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。
- C% |! s# _* }$ V1 F! @8 P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。
: j$ o$ T8 M# c1 k+ e+ @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。
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图5-1 CNC系统硬件的层次结构
4 N2 K& i8 e# B- x8 x1 、CNC 系统硬件的层次结构
% ]% c5 ]" ?' m* T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。
" ?4 W, _) W- ^) ]其结构框图如图5-2 所示。
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0 c# u/ t  y' I/ a: j3 、CNC 硬件软件的作用和相互关系
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。
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。
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$ N" Q- w9 q- O/ a2 M* T该平台有以下两方面的含义：
) H2 i7 Y; o" h6 h- c/ q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
, U/ X. _+ m+ E$ G* @1 、具有灵活性和通用性
4 ]: s" ?0 ]; E2 x1 I/ j8 YCNC 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。
5 V9 \( G* G0 p3 f! B3 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。
2 、数控功能丰富
; K4 x5 r$ ^# m. v3 o' f插补功能：二次曲线、样条曲线、空间曲面插补；
) s# i1 W5 A* |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
( L2 J! y: r3 W  ^, L! A编程功能：G 代码、篮图 编程、部分自动编程功能。
3 、可靠性高
$ U3 U2 @$ u2 _1 K! R2 i8 X  Q& zCNC 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。
' m0 h+ S- N% C/ s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。
3 J/ N. n1 I5 z% \/ U: ^; m4 、使用维护方便
1 V4 _! E" M. }8 O( A- A! Y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。
5、易于实现机电一体化
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
: T/ ?( Q& b( [7 j8 F0 bCNC 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。
, C: U  i3 H3 b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
0 v; L' U; P& M8 v0 b% q5 VCNC 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）
# v6 \' s3 j0 c$ F—— 指令机床动作方式的功能。
. t* ~$ R0 m3 i+ `0 O3 、插补功能和固定循环功能
  S3 ?, P  M1 e# z—— 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。
+ a2 M* k- d0 x4 F8 ~1 `" V' J—— 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
: q) ]9 y5 w/ W—— 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 。
( m& G' w  B$ u: m  V6 J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 。
, u: Y6 c2 k1 s) l进给倍率（进给修调率） —— 人工实时修调预先给定的进给速度 。
+ H9 |" ?& G4 L9 @4 o) j5 、主轴功能
—— 数控系统的主轴的控制功能。
* S7 e8 \1 D/ W8 a8 |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。
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）
' e6 A$ W0 E2 a: w' N7 R—— 用于指令机床辅助操作的功能。
7 、刀具管理功能
+ G0 _; t1 Z8 R; |—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。
% u0 @  s6 |3 ]& B, H5 c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。
8 、补偿功能
8 Q+ w! ^  z7 O+ ], N, ~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。
. p- a3 F) ~) r/ x8 V7 C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。
9 、人机对话功能
在CNC 装置中这类功能有：
3 U, x0 P- Y- H  t菜单结构操作界面；
* A, P- j" X9 I. g" @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。
- O7 Z( J7 d' s; y) P  _10 、自诊断功能
—— CNC 自动实现故障预报和故障定位的功能。
& @5 T" I. G# Q开机自诊断；
  a$ `# y1 _/ [3 s1 \' Y( j8 T9 Q在线自诊断；
; N0 l) ^8 a" S3 s3 L离线自诊断；
0 R* C  V* Y" p/ N% M- [远程通讯诊断。
11 、通讯功能
# P5 ]- R( w' m: v- h* Y6 B—— CNC 与外界进行信息和数据交换的功能
7 B+ s" J! i9 L2 |& l5 J5 d6 RRS 232C 接口，可传送零件加工程序；
9 F5 j1 y+ ]1 _( o+ X* bDNC 接口，可实现直接数控；
3 n4 T) p  X9 F$ T, Y4 F+ QMAP(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】
4 o1 D& H: |  j文章关键词： 数控装置