第2章　計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

2.1　計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC系統(tǒng)），是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，它是靠計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制軟件來替代先前的硬件數(shù)控系統(tǒng)（簡稱NC系統(tǒng)）完成對(duì)機(jī)床的控制。CNC是一個(gè)運(yùn)行數(shù)控控制軟件的計(jì)算機(jī)，按照零件數(shù)控加工程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一部分或全部功能，在計(jì)算機(jī)之外的唯一裝置是接口。

2.1.1　CNC系統(tǒng)的組成

CNC數(shù)控系統(tǒng)由加工程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成，圖2-1所示為CNC系統(tǒng)的組成框圖。

數(shù)控系統(tǒng)是嚴(yán)格按照數(shù)控程序?qū)ぜM(jìn)行自動(dòng)加工的。數(shù)控加工程序按零件加工順序記載機(jī)床加工所需的各種信息，如零件加工的軌跡信息、工藝信息及開關(guān)命令等。

2.1.2　CNC系統(tǒng)工作過程

CNC裝置的工作過程是在硬件的支持下，執(zhí)行軟件的過程。CNC裝置的工作原理是：通過輸入輸出設(shè)備輸入機(jī)床加工零件所需的各種數(shù)據(jù)信息（數(shù)控加工程序），經(jīng)過計(jì)算機(jī)的譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、加減速控制、插補(bǔ)等處理和運(yùn)算，將每個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)分量送到其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制，使每個(gè)坐標(biāo)軸都能精確移動(dòng)到指令所要求的位置。從而實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成對(duì)零件的加工。

2.1.3　CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)

CNC系統(tǒng)之所以取代以前的NC系統(tǒng)，是因?yàn)镃NC系統(tǒng)具有NC系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

（1）靈活性大

NC系統(tǒng)是用硬件邏輯線路來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制功能。這種固定接線的電路一旦制成后就很難改變，而CNC系統(tǒng)的數(shù)控功能大部分是由軟件在通用硬件的支持下來實(shí)現(xiàn)的，其功能的改變、擴(kuò)充和適應(yīng)性方面都具有較大的靈活性，如果要改變、擴(kuò)充其功能，只需通過對(duì)軟件的修改和擴(kuò)充便可實(shí)現(xiàn)。

（2）通用性強(qiáng)

CNC系統(tǒng)的硬件和軟件大多采用模塊化的結(jié)構(gòu)。按模塊化的結(jié)構(gòu)組成的CNC系統(tǒng)基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機(jī)床（如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等），只需要配置相應(yīng)的功能模塊，就可以滿足這些機(jī)床特定的功能，這對(duì)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)維修都十分方便。

（3）數(shù)控功能豐富

CNC系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的高度計(jì)算能力，可實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的數(shù)控功能，如高次曲線插補(bǔ)、動(dòng)靜態(tài)圖形顯示、多種功能補(bǔ)償、數(shù)字伺服控制功能等。

（4）可靠性高

CNC裝置的加工零件程序在加工前一次送入存儲(chǔ)器，并經(jīng)過檢查后方可被調(diào)用，這就避免了在加工過程中程序輸入帶來的故障。同時(shí)許多功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，使可靠性進(jìn)一步提高。

（5）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

由于采用計(jì)算機(jī)，使硬件數(shù)量相應(yīng)減少，加之電子元件的集成度越來越高，使硬件的體積不斷減小。因此，數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常緊湊，使其與機(jī)床結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。由于通信功能的增強(qiáng)，容易組成數(shù)控加工自動(dòng)生產(chǎn)線，如FMC、FMS、DNC和CIMS等。

（6）使用維護(hù)方便

操作使用方便：目前大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的操作采用菜單結(jié)構(gòu)，用戶只需根據(jù)菜單的提示進(jìn)行操作即可。

編程方便：目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有多種編程功能，并且具有程序校驗(yàn)和模擬仿真功能。

維護(hù)維修方便：數(shù)控機(jī)床的許多維護(hù)工作是由數(shù)控系統(tǒng)承擔(dān)的，而且，數(shù)控機(jī)床的自診斷功能可迅速使故障定位，方便維修人員。