cnc系統的輸入設備有哪些

A. CNC系統是怎麼回事

計算機數控（Computerized numerical control,簡稱CNC）系統是用計算機控制加工功能，實現數值控制的系統。CNC系統根據計算機存儲器中存儲的控製程序，執行部分或全部數值控制功能，並配有介面電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統。 CNC系統由數控程序、輸入裝置、輸出裝置、計算機數控裝置（CNC裝置）、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸驅動裝置和進給（伺服）驅動裝置（包括檢測裝置）等組成。 CNC系統的核心是CNC裝置。由於使用了計算機，系統具有了軟體功能，又用PLC代替了傳統的機床電器邏輯控制裝置，使系統更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易於實現復雜的數控功能，使用、維護也方便，並具有與上位機連接及進行遠程通信的功能。基本構成目前世界上的數控系統種類繁多，形式各異，組成結構上都有各自的特點。這些結構特點來源於系統初始設計的基本要求和工程設計的思路。例如對點位控制系統和連續軌跡控制系統就有截然不同的要求。對於T系統和M系統，同樣也有很大的區別，前者適用於回轉體零件加工，後者適合於異形非回轉體的零件加工。對於不同的生產廠家來說，基於歷史發展因素以及各自因地而異的復雜因素的影響，在設計思想上也可能各有千秋。例如，美國Dynapath系統採用小板結構，便於板子更換和靈活結合，而日本FANUC系統則趨向大板結構，使之有利於系統工作的可靠性，促使系統的平均無故障率不斷提高。然而無論哪種系統，它們的基本原理和構成是十分相似的。 數控系統一般整個數控系統由三大部分組成，即控制系統，伺服系統和位置測量系統。控制系統按加工工件程序進行插補運算，發出控制指令到伺服驅動系統；伺服驅動系統將控制指令放大，由伺服電機驅動機械按要求運動；測量系統檢測機械的運動位置或速度，並反饋到控制系統，來修正控制指令。這三部分有機結合，組成完整的閉環控制的數控系統。 控制系統主要由匯流排、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器邏輯控制單元以及數據輸入/輸出介面等組成。最新一代的數控系統還包括一個通訊單元，它可完成CNC、PLC的內部數據通訊和外部高次網路的連接。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統主要是採用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。 硬體結構數控系統的硬體由數控裝置、輸入/輸出裝置、驅動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過I/O介面互連。 數控裝置是數控系統的核心，其軟體和硬體來控制各種數控功能的實現。 數控裝置的硬體結構按CNC裝置中的印製電路板的插接方式可以分為大板結構和功能模塊（小板）結構；按CNC裝置硬體的製造方式，可以分為專用型結構和個人計算機式結構；按CNC裝置中微處理器的個數可以分為單微處理器結構和多微處理器結構。 （1）大板結構和功能模板結構 數控系統1）大板結構 大板結構CNC系統的CNC裝置由主電路板、位置控制板、PC板、圖形控制板、附加I/O板和電源單元等組成。主電路板是大印製電路版，其它電路板是小板，插在大印製電路板上的插槽內。這種結構類似於微型計算機的結構。 2）功能模塊結構 （2）單微處理器結構和多微處理器結構 1）單微處理器結構 在單微處理器結構中，只有一個微處理器，以集中控制、分時處理數控裝置的各個任務。 2）多微處理器結構 隨著數控系統功能的增加、數控機床的加工速度的提高，單微處理器數控系統已不能滿足要求，因此，許多數控系統採用了多微處理器的結構。若在一個數控系統中有兩個或兩個以上的微處理器，每個微處理器通過數據匯流排或通信方式進行連接，共享系統的公用存儲器與I/O介面，每個微處理器分擔系統的一部分工作，這就是多微處理器系統。 軟體結構CNC軟體分為應用軟體和系統軟體。CNC系統軟體是為實現CNC系統各項功能所編制的專用軟體，也叫控制軟體，存放在計算機EPROM內存中。各種CNC系統的功能設置和控制方案各不相同，它們的系統軟體在結構上和規模上差別很大，但是一般都包括輸入數據處理程序、插補運算程序、速度控製程序、管理程序和診斷程序。 （1）輸入數據處理程序 它接收輸入的零件加工程序，將標准代碼表示的加工指令和數據進行解碼、數據處理，並按規定的格式存放。有的系統還要進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常，輸入數據處理程序包括輸入、解碼和數據處理三項內容。 （2）插補計算程序 CNC系統根據工件加工程序中提供的數據，如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據運算結果，分別向各坐標軸發出進給脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統驅動工作台或刀具作相應的運動，完成程序規定的加工任務。 CNC系統是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此應該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關鍵。 (3)速度控製程序 速度控製程序根據給定的速度值控制插補運算的頻率，以保預定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅動系統失步。 (4)管理程序 管理程序負責對數據輸入、數據處理、插補運算等為加工過程服務的各種程序進行調度管理。管理程序還要對面板命令、時鍾信號、故障信號等引起的中斷進行處理。 (5)診斷程序 診斷程序的功能是在程序運行中及時發現系統的故障，並指出故障的類型。也可以在運行前或故障發生後，檢查系統各主要部件（CPU、存儲器、介面、開關、伺服系統等）的功能是否正常，並指出發生故障的部位。 編輯本段基本分類運動軌跡分類（1）點位控制數控系統 數控系統控制工具相對工件從某一加工點移到另一個加工點之間的精確坐標位置,而對於點與點之間移動的軌跡不進行控制，且移動過程中不作任何加工。這一類系統的設備有數控鑽床、數控坐標鏜床和數控沖床等。 （2）直線控制數控系統 不僅要控制點與點的精確位置，還要控制兩點之間的工具移動軌跡是一條直線，且在移動中工具能以給定的進給速度進行加工，其輔助功能要求也比點位控制數控系統多，如它可能被要求具有主軸轉數控制、進給速度控制和刀具自動交換等功能。此類控制方式的設備主要有簡易數控車床、數控鏜銑床等。 （3）輪廓控制數控系統 這類系統能夠對兩個或兩個以上坐標方向進行嚴格控制，即不僅控制每個坐標的行程位置，同時還控制每個坐標的運動速度。各坐標的運動按規定的比例關系相互配合，精確地協調起來連續進行加工，以形成所需要的直線、斜線或曲線、曲面。採用此類控制方式的設備有數控車床、銑床、加工中心、電加工機床和特種加工機床等。 伺服系統分類按照伺服系統的控制方式，可以把數控系統分為以下幾類： （1）開環控制數控系統 這類數控系統不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅動元件，如圖3所示。CNC裝置輸出的指令進給脈沖經驅動電路進行功率放大，轉換為控制步進電動機各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號，驅動步進電動機轉動，再經機床傳動機構(齒輪箱，絲杠等)帶動工作台移動。這種方式控制簡單，價格比較低廉，被廣泛應用於經濟型數控系統中。 （2）半閉環控制數控系統 位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作台的實際運行位置(直線位移)，並將其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制，其控制框圖如圖4所示。由於閉環的環路內不包括絲杠、螺母副及機床工作台這些大慣性環節，由這些環節造成的誤差不能由環路所矯正，其控制精度不如閉環控制數控系統，但其調試方便，可以獲得比較穩定的控制特性，因此在實際應用中，這種方式被廣泛採用。 （3）全閉環控制數控系統 位置檢測裝置安裝在機床工作台上，用以檢測機床工作台的實際運行位置(直線位移)，並將其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由於它將絲杠、螺母副及機床工作台這些大慣性環節放在閉環內，調試時，其系統穩定狀態很難達到。 功能水平分類（1）經濟型數控系統 又稱簡易數控系統，通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，採用的微機系統為單板機或單片機系統，如：經濟型數控線切割機床，數控鑽床，數控車床，數控銑床及數控磨床等。 （2）普及型數控系統 通常稱之為全功能數控系統，這類數控系統功能較多，但不追求過多，以實用為准。 （3）高檔型數控系統 指加工復雜形狀工件的多軸控制數控系統，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。用於具有5軸以上的數控銑床，大、中型數控機床、五面加工中心，車削中心和柔性加工單元等。工作流程1、輸入：零件程序及控制參數、補償量等數據的輸入，可採用光電閱讀機、鍵盤、磁碟、連接上級計算機的DNC 介面、網路等多種形式。CNC裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和代碼轉換等工作。 2、解碼：不論系統工作在MDI方式還是存儲器方式，都是將零件程序以一個程序段為單位進行處理，把其中的各種零件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度信息(F 代碼)和其他輔助信息(M、S、T代碼等)按照一定的語法規則解釋成計算機能夠識別的數據形式，並以一定的數據格式存放在指定的內存專用單元。在解碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發現語法錯誤便立即報警。 3、刀具補償：刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌跡編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡。目前在比較好的CNC裝置中，刀具補償的工件還包括程序段之間的自動轉接和過切削判別，這就是所謂的C刀具補償。 4、進給速度處理： 編程所給的刀具移動速度，是在各坐標的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據合成速度來計算各運動坐標的分速度。在有些CNC裝置中，對於機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟體的自動加減速等也在這里處理。 5、插補：插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行「 數據點的密化 」。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期內，根據指令進給速度計算出一個微小的直線數據段。通常，經過若干次插補周期後 ，插補加工完一個程序段軌跡，即完成從程序段起點到終點的「數據點密化」工作。 6、位置控制：位置控制處在伺服迴路的位置環上， 這部分工作可以由軟體實現， 也可以由硬體完成。它的主要任務是在每個采樣周期內，將理論位置與實際反饋位置相比較， 用其差值去控制伺服電動機。在位置控制中通常還要完成位置迴路的增益調整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。 7、I/0 處理：I/O 處理主要處理CNC裝置面板開關信號，機床電氣信號的輸入、輸出和控制(如換刀、換擋、冷卻等) 。 8、顯示：CNC裝置的顯示主要為操作者提供方便，通常用於零件程序的顯示、參數顯示、刀具位置顯示、機床狀態顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態和動態圖形顯示。 9、診斷： 對系統中出現的不正常情況進行檢查、定位，包括聯機診斷和離線診斷。 編輯本段應用舉例 常用的數控系統有發那科、西門子、三菱、廣數、華中等數控系統。

B. 數控機床主要構成部件有哪些各實現什麼功能

它是操作人員與數控裝置進行信息交流的工具。
2、控制介質與輸入輸出設備
控制介質是記錄零件加工程序的媒介
輸入輸出設備是CNC系統與外部設備進行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC系統或將調試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質上。
3、
CNC裝置(CNC單元)
組成：計算機系統、位置控制板、PLC介面板，通訊介面板、特殊功能模塊以及相應的控制軟體。
作用：根據輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然後輸出控制命令到相應的執行部件(伺服單元、驅動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內硬體和軟體協調配合，合理組織，使整個系統有條不紊地進行工作的。CNC裝置是CNC系統的核心
4、
伺服單元、驅動裝置和測量裝置
伺服單元和驅動裝置
主軸伺服驅動裝置和主軸電機
進給伺服驅動裝置和進給電機測量裝置位置和速度測量裝置。以實現進給伺服系統的閉環控制。
作用
保證靈敏、准確地跟蹤CNC裝置指令：
進給運動指令：實現零件加工的成形運動（速度和位置控制）。
主軸運動指令，實現零件加工的切削運動（速度控制）
5、
PLC、機床I/O電路和裝置
PLC
(Programmable
Logic
Controller)：用於完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制，它由硬體和軟體組成；
機床I/O電路和裝置：實現I/O控制的執行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進行解碼並轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作
接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經其處理後，輸出指令控制CNC系統的工作狀態和機床的動作。
二、數控機床機械部分：數控機床的主體，是實現製造加工的執行部件。
組成：由主運動部件、進給運動部件（工作台、拖板以及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統工件自動交換系統）和輔助裝置（如排屑裝置等）。

C. CNC裝置由哪幾部分組成各有什麼作用

1、主機，它是數控機床的主體，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。它是用於完成各種切削加工的機械部件。

2、數控裝置，是數控機床的核心，包括硬體（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟體，用於輸入數字化的零件程序，並完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。

3、驅動裝置，它是數控機床執行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。

它在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。

4、輔助裝置，指數控機床的一些必要的配套部件，用以保證數控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作台、數控轉台和數控分度頭，還包括刀具及監控檢測裝置等。

5、編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。

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由於採用計算機替代原先用硬體邏輯電路組成的數控裝置，使輸入操作指令的存儲、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟體來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅動裝置驅動電機或液壓執行元件帶動設備運行。

傳統的機械加工都是用手工操作普通機床作業的，加工時用手搖動機械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產品的精度的。

現代工業早已使用電腦數字化控制的機床進行作業了，數控機床可以按照技術人員事先編好的程序自動對任何產品和零部件直接進行加工了。這就是說的數控加工。數控加工廣泛應用在所有機械加工的任何領域，更是模具加工的發展趨勢和重要和必要的技術手段。

對於大批量生產的零件，使用自動化和半自動化的車床已能實現生產過程的自動化。但是，對於單件、小批量生產的零件，實現自動化一直是個難題。

在過去相當長的一段時間內，總是無法圓滿解決。尤其是在加工形狀復雜的、加工精度要求高的零件，一直在自動化的道路上處於停頓狀態。雖然有些應用仿形裝置解決了一部分，但是實踐證明，仿形車床還是不能徹底地解決這一問題。

數控車床（機床）的出現，為從根本上解決這一問題開辟了廣闊的道路，所以成為機械加工中的一個重要發展方向。

D. 什麼是數控機床由哪幾部分組成

數控機床的基本組成包括加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置。下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要說明。
加工程序載體
數控機床工作時，不需要工人直接去操作機床，要對數控機床進行控制，必

高速數控機床
須編制加工程序。零件加工程序中，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數（進給量主軸轉速等）和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁碟等，通過數控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。
數控裝置
數控裝置是數控機床的核心。現代數控裝置均採用CNC（Computer Numerical Control）形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟體形式實現數控功能，因此又稱軟體數控（Software NC）。CNC系統是一種位置控制系統，它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡，然後輸出到執行部件加工出所需要的零件。因此，數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織，使整個系統協調地進行工作。
1）輸入裝置：將數控指令輸入給數控裝置，根據程序載體的不同，相應有不同的輸入裝置。主要有鍵盤輸入、磁碟輸入、CAD/CAM系統直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC（直接數控）輸入，現仍有不少系統還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。
（1）紙帶輸入方式。可用紙帶光電閱讀機讀入零件程序，直接控制機床運動，也可以將紙帶內容讀入存儲器，用存儲器中儲存的零件程序控制機床運動。
（2）MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它適用於比較短的程序。
在控制裝置編輯狀態（EDIT）下，用軟體輸入加工程序，並存入控制裝置的存儲器中，這種輸入方法可重復使用程序。一般手工編程均採用這種方法。
在具有會話編程功能的數控裝置上，可按照顯示器上提示的問題，選擇不同的菜單，用人機對話的方法，輸入有關的尺寸數字，就可自動生成加工程序。
（3）採用DNC直接數控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中，CNC系統一邊加工一邊接收來自計算機的後續程序段。DNC方式多用於採用CAD/CAM軟體設計的復雜工件並直接生成零件程序的情況。
2）信息處理：輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計算機能識別的信

不同類型的數控機床(13張)
息，由信息處理部分按照控製程序的規定，逐步存儲並進行處理後，通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。CNC系統的輸入數據包括：零件的輪廓信息（起點、終點、直線、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（如換刀、變速、冷卻液開關等），數據處理的目的是完成插補運算前的准備工作。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。
3）輸出裝置：輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控制器的命令接受運算器的輸出脈沖，並把它送到各坐標的伺服控制系統，經過功率放大，驅動伺服系統，從而控制機床按規定要求運動。
伺服與測量反饋系統
伺服系統是數控機床的重要組成部分，用於實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大、整形處理後，轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由於伺服系統是數控機床的最後環節，其性能將直接影響數控機床的精度和速度等技術指標，因此，對數控機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，准確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，並能忠實地執行來自數控裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。
伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅動裝置。
測量元件將數控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來並經反饋系統輸入到機床的數控裝置中，數控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較，並向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。
機床主體
機床主機是數控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作台、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機床相比，數控機床主體具有如下結構特點：
1）採用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結構。通常用提高結構系統的靜剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性，使機床主體能適應數控機床連續自動地進行切削加工的需要。採取改善機床結構布局、減少發熱、控制溫升及採用熱位移補償等措施，可減少熱變形對機床主機的影響。
2）廣泛採用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置，使數控機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統的結構。
3）採用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。
數控機床輔助裝置
輔助裝置是保證充分發揮數控機床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉工作台和數控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。