技术

一、计算机数控系统的组成及各部分的功能

       对于数控机床，其控制内容主要有：

       (1)功能控制： 自动读入控制信息，使数控系统确立相应的工作状态，从而控制机床发生相应的动作。如润滑、冷却液供给、主轴电机开启与关停、调速，以及坐标轴功能控制等。

       (2)位置控制： 控制刀具与工件相对运动的位置或轨迹。靠进给伺服控制系统来实现，通过对各坐标轴控制，使刀具按给定曲线的方程运动，以加工出零件的空间曲线(或曲面)。

       (3)信号处理： 对系统运行过程中所取得的状态信号进行分析处理，并输出相应结果。如：刀具到位信号，工作台超程信号，以及其他检测信号输入处理。一旦系统得到这些信号，系统将发出相应动作，如工作台超程保护器报警等。

       针对机床控制功能的要求，计算机数控系统具有相应的功能模块，其组成原理见图4-1。

1．输入输出设备

       输入设备：主要用来输入程序和数据。 常用的输人设备：键盘、光电输入机。

       输出设备：主要用于将各种信息和数据提供给操作人员，以便及时了解控制过程的情况。常用的输出设备：打印机、记录仪、数码显示器和CRT显示器及纸带穿孔机等计算机数字控制(Computer Numerical Control)装置，简称CNC装置，它是采用存储程序的专用计算机，主要用来进行数值和逻辑运算，对机床进行实时控制。它由CPU、存储器、输入输出接口电路等部分组成。

                   

           打印机                      记录仪                   数码显示器                     CRT显示器

3．伺服驱动及位置检测装置

       作用：接受CNC装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路(如速度控制单元)作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置(如用直流伺服电机)，驱动机床的工作台运动，同时由位移传感器检测执行机构的实际位置，并反馈给CNC装置，实现闭环驱动，使机床进给部件的位置速度得到准确控制。

4．辅助机能驱动电路

       该部分实现CNC装置与机床强电的信息传递和变换，其作用是接受CNC信号，经机床强电控制主轴、润滑、冷却、换刀等电机的运转以及其他辅助机能。另外将机床一些状态信息经变换以后送至CNC装置，如：刀具到位，工作台超程等。在高档数控系统中，该部分的控制工作由从属于CNC装置的“内装型”可编程序控制器(PC)来完成，或是由独立于CNC装置的“通用型”可编程序控制器(PC)来完成。

5．数控系统软件

       数控系统的工作过程在硬件的支持下，执行软件的全过程。通过软件实现部分或全部数控功能。

       图4-2是富士通CNC系统的原理图，该系统是一个微型机CNC系统，通过该原理图可进一步了解CNC系统的组成原理。

       微处理机：M6800，8位微处理机。ROM存放控制程序，RAM存放中间数据和用户加工程序，具有与机床操作面板、纸带阅读机、手摇脉冲发生器、机床控制器连接的输入/输出接口，直流伺服电机驱动，脉冲编码盘检测位移实现位置反馈。大规模集成(LSI)电路实现插补运算，运算速度高。

二、CNC系统的主要特点

       CNC系统的主要特点有以下五点：

       1．系统灵活可变、易于变化和扩展，通用性强

       这是CNC系统最突出的特点，它不像硬件数控，一旦形成了某一种模式和功能就不能随意改变，因为硬件之间的联系是依靠布线实现的。而对于CNC系统来说，只要改变软件的结构形式，就可以随时加以补充和开发新的功能，以适应不同的要求。

       2．易于实现多功能

       由于计算机有丰富的指令系统，能进行复杂的计算，所以实现多功能、高复杂程度控制比用硬件系统方便得多。例如，高次曲线插补，刀具半径补偿，多坐标联动控制等，有的CNC系统在控制加工时还能进行数控编程，这在硬件系统中是不可能的。

       3．系统可靠性高

       在硬件数控系统中，加工程序是逐条由阅读机输入的，但CNC系统可以将加工程序一次输入到内存，这就可以减少输入故障。由于CNC系统硬件比NC系统少得多，所以系统元器件出错率亦相对地减少，使系统工作稳定可靠。由于CNC系统的功能都由软件实现，只要软件是完善的，则在今后系统连续工作中就不可能产生软件运行差错，所以CNC系统连续无故障 时间可达几万小时。

       4．维修方便

       由于CNC系统功能强，系统功能采用模块化，同时采用软件故障诊断，使CNC维修方便。

       5C系统的通信功能

       随着制造技术的发展，要求CNC系统能集中控制，那么此功能是不可缺少的。例如，在DNC、FMS、CIMS系统中，系统间要求通信联系。