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
3 I0 Z: d5 a8 V  t' C- S- `9 T5 U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。

图5-1 CNC系统硬件的层次结构
1 、CNC 系统硬件的层次结构
# u% T7 h, i! w+ M9 a6 Y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。
其结构框图如图5-2 所示。
$ W$ m& T6 o( k, h% p% h
3 、CNC 硬件软件的作用和相互关系
# l# i2 S& G& S) x/ r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。
$ Y4 n6 ]4 r- q1 a$ v9 _' L' [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；
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
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。
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；
# \4 }& h6 ^3 n6 x0 S补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等
+ u6 A+ y. O+ w: b/ C$ M  ?人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口
1 T3 H: _7 P: `8 @编程功能：G 代码、篮图 编程、部分自动编程功能。
3 、可靠性高
& b5 |; F) w0 {, B, P0 n, p* `3 pCNC 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。
4 U! X" D% C# X8 P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
0 F0 n+ M" I, A% U5 i$ M* c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。
1 ~7 S: Y: m- h7 e9 B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。
$ Y3 O5 v! v# Y% `+ Y& [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
- Z6 Q  }& T! ?8 S: p+ T' h! O0 V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。
2 K0 n# D4 D# s- n2 r- E" @& }0 P三、CNC 装置的功能
* w6 e$ W% y6 b# t2 i+ rCNC 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；
7 _# a+ g8 }3 w. w选择功能—— 用户可根据实际要求选择的功能。
8 ?! _. C4 y$ t5 J1 [1、控制功能
# G& f7 z( F" s9 T% u# P—— CNC 能控制和能联动控制的进给轴数
CNC 的进给轴分类：
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。
7 J( \. x  b, T# s3 i3 、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 .
$ N, _. B  \- I7 j2 i! S8 c4 、进给功能
9 I5 h% g" c. a—— 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 。
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 。
! s  O/ i6 J, d: z1 ?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。
7 R) ^7 F" Z  k8 J8 ^* n2 ], _* G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。
9 Y  u5 C, c) i/ F- h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 。
6 、 辅助功能（M 功能）
6 V% t! S8 u5 r- Z( T; n—— 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。
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；
; i7 Q. ^1 ]% K3 A& P& x/ x2 ?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。
; d2 R* x( z+ H. G- \8 、补偿功能
& p! q) ^& h5 k, T% m/ P& K+ d1 q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。
: G) T4 A( ?+ [6 v; G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；
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。
开机自诊断；
在线自诊断；
离线自诊断；
远程通讯诊断。
0 m  q5 l, A* w* W4 y: o) \11 、通讯功能
—— CNC 与外界进行信息和数据交换的功能
+ d% b# b* o. m" QRS 232C 接口，可传送零件加工程序；
- ?5 f* Q8 z2 Z! `0 l" eDNC 接口，可实现直接数控；
# R! p4 A/ }2 j4 t, cMAP(制造自动化协议) 模块；
/ `) U: H# E3 f. }0 Z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