共105页2.BasiccomponentsofNCAnumericalcontrolsystemconsistsofthefollowingthreebasiccomponents:一个数控系统包含以下三个基本部分：Programmingofinstruction控制程序；Machinecontrolunit机器控制单元Processingequipment加工设备

第6页/共105页2.BasiccomponentsofNCThegeneralrelationshipamongthethreeofthefollowingthreebasiccomponentsisillustratedinfig.2.1.Theprogramisfedintothecontrolunit,whichdirectstheprocessingequipmentaccordingly.三部分的基本关系，由图2.1所示。程序输入到控制单元由送入的程序来引导加工设备的控制。第7页/共105页2.BasiccomponentsofNCTheprogramofinstructionsisthedetailedstep-by-stepcommandsthatdirecttheprocessingequipment.指导程序是一步步详细的指导加工设备的指令。Initsmostcommonform,thecommandsrefertopositionsofamachinetoolspindlewithrespecttotheworktableonwhichthepartisfixtured.通常，指令把主轴上的刀具相对于安装工件的工作台定位。第8页/共105页2.BasiccomponentsofNCMoreadvancedinstructionsincludeselectionofspindlespeeds,cuttingtools,andotherfunctions.更多先进的说明包括主轴的转速，加工工具的选择及其功能。第9页/共105页2.BasiccomponentsofNCTheprogramiscodedonasuitablemediumforsubmissiontothemachinecontrolunit.Themostcommonmediuminuseoverthelastseveraldecadeshasbeen1-in.-widepunchedtape.程序刻在合适的介质中，提交到机器控制单元中，在过去几十年中，最常用的介质是一英寸宽的打孔纸带。第10页/共105页2.BasiccomponentsofNCBecauseofwidespreaduseofthepunchedtape.NCissometimescalled“tape-control”.However,thisisamisnomerinmodernusageofnumericalcontrol.Comingintomorerecentlyhavebeenmagnetictapecassettesandfloppydiskettes.由于打孔纸带的广泛使用，NC有时也叫磁带控制，然而这是现代数控使用的误称。现在进入使用更多的是磁带和软盘。第11页/共105页打孔纸带第12页/共105页2.BasiccomponentsofNCThemachinecontrolunit(MCU)consistsoftheelectronicsandcontrolhardwarethatreadandinterprettheprogramofinstructionandconvertitintomechanicalactionsofmachinetoolorotherprocessingequipment.机器控制单元（MUC）由电子和控制硬件组成，机器控制单元可以读出和执行指令程序，可以自动改变加工工具和其他加工设备。第13页/共105页2.BasiccomponentsofNCTheprocessingequipmentisthethirdbasiccomponentofanNCsystem.Itisthecomponentthatperformsusefulwork.Inmostcommonexampleofnumericalcontrol,onethatperformsmachiningoperations,theprocessingequipmentconsistsofworktableandspindleaswellasthemotorsandcontrolsneededtodrivethem.执行单元是数控系统的第三基础部分，执行原件是有效执行工作的原件，最常见的数控例子，其中的一个加工操作，加工设备由工作台和主轴组成，就像用电动机来驱动一样，加工设备由控制单元来驱动控制系统。第14页/共105页3.TypesofcontrolsystemsTherearetwotypesofcontrolsystemsinnumericalcontrol:point-to-pointandcontouring.Inthepoint-to-pointandsystem,alsocalledpositioning,eachaxisofthemachineisdrivenseparatelybyleadscrewsand,dependingontypesofoperation,atdifferentvelocities.数控有两种基本类型，点对点式和轮廓式控制，点对点式控制也称定位控制，每个轴都是通过丝杠单独驱动，根据加工类型不同，加工速度也不一样。第15页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThemachinemovesinitiallyatmaximumvelocityinordertoreducenonproductivetimebutdecelerateasthetoolreachesitsnumericallydefinedposition.机器开始以最大速度运行来减少非加工时间，但当他达到数据定义的位置时，机器开始减速。第16页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThusinanoperationsuchasdrillingorpunching,thepositioningandcuttingtakeplacesequentially.Aftertheholeisdrilledorpunched,thetoolreacts,movesrapidlytoanotherposition,andrepeatstheoperation.因此在一个操作中，如钻或冲孔操作先定位在加工。在钻或冲孔之后，迅速收起工具移动到另一个位置重复此操作。第17页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThepathfromonepositiontoanotherisimportantinonlyoneaspect:thetimerequiredshouldbeminimizedforefficiency.Point-to-pointsystemareusedmainlyindrilling,punching,andstraightmillingoperations.从一个位置移到另一个位置是非常重要的，要遵循一个原则，从效率上考虑只要时间最短即可。点对点系统主要用于钻，冲孔，直铣操作中。

第18页/共105页3.TypesofcontrolsystemsInthecontouringsystem,alsoknownascontinuouspathsystem,positioningandcuttingoperationsarebothalongcontrolledpathsbutatdifferentvelocities.Becausethetoolcutsasittravelsalongaprescribedpath,accuratecontrolandsynchronizationofvelocitiesandmovementsareimportant.轮廓式也就是连续路径式系统，定位和切削同时按不同速度来控制，由于刀具在指定路线运动的同时进行切削，因此速度和运动的同步控制是非常重要的。

第19页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThecontouringsystemisusedonlathes,millingmachines,grinders,weldingmachinery,andmachiningcenters.轮廓式系统常用于车床铣床磨床焊接设备和加工中心。

第20页/共105页3.TypesofcontrolsystemsMovementalongthepath,orinterpolation,occursincrementally,byoneofseveralbasicmethods.Inallinterpolations,thepathcontrolledisthatthecenterofrotationofthetool.Compensationfordifferenttools,differentdiametertools,ortoolwearduringmachining,canbemadeinNCprogram.沿着路径的运动或以增量插补是几个基本方式的一个，在所有的插补中，要控制刀具的回转中心定位，补偿可以以不同直径及刀具磨损，在数控程序中进行改写。第21页/共105页概念补充插补：根据给定的数学函数，在理想的轨迹式轮廓上的已知点之间，确定一些中间点的一种方法。直线插补圆弧插补复杂曲线实时插补算法刀具半径补偿（CutterCompensation）垂直于刀具轨迹的位移，用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异。

第22页/共105页直线插补图示第23页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThereareanumberofinterpolationschemesthathavebeendevelopedtodealwiththevariousproblemsthatareencounteredingeneratingasmoothcontinuouspathwithacontouring-typeNCsystems.Theyinclude,有一些已形成插补方案来处理数控系统中连续路径和加工系统产生的问题。包括：第24页/共105页3.TypesofcontrolsystemsLinearinterpolation线性插补Circularinterpolation圆弧插补Helicalinterpolation螺旋线插补Parabolicinterpolation抛物线插补Cubicinterpolation

立体插补第25页/共105页3.TypesofcontrolsystemsEachoftheinterpolationprocedurespermitstheprogrammer(oroperator)togeneratemachineinstructionforlinearorcurvilinear

paths,usingarelativelyfewinputparameters.TheinterpolationmoduleintheMCUperformsthecalculationanddirectsthetoolalongthepath.每一种插补程序都允许程序员产生加工指令，适用于输入参数相对少的直线或曲线路径。储存在数控单元中的插补模块计算并指引工具沿计算出的路径运动。第26页/共105页3.TypesofcontrolsystemsLinearinterpolationisthemostbasicandusedwhenastraight-linepathistobegenerateincontinuous-pathNC.线性插补是最基本的插补方法，用于连续路径的数控系统中。Two-axisandthree-axislinearinterpolationroutinesaresometimesdistinguishedinpractice,butconceptuallytheyarethesame.两轴和三轴线性插补路线在实际中有时会有区别，但在概念上他们是一样的。第27页/共105页3.TypesofcontrolsystemsTheprogrammerisrequiredtospecifythebeginningpointandtheendpointofthestraightline，andthefeedratethatistobefollowedalongthestraightline.Theinterpolationcomputesthefeedratesforeachofthetwo(orthree)axesinordertoachievethespecifiedfeedrate.程序员要明确指定直线的起点和终点及沿直线的进给率。插补需计算两轴或三轴的进给速率以达到设定的进给速度。第28页/共105页3.TypesofcontrolsystemsLinearinterpolationforcreatingacircularpathwouldbequiteinappropriatebecausetheprogrammerwouldberequiredtospecifythelinesegmentsandtheirrespectiveendpointsthataretobeusedtoapproximatethecircle.线性插补用来插补圆是不合适的，因为程序员需要明确指定线段部分（线段数量）和各自的终点来近似模拟圆弧。第29页/共105页3.TypesofcontrolsystemsCircularinterpolationschemeshavebeendevelopedthatpermitprogrammingofapathconsistingofacirculararcbyspecifyingthefollowingparametersofthearc:thecoordinatesofitsendpoints,thecoordinatesofitscenter,itsradius,andthedirectionofthecutteralongthearc.圆弧插补法已形成他允许程序编程的路径，使用圆弧只要给定以下参数，圆弧终点坐标，圆心坐标，半径和刀具沿圆弧路径的走刀方向。第30页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThetoolpaththatiscreatedconsistsofaseriousofstraight-linesegments,butthesegmentsarecalculatedbytheinterpolationmoduleratherthantheprogrammer.圆弧插补也是由许多小的直线段来实现的，但这些小线段的参数由插补模块来计算出来的，而不是程序员设定的。第31页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThecutterisdirectedtomovealongeachlinesegmentonebyoneinordertogeneratethesmoothcircularpath.AlimitationofcircularinterpolationisthattheplaneinwhichthecirculararcexistsmustbeaplanedefinedbytwoaxesoftheNCsystem.切削是沿着每一小线段一个一个的进行以产生光滑曲线路径。圆弧插补的局限性是圆弧路径所在平面是由数控系统中两轴所决定的平面。第32页/共105页3.TypesofcontrolsystemsHelicalinterpolationcombinesthecircularinterpolationschemefortwoaxesdescribedabovewithlinearmovementofathirdaxis.Thispermitsthedefinitionofahelicalpathinthree-dimensionalspace.螺旋线插补结合了上述环形插补两轴在第三轴上做线性运动,这样来定义空间三维螺旋路径。第33页/共105页3.TypesofcontrolsystemsParabolicandcubicinterpolationroutinesareusedtoprovideapproximationsoffree-formcurvesusinghigher-orderequations.Theygenerallyrequireconsiderablecomputationalpowerandarenotascommonaslinearandcircularinterpolation.抛物线插补和立方插补法通过高次高程来实现自由曲线。这通常需要有强的计算能力，正因如此，他不如直线插补和环形插补常见。第34页/共105页3.TypesofcontrolsystemsTheirapplicationsareconcentratedintheautomobileindustryforfabricatingdiesforcarbodypanelsstyledwithfreeformdesignsthatcannotaccuratelyandconvenientlybeapproximatedbycombininglinearandcircularinterpolations.他们主要用于汽车工业中具有自由风格的车身板件的装配模具，而这是线性插补和圆弧插补不能精确容易得到的。第35页/共105页3.TypesofcontrolsystemsThemostcommonapplicationofnumericalcontrolisformachinetoolcontrol.ThiswasthefirstapplicationofNCandistodaythemostimportantcommercially.InthissectionwediscussthemachinetoolapplicationsofNCwithemphasisonmetalmachining.数控技术运用于数控机床，这是数控的主要应用。现在主要用于商业。本部分我们仍讨论数控系统特别是金属数控车床的应用。

第36页/共105页4.MachineToolTechnologyforNCMachineToolTechnologyforNC

数控机床技术Eachofthefivemachiningprocessesiscarriedoutonamachinetooldesignedtoperformthatprocess.Turningisaperformedonalathe,drillingisdoneonadrillpress,millingonamillingmachining,andsoon.每种加工过程都可以在设计的专门车床上来实现加工。在车床上车削，在钻床上钻，在铣床上加工。第37页/共105页Thereareseveraldifferenttypesofgrindingoperationswithacorrespondingvarietyofmachinestoperformthem.Numericalcontrolmachinetoolshavebeendesignedfornearlyallofthemachiningprocesses.Thelistincludes:有几种类型的磨削方法也要有相应种类的磨床。被设计的数控磨床可以进行下列加工。包括：第38页/共105页Drillpresses钻加工Millingmachines,verticalspindleandhorizontalspindle铣床，立式和卧式主轴Turningmachines,bothhorizontalaxisandverticalaxis车床，卧式主轴和立式主轴Horizontalandverticalboringmills

卧式和立式镗床Profilingandcontouringmills5.仿形铣床Surfacegrindersandcylindricalgrinders平面磨和圆柱磨第39页/共105页Inadditiontothemachiningprocess,NCmachinetoolshavealsobeendevelopedforothermetalworkingprocesses.Thesemachinesinclude:除了上述几种机械加工方法，数控机床可用于其他金属加工过程包括：Punchpressesforsheetmetalholepunching用于薄片板的金属板上冲孔的冲压机，Pressesforsheetmetalbending用于薄片金属弯曲的折弯机。第40页/共105页Theintroductionofnumericalcontrolhashadapronouncedinfluenceonthedesignandoperationofmachinetools.OneoftheeffectsofNChasbeenthattheproportionoftimespentbythemachinecuttingmetalunderprogramcontrolissignificantlygreaterthanwithmanuallyoperatedmachines.数控技术介入到机加工对机床的设计和运用有着显著的影响。数控影响之一在于程序控制下有效切削金属的时间与传统手动机床相比大得多。第41页/共105页Thiscausescertaincomponents,suchasthespindle,drivegears,andfeedscrews,towearmorerapidly.ThesecomponentsmustbedesignedtolastlongeronNCmachines.所以对于一些零件如主轴、驱动齿轮、进给丝杠磨损更快，这些零件在数控设备上要设计成耐用时间长的。第42页/共105页Second,theadditionoftheelectroniccontrolunithasincreasedthecostofmachine,thereforerequiringhigherequipmentutilization.Insteadofrunningthemachineononlyoneshift,whichwastheconventionwithmanuallyoperatedmachines,NCmachinesareoftenoperatedtwooreventhreeshiftstoobtaintherequiredpayback.第二，增加电子控制单元后设备成本也随之增加，因此需要更高的利用率。取代传统手工操作的一班制，数控机床通常采用两班或三班制来获得更多的回报。第43页/共105页Also,theNCmachinesaredesignedtoreducethetimeconsumedbythenon-processingelementsintheoperationcycle,suchasloadingandunloadingtheworkpart,andchangingtools.Third,theincreasingcostoflaborhavealteredtherelativerolesoftheoperatorandthemachinetool.数控机床的设计中减少了非操作过程的时间如装卸工件和换刀时间。第三，增加的劳动成本由人工成本变为设备成本。第44页/共105页Considertheroleofthehumanoperator.Insteadofbeingthehighlyskilledworkerwhocontrolledeveryaspectofthepartproduction,thetasksoftheoperatorhavebeenreducedtopartloadingandunloading,toolchanging,chipclearing,andthelike.Inthisway,oneoperatorcanoftenruntwoorthreeautomaticmachines.Theroleandfunctionsofthemachinetoolhavealsochanged.考虑到人工操作的角色，角色由技术熟练的工人控制，工件生产的每一个过程变为只控制装卸换刀和清除碎屑和类似的操作，这样一个工人可以同时操作两台或三台车床，机床的角色和功能也改变了。第45页/共105页NCmachinesaredesignedtobehighlyautomaticandcapableofcombiningseveraloperationsinonesetupthatformerlyrequiredseveraldifferentmachines.Thesechangesarebestexemplifiedbyanewtypeofmachinethatdidnotexistpriortotheadventanddevelopmentofnumericalcontrol:themachiningcenter.数控需要设计成高度自动化具有需要在不同车床加工几种操作联合在一起进行一定加工的能力，这些变化是最好的例证，通过一种新型车床加工在数控技术存在之前是不存在的：数控加工中心。第46页/共105页Themachiningcenter,developedinthelate1950s,isamachinetoolcapableofperformingseveraldifferentmachiningoperationsonaworkpartinonesetupunderprogramcontrol.加工中心是在20世纪50年代发展起来的具有在程序控制下在一个工件上一次裝夹完成几种不同的加工能力的机床。第47页/共105页Themachiningcenteriscapableofmilling,drilling,reaming,tapping,boring,facing,andsimilaroperations.Inaddition,thefeaturesthattypicallycharacterizetheNCmachiningcenterincludethefollow:加工中心能完成铣，钻，铰屑，攻丝，镗，车端面及一些类似机加工工作。另外数控加工中心的典型特征包括以下方面：第48页/共105页（1）Automatictool-changingcapability.Avarietyofmachiningoperationsmeansthatavarietyoftoolsisrequired.Thetoolsarecontainedonthemachineinatoolmagazineordrum.自动换刀能力:多种机加工工作意味着需要多种刀具。刀具贝安装在刀库或多刀刀库中。第49页/共105页Whenatoolneedstobechanged,thetooldrumrotatestoproperposition,andanautomatictoolchangingmechanism,operatingunderprogramcontrol,exchangesthetoolinthespindleandthetoolinthedrum.当一把刀需要被调换时，多刀刀座自动旋转到相应的位置上。自动化的换刀机构。在程序控制下进行，把主轴上需换下的刀和多刀刀座上的刀调换。第50页/共105页（2）Automaticworkpartpositioning.Mostmachiningcentershavethecapabilitytorotatethejobrelativetothespindle,therebypermittingthecuttingtooltoaccessfoursurfacesofthepart.工件的自动定位:大多数加工中心都可以使工件沿着主轴旋转因此允许刀具达到工件的四个表面。第51页/共105页Palletshuttle.Anotherfeatureisthatthemachiningcenterhastwo(ormore)separatepalletsthatcanbepresentedtothecuttingtool.托架滑动装置（平板架）:加工中心另一个特点是有两个或多个独立拖板，每个拖板都可以呈给切削刀具。第52页/共105页Whilemachiningisbeingperformedwithonepalletinpositioninfrontofthetool,theotherpalletisinasafelocationawayfromthespindle.Inthisway,theoperatorcanunloadthefinishedpartfromthepriorcycleandfixturetherawworkpartforthenextcyclewhilemachiningisbeingperformedonthecurrentworkpiece.在加工过程中，一个拖板在刀具的前部，另一个拖板在远离主轴的安全位置。这样当机床正在加工当前的零件时。操作人员就可以从上一个工作循环中卸下最终加工好的零件，同时夹紧毛坯用于下一个工作循环。第53页/共105页Machiningcentersareclassifiedasverticalorhorizontal.Thedescriptorreferstoorientationofthemachinetoolspindle.Averticalmachiningcenterhasitsspindleonaverticalaxisrelativetotheworktable,andahorizontalmachiningcenterhasitsspindleonahorizontalaxis.加工中心可以分为立式和卧式。这是参照机床主轴方向来划分的。立式加工中心具有轴线相对工作台垂直的主轴，卧式车床的主轴轴线是水平方向的。第54页/共105页Thisdistinctiongenerallyresultsinadifferenceinthetypeofworkthatisperformedonthemachine.Averticalmachiningcenteristypicallyusedforaflatworkthatrequirestoolaccessfromthetop.Ahorizontalmachiningcenterisusedforcube-shapedpartswheretoolaccesscanbestbeachievedonthesidesofthecube.这种区别通常会导致在这些加工中心加工的零件类型不同。立式加工中心用于以上进刀的平面工作。卧式加工中心用于立体形状，刀具在立体侧面可以进刀。第55页/共105页AnexampleofanNChorizontalmachiningcenter,capableofmanyofthefeaturesdescribedabove,isshowninFig.2.2.一台数控卧式加工中心，例子如图2.2所示，具有上面提到的一些特征。第56页/共105页Thesuccessofthemachiningcenterhasresultedinthedevelopmentofsimilarmachinetoolsforothermetalworkingprocesses.Oneexampleistheturningcenter,designedasahighlyautomatedandversatilemachinetoolforperformingturning,facing,drilling,threading,andrelatedoperations加工中心的成功应用导致了其他类似金属加工机床的发展。例如：在车削中心，把车削加工设计成一个高度自动化万能机床可以完成车削，刨，钻，螺纹加工和类似的操作第57页/共105页DNCandCNCThedevelopmentofnumericalcontrolwasasignificantachievementinbatchandjobshopmanufacturing,frombothatechnologicalandacommercialviewpoint.TherehavebeentwoenhancementsandextensionsofNCtechnology,including：数控的发展在分批生产和加工车间制造中有着重要意义，不管从技术和商业角度来说都有着重要意义。数控有两方面的提高和扩展，包括：

5.DNCandCNC

第58页/共105页Directnumericalcontrol直接数据控制Computernumericalcontrol计算机数字控制(1)DirectnumericalcontrolDirectnumericalcontrolcanbedefinedasamanufacturingsysteminwhichanumberofmachinesarecontrolledbyacomputerthroughdirectconnectionandinrealtime.直接数据控制定义为一个制造系统，一定数量的机床有一台计算机通过直接硬件连线实时控制。第59页/共105页ThetapereaderisomittedinDNC,thusrelievingthesystemofitsleastreliablecomponents.Insteadofusingthetapereader,thepartprogramistransmittedtothemachinetooldirectlyfromthecomputermemory.相应的磁带播放机忽略在直接数控中，这样就消除系统中最不可靠的环节。不用磁带播放机而用电脑信息传给车床。第60页/共105页Inprinciple,onecomputercanbeusedtocontrolmorethan100separatemachines.(OnecommercialDNCsystemduringthe1970sboastedacontrolcapabilityofupto256machinetools.)TheDNCcomputerisdesignedtoprovideinstructionstoeachmachinetoolondemand.Whenthemachineneedscontrolcommands,theyarecommunicatedtoitimmediately.原则上说一台计算机可以控制100台独立机器（DNC系统在1970年称为可控制26台机床）直接数控（DNC）电脑设计成在需要的时候提供指令给每一台机床，当机床需要控制指令时，计算机立即发送指令给机床。第61页/共105页Fig.2.3illustratesthegeneralDNCconfiguration.Thesystemconsistsoffourcomponents.图2.3说明了DNC的基本配置。这个系统包括4部分：Centralcomputer中央计算机Bulkmemory,whichstorestheNCpartsprograms大量内存，用于存放数控程序Telecommunicationlines通信线Machinetools机床刀具第62页/共105页Thecomputercallsthepartprograminstructionsfrombulkstorageandsendsthemtotheindividualmachinesastheneedarises.Italsoreceivesdatabackfromthemachines.计算机从海量内存中取出部分程序指令送入到需要的独立机床中。相应的计算机也接受机床反馈信息。第63页/共105页Thistwo-wayinformationflowoccursinrealtime,whichmeansthateachmachine'srequestsforinstructionsmustbesatisfiedalmostinstantaneously.这种双通道的信息流在实时控制加工系统中出现，意味着每台机床需要指令的请求能立即得到回应。第64页/共105页Similarly,thecomputermustalwaysbereadytoreceiveinformationfromthemachinesandtorespondaccordingly.TheremarkablefeatureoftheDNCsystemisthatthecomputerisservicingalargenumberofseparatemachinetoolsallinrealtime.类似的，计算机必须总是要准备要接受信息和进行回应。DNC系统显著特点是：可以实时控制大量机床。第65页/共105页Dependingonthenumberofmachinesandthecomputationalrequirementsthatareimposedonthecomputer,itissometimesnecessarytomakeuseofsatellitecomputer,asshowninFig.2.4.这取决于机器数量和对计算机的需要程度，有时需要使用卫星式计算机如图2.4所示。第66页/共105页Thesesatellitearesmallercomputer,andtheyservetotakesomeoftheburdenoffthelargercentralcomputer.Eachsatellitecontrolsseveralmachines.卫星计算机是更小的计算机，可以分担中央计算任务，减轻其负担。每台卫星控制几台机床。第67页/共105页Groupsofpartprograminstructionsarereceivedfromthecentralcomputerandstoredinbuffers.Theyarethendispensedtotheindividualmachinesasrequired.Feedbackdatafromthemachinesarealsostoredinthesatellite'sbufferbeforebeingcollectedatthecentralcomputer.零件加工指令程序由计算机接受，储存在内存中。当需要时卫星计算机发送指令程序到每个独立机床中。来自机床的反馈数据在电脑中央存储接受之前存储在卫星内存中。第68页/共105页（2）Computernumericalcontrol

计算机数字控制SincetheintroductionofDNC,therehavebeendramaticadvancesincomputertechnology.Thephysicalsizeandcostofadigitalcomputerhavebeensignificantlyreducedatthesametimethatitscomputationalcapabilitieshavebeensubstantiallyincreased.由于DNC技术的介入，在计算机技术上得到了很大的发展。计算机在尺寸和成本显著减少的同时，计算机的能力却有很大的提高。第69页/共105页Innumericalcontrol,theresultoftheseadvanceshasbeenthatthelargehard-wiredMCUsofconventionalNChavebeenreplacedbycontrolunitsbasedonthedigitalcomputer.Initially,minicomputerswereutilizedintheearly1970s.Asfurtherminiaturizationoccurredincomputers,minicomputerswerereplacedbytoday'smicrocomputers.在数控中，这些发展使得由硬件布置的MCU变为数字电脑控制的控制单元。早在20世纪70年代初，小型电脑已经被应用。随着计算机进一步小型化，小型机被当今的微型机取代。第70页/共105页ComputernumericalcontrolisanNCsystemusingdedicatedmicrocomputerasthemachinecontrolunit.BecauseadigitalcomputerisusedinbothCNCandDNC,itisappropriatetodistinguishbetweenthetwotypesofsystem.计算机控制也是一种数字控制，它采用微型计算机作为控制单元。由于数字电脑用于CNC和DNC中，只近似区分为两种类型。第71页/共105页Therearethreeprincipaldifferences:有三个区分原则：DNCcomputersdistributeinstructionaldatato,andcollectdatafrom,alargenumberofmachines.CNCcomputercontrolonlyonemachine,orasmallnumberofmachines.DNC电脑接受和发送的指令数据都是来自许多机器，CNC电脑控制只是一个机器或多个机器。第72页/共105页DNCcomputersoccupyalocationthatistypicallyremotefromthemachinesundertheircontrol.CNCcomputersarelocatedveryneartheirmachinetool.DNC电脑占有一个位置通过控制来实现机器的旋转。CNC电脑要非常靠近车床。第73页/共105页DNCsoftwareisdevelopednotonlytocontrolindividualpiecesofproductionequipment,butalsotoserveaspartofamanagementinformationsysteminthemanufacturingsectorofthefirm.CNCsoftwareisdevelopedtoaugmentthecapabilitiesofaparticularmachinetool.DNC软件的发展不仅可以控制生产设备的每个单独零件，还可以为公司的制造部门提供主要一个信息管理系统。CNC软件的提高可以提高特殊车床的能力。第74页/共105页ThegeneralconfigurationofacomputernumericalcontrolsystemispicturedinFig.2.5.Asillustratedinthediagram,thecontrollerhasatapereaderforinitialentryofapartprogram.Inthisregard,theoutwardappearanceofaCNCsystemissimilartothatofaconventionalNCsystemthepunchedtapeiscycledthroughthetapereaderforeachworkpartinthebatch.电脑数控系统的大体配置如图2.5所示。如图中所示，最初进入控制器的是磁带播放机。这样CNC的外部系统与传统的NC机相似,尽管在工件的批量加工中穿孔纸带的循环通过读带机来完成。第75页/共105页TheMCUreadsinablockofinstructionsonthetape,executingthatblockbeforeproceedingtothenextblock.机器控制单元（MCU）读取磁带上的一段指令，在进行下一段指令读取之前执行该段指令。InCNC,theentireprogramisenteredonceandstoredincomputermemory.在CNC中，整段程序一次性输入并存储到计算机内存中。第76页/共105页Themachiningcycleforeachpartiscontrolledbytheprogramcontainedinmemoryratherthanfromthetapeitself.每个工件的加工循环都由包含在内存中的程序来控制，而非磁带本身。Controlalgorithmscontainedinthecomputerconvertthepartprograminstructionsintoactionsofthemachinetool(orotherprocessingequipment).控制算法将包含的零件程序指令转变为机床（或其他加工设备）的加工动作。第77页/共105页Certainfunctionsarecarriedoutbyhard-wiredcomponentsintheMCU.Forexample,circularinterpolationcalculationsareoftenperformedbyhard-wiredcircuitsratherthanbystoredprogram.特定的功能是通过MCU中硬件连线执行的。例如，环形插补算法通常是通过硬件电路而不是存储的程序来执行。Also,ahardwareinterfaceisrequiredtomaketheconnectionswiththemachinetoolservosystems.同时，需要硬件接口建立于机床伺服系统的连接。第78页/共105页(3)featuresofCNCcontrolCNC控制的特征Inprevioustheimportantfeaturesandfunctionsofthemachinecontrolunitinnumericalcontrolweredescribed.前面的部分已经将机器控制单元（MCU）在数字化控制中，所体现的重要特征和功能进行了描述。第79页/共105页CNChaspossibleadditionalfeaturesbeyondwhatisnormallyfoundinaconventionalhard-wiredMCU.Someoffeaturesincludethefollowing:CNC除了具有传统硬件连接MCU特点之外，还有一些另外的特征。包含如下一些功能：第80页/共105页1)Storageofmorethanonepartprogram.Withimprovementsincomputertechnology,manyofthenewerCNCcontrollershavealargeenoughcapacitytostoremorethanasingleprogram.Thistranslatesintothecapabilitytostoreeitheroneverylargeprogramorseveralsmallandmedium-sizedprograms.存储多于一条零件程序。随着计算机技术的发展，许多新的心的CNC控制器具有存储超过一条程序的存储能力。这个可以解释为存储一条大型程序和若干小型程序和中等规模程序的能力。第81页/共105页2)Useofdiskettes.Thereisagrowinguseoffloppydisksforpartprogramsinmanufacturing.Thecapacityofan8-in.disketteistheapproximateequivalentof8,000ftofpunchedtape.磁盘的使用。在制造中，用软盘来存储零件程序的方法呈上升趋势。一个8英寸磁盘的容量近似等于八千条穿孔带。第82页/共105页Becauseofthismoremodernstoragetechnology,manyCNCcontrollershavetheoptionalcapabilitytoreadinprogramsstoredondisksaswellaspunchedtape.由于这种更现代的存储技术，许多CNC控制器可以选择在读取磁盘中存储的程序，也可以在穿孔带上读取程序。第83页/共105页3)Programseditingatthemachinetoolsite.Todealwiththemistakesinpartprogramming,CNCsystemspermittheprogramtobeeditedwhileitisincomputermemory.程序在机床站点的编制。为处理零件程序中的错误，CNC系统允许对计算机内存中的程序进行编辑。第84页/共105页Hence,theprocessoftestingandcorrectingtheprogramcanbedoneentirelyatthemachinesiteratherthanreturningtotheprogrammingofficeintheshoptomakethetapecorrections.因此，程序的测试和修改工作完全可以在机床工作站进行，而不必返回车间中的编程室来修改磁带。第85页/共105页Inadditiontopartprogramcorrections,editingcanalsobedonetooptimizethecuttingconditionsofthemachiningcycle.除了零件程序的修改之外，也可以进行加工循环中切削条件优化的编辑。第86页/共105页Aftercorrectingandoptimizingtheprogram,atapepunchcanbeconnectedtotheCNCcontrollerinordertoobtainarevisedversionofthetapeforfutureuse.当程序修正并优化之后，为了在将来的使用中获得修正过的版本，穿孔带可以与CNC控制器连接。第87页/共105页4）Fixedcyclesandprogrammingsubroutines.TheincreasedmemorycapacityandtheabilitytoprogramthecontrolcomputerinCNCprovidestheopportunitytostorefrequentlyusedmachiningcyclesinmemorythatcanbecalledbythepartprogram.固定的循环和子程序编制。不断提高的内存能力和对CNC中控制计算机的编程能力，为在内存中存储加工循环常用的零件程序提供了机会。第88页/共105页Insteadofwritingtheinstructionsfortheparticularcycleintoeveryprogram,acodeiswrittenintotheprogramtoindicatethatthecycleshouldbeexecuted.一个写进程序的代码可以指示循环应该执行的部分，代替了为每一个程序中每一个特定循环写指令。第89页/共105页Someofthesecyclesrequirethedefinitionofcertainparametersinordertoexecute.Anexampleisaboltholecircle,inwhichthediameterofth