数控装置(CNC)

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概 述
# Y) ]+ s, j. T: U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。
  q0 E5 d. I9 z一、CNC 装置的组成
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。
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。
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图5-1 CNC系统硬件的层次结构
) k* q, O8 G9 x; U/ x! U+ f# q1 、CNC 系统硬件的层次结构
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
; E. @# e8 ^! I- z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。
其结构框图如图5-2 所示。

3 、CNC 硬件软件的作用和相互关系
* p# H% c  \( o7 z, T) O/ H$ u硬件是基础，软件是灵魂
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。
CNC 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。
, k, H2 Z  T. G9 J) C! J5 n5 P" Q
该平台有以下两方面的含义：
提供 CNC 系统基本配置的必备功能；
9 L% Y9 K/ \' Z. G/ l在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。
: D4 B! z/ g3 m% q2 {8 y2 }1 n二、CNC 装置的优点
, _+ ~% t( V. y, G. i% @6 m* h1 、具有灵活性和通用性
# T( E* k3 f( W5 fCNC 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。
CNC 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。
2 、数控功能丰富
% T( n% ~( Z$ A8 S# w2 Y% Q* {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
人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口
编程功能：G 代码、篮图 编程、部分自动编程功能。
5 `3 X' d3 @2 W# V3 、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。
, p7 ]( Z( v- v* Z, K" k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
& O% `' I9 n- I& |) 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。
7 C$ f$ u1 e$ w5 u# u  X) w. v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。
, }4 Z: n7 W* W) Z% D5 T! K5、易于实现机电一体化
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。
" z0 |2 y% R2 x# @三、CNC 装置的功能
' f# r' B& T6 h- ECNC 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。
基本功能—— 数控系统基本配置的功能，即必备功能；
$ D3 E4 s6 d3 q/ Q: I选择功能—— 用户可根据实际要求选择的功能。
: o* U( ^- b) R  F9 n1、控制功能
—— CNC 能控制和能联动控制的进给轴数
: I1 a* \- J3 `* MCNC 的进给轴分类：
7 O& S# n& ~1 K: V6 }7 T, q  p移动轴（X 、Y 、Z ）和回转轴（A 、B 、C ）；
& @7 f# M4 U& i4 @3 M基本轴和附加轴（U 、V 、W ）。
: A- I. w1 b( z1 b; m- }, L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）
. s3 Y( j: U9 g1 ^4 t9 C—— 指令机床动作方式的功能。
3 、插补功能和固定循环功能
—— 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。
( K7 `. K8 ]& P/ Y( T/ l5 f—— 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 .
/ Z# c2 R3 g" b& r" r; e4 、进给功能
0 q( \, \2 J% c1 L1 b—— 进给速度的控制功能。
0 R" F3 R( f* Z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 。
0 T1 P+ @0 }* `& H* o/ P进给倍率（进给修调率） —— 人工实时修调预先给定的进给速度 。
5 、主轴功能
  t; X- Z/ L& |( P4 k# l—— 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 。
) @: |" s% E3 S6 _* q# N, l" e' a恒线速度控制 —— 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功 能。
+ o2 S; _$ \' z7 W6 B$ K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。
" f. X, |  ~+ @- Z, F主轴修调率 —— 人工实时修调预先设定的主轴转速 。
0 e2 ]9 s: }2 F! R6 、 辅助功能（M 功能）
—— 用于指令机床辅助操作的功能。
" R9 n$ u3 p- t+ ^6 {  t7 、刀具管理功能
: I: v  o/ w3 m4 N4 G! P7 L—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。
刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功能使用；
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；
7 k0 h) v7 q7 ]! F+ A( w# n+ QCNC 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。
1 |7 W1 N; B, i* q, V6 G' t8 、补偿功能
! ~8 S+ C; T1 V9 z9 H; K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。
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。
9 、人机对话功能
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；
2 p0 m7 m! c6 D' L系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。
1 T  Z4 p+ |6 G' A( E2 U10 、自诊断功能
4 I* t/ }/ t* @8 Q6 Z- s3 d* Q0 f—— CNC 自动实现故障预报和故障定位的功能。
5 c" z$ J2 W- {8 [开机自诊断；
在线自诊断；
$ l- H* w% M# H( {' G离线自诊断；
远程通讯诊断。
9 ]: K% q- F. P$ T, C4 t1 l' H$ K6 y11 、通讯功能
—— CNC 与外界进行信息和数据交换的功能
RS 232C 接口，可传送零件加工程序；
( B0 N9 Q1 R( \+ p' B8 IDNC 接口，可实现直接数控；
' c/ z( f5 y1 N1 WMAP(制造自动化协议) 模块；
网卡：适应 FMS 、CIMS 、IMS 等制造系统集成的要求。【MechNet】
9 L1 {, p' O% `% N7 V8 O文章关键词： 数控装置