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
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
: O  A. R: l; ?2 m* y. s! ]; P8 A! 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。
其结构框图如图5-2 所示。
( [$ a4 b! M; ?6 v9 b& e" _( O
; ?% G4 U' W! ^# z3 、CNC 硬件软件的作用和相互关系
硬件是基础，软件是灵魂
4 @8 Y7 X0 A& m2 N: D: @4 eCNC 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。
% h: ?( L, O7 r  dCNC 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。

/ c% k( a! T' }- q( Q/ u该平台有以下两方面的含义：
& e9 q$ z$ Q8 u提供 CNC 系统基本配置的必备功能；
4 N9 L/ r, [/ k在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。
3 ^" [6 P# X! Y$ ]  _$ B( Y9 O二、CNC 装置的优点
* n8 P- R3 x5 t1 、具有灵活性和通用性
3 d7 w* G' x( _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；
# O- y/ p! @* J7 I+ y, N补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等
6 ]) Y% @2 [/ ^7 q  ]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。
3 、可靠性高
) A; j2 J2 N4 e  MCNC 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。
, l! V+ d/ X" p& a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
. i6 i  }, J$ H( i7 b' @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; A' }0 V( q# S, e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。
# H0 ?( l3 K. Q0 @+ _" j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
# E1 ]. a  U, ~2 d, 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。
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；
4 H8 v2 S  _' Y1 X. f( F6 R* Q选择功能—— 用户可根据实际要求选择的功能。
5 g: ]: a/ H( u. s0 T& w% I1、控制功能
# L. e& D3 w8 y/ A+ O9 N—— CNC 能控制和能联动控制的进给轴数
3 z* f0 w. h8 S5 YCNC 的进给轴分类：
移动轴（X 、Y 、Z ）和回转轴（A 、B 、C ）；
" R) Z7 t! W% I- R) P3 V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）
+ O" R3 X" S" ~/ H—— 指令机床动作方式的功能。
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。
- F3 B6 a/ }  X# r0 v—— 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
—— 进给速度的控制功能。
1 V( \2 R! V) A  @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 。
. V1 y5 m2 k) w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: k5 f! l, Z3 \+ L4 X- n) H恒线速度控制 —— 刀具切削点的切削速度为恒速的控制功 能。
  }6 I4 p' A5 g, P9 a主轴定向控制 —— 主轴周 向定位于特定位置控制的功能 。
( v; R6 P, }! U7 b( y# U! aC 轴控制 —— 主轴周 向任意位置控制的功能。
+ ^$ X( @+ q% y, \* t主轴修调率 —— 人工实时修调预先设定的主轴转速 。
" [6 n- V6 f  P% C. j. g9 R# c  y/ A6 、 辅助功能（M 功能）
—— 用于指令机床辅助操作的功能。
- X  J% H' H* G6 z9 L7 A) s7 、刀具管理功能
9 K. s8 |2 W5 Q7 H9 b4 K—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。
4 d3 p& ]" A$ Y# K6 z" O9 N. x刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功能使用；
* \2 J" w' {$ o* i- e- D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。
8 、补偿功能
, k% Q% S+ U& m& a- J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。
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。
  Q) _% H5 ^" x+ G3 _9 、人机对话功能
在CNC 装置中这类功能有：
# N, \/ l7 R: n5 a菜单结构操作界面；
零件加工程序的编辑环境；
, Q/ T- i1 f$ |9 B4 Y; q系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。
3 ?+ z# H. l! R; s0 Z. ~0 ^2 s) l+ w10 、自诊断功能
  H6 u# s; q; {* R3 B% z—— 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；
+ T3 ^4 l3 ~$ L* q离线自诊断；
远程通讯诊断。
11 、通讯功能
—— CNC 与外界进行信息和数据交换的功能
* @$ [' {& @* m, z% |RS 232C 接口，可传送零件加工程序；
DNC 接口，可实现直接数控；
( B3 G. z3 L1 LMAP(制造自动化协议) 模块；
2 M5 {, X) F; y/ H9 a) l6 D% C: V) m8 O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