数控装置(CNC)

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概 述
数控装置是机床数控系统的核心，并对其在系统中的主要作用了解，由于它在整个系统中的重要性。
一、CNC 装置的组成
6 A# R5 i+ i. _8 i从自动控制的角度来看，CNC 系统是一种位置（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件 ( 各运动轴 ) 的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。
+ u4 `- O' {3 n从外部特征来看，CNC 系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。

8 g8 ?7 C& D% W. C  Y/ u. j图5-1 CNC系统硬件的层次结构
( N: U1 D- {1 L: ]1 、CNC 系统硬件的层次结构
; w% m" }+ h  u3 e/ R由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。 2 、CNC 系统软件的功能结构
从本质特征来看，CNC系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统。从功能特征来看，专用操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC系统活的灵魂。
+ q6 E, a4 a- f9 ?9 I, C其结构框图如图5-2 所示。

) G( n4 p2 ~) [( @3 h# c3 、CNC 硬件软件的作用和相互关系
% f. W7 y: r" s& \硬件是基础，软件是灵魂
8 c* k$ M+ T% j' K6 w; {$ ^CNC 装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。
0 h9 R& V& J' rCNC 系统的硬件和软件构成了CNC 系统的系统平台，如图5-3 所示。

& m% k4 \3 ?/ V该平台有以下两方面的含义：
' ]& c  X' j- C$ i9 L提供 CNC 系统基本配置的必备功能；
: K0 g3 Q& V8 Q" C( L在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。
二、CNC 装置的优点
1 、具有灵活性和通用性
3 k# x+ i& l) Y9 oCNC 装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用模块化的结构，使系统功能的修改、扩充变得较为灵活。
8 B; U! p) t0 c  YCNC 装置其基本配置部分是通用的，不同的数控机床仅配置相应的特定的功能模块，以实现特定的控制功能。
( u# x6 ^; e" u% P2 、数控功能丰富
: X- f* a9 B# |, i插补功能：二次曲线、样条曲线、空间曲面插补；
补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等
( `; x: M9 K; V2 e( u& b人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口
. p5 q* E- }: n7 V3 @% T9 @编程功能：G 代码、篮图 编程、部分自动编程功能。
3 、可靠性高
CNC 装置采用集成度高的电子元件、芯片、采用 VLSI （超大规模集成电路）本身就是可靠性的保证。
许多功能由软件实现，使硬件的数量减少。
丰富的故障诊断及保护功能 ( 大多由软件实现 ) ，从而可使系统的故障发生的频率和发生故障后的修复时间降低。
4 、使用维护方便
8 J4 L6 F; R" m操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可进行正确操作。
编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模拟仿真功能。
+ D7 H9 ^  y0 B# [% o* ~% @维护维修方便：部分日常维护工作自动进行 ( 润滑，关键部件的定期检查等 ) ，数控机床的自诊断功能，可迅速实现故障准确定位。
5、易于实现机电一体化
5 N# K  X1 A0 g2 ?+ \数控系统控制柜的体积小（采用计算机，硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，硬件的不断减小），使其与机床在物理上结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作。
三、CNC 装置的功能
2 f- K- d' G& W" ?% H3 hCNC 装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能。
' T7 j% o4 R* w. N6 R' D( |基本功能—— 数控系统基本配置的功能，即必备功能；
9 l. s& u3 j; d# d8 {" W选择功能—— 用户可根据实际要求选择的功能。
! w5 K- x- @: y1、控制功能
—— CNC 能控制和能联动控制的进给轴数
( [" k' F4 p. A7 JCNC 的进给轴分类：
( n( M7 c9 [7 k( ]移动轴（X 、Y 、Z ）和回转轴（A 、B 、C ）；
  E9 [& }" L( H. k9 _基本轴和附加轴（U 、V 、W ）。
联动控制轴数越多，CNC 系统就越复杂，编程也越困难。
2 、准备功能（G 功能）
, g2 G: B* z# u—— 指令机床动作方式的功能。
3 、插补功能和固定循环功能
, f: s( H$ o# j$ v—— 插补功能是数控系统实现零件轮廓 ( 平面或空间 ) 加工轨迹运算的功能。
—— 固定循环功能是数控系统实现典型加工循环。（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔 钻削和 切螺纹等）的功能 .
' l. J* S& m: A4 、进给功能
/ ~$ |. X: p: k; \; ]1 ?' p—— 进给速度的控制功能。
& M' V+ |, y( T' w4 F7 L进给速度 —— 控制刀具相对工件的运动速度，单位为 mm/min 。
同步进给速度 —— 实现切削速度和进 给速度 的同步，单位为 mm/r 。
( A/ @  z/ Y! b6 W. a进给倍率（进给修调率） —— 人工实时修调预先给定的进给速度 。
1 w% l* T1 z( M4 F: I3 r5 、主轴功能
—— 数控系统的主轴的控制功能。
主轴转速 —— 主轴转速的控制功能，单位为 r/min 。
3 x2 E: n! X5 X; I' I恒线速度控制 —— 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功 能。
主轴定向控制 —— 主轴周 向定位于特定位置控制的功能 。
C 轴控制 —— 主轴周 向任意位置控制的功能。
& M0 X4 s# U# ~' y1 M4 q& |- x主轴修调率 —— 人工实时修调预先设定的主轴转速 。
- }, P; v+ X' x$ \/ B/ l" X9 ?+ N/ {6 、 辅助功能（M 功能）
9 H* _0 W# U' v% [6 _. z—— 用于指令机床辅助操作的功能。
  O# O, _! N3 v0 z" [7 、刀具管理功能
+ k/ E$ P& f/ o+ B1 F. i1 x—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。
7 \7 [4 Y( A1 Q9 x刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功能使用；
" j! z; M& V. ^% d1 q" B刀具寿命是指时间寿命，当刀具寿命到期时，CNC 系统将提示用户更换刀具；
( M& C( f6 E2 f* t7 Z: A: kCNC 系统都具有刀具号（T）管理功能，用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。
8 、补偿功能
+ `2 b/ J+ x4 [- o刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心轨迹的功能。
传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能。
" Y# W# j9 m: U. H非线性误差补偿功能：对诸如热变形、静态弹性变形、空间误差以及由刀具磨损所引起的加工误差等，采用 AI 、专家系统等新技术进行建模，利用模型实施在线补偿。
- q1 f  F7 Y8 j$ `- D9 、人机对话功能
  s8 p! v3 f% v在CNC 装置中这类功能有：
菜单结构操作界面；
零件加工程序的编辑环境；
系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。
; y) i3 u. h9 W, @10 、自诊断功能
—— CNC 自动实现故障预报和故障定位的功能。
- ?1 b4 V' S1 N/ F$ W3 V( `开机自诊断；
' Q3 g& p. p; j  v& B在线自诊断；
3 L" d7 Z/ c6 o( b离线自诊断；
远程通讯诊断。
11 、通讯功能
8 \+ k0 o* ]& c  Z7 ?) e  [—— CNC 与外界进行信息和数据交换的功能
# r" z( g1 x1 l8 F( G1 U! dRS 232C 接口，可传送零件加工程序；
/ |' ~* Q4 x$ ~2 i! {# i# h/ YDNC 接口，可实现直接数控；
MAP(制造自动化协议) 模块；
7 m- `; |1 \0 x  b) d: Q网卡：适应 FMS 、CIMS 、IMS 等制造系统集成的要求。【MechNet】
文章关键词： 数控装置