计算机数控(CNC)系统

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世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构、产品结构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。
7 o& N7 t+ C* K- m0 ?' ^计算机数控(CNC)系统主要由图1所示的虚线框中的几个部分组成，双点画线框中为数控系统的控制对象，这里以数控机床为例进行说明。
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图1 数控系统的组成
1．操作面板操作面板是操作人员与数控机床(系统)进行交互的工具。一方面，操作人员可以通过操作面板对数控机床(系统)进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，另一方面，操作人员也可以通过它了解或查询数控机床(系统)的运行状态。
0 U7 z: K) e1 i3 b! h5 K操作面板主要由按钮站、状态灯、按键阵列(功能与计算机键盘一样)和显示器等部分组成，如图2所示。

3 d/ }( x) _  J1 N, \9 J, G) ^- m图2 操作面板
2．输入输出设备输人输出设备是CNC 系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC 系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。数控机床常用的控制介质和输入输出设备见下表。
表 控制介质与输入输出设备

; X0 v; @6 ?8 t2 A+ l此外，现代数控系统一般都可采用通信方式实现CNC 系统与外部设备问的信息交换，这种信息交换方式是实现DNC、FMS 和CIMS 等的基本技术。目前在数控机床上常采用的通信方式有：
2 S5 W: u: `# s4 q——串行通信(RS232等串口)。
9 e* C8 @. i: K7 e. {——自动控制专用接口和规范(DNC 方式，专用接口卡等)。
——网络技术(Internet，LAN等)。
0 y% j2 h5 N+ O: ?3．计算机数控(CNC)装置(或CNC 单元) 计算机数控(CNC)装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序进行相应的处理(如运动轨迹插补计算、机床输入输出处理等)，然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC 等)，加工出需要的零件。所有这些工作由CNC 装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作。CNC 装置主要由计算机系统、位置控制板、PLC 接口板、通信接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。
4．伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置和主轴电动机、进给伺服驱动装置和进给电动机。伺服单元把来自CNC 装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号，驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动。
测量装置包括位置和速度测量装置，它是实现速度闭环控制(主轴、进给)和位置闭环控制(进给)的必要装置。
9 r' I/ j% ?! x9 D2 j3 \5 O伺服单元、驱动装置和测量装置合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。CNC 装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。
进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动，其控制量为速度和位置。主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。它们一个共同的特点是能灵敏、准确地跟踪CNC装置的位置和速度指令。
/ N5 |0 ~# G, M* o3 E6 x从某种意义上可以说，数控机床功能的强弱主要取决于CNC 装置，而数控机床性能的好坏则主要取决于伺服驱动系统。
5．PLC、机床I／O 电路和装置PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)用于完成与逻辑运算有关的顺序动作的控制，其由硬件和软件组成。
机床I／O电路和装置是数控机床实现输A／输出控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关和接触器等组成的逻辑电路。PLC、机床I／O电路和装置共同完成以下任务。
8 ^, t3 {5 k. @- C% i% _7 z1)接受CNC 的指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作。
8 u8 k5 M$ K4 Y" B& D6 x, T2)接受操作面板和机床侧的I／O 信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC 系统的工作状态和机床的动作。
6．机床机床是数控机床的主体，是数控系统的被控对象，是实现制造加工的执行部件。它主要由主运动部件、进给运动部件(工作台、拖板以及相应的传动机构)、支承件(立柱、床身等)以及特殊装置(刀具自动交换系统、工件自动交换系统)和辅助装置(如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等)组成。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构较为简单，在精度、刚度和抗震性等方面要求高，而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制。
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2 i& `# r$ G: A4 l( C文章关键词： 数控(CNC)系统