【文章內(nèi)容簡介】 它可完成 CNC、 PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊和外部高次網(wǎng)絡(luò)的連接。伺 服驅(qū)動系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動裝置和電機。位置測量系統(tǒng)主要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。 硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入 /輸出裝置、驅(qū)動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過 I/O 接口互連。 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能的實現(xiàn)。 數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按 CNC 裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和功能模塊（小板）結(jié)構(gòu)；按 CNC 裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機式結(jié)構(gòu)；按 CNC 裝置中微處理器的個數(shù)可以分為單微處理器結(jié) 構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。 （ 1）大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu) 1）大板結(jié)構(gòu) 大板結(jié)構(gòu) CNC 系統(tǒng)的 CNC 裝置由主電路板、位置控制板、 PC 板、圖形控制板、附加 I/O 板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計算機的結(jié)構(gòu)。 2）功能模塊結(jié)構(gòu) （ 2）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu) 17 1）單微處理器結(jié)構(gòu) 單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個微處理器，以集中控制、分時處理數(shù)控裝置的各個任務(wù)。 2）多微處理器結(jié)構(gòu) 隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的增加、 數(shù)控機床 的加工速度的提高，單微處理器數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足要求，因此，許多數(shù)控系統(tǒng)采用了多微處理器的結(jié)構(gòu)。若在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，每個微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲器與 I/O 接口，每個微處理器分擔系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。 軟件結(jié)構(gòu) CNC 軟件分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。 CNC 系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn) CNC 系統(tǒng)各項功能所編制的專用 軟件，也叫控制軟件，存放在計算機 EPROM 內(nèi)存中。各種 CNC 系統(tǒng)的功能設(shè)置和控制方案各不相同，它們的系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)上和規(guī)模上差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。 （ 1）輸入數(shù)據(jù)處理程序 它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算，或為插補 運算和速度控制等進行預(yù)計算。通常，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內(nèi)容。 （ 2）插補計算程序 CNC系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如 曲線的 種類、起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結(jié)果，分別向各坐標軸發(fā)出進給 脈沖 。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動工作臺或刀具作相應(yīng)的運動，完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。 CNC系統(tǒng)是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此應(yīng)該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關(guān)鍵。 (3)速度控制程序 18 速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以保預(yù)定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。 (4)管理程序 管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過程服務(wù)的各種程序進行調(diào)度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。 (5)診斷程序 診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（ CPU、存儲器、接 口、開關(guān)、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。 運動軌跡分類 （ 1）點位控制數(shù)控系統(tǒng) 控制工具相對工件從某一加工點移到另一個加工點之間的精確坐標位置 ,而對于點與點之間移動的軌跡不進行控制，且移動過程中不作任何加工。這一類系統(tǒng)的設(shè)備有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床和數(shù)控沖床等。 （ 2）直線控制數(shù)控系統(tǒng) 不僅要控制點與點的精確位置，還要控制兩點之間的工具移動軌跡是一條直線，且在移動中工具能以給定的進給速度進行加工，其輔助功能要求也比點位控制數(shù)控系統(tǒng)多，如它可能被要求具有主軸轉(zhuǎn)數(shù)控制、進 給速度控制和刀具自動交換等功能。此類控制方式的設(shè)備主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。 （ 3）輪廓控制數(shù)控系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能夠?qū)蓚€或兩個以上坐標方向進行嚴格控制，即不僅控制每個坐標的行程位置，同時還控制每個坐標的運動速度。各坐標的運動按規(guī)定的比例關(guān)系相互配合，精確地協(xié)調(diào)起來連續(xù)進行加工，以形成所需要的直線、斜線或曲線、曲面。采用此類控制方式的設(shè)備有數(shù)控車床、銑床、加工中 心 、電加工機床和 特種加工機床 等。 19 伺服系統(tǒng)分類 按照伺服系統(tǒng)的控制方式，可以把數(shù)控系統(tǒng)分為以下幾類： （ 1）開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅(qū)動元件，如圖 3 所示。 CNC裝置輸出的指令進給脈沖經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大，轉(zhuǎn)換為控制步進電動機各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號，驅(qū)動步進電動機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機床傳動機構(gòu) (齒輪箱， 絲杠等 )帶動工作臺移動。這種方式控制簡單，價格比較低廉，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中。 （ 2）半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng) 位置檢測元件被安裝在電動機軸端或 絲杠 軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作臺的實際運行位置 (直線位移 )，并將其與 CNC 裝置計算出的指令位置 (或位移 )相比較，用差值進行控制，其控制框圖如圖 4 所示。由于閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣 性環(huán)節(jié)，由這些環(huán)節(jié)造成的誤差不能由環(huán)路所矯正，其控制精度不如閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，但其調(diào)試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，因此在實際應(yīng)用中，這種方式被廣泛采用。 （ 3）全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng) 位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置 (直線位移 )，并將其與 CNC 裝置計算出的指令位置 (或位移 )相比較，用差值進行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，調(diào)試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)很難達到。 常見數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控機床配置的數(shù)控 系統(tǒng)不同，其功能和性能也有很大差異。就目前應(yīng)用來看， FANUC(日本 )、 SIEMENS(德國 )、 FAGOR(西班牙 )、 HEIDENHAIN(德國 )、MITSUBISHI(日本 )等公司的數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品 ， 在數(shù)控機床行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位；我國數(shù)控產(chǎn)品以華中數(shù)控、航天數(shù)控為代表，也已將高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。 所用系統(tǒng)特點 （ 1 ）高效 要求數(shù)控系統(tǒng)有較高的工作速度，能迅速進行復(fù)雜信息、數(shù)據(jù) 20 的處理與計算，以適應(yīng)數(shù)控加工高效要求。 （ 2 ）穩(wěn)定性 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有穩(wěn)定的工作過程，使數(shù)據(jù)處理、運算正確無誤 ，從而保證數(shù)控加工正常而高精度。 （ 3 ）可靠性 數(shù)控系統(tǒng)的工作應(yīng)有高的可靠性，使其長時期連續(xù)工作而不出現(xiàn)故障。 （ 4 ）開放性 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有良好開放性，使其功能的修改、擴充、適應(yīng)性，即功能的開發(fā)與升級能方便地實現(xiàn)。 統(tǒng)編程方法及指令 程序編制的方法有手工編程和自動編程兩大類。 手工編程 手工編程編制工件加工程序的各個步驟，即從工件圖樣分析、工藝處理、確定加工路線和工藝參數(shù)，計算程序中所需的數(shù)據(jù)，編寫加工程序清單直到程序的檢驗，均由人來完成。手工編程在點位直線圓弧組成的輪廓加工中仍廣 泛應(yīng)用。 （ 1）確定工藝過程 根據(jù)零件圖進行工藝分析，在此基礎(chǔ)上選定加工機床、刀具和夾具，確定零件加工的工藝路線、工序及切削用量等工藝參數(shù)。 (2)數(shù)值計算 根據(jù)了零件圖樣上的尺寸、工藝要求等，選定一個工件坐標系，在工件坐標系內(nèi)計算工件輪廓的坐標值，即基點和節(jié)點坐標。 (3)編制加工程序 根據(jù)制定的加工工藝方案，按照機床數(shù)控系統(tǒng)指令代碼及程序格式的規(guī)定，編織加工程序。 （ 4） 輸入到數(shù)控系統(tǒng) 把編制好的程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)，常用輸入方法有：利用 DNC（數(shù)據(jù)傳輸）功能，將計算機上編制的加工程序通過傳輸軟件和接口 傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)。 （ 5） 程序校驗和試切削 所編制的加工程序經(jīng)校驗和試切削才能用于正式加工。通常采用空運行的方法進行程序校驗，但這只能校驗程序格式是否正確及代碼是否完整，不能校驗軌 21 跡的正確性。未檢驗加工軌跡是否正確，在有圖形顯示功能機床上，可利用仿真圖形來檢查軌跡的正確性。 自動編程 自動編程又稱計數(shù)機輔助編程。自動編程在自動編程系統(tǒng)上進行，它是由一臺通用計數(shù)機配上打印機、自動穿孔和自動繪圖機等組成，可以完成手工編程的大部分工作。自動編程系統(tǒng)使用數(shù)控語音描述切削加工時的刀具和工件的相對運動軌跡和一些加工工 藝過程。所編程序還可以通過屏幕顯示進行模擬加工演示。有錯誤時，可以在屏幕進行編輯、修改、直至程序停止為止。 （ 2）指令 G 代碼和 M 代碼 G 代碼 代碼 功能 代碼 功能 G00 快速定位 G50 刀具偏置 0/ G01 直線插補 G51 刀具偏置 +/0 G02 順圓插補 G52 刀具偏置 /0 G03 逆圓插補 G53 直線偏移注銷 G04 暫停 G54 直線偏移 X G05 不指定 G55 直線偏移 Y G06 拋物線插補 G56 直線偏移 Z G07 不指定 G57 直線偏移 XY G08 加速 G58 直線偏移 XZ G09 減速 G59 直線偏移 YZ G10— G16 不指定 G60 準確定位（精） G17 XY 平面選擇 G61 準確定位（中） G18 XZ 平面選擇 G62 準確定位（粗） G19 YZ 平面選擇 G63 攻絲 G20— G32 不指定 G64— G67 不指定 G33 螺紋切削，等螺距 G68 刀具偏置，內(nèi)角 G34 螺紋切削，增螺距 G69 刀具偏置，外角 G35 螺紋切削，減螺距 G70— G79 不指定 G36— G39 不指定 G80 固定循環(huán)注銷 22 G40 刀具取消補償 G81— G89 固定循環(huán) G41 刀具左補償 G90 絕對尺寸 G42 刀具右補償 G91 相對尺寸 G43 刀具偏置 — 左 G92 預(yù)置寄存 G44 刀具偏置 — 右 G93 進給率，時間倒數(shù) G45 刀具偏置 +/+ G94 每分鐘進給 G46 刀具偏置 +/ G95 每轉(zhuǎn)進給 G47 刀具偏置 / G96 恒線速度 G48 刀具偏置 /+ G97 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) G49 刀具偏置 0/+ G98— G99 不指定 M 代碼 代碼 功能 代碼 功能 M00 程序停止 M36 進給范圍 1 M01 計劃結(jié)束 M37 進給范圍 2 M02 程序結(jié)束 M38 主軸速度范圍 1 M03 主軸順時旋轉(zhuǎn) M39 主軸速度范圍 2 M04 主軸逆時旋轉(zhuǎn) M40— M45 齒輪換檔 M05 主軸停止 M46— M47 不指定 M06 換刀 M48 注銷 M49 M07 2 號冷卻液開 M49 進給率修正旁路 M08 1 號冷卻液開 M50 3 號冷卻液開 M09 冷卻液關(guān) M51 4 號冷卻液開 M10 夾緊 M52— M54 不指定 M11 松開 M55 刀具直線位移，位置 1 M12 不指定 M56 刀具直線位移，位置 2 M13 主軸順時，冷卻液開 M57— M59 不指定 M14 主軸逆時，冷卻液開 M60 更換工作 23 M15 正運動 M61 工件直線位移，位置 1 M16 負運動 M62 工件直線位移，位置 2 M17— M18 不指定 M63— M70 不指定 M19 主軸定向停止 M71 工件角度位移，位置 1 M20— M29 永不指定 M72 工件角度位移，位置 2 M30 紙帶結(jié)束 M73— M89 不指定 M31 互鎖旁路 M90— M99 永不指定 M32— M35 不指定 數(shù)控機床設(shè)備的簡介 數(shù)控機床即使采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。從應(yīng)用來說，數(shù)控機床就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、松加工件、進刀與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給切削液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數(shù)字化的代碼來表示，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，是機床自動加工出所需要的零件 . 數(shù)控機床是一種綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和精密機 械設(shè)計和制造等先進技術(shù)的高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動化程度都很高的、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定自動化程度極高的特點，而且它還可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的地位顯得愈來愈為重要。我們甚至可以這樣說：在機械制造業(yè)中，數(shù)控機床的檔次和擁有量，是反映一個企業(yè)制造能力的重要標志。 但是，我們