数控装置(CNC)

adoxiaxia

概 述
( |3 V* w* T9 y" @6 W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。
9 W1 X: I3 X: h: B一、CNC 装置的组成
! d9 _) m  }! ^: I! f- Q5 {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。
$ _  ^! e5 ~* f) {8 G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。

图5-1 CNC系统硬件的层次结构
1 _5 B+ {5 q7 N% S7 {! o' Y1 、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
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。
$ H$ B" v: }! B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
! z# H5 y  X* W- H8 B( A硬件是基础，软件是灵魂
1 a7 l/ i. n8 ~( hCNC 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。
8 a5 E! W0 ^, A7 _& `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。
# z+ l8 ?1 l7 @2 t. c- V: U, t. B
: b0 |$ y# B0 |- j' o& X$ H该平台有以下两方面的含义：
& b3 E4 |  F* c' q0 N提供 CNC 系统基本配置的必备功能；
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
8 t3 p3 W2 ]2 Y2 T2 B3 ACNC 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。
( ?! M4 t- i$ {9 c, ]" Q9 n' PCNC 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。
) S0 s( Q: y8 x* R2 、数控功能丰富
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。
- z7 p4 W  [) g  E' k# j3 、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。
5 c3 n3 h6 r# l( @% l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
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。
/ X: R- a7 w+ c: _$ r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。
/ i$ C0 Y" E+ p6 x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
) ^! `# h' Y! C  y. P, y+ C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。
0 W+ ~! }1 }5 H- Y$ h) h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。
基本功能—— 数控系统基本配置的功能，即必备功能；
选择功能—— 用户可根据实际要求选择的功能。
1、控制功能
—— CNC 能控制和能联动控制的进给轴数
CNC 的进给轴分类：
6 k6 D( o5 R, w6 D  l移动轴（X 、Y 、Z ）和回转轴（A 、B 、C ）；
: Z9 d) ~3 G& Q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）
" E. g+ N1 Y. z$ D—— 指令机床动作方式的功能。
) B) k- C" {- b+ y% ?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。
—— 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 .
& P$ O: b& e0 x: g) h3 \5 q4 、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 。
0 a* o3 |" J. m6 {+ S, E/ V3 g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
. h9 q. ~% G; d$ I" H/ a—— 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 。
恒线速度控制 —— 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功 能。
8 G! d' ~8 r2 P) Z$ ^; T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。
主轴修调率 —— 人工实时修调预先设定的主轴转速 。
% x+ k% ?; s$ ~2 y1 @4 r% n6 、 辅助功能（M 功能）
- T8 u. t! t0 i! j- H) Z—— 用于指令机床辅助操作的功能。
7 、刀具管理功能
—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。
  s$ i" N9 [3 N5 S9 o' k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；
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。
3 e; v1 ~  o& D$ t7 W* f: h8 k8 、补偿功能
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。
$ ~- [6 \/ G& ^$ d8 d1 M4 ?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。
) k( C  }; ]  ^. V) ]- y' Z3 C9 、人机对话功能
8 Y$ B) k7 d( O( {7 @( a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。
10 、自诊断功能
—— CNC 自动实现故障预报和故障定位的功能。
" ~' Z6 a& ^, _$ u3 L% s开机自诊断；
7 z  c" Y  g/ p; C# E" \. G- x在线自诊断；
离线自诊断；
远程通讯诊断。
; w3 [8 W9 S' K6 p! Y5 e8 a" G11 、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；
. w7 E9 k, f% k3 @" oDNC 接口，可实现直接数控；
  V) w8 R5 o6 cMAP(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】
3 j. t- U4 s! ?+ I1 w( L文章关键词： 数控装置