計算機數控(CNC)系統

   世界各工業發達國家通過發展數控技術、建立數控機床產業，促使制造業跨入一個新的發展階段，給國民經濟的結構帶來了巨大的變化。數控機床是世界第三次產業革命的重要內容，它不但是機電工業的重要基礎裝備，還是汽車、石化、電子和現代醫療裝備等產業現代化的主要手段。雖然數控機床產業本身的產值遠不如汽車、化工等產業，但高效的數控機床給制造業帶來了現代化的生產方式以及高倍率的效益增長，這是促進國民經濟發展的巨大源動力。特別是數控技術在制造業的擴展與延伸所產生的輻射作用和波及效果，足以給機械制造業的產業結構、產品結構、制造方式及管理模式等帶來深刻的變化。

    計算機數控(CNC)系統主要由圖1所示的虛線框中的幾個部分組成，雙點畫線框中為數控系統的控制對象，這里以數控機床為例進行說明。

圖1 數控系統的組成

1．操作面板操作面板是操作人員與數控機床(系統)進行交互的工具。一方面，操作人員可以通過操作面板對數控機床(系統)進行操作、編程、調試或對機床參數進行設定和修改，另一方面，操作人員也可以通過它了解或查詢數控機床(系統)的運行狀態。

    操作面板主要由按鈕站、狀態燈、按鍵陣列(功能與計算機鍵盤一樣)和顯示器等部分組成，如圖2所示。

圖2 操作面板

2．輸入輸出設備輸人輸出設備是CNC 系統與外部設備進行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC 系統或將調試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質上。數控機床常用的控制介質和輸入輸出設備見下表。

表 控制介質與輸入輸出設備

此外，現代數控系統一般都可采用通信方式實現CNC 系統與外部設備問的信息交換，這種信息交換方式是實現DNC、FMS 和CIMS 等的基本技術。目前在數控機床上常采用的通信方式有：

——串行通信(RS232等串口)。

——自動控制專用接口和規范(DNC 方式，專用接口卡等)。

——網絡技術(Internet，LAN等)。

3．計算機數控(CNC)裝置(或CNC 單元) 計算機數控(CNC)裝置是計算機數控系統的核心。其主要作用是根據輸入的零件加工程序進行相應的處理(如運動軌跡插補計算、機床輸入輸出處理等)，然后輸出控制命令到相應的執行部件(伺服單元、驅動裝置和PLC 等)，加工出需要的零件。所有這些工作由CNC 裝置內硬件和軟件協調配合，合理組織，使整個系統有條不紊地進行工作。CNC 裝置主要由計算機系統、位置控制板、PLC 接口板、通信接口板、擴展功能模塊以及相應的控制軟件等模塊組成。



4．伺服單元、驅動裝置和測量裝置伺服單元和驅動裝置包括主軸伺服驅動裝置和主軸電動機、進給伺服驅動裝置和進給電動機。伺服單元把來自CNC 裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號，驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動。

測量裝置包括位置和速度測量裝置，它是實現速度閉環控制(主軸、進給)和位置閉環控制(進給)的必要裝置。

伺服單元、驅動裝置和測量裝置合稱為伺服驅動系統，它是機床工作的動力裝置。CNC 裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施，所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。

進給伺服系統的主要作用是實現零件加工的成形運動，其控制量為速度和位置。主軸伺服系統的主要作用是實現零件加工的切削運動，其控制量為速度。它們一個共同的特點是能靈敏、準確地跟蹤CNC裝置的位置和速度指令。

從某種意義上可以說，數控機床功能的強弱主要取決于CNC 裝置，而數控機床性能的好壞則主要取決于伺服驅動系統。

5．PLC、機床I／O 電路和裝置PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)用于完成與邏輯運算有關的順序動作的控制，其由硬件和軟件組成。

機床I／O電路和裝置是數控機床實現輸A／輸出控制的執行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關和接觸器等組成的邏輯電路。PLC、機床I／O電路和裝置共同完成以下任務。

1)接受CNC 的指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作。

2)接受操作面板和機床側的I／O 信號，送給CNC裝置，經其處理后，輸出指令控制CNC 系統的工作狀態和機床的動作。

6．機床機床是數控機床的主體，是數控系統的被控對象，是實現制造加工的執行部件。它主要由主運動部件、進給運動部件(工作臺、拖板以及相應的傳動機構)、支承件(立柱、床身等)以及特殊裝置(刀具自動交換系統、工件自動交換系統)和輔助裝置(如冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊裝置等)組成。數控機床機械部件的組成與普通機床相似，但傳動結構較為簡單，在精度、剛度和抗震性等方面要求高，而且其傳動和變速系統要便于實現自動化控制。