数控装置(CNC)

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。

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。

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。

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。

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