数控机床控制基础.doc

机械、模具、材料相关知识、话题、资料进行学习交流第三章 数字控制系统1. 概述2. 控制运动轨迹的插补原理3. 刀具位置补偿和半径补偿4. 可编程控制器简介了解：控制系统简介理解：控制运动轨迹的插补原理掌握：刀具半径补偿第3章 数字控制系统（8学时）3.1 数控机床控制基础第一章已经介绍了数控机床的组成（提问：由哪几部分组成）数控机床的核心就是CNC系统（简称数控系统），从自动控制的角度看，数控系统就是一种轨迹控制系统，即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。（这节课我们来学习数字控制系统）3.1.1 数控系统的发展状况1、数控系统的发展史自从20世纪50代世界上第一台数控机床问世至今已经历50余年。数控机床经过了2个阶段和6代的发展历程。（常识）：第1阶段是硬件数控(NC)： 第1代 1952年的电子管 第2代 1959年晶体管（分离元件） 第3代 1965年小规模集成电路第2阶段是软件数控(CNC)：第4代 1970年的小型计算机，中小规模集成电路 第5代 1974年的微处理器，大规模集成电路。 第6代 1990年的基于个人PC机图31 电子管实物图数控（NC）阶段（19521970年）(Numerical Control)早期计算机的运算速度低，虽然对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。1）常见的电子管是真空式电子管：不管是二极，三极还是更多电极的真空式电子管，它们都具有一个共同结构就是由抽成接近真空的玻璃（或金属，陶瓷）外壳及封装在壳里的灯丝，阴极和阳极组成。直热式电子管的灯丝就是阴极，三极以上的多极管还有各种栅极。以电子管收音机为例，这种收音机普遍使用五六个电子管，输出功率只有1瓦左右，而耗电却要四五十瓦，功能也很有限。打开电源开关，要等1分多钟才会慢慢地响起来。如果用于数控机床可想而知其耗电量、控制速度。2）晶体管是用来控制电路中的电流的重要元件。1956年，晶体管是由贝尔实验室发明的，荣获诺贝尔物理学奖，创造了企业研发机构有史以来因技术发明而获诺贝尔奖的先例，晶体管的发明对今后的技术革命和创新具有重要的启示意义。晶体管的发明，终于使由玻璃封装的、易碎的真空管有了替代物。同真空管相同的是，晶体管能放大微弱的电子信号；不同的是，它廉价、耐久、耗能小，并且几乎能够被制成无限小。晶体管是现代科技史上最重要的发明之一，究其原因有三个方面。第一，它取代了电子管，成为电子技术的最基本元件，原因是性能好、体积小、可靠性大和寿命长。第二，它是微电子技术革命的发动者，而信息时代至今的发展就是由微电子技术、光子技术和网络技术三次技术革命组成的，所以它的出现成为报晓信息时代的使者。第三，晶体管是集成电路和芯片的组成单元，也是光电器件和集成光路的基本组成单元，更是网络技术的基础，只不过光电子晶体管是微电子晶体管的演变或发展罢了。由于这三方面的原因，晶体管的发明在信息科技的迅速发展中起了决定性的重要作用，它的意义远远超出了一种元器件的发明范围，而成为揭开现代技术新领域和变革几乎各种技术基础的关键。所以晶体管发明过程中的突出特点，对于其他科技的产生和发展有重要的参考和启示意义。3）小规模集成电路：晶体管诞生后，首先在电话设备和助听器中使用逐渐地，它在任何有插座或电池的东西中都能发挥作用了。将微型晶体管蚀刻在硅片上制成的集成电路，在20世纪50年代发展起来后，以芯片为主的电脑很快就进入了人们的办公室和家庭。TD5TD92SOT26图3-2 晶体管实物图计算机数控（CNC）阶段（1970年现在）（Computer Numerical Control）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的通用两个字省略了）。 到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。最常用的形式：CNC嵌入PC型，在PC内部插入专用的CNC控制卡。将计算机用于数控机床是数控机床史上的一个重要里程碑，因为它综合了现代计算机技术、自动控制技术、传感器技术及测量技术、机械制造技术等领域的最新成就，使机械加工技术达到了一个崭新的水平。（随着科技的发展晶体管的体积越来越小，已达到纳米级。(1纳米为1米的10亿分之一)，纳米晶体管的出现将导致未来可以制造出更强劲的计算机芯片。把20纳米的晶体管放进一片普通集成电路，形同一根头发放在足球场的中央。现代微处理器包含上亿的晶体管。）图3-3 DeltaTau PMAC I型多轴运动控制卡 (PCI)CNC与NC相比有许多优点，最重要的是：CNC的许多功能是由软件实现的，可以通过软件的变化来满足被控机械设备的不同要求，从而实现数控功能的更改或扩展，为机床制造厂和数控用户带来了极大的方便。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机；1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC（国外称为PC-BASED）。基于PC的运动控制器，目前最流行的是PMAC。PMAC I型多轴运动控制卡简介：图3-5数控系统* 总线：ISA，VME，PC104，PCI* 电机类型：交流伺服、直流电机(有刷、无刷、直线)/交流异步电机/步进电机；* 控制码：PMAC(类似BASIC ASICII命令)/G代码(机床)/AutoCAD转换；* 反馈：增量编码器(直线、旋转)绝对编码器 旋转变压器等图3-4 PMAC运动控制卡(PC104)(PMAC（Program Multiple Axises Controller）是美国delta tau 公司生产制造的多轴运动控制卡)。2、西门子数控系统简介世界主要CNC系统，FANUC,SIEMENS,A-B,FAGOR, HEIDENHAIN（海德汉）、三菱、NUM 等等。1）SINUMERIK 802S base line集成了所有的CNC，PLC，HMI，I/O 于一身；2）SINUMERIK 802C base line集成了所有的CNC，PLC，HMI，I/O 于一身；3）具有免维护性能的SINUMERIK802D，其核心部件PCU （面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。4）专利产品，高度集成的SINUMERIK 810D。在数字化控制的领域中，SINUMERIK 810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上。可以控制5或6个轴。适用于车铣磨削机床。5）突出的产品SINUMERIK 840D，它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATICS7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。标准的控制系统具有大量的特殊功能。如钻削、车削、铣削、磨削和手动加工技术。该系统也适用于其他特种技术，如剪切、冲压和激光加工等。图3-7SINUMERIK 840Di 外观图以上是西门子各数控系统的简单介绍，由上述介绍可知数控机床的数字控制系统由CNC、PLC、（I/O、HMI）及驱动系统组成。CNC和PLC可以综合设计称为内装型PLC（Built-in Type）或集成式、内含式，内装型PLC是CNC装置的一部分，一般不能独立工作，与CNC中CPU的信息交换是在CNC内部进行的，可与CNC装置共用一个CPU，如SINUMERIK802S/810D/802C等数控系统；也可以是单独CPU，如FANUC的0系统和15系统、美国AB公司的8400系统和8600系统等。CNC装置和PLC功能在设计时就统一考虑，因而这种类型的PLC在硬件和软件的整体结构上合理、实用，可靠性高，性价比高，适用于类型变化不大的数控机床。对于开放式数控系统，某些板卡支持PLC软件编程，如PMAC；另外一类是专业化生产厂家生产的PLC产品来实现顺序控制，称为独立型（Stand-alone Type）PLC，或称为“通用型PLC”。具有完备的软硬件功能，能独立完成规定的控制任务。通过输入/输出接口与CNC装置连接，独立型PLC有：西门子SIMATIC S5、S7，FANUC公司的PMCJ系列产品等。图3-6SINUMERIK 802S 外观图作业：1、开放式数控系统（定义、特点、国内外发展现状） 2、查找Fanuc数控系统系列，及各系列特点。3.1.2 CNC装置的组成1、CNC装置基本硬件构成CNC装置由CPU、BUS、存储器、HMI、I/O接口组成。中央处理单元 （CPU）：是CNC系统的核心与“头脑”，主要具备的功能:可进行算术、逻辑运算；可保存少量数据；能对指令进行译码并执行规定动作；能和存储器、外设交换数据；提供整个系统所需的定时和控制；可响应其他部件发来的脉冲请求；包括的部件：算术、逻辑部件、累加器和通用寄存器组、程序计数器、指令寄存器、译码器、时序和控制部件。CNC装置中常用的CPU数据宽度为8位、16位、32位和64位。CPU满足软件执行的实时性要求，主要体现在CPU的字长、运算速度、寻址能力、中断服务等方面。总线（BUS）：总线是传送数据或交换信息的公共通道。CPU板与其它模板如存储器板、I/O接口板等之间的连接采用标准总线，标准总线按用途分为内部总线和外部总线。数控系统中常用的内部标准总线有S-100、MULTI BUS、STD及VME等；外部总线有串行（如EIARS-232C）和并行（如IEEE-488）总线两种。按信息线的性质分以下三种：数据总线DB（Data Bus）：CPU与外界传送数据的通道地址总线AB（Address Bus）：确定传输数据的存放地址控制总线CB（Control Bus）：管理、控制信号的传送 STD总线（STD总线在1978年最早由Pro-Log公司作为工业标准发明的，由STDGM制定为STD-80规范，随后被批准为国际标准IEE961。STD-80/MPX作为STD-80追加标准，支持多主（MultiMaster）系统。STD总线工控机是工业型计算机，STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O OEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可*性和良好的可维护性设计，使其在空间和功耗受到严格限制的、可*性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。 STD总线产品其实就是一种板卡（包括CPU卡）和无源母板结构。现在的工业PC其实也和STD有十分近似的结构，只不过两者的金手指定义完全不同。而且STD在八十年代前后风行一时，是因为它对8位机（如Z80和它的变种系列）支持较好，目前好象没有大的发展，例如很难支持32位模式更不用说64位了，它对流行的操作系统如Windoes支持可能也有问题。）ProfibusDP总线（PROFIBUS是世界上第一个开放式现场总线标准，从1991年德国颁布FMS标准（DIN19245）至今已经历了十余年，现在已为全世界所接受。其应用领域覆盖了从机械加工、过程控制、电力、交通到楼宇自动化的各个领域。PROFIBUS 于1995年成为欧洲工业标准（EN50170），1999年成为国际标准（IEC61158-3），2001年被批准成为中华人民共和国工业自动化领域唯一的现场总线标准。PROFIBUS在众多的现场总线中以其超过40% 的市场占有率稳居榜首。著名的西门子公司提供上千种PROFIBUS产品，并已经把他们应用在中国的许多自动控制系统中。 PROFIBUS现场总线的优越性1）符合国际标准，系统扩容与升级无障碍；2） 信号采集和系统控制模块均就近安装在采集点和控制点附近，模块之间以及模块和主控计算机之间仅使用一条通信线路连接，系统运行可靠性高，系统造价低，扩充和维修便利；3）充分发挥计算机网络技术的优越性，整个系统实现计算机三级网络管理，即实现现场终端设备-运行管理网络-自动化管理软件系统三部分有机结合；任意网络计算机节点上均可查询系统信息并进行相应操作； 4）系统状态灵活：人机界面友好，菜单式操作便于使用易于掌握。）存储器（ROM、RAM）：存放CNC系统控制软件、零件程序、原始数据、参数、运算中间结果和处理后的结果的器件和设备。ROM用于固化数控系统的系统控制软件。RAM存放可能改写的信息。HMI：纸带阅读机、纸带穿孔机（很少见）、键盘、操作控制面板、显示器、外部存储设备。I/O接口：CNC装置与被控设备之间要交换的信息有三类：开关量信号、模拟量信号、数字信号，然而这些信号一般不能直接与CNC装置相联，需要一个接口（即设备辅助控制接口）对这些信号进行交换处理，其目的是：1） 对上述信号进行相应的转换，输入时必须将被控设备有关的状态信息转换成数字形式，以满足计算机对输入输出信号的要求；输出时，应满足各种有关执行元件的输入要求。信号转换主要包括电平转换、数字量与模拟量的相互转换、数字量与脉冲量的相互转换以及功率匹配等。2） 阻断外部的干扰信号进入计算机，在电气上将CNC装置与外部信号进行隔离，以提高CNC装置运行的可靠性。即设备辅助控制接口的功能必须能完成：电平转换、功率放大、电气隔离。 微机中I/O接口包括硬件电路和软件两大部分。由于选用的I/O设备或接口芯片不同，I/O接口的操作方式也不同，因而其应用程度也不同。I/O接口硬件电路主要由地址译码、I/O读写译码和I/O接口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组成。在CNC 系统中I/O的扩展是为控制对象或外部设备提供输入/输出通道，实现机床的控制和管理功能，如开关量控制、逻辑状态监测、键盘、显示器接口等。I/O接口电路与其相连的外设硬件电路特性密切相关，如驱动功率、电平匹配、干扰抑制等。I/O接口包括人机界面接口、通信接口、进给轴位置控制接口、主轴控制接口、辅助功能控制接口等，具体介绍如下：1）人机界面接口u 键盘(MDl，即Manual Data input)u 显示器(CRT)u 操作面板(OPERATOR PANEL)u 手摇脉冲发生器(MPG)2）通信接口 u 通常数控系统均具有标准的RS232串行通讯接口（DNC）。u 高档数控系统还具有RS485、MAP以及其它网络接口。3）进给轴的位置控制接口u 进给速度的控制u 插补运算（基准脉冲法、采样数据法）u 位置闭环控制4）主轴控制接口无级变速有级变速分段无级变速主轴S功能螺纹切削功能主轴准停功能主轴转速监控主轴的位置反馈主要用于 5）辅助功能控制接口CNC装置对设备的控制分为两类：一类是对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”；另一类是对设备动作的“顺序控制”。“顺序控制”是指在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态为条件，并按预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向、刀具的更换、工件的夹紧、松开、液压、冷却、润滑系统的运行等进行控制。辅助控制接口模块主要接收来自操作面板、机床上的各行程开关、传感器、按钮、强电柜里的继电器以及主轴控制、刀库控制的有关信号、经处理后输出去控制相应器件的运行。CNC装置的硬件结构（单微处理机与多微处理机结构）CNC装置的硬件结构一般分为单微处理机和多微处理机两大类。早期的CNC和现在一些经济型CNC系统都采用单微处理机结构；随着数控系统功能的增加，机床切削速度的提高，为适应机床向高精度、高速度、智能化的发展，以及适应更高层次自动化（FMS和CIMS）的要求，多微处理机结构得到了迅速发展。（一）单微处理机结构这种结构只有一个微处理机，采用集中控制、分时方法处理数控的各个任务。有的CNC装置虽然有二个以上的微处理机，但其中只有一个微处理机能够控制系统总线，占有总线资源，而其它微处理机则为专用的智能部件，不能访问主存储器，它们组成主从结构，这类结构也属于单微处理机结构。单微处理机结构的框图如图3-5所示。从图中可看到，它主要由中央处理单元（CPU）、存储器、总线、外设、输入接口电路、输出接口电路等部分组成，这一点与普通计算机系统基本相同；不同的是，输出各坐标轴的数据信息，在位置控制环节中经过转换、放大后，需去推动机床工作台或刀架（负载）的运动；更为重要的是由计算机输出位置信息后，运动部件应尽可能不滞后地到达指令要求的位置。单微处理机结构特点：（1）CNC系统中只有一个微处理机，对数据存储、插补运算、输入输出处理、CRT显示等功能都由它集中控制、分时处理。（2）微处理机通过总线与存储器、输入输出控制、伺服控制急显示控制等构成CNC装置。（3）单微处理机系统结构简单，各种标准电路模板可很方便组成所需系统。（4）单微处理机系统是由一个微处理机集中控制，其功能受字符宽度、寻址能力和运算速度等指标限制，特别是用软件实现插补功能，其处理速度较慢，实时性很差，为解决这一不足，可以采用增加浮点处理器或增加硬件插补器等方法来解决。也可以采用多微处理器。（二）多微处理机结构多微处理机结构是由两个或两个以上的微处理机来构成处理部件。各处理部件之间通过一组公用地址和数据总线进行连接，每个微处理机共享系统公用存储器或I/O接口，每个微处理机分担系统的一部分工作，从而将在单微处理机的CNC装置中顺序完成的工作转为多微处理机的并行、同时完成的工作，因而大大提高了整个系统的处理速度。1多微处理机CNC装置的结构分类（1）共享存储器结构。多微处理机结构的框图如图3-9所示，其中包括4个微处理机，分别承担I/O、插补、伺服功能、零件程序编辑和CRT显示功能，适于2坐标轴的车床，3、4、5坐标轴的加工中心。该系统主要有4个子系统和1个公共数据存储器，每个子系统按照各自存储器所存储的程序执行相应的控制功能（如插补、轴控制、I/O等）。这种分布式处理机系统的子系统之间不能直接进行通信，都要同公共数据存储器通信。在公共数据存储器板上有优先级编码器，规定伺服功能微机级别最高，其次是插补微机、再次是I/O微机等。当2个以上的微机同时请求时，优先编码器决定先接受的请求，对该请求发出承认信号；相应的微机接到信号后，便把数据存到公共数据存储器的规定地址中，其它子系统则从该地址读取数据。CPU稳压电源 +24V、+5V、+15VROM控制程序 主印刷线路板 读带接口电路 读带装置纸带 数 位置显示接口电路位置显示单元地手摇脉冲发生器接口电路 据 址 手摇脉冲发生器速度控制单元 位置控制电路DC伺服马达 总 总变换器磁泡存储器控制电路磁泡存储器I/O接口控制电路输入装置线 线MDI/CRT装置 连接装置2打印机接口电路 三相交流电源输入打印机连接装置1附加轴控制模拟主轴控制附加轴和模拟主轴控制接口电路图3-8 单微处理机CNC系统框图图3-9 多微处理机共享存储器的结构（2）共享总线结构。以系统总线为中心的多微处理机结构，称多微处理机共享总线结构。CNC装置中的各功能模块分为带有CPU的主模块和不带CPU的各种（RAM/ROM，I/O）从模块两大类。所有主、从模块都插在配有总线插座的机柜内，共享标准系统总线。系统总线的作用是把各个模块有效地连接在一起，按要求交换数据和控制信息，构成一个完整的系统，实现各种预定的功能。只有主模块有权控制使用总线。由于某一时刻只能由1个主模块占有主线，因此必须由仲裁电路来裁决多个主模块同时请求使用系统总线的竞争。仲裁的目的是判别出各模块优先权的高低，而每个主模块的优先级别已按其担负任务的重要性被预先安排好。支持多微机系统的总线都有总线仲裁机构，通常有两种裁决的方式，即串行方式和并行方式。图3-7 多微处理机共享总线结构框图多微处理机共享总线结构框图如图3-7所示。2多微处理机的结构特点（1）性能价格比高。多微机结构中的每个微机完成系统中指定的一部分功能，独立执行程序。它比单微机提高了计算的处理速度，适于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的控制要求。由于系统采用共享资源，而单个微处理机的价格又比较便宜，使CNC装置的性能价格比大为提高。（2）采用模块化结构，具有良好的适应性和扩展性。多微机的CNC装置大都采用模块化结构，可将微处理机、存储器、I/O控制组成独立微机级的硬件模块，相应的软件也采用模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形成特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，符合工厂标准或工业标准，彼此可以进行信息交换。这样可以积木式地组成CNC装置，使CNC装置设计简单、适应性和扩展性好、调整维修方便、结构紧凑、效率高。（3）硬件易于组织规模生产。由于硬件是通用的，容易配置，只要开发新的软件就可构成不同的CNC装置，因此多微处理机结构便于组织规模生产，且保证质量。（4）有很高的可靠性。多微处理机CNC装置的每个微机分管各自的任务，形成若干模块。如果某个模块出了故障，其它模块仍能照常工作；而单微处理机的CNC装置，一旦出故障就造成整个系统瘫痪。另外，多微处理机的CNC装置可进行资源共享，省去了一些重复机构，不但降低了成本，也提高了系统的可靠性。2、软件组成硬件是基础，软件是灵魂CNC装置软件是一个典型而又复杂的专用实时控制系统，CNC系统软件的主要任务之一就是如何将由零件加工程序表达的加工信息，变换成各进给轴的位移指令，主轴速度指令和辅助动作指令，控制加工设备的轨迹运动和逻辑动作，加工出符合要求的零件。CNC系统中的软件由两部分组成：管理软件和控制软件，如图31所示。它的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等都是由软件实现的。从逻辑上讲，这些任务可看成一个个功能模块，模块之间存在着耦合关系；从时间上讲，各功能模块之间存在着一个时序配合问题。在设计CNC装置软件时，要考虑如何组织和协调这些功能模块，使之满足一定的时序和逻辑关系。CNC装置中数据的转换过程： 操作系统控制软件管理软件 人 机 交 互 显 示 处 理零件程序管理输入输出管理故障诊断处理插补运算速度处理译 码 处 理 位 置 控 制机床输入输出 主 轴 控 制.图3-1 CNC装置软件功能图有两种类型的实时系统：软实时系统和硬实时系统。在软实时系统中系统的宗旨是使各个任务运行得越快越好，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成。在硬实时系统中，各任务不仅要执行无误而且要做到准时。大多数实时系统是二者的结合。实时系统的应用涵盖广泛的领域，而多数实时系统又是嵌入式的。这意味着计算机建在系统内部，用户看不到有个计算机在系统里面。目前，CNC装置软件的结构模式有如下几种：（一）前后台型或超循环系统(Super-Loops)。前后台型指无操作系统支持，采用C语言编程，前台主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性强的任务；后台（也称背景程序）运行显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预处理）等弱实时性任务。应用程序是一个无限的循环程序，在前台和后台程序内无优先级等级，也无抢占机制，因而，实时性差。例如，当系统出现故障时，有时可能要延迟整整一个循环周期（最坏的情况）才能作出反应。早期的CNC装置都采用这种结构，仅适用于控制功能较简单的系统。（二）中断型结构模式（三）基于实时操作系统的结构模式并行的工作模式指在高度集成的操作系统下，如/COS-II系统。3.1.3 CNC装置的优点：具有灵活性和通用性 n 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。n 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。数控功能丰富 q 插补功能：二次曲线、样条、空间曲面插补 q 补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等 q 人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口 q 编程功能：G代码、篮图编程、部分自动编程功能。 可靠性高 q CNC装置采用集成度高的电子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保证。 q 许多功能由软件实现，使硬件的数量减少。 q 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。使用维护方便 q 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。 q 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。 q 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。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。3.1.4 CNC装置的功能：从外部特征来看，CNC装置是由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两大部分组成。CNC装置的功能包括基本功能和辅助功能。基本功能：数控系统基本配置的功能，即必备的功能。插补功能、控制功能、准备功能、进给功能、刀具功能、主轴功能、辅助功能、字符显示功能。辅助功能：用户可以根据实际要求选择的功能。补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能、人机对话编程功能。具体介绍：(1)控制功能CNC能控制和能联动控制的进给轴数。CNC的控制进给轴有：移动轴和回 转轴；基本轴和附加轴。如，数控车床至少需要两轴联动，在具有多刀架的车床上则需要两轴以上的控制轴。数控镗铣床、加工中心等需要有3根或3根以上的控制轴。联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编程也越困难。(2)准备功能即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所谓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。一般CNC系统仅具有直线和圆弧插补，而现在较为高档的数控系统还备有抛物线、椭圆、极坐标、正弦线、螺旋线以及样条曲线插补等功能。在数控力口工过程中，有些加工工序如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，而且多次重复进行，数控系统事先将这些典型的固定循环用C代码进行定义，在加工时可直接使用这类C代码完成这些典型的动作循环，可大大简化编程工作。(4)进给功能数控系统的进给速度的控制功能，主要有以下三种：1)进给速度：控制刀具相对工件的运动速度，单位为mmmin；2)同步进给速度：实现切削速度和进给速度的同步，单位为mmr，用于加工螺纹；3)进给倍率(进给修调率)：人工实时修调进给速度。即通过面板的倍率波段开关在0200之间对预先设定的进给速度实现实时修调。(5)主轴功能数控装置的主轴的控制功能，主要有以下几种：1)切削速度(主轴转速)：刀具切削点切削速度的控制功能，单位为mmin(rmin)。2)恒线速度控制：刀具切削点的切削速度为恒速控制的功能。如端面车削的恒速控制。3)主轴定向控制：主轴周向定位控制于特定位置的功能。4)C轴控制：主轴周向任意位置控制的功能。5)切削倍率(主轴修调率)：人工实时修调切削速度。即通过面板的倍率波段开关在0-200之间对预先设定的主轴速度实现实时修调。(6)辅助功能即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刀具寿命的管理功能。加工中心都应具有此功能，刀具几何尺寸是指刀具的半径和长度，这些参数供刀具补偿功能使用；刀具寿命一般是指时间寿命，当某刀具的时间寿命到期时，CNC系统将提示用户更换刀具；另外，cnc装置都具有T功能即刀具号管理功能，它用于标识刀库中的刀具自动选择加工刀具。（8）补偿功能 1)刀具半径和长度补偿功能：该功能按零件轮廓编制的程序去控制刀具中心的轨迹，以及在刀具磨损或更换时（刀具半径和长度变化），可对刀具半径或长度作相应的补偿。该功能由G指令实现。2)传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能，即事先测量出螺距误差和反向间隙，并按要求输入到CNC装置相应的储存单元内，在坐标轴运行时，对螺距误差进行补偿；在坐标轴反向时，对反向间隙进行补偿。3)智能补偿功能：对诸如机床几何误差造成的综合加工误差、热变形引起的误差、静态弹性变形误差以及由刀具磨损所带来的加工误差等，都可采用现代先进的人工智能、专家系统等技术建立模型，利用模型实施在线智能补偿，这是数控技术正在研究开发的技术。 (9)人机对话功能在CNC装置中配有单色或彩色CRT，通过软件可实现字符和图形的显示，以方便用户的操作和使用。在CNC装置中这类功能有：菜单结构的操作界面；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)自诊断功能一般的CNC装置或多或少都具有自诊断功能，尤其是现代的CNC装置，这些自诊断功能主要是用软件来实现的。具有此功能的CNC装置可以在故障出现后迅速查明故障的类型及部位，便于及时排除故障，减少故障停机时间。通常不同的CNC装置所设置的诊断程序不同，可以包含在系统程序之中，在系统运行过程中进行检查，也可以作为服务性程序，在系统运行前或故障停机后进行诊断，查找故障的部位，有的CNC装置可以进行远程通信诊断。(11)通信功能CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能。通常CNC装置都具有RS232C接口，可与上级计算机进行通信，传送零件加工程序，有的还备有DNC接口，以利实现直接数控，更高档的系统还可与MAP(制造自动化协议)相连，以适应FMS、CIMS、IMS等大制造系统集成的要求。13机械、模具、材料相关知识、话题、资料进行学习交流