数控装置(CNC)

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

1 、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。

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。

3 、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。

该平台有以下两方面的含义：

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

1 、具有灵活性和通用性

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；

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

编程功能：G 代码、篮图 编程、部分自动编程功能。

3 、可靠性高

CNC 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。

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

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

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；

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

CNC 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）

—— 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。

—— 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。

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 。

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 。

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）

—— 用于指令机床辅助操作的功能。

7 、刀具管理功能

—— 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。

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

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。

9 、人机对话功能

在CNC 装置中这类功能有：

菜单结构操作界面；

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。

10 、自诊断功能

—— 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；

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

RS 232C 接口，可传送零件加工程序；

DNC 接口，可实现直接数控；

MAP(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。