数控装置(CNC)

adoxiaxia

概 述
0 l; H. Y' Z( Q2 p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。
, E. \" y2 ^8 h" t5 d2 U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。
- x# V9 o4 W* B2 E; ~' @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。
9 E' N# e9 G1 h: R
6 W: t" J- q# R- b2 Y6 U2 |6 r图5-1 CNC系统硬件的层次结构
: v- N" Q6 t* V2 M1 、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
% R) S, e; |& o5 x6 E- A, v* G+ c" C$ T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。
: j$ G" O% P4 S: J0 C  W
6 h( M7 _" N7 N8 ^3 、CNC 硬件软件的作用和相互关系
硬件是基础，软件是灵魂
% z. w" s7 H1 r( M- e3 W$ VCNC 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。

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；
# ]: E5 m8 S- N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
9 {$ k5 O  u& v0 f7 H9 v1 N1 、具有灵活性和通用性
CNC 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。
+ C# Z, a( j" W8 K6 u% T4 f3 \: ?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
插补功能：二次曲线、样条曲线、空间曲面插补；
% c7 S7 y2 }+ w4 \5 z( X, o3 J$ J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
( z+ T1 x3 z6 r5 f  \: g4 b# K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。
3 q" q; q( U0 J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
( m& @" G7 z) ?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。
) [; a& E# C& v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。
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
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
CNC 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。
, R; d- v  v" d0 Y8 q9 f# y9 `2 e基本功能—— 数控系统基本配置的功能，即必备功能；
# X9 m0 \6 l  n' N' ]( u选择功能—— 用户可根据实际要求选择的功能。
" U2 l/ I# L0 P" Z, O1、控制功能
6 k4 @: Y; K' R7 ]1 B1 c—— CNC 能控制和能联动控制的进给轴数
% B- d* [/ a+ @# J. o' R$ Z7 x/ lCNC 的进给轴分类：
  }% h3 X  L# D& M6 v# p. k9 c移动轴（X 、Y 、Z ）和回转轴（A 、B 、C ）；
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）
—— 指令机床动作方式的功能。
8 u) j! Q: ~& v# C3 、插补功能和固定循环功能
2 u# Q. p6 d0 A% j% b3 ]0 r/ b—— 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 .
8 Q" M$ ]' ]) u; g% m1 R4 z4 U+ g4 、进给功能
—— 进给速度的控制功能。
进给速度 —— 控制刀具相对工件的运动速度，单位为 mm/min 。
5 m3 J+ ?: N% J/ b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 。
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
—— 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 。
# p1 j% z/ C3 Y# {- y) X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。
3 b% ~* @+ _; P8 I/ I! {  s主轴修调率 —— 人工实时修调预先设定的主轴转速 。
6 、 辅助功能（M 功能）
4 L8 S( U5 g; H, j6 d, c0 m* }4 O—— 用于指令机床辅助操作的功能。
7 S, f0 W4 j* ~- j) W0 Z7 、刀具管理功能
+ f& O6 ?; R9 H( U( w& [5 h—— 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；
" M: _6 b6 l5 }# [+ I" O9 o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；
3 o2 l7 d% }* U- H$ p0 @2 _CNC 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。
7 q& V: q' B2 c& B& k8 i8 、补偿功能
2 m# o" X& [- w" V/ e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。
5 R) }* o: h6 W, z- ?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。
; U: V; c. q# Q5 h+ o& V9 、人机对话功能
, b9 M; O% L4 P0 b. w% u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。
  Q) L/ x3 u) N5 r( v7 B4 E5 K4 @10 、自诊断功能
( X6 U% }3 P7 l2 e- V1 V—— CNC 自动实现故障预报和故障定位的功能。
7 {% S4 N7 N* Q- }开机自诊断；
& ^+ l3 n- p# G在线自诊断；
( ]+ M* h# T& Y; m离线自诊断；
, c' Y2 \2 C% F; v. D) s远程通讯诊断。
% o1 Y" v7 o% h2 }( a: a7 N11 、通讯功能
/ k3 o0 a" ]* \. S$ w—— 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；
DNC 接口，可实现直接数控；
  s+ k2 V# \9 b6 e& VMAP(制造自动化协议) 模块；
; \" u6 I$ q# Z网卡：适应 FMS 、CIMS 、IMS 等制造系统集成的要求。【MechNet】
' ^9 m( [- \3 M+ o7 Y文章关键词： 数控装置