数控机床发展现状分析论文.doc

毕 业 论 文

数控机床发展现状分析

学 号 03
姓 名 闫利凯
班 级 数控101
专 业 数控技术
系 部 机电工程系
指导老师 王吴光

完成时间2012年10月08日至2013年04月01日

题目:数控机床发展现状分析
摘要:本文主要讲述了数控机床国内外的发展概况，现代数控技术的发展趋势。介绍了数控机床的特点，组成与分类，并介绍了可编程控制器（PLC）在数控机床中的应用。重点介绍了磨床的概况，以及现代数控磨床的特点，并用PLC进行了对自动磨床电气系统的改造。
关键词：数控技术 现状 趋势 结构
This article mainly narrated the numerical control engine bed domestic and foreign development survey, the modern numerical control technology trend of development. Introduced the numerical control engine bed characteristic, the composition and the classification, and introduced programmable controller (PLC) in the numerical control engine bed application. Introduced with emphasis the grinder survey, as well as the modern numerical control grinder characteristic, and has carried on with PLC to the automatic grinder electrical system transformation.
Key words: numerical control technology and equipment trends

目 录
引言………………………………………………………………………………1
第1章 数控机床概要…………………………………………………………1
1.1 数控机床的产生……………………………………………………………1
1.2 数控机床的发展……………………………………………………………2
1.3 数控机床的组成及工作原理………………………………………………2
1.4 数控技术的复合化…………………………………………………………3
1.5 数控技术的开放性…………………………………………………………4
第2章 国产数控机床的发展现状……………………………………………5
2.1 国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小……………………………5
2.2 国产数控机床存在的问题…………………………………………………6
2.3 核心技术严重缺乏…………………………………………………………6
2.4 民族品牌与国际品牌差距明显……………………………………………6
2.5 技术创新和成果转化与市场脱节…………………………………………7
2.6 缺乏先进的管理机制………………………………………………………7
第3章 国内数控机床的发展趋势……………………………………………7
3.1 智能、高速、高精度化……………………………………………………7
3.2 设计、制造绿色化…………………………………………………………8
3.3 复合化与系统化……………………………………………………………8
3.4 数控系统发展趋势…………………………………………………………8
3.4.1 数控系统向开放式体系结构发展………………………………………8
3.4.2 数控系统向网络化方向发展……………………………………………9
3.4.3 数控系统向多轴联动化方向发展……………………………………10
第4章 CNC装置的工作原理…………………………………………………10
4.1 输入………………………………………………………………………10
4.2 译码………………………………………………………………………11
4.3 插补………………………………………………………………………11
4.4 进给速度处理……………………………………………………………11
4.5 刀具补偿…………………………………………………………………11
4.6 位置控制…………………………………………………………………11
4.7 显示………………………………………………………………………11
4.8 I\O处理…………………………………………………………………11
4.9 诊断………………………………………………………………………12
第5章 CNC装置的硬件结构…………………………………………………12
5.1 单微处理器结构的CNC系统……………………………………………12
5.2 位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元……………………12
第6章 新型功能部件…………………………………………………………13
结束语…………………………………………………………………………13
参考文献………………………………………………………………………15

引 言
美国麻省理工学院1952 年研制出第一台试验性数控系统, 距现在已历经半个世纪。随着电子技术和控制技术的飞速发展, 当今的数控系统功能已经非常强大, 与此同时加工技术及其他一些相关技术的发展对数控系统的发展和进步也提出了新的要求。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术, 是现代化工业生产中的一门发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术, 应用于传统制造产业和新型制造业形成的机电一体化产业, 即所谓的数字化装备。进入20 世纪90 年代以来, 由于计算机技术的飞速发展, 推动了数控机床技术更快的更新换代。除了对数控机床技术指标如高速化、高精度和可靠性的进一步提高以外，世界上许多数控系统生产厂家利用PC丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性, 并向智能化、网络化方向发展。

第一章数控机床的概要
制造业是生产物质财富的产业，机床是制造业的主要生产设备，制造 业中的绝大多数零件都直接或间接地经过机床加工，固此机床(也称工作母机)是制造业的基础。在传统制造业中，对于大批量生产的产品，往往采用组合机床等专用机床组成的自动或半自动生产线；对于单件或小批量生产的产品，一般采用通用机床加工。
1.1 数控机床的产生
随着科学技术的不断发展，市场对机械产品的要求越来越高，不仅要求提高产品的质量水平，而且要求加快产品更撕换代的速度。这样就导致了现代制造业中多品种、中小批量生产的比重不断增加。在这样的情况下，再采用传统的加工机床就显得不合理了。
1948年美国帕森斯(P—ns)公司在研制加工直升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出利用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新概念。1952年帕森斯公司和麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所合作研制成功世界E第一台三坐标数控铣床，其数控系统采用脉冲乘法器原理，全部由电子管元件组成，虽然体积庞大，功能简单，但却意义重大，标志着机械制造业进入r一个新的发展阶段。1958年我国北京机床研究所和清华大学开始研制数控机床，1965年北京第一机床厂开始生产三坐标数控铣床。
数控机床的出现极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。对于整个制造业来说．由于数控机床的大量使用，使得产品质量大幅度提高，新产品开发周期明显缩短。目前数控机床已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。
1.2数控机床的发展
(1)数控机床的发展简史
1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类自g造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业，工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进^信息社会奠定了基础。6年后，即在1 952年，计算机技术应用于机床上，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测景和机械设计等新技术的机电体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统(数控系统)的自动化机床。计算机数控阶段也经历了三个时代，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)。
从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了50多年的历程。数控系统由当初的电子管式起步．经历了以下几个发展阶段：分立式晶体管式汕规模集成电路式、大规模集成电路式、超大规模集成电路巾型计算机式、微机式的数控系统。
前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硬件数控装置，一般称为Nc数控系统。到20世纪80年代，总体发展趋势是：数控装置由Nc向CNC发展；广泛采用32位CPU组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC装置向人T智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统的可靠性不断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高，到1990年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台(套)。
(2)我国数控机床发展概况
我国数控技术的发展得益于改革开放。20世纪80年代开始，先后从美国、日本、德国等发达国家引进了一些数控系统和伺服技术。陆续发展了一批具有70年代末、80年代初期水平的数控系统，这些系统较完善的性能和稳定性，很快得到了用户的认可，结束了我国数控机床发展长期徘徊不前的局面，推动了我国数控机床的发展。90年代，我国的数控机床技术得到了较大提升。在这期间，国家先后安排了“数控机床引进技术消化吸收”、“柔性制造系统技术(FMS)开发研究”、“计算机集成制造系统(CIMS工程)的研究”等重点科技攻关项目。数控机床的核心技术数控系统和伺服驱动系统，也由完全依赖进口，发展到引进消化、自主开发阶段。目前我国有数十家研究所或企业，能够从事各种类型数控系统的生产与研制。比较有代表性的，如北京的KND系统、DKM系统、南京的华兴系统、新方达系统、华中理工大学的华中系统、成都的广泰系统等。
1.3数控机床的组成及工作原理
数控机床一般由数控系统、伺服系统(包含伺服电机和检测反馈装置)、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。
(1)控制介质
控制介质叉称信息载体，是联系人与数控机床之间的中间媒介物质。反映了数控加工中的全部信息。数控机床的加工程序可以存储在控制 质上。常用的控制介质有穿孔纸带、磁带和磁盘等。
(2)输入装置
输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存人 数控系统内。
(3)数控装置
数控装置是数控机床的核心，其作用是：从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或 统软件进行编译，运算处理后，输出几种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
(4)伺服单元和驱动装置
伺服单元是CNC和机床本体的联系环节，它把来自CNC装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接收指令的不同，伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类叉可分为直流伺服单元和交流伺服单元。伺服单元还包括位置检测装置。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统反馈到机床的数控系统中。
驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或接规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。
(5)辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过翻译、逻辑判断和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令．刀具的选择和交换指令．冷却、润}骨装置的启停，工件和机床部件的松开和夹紧，分度工作台的转位分度等开关辅助动作。当今数控机床已广泛采用可编程控制器作为辅助控制装置。
(6)机廉本体
数控机床的本体指其机械结构宴体。它与传统的普通机床相似，但数控机床在整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。归纳起来主要有以下几个方面：
①采用高性能主轴及主传动部件。
②进给传动采用高效传动件。一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。
③具有完善的刀具自动交换和管理系统。
④机床本身具有很高的动、静刚度。
⑤采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工的，为了操作安全等因素，一般采用移动门结构的全封闭罩壳．对机床的加工部件进行全
1.4数控技术的复合化
复合化包括T序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工全部工序的概念。加工中心(包括车削中心、磨削中心、电加工中心等)的出现，又把车、铣、镗、钻等类的工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台、自动转换立卧主轴头的镗铣加1=中心，不仅一次装卡可以完成镗、铣、钻铰、攻丝和检验等工序，而且还可以完成箱体五个面粗精加工的工序。
近年来．又相继出现了许多跨度更大的功能集中的复合化数控机床。日本池贝铁工所的TW4LⅡ立式加工中心．由于采用了u轴，亦可进行车加T。东芝机械的GMc 95立式加工中心，在一根主轴上既可进行切削叉可进行磨削。美国sINcNNAIllMlI，AcR()N公司的车、铣、镗、钻偏心孔多用途制造中心，在一台车削中心上不仅可以完成回转体的外圆和端面的车削加工，还可完成铣平面、钻斜孔，开曲线槽等，使刀具回转的加工中心或膳削中心与工件伺转的车削中心复合。如意大利sAFOP的车、镗、铣、磨复合机床；德国VOEsl AIjlNT_盯EINNEL公司M30型铣削一车削复合中心；ETA公t“('1I。DEMl趼。ER复合车一铣机床。还有成型机床与切削机床的复台，如瑞l Raskn的冲孔、成型与激光切割复合；wHITNE公司等离子加工与冲压复合等。在多轴和多轴联动控制方面，日本的FANucl6系统为2～1 5轴；西门子880系统控制轴数达24轴。
在ENo 20展会上，新日本工机的j面加1二机床采用复合主轴头，可宴现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上宴现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMc公司 展出DMuvoutlon系列加工中心，可在一次装夹完成5面加工和5轴联动 加工，由cNc系统控制或CA州CAM直接或间接控制。
1.5数控技术的开放性
为适应数控进线、联网、普艘型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性、设计生产开放式的数控系统。例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。
围绕数控技术、制造过程技术在快速成型，并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床．用较件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域。
以计算机辅助管理和工程数据库、因特同等为主体的制造信息支持技术的智能化决策系统，对机械加工中大量信息进行存储和实时处理，应用数字化网络技术，使机械加工整体系统趋于资源合理支配并高效地应用。
由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术擞字化阿络技术，机械加工向虚拟制造的方向发展。

第2章 国产数控机床的发展现状
2.1国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小
数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏，已经由成长期进入了成熟期，可提供市场1,500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中，五轴(坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于2 台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功，改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。
2.2国产数控机床存在的问题
由于中国技术水平和工业基础还比较落后，数控机床的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比，差距还是很大，尤其是数控系统的控制可靠性还较差，数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关，尽快建成与完善数控机床和数控产业成为当前的主要任务。目前主要问题有：
2.3核心技术严重缺乏
统计数据表明，数控机床的核心技术—数控系统，由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成，中国90%需要国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社，所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口，国内真正大而强的企业并不多。目前世界最大的3 家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错，但在电器硬件方面还需进一步提高。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。
数控功能部件是另外一个薄弱环节。某种意义上说，功能部件将构筑21世纪现代数控机床。功能部件的性能和价格决定了数控机床的性能和价格。功能部件不是机床附件，它是数控机床的核心代表。国产数控机床的主要故障大多出在功能部件上，它是影响国产数控机床使用的主要根源。从国产数控机床的开发和使用来看，功能部件急需技术攻关。特别在数控刀具滞后现象反映相当强烈。国产数控刀具在寿命、可靠性等方面差距明显，无论在品种、性能和质量上都远远不能满足用户要求。由于国产刀具品种少、寿命低，严重影响数控机床效率的发挥。调研企业进口的数控机床，配用大量进口数控刀具，由于价格昂贵，用户不堪负担。数控立、卧回转工作台，数控分度盘和数控电动刀架等数控功能部件市场中海外商家也稍胜一筹。
2.4民族品牌与国际品牌差距明显
2004年6月一份广东机床用户的抽查情况透露，在数控机床的各个品牌之中，用户对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等数控机床品牌的关注度已占全部市场的60%以上。品牌知名度上的差距，导致用户在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控机床行业的一些“实力派”。如哈尔滨某发动机(集团)有限公司的缸体生产线是一条全自动加工线，其粗加工选用韩国大宇重工的专机自动线，精加工则选用了英国CROSS HULLE公司的专机自动线，缸盖加工线是由德国Cross. Huller公司制造的高速加工中心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的全自动密封检测机和清洗机组成的。曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，精加工线由日本的数控高速CBN 磨床、动平衡机、抛光机等组成。
2.5技术创新和成果转化与市场脱节
适销对路的产品是企业在市场竞争中取胜的根本。技术创新是产品满足市场需要的关键。多数企业在确定数控技术创新项目上没有突出重点，市场定位不明确，不能集中力量，突破重点，带动整体，项目安排带有盲目性。首先，盲目跟随国际技术潮流增加生产能力。数控机床产业本身的水平关键要看创新能力、人员素质和企业素质的提高。近年来的改制、改组已有一些初步成效，来之不易。在面对市场需求增加的同时，还是要清醒看市场，稳妥求发展，还是要抓前、抓后(即抓开发、抓销售、抓质量、抓服务)，慎重抓能力。中国要成为制造市场，而不是加工市场，机床行业也应正确看待这个问题。否则就造成科技攻关的新产品差距仍然很大，浪费了有限的人力物力；其次技术创新取得成果后，缺乏市场化的全面安排，质量保证体系的不健全，尚未制定相应的规范和标准，制造工艺研究严重滞后。造成数控机床市场占有率逐年下降；再次，不重视质量和服务。机床行业是第1 个提出质量承诺声明的行业，在市场好转的时候，企业对质量和服务更要重视，对用户更加周到和热情，一个企业的品牌往往是在市场好的时候树立的，也往往是在市场好的时期丢掉的。
2.6缺乏先进的管理机制
多数企业都受到生产经营缺乏动力、自我约束机制不健全、劳动生产率低下等问题的严重困扰。适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。所以必须按照经济发展的客观要求，建立以公司法人为主要内容的现代企业制度。真正确立以用户为中心的市场经济观念，认真调整产品结构和组织结构。真正让市场在资源配置中起基础作用。

第3章 国内数控机床的发展趋势
3.1智能、高速、高精度化
新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部件(如电主轴、直线电机、LM直线滚动系统等)主轴转速达15,000r/min以上。计算机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大，计算机系统及其应用软件的复杂化，带来了机床系统及其硬件结构的简化，数控机床的智能化程度日趋提高。一台机床的重复定位精度如果能达到0.005 mm(ISO 标准、统计法)，就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO 标准、统计法)以下，就是超高精度机床。高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。随着电脑辅助制造(CAM)系统的发展，精密度已达到微米级。
3.2设计、制造绿色化
绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。数控机床在设计时要考虑：绿色材料设计；可拆卸性设计；节能性设计；可回收性设计；模块化设计；绿色包装设计等。数控机床作为装备制造业的核心，能否顺应环保趋势，加大绿色设计与制造的研制，将是影响经济发展的重要要素之一。
3.3复合化与系统化
工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。由于产品开发周期愈来愈短，对制造速度的要求也相应提高，机床也朝高效能发展。机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。
3.4数控系统发展趋势
计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快地更新换代。许多数控系统生产厂家利用Pc机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易地实现智能化、网络化。，开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。
3.4.1数控系统向开放式体系结构发展
开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的．数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。
3.4.2数控系统向网络化方向发展
随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e一制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。为模具车间利用Inkmet技术进行的网络化控制数控加工．数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMCC、FMS、rrL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(c[MS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善，能方便地与cAD、CAM、cAPF。、MiX3联结，向信息集成方向发展，网络系统向开放、集成和智能化方向发展。
3.4.3数控系统向多轴联动化方向发展
在加工自由曲面时，三轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而五轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率．因此．多轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。
第4章 CNC装置的工作原理
CNC装置在其硬件环境支持下，按照系统监控软件的控制逻辑．对输人、译码、刀具补偿、速度规划、插补运算、位置控制、L／O接口处理、显示和诊断等方面进行控制。cNc装置的主要工作包括以下内容。
4.1输入
输人cNc装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。输人的形式有光电阅读机输人、键盘输入、磁盘输入、连接上级计算机的DNC接口输人、网络输人。从CNC装置的工作方式看，有存储器输人工作方式和MDI工作方式。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。
4.2译码
不论系统工作在MDI方式还是存储器输入方式下，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理的，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码的过程中．还完成对程序段的语法检查，发现语法错误便立即报警。
4.3插补
插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”(拟合)。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干次插补周期后，插补加工完一个程序段轨迹，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。
4.4进给速度处理
编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理。
4.5刀具补偿
刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常，CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前，在比较好的CNC装置中，刀具补偿还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，就是所谓的c刀具补偿。
4.6位置控制
位置控制处在伺服回路的位置环上，这部分工作可以由软件实现，也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机。在位置控制中，通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。
4.7显示
CNC装置的显示主要是为操作者提供方便，通常用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些CNC装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。
4.8 I\O处理
主要处理CNC装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等)。
4.9诊断
现代CNC装置都具有联机和脱机诊断的能力。联机诊断是指CNC装置中的自诊断程序，随时检查不正确的事件。脱机诊断是指系统运转条件下的诊断，CNC装置配备有各种脱机诊断程序，以检查存储器、外围设备(CRT、阅读机、穿孔机)、L，O接口等。脱机诊断指采用远程通信方式，即所谓的远程诊断，把用户的CNC通过网络与远程通信诊断中心的计算机相连，对CNC装置进行诊断、故障定位和修复。

第5章 CNC装置的硬件结构
CNC装置是在硬件支持下，通过系统软件控制进行工作的，其控制功能在相当程度上取决于硬件结构。数控系统的硬件结构，按CNC装置中各电路板的插接方式，可分为大板式结构和功能模块式结构；按微处理器的个数，可分为单微处理器结构和多微处理器结构；按硬件的制造方式．可分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置的开放程度，可分为封闭式结构、Pc嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构。
5.1单微处理器结构的CNC系统
所谓单微处理器结构，是指在CNC装置中只有一只微处理器(CPU)，工作方式是集 中控制，分时处理数控系统的各项任务，如存储、插补运算、输人／输出控制、CRT显示等。某些CNC：装置中虽然用了两个以上的CPU．但能够控制系统总线的只是其中的一个CPI_F，它独占总线资源，通过总线与存储器、输入输出控制等各种接口相连。其他的CPU则作为专用的智能部件，不能控制总线，也不能访问存储器。这是一种主从结构，故被归纳于单微处理器结构中。单微处理器结构简单，容易实现。
5.2位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元
位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内的位移量，控制伺服电机工作，并根据接收到的实际位置反馈信号。修正位置指令．实现机床运动的准确控制。
数据输入／输出接口与外围设备是CNC装置与操作者之间交换信息的桥梁。例如，通过MDI方式或串行通信，可将工件加工程序送人CNC装置；通过CRT显示器，可以显示工件的加工程序和其他信息。在单微处理器结构中，由于仅由一个微处理器进行集中控制，故其功能将受CPU字长、数据字节数、寻址能力和运算速度等因素的限制。如果插补等功能由软件来实现，则数控功能的实现与处理速度就成为突出的矛盾。解决矛盾的措施可以有：增加浮点协处理器、采用带有CPU的PL和CRT等智能部件。

结束语
数控技术是制造自动化的基础, 是现代制造装备的灵魂与核心, 是国家工业和国防工业现代化的重要手段, 关系到国家战略地位, 体现国家综合国力水平, 其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。
中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。

参考文献
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