数控装置(CNC)

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概 述
3 S: ?2 _, T- c: I5 I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
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。
1 T# p3 b  z. O) \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。

5 z$ u* \; r* a9 r9 z; \图5-1 CNC系统硬件的层次结构
1 、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。
3 o$ L; a) ?1 \! B# o8 t+ y3 k8 J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
. k6 g% K; h) J8 q* j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。
5 N0 |& t: ^5 r+ pCNC 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。
0 a! [0 t3 A, I+ @
$ K' ~/ o% b, i6 \. @5 B该平台有以下两方面的含义：
  E) {5 a. K6 m2 X9 z/ j; S8 j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。
' B9 K" }- M( k2 x1 F9 m6 JCNC 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。
' Z+ N! I( o. p5 D  `6 {2 、数控功能丰富
2 M& K& r1 N8 W+ q0 {插补功能：二次曲线、样条曲线、空间曲面插补；
  I* g1 P; C7 z. A$ ?( R* i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
( @, ?9 g) W4 g$ T; @编程功能：G 代码、篮图 编程、部分自动编程功能。
7 x- P% K' s: t% [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。
4 b. K( I" q* r1 O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。
' b, O% r. z' E! \# c4 、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。
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。
/ U( t- v0 J7 O5、易于实现机电一体化
& E  E% `: J9 f- \: p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 z$ b* I- {0 h& C3 J. D; m% y9 g* U* U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。
5 x# _& s8 f6 G# }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：
移动轴（X 、Y 、Z ）和回转轴（A 、B 、C ）；
1 ?( _8 l, l# A/ {+ V. f0 @9 m基本轴和附加轴（U 、V 、W ）。
9 l  V. V3 R$ h联动控制轴数越多，CNC 系统就越复杂，编程也越困难。
; G+ t/ R4 u+ |* x. D2 、准备功能（G 功能）
+ v( f& |  z# x5 e—— 指令机床动作方式的功能。
3 、插补功能和固定循环功能
, w6 z* T! v) s! f—— 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 .
4 、进给功能
; C0 z1 C/ o9 X—— 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 。
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 。
, d/ U3 ~7 a9 C3 C恒线速度控制 —— 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功 能。
& S- ~; |% K9 q2 n! ?) I  L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。
; i! a# z8 R- Q+ D, T. x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）
—— 用于指令机床辅助操作的功能。
/ g$ I. X+ D. U% i7 、刀具管理功能
—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。
0 M3 [8 |" D' e( o8 {刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功能使用；
% y$ ]8 p" f0 g9 s- ^2 K- ?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。
! L0 ~( N: \' f) a8 、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。
/ z6 {, U6 u8 t+ [3 U传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能。
) |  H8 r# U9 B. ]% l. m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。
- Z0 B% f- ~1 P. g9 、人机对话功能
. Y3 @) F1 t9 L8 p3 T2 I1 Y) I$ m在CNC 装置中这类功能有：
菜单结构操作界面；
: f. W4 A6 l# X3 p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。
7 F4 \- T& x$ z10 、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。
# j4 L% M5 g) k4 E11 、通讯功能
/ S+ F8 l1 ^) f& k5 N1 K—— CNC 与外界进行信息和数据交换的功能
$ g: k* e6 E, C# zRS 232C 接口，可传送零件加工程序；
DNC 接口，可实现直接数控；
MAP(制造自动化协议) 模块；
* ]7 }+ o% K& w, U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