數控機床技術分析

陳明耀（廣西玉林農業學校，廣西 玉林 537000）

數控機床技術分析

陳明耀
（廣西玉林農業學校，廣西 玉林 537000）

摘要：數字控制系統應用于機床主軸旋轉和各坐標的自動化控制系統，是提高機床加工業產品質量和生產率的前提和發展方向。隨著當今社會經濟的發展和信息化水平的不斷提高，數控技術已經在機械加工和制造行業之中取得了主導地位。然而在世界范圍內，特別是在現代化工業生產過程中，數控技術的開發和應用，是國家技術水平和綜合實力的標志。本文將對數控技術在機床自動化領域中的應用進行分析，并初步探討數控技術的發展趨勢。

關鍵詞：數控系統；測量系統；伺服系統；數控技術發展

一、數控系統的基本組成和工作原理

數控系統是數字控制系統的簡稱，英文名稱為NumericalControlSystem，縮寫為NC。然而，伴隨著計算機的發展和應用，計算機數控系統（Computerized numericalcontrol，簡稱CNC）由然而生。由于計算機數控系統CNC采用先進的控制理念，已經被廣泛的應用在機械加工和生產制造業之中。

1計算機數控系統的基本組成。計算機數控系統由三大部分組成，即CNC計算機數控裝置，伺服控制系統和機床測量系統。在電氣自動控制系統中，使輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統為隨動系統，也稱伺服系統。伺服系統一般結構它是一個雙閉環系統，內環是速度環，外環是位置環。速度環中用作速度反饋的檢測裝置為測速發電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它由速度調節器、電流調節器及功率驅動放大器等各部件組成。檢測系統控制主要是對機床的主軸旋轉和自由度坐標運動進行控制。

2計算機數控系統的工作原理。CNC數控裝置是一個具有輸入輸出功能的專用計算機系統，按機床加工工藝程序進行插補運算，發出控制指令到伺服控制系統。伺服系統接受來自CNC的進給脈沖，經變換和放大，然后去驅動機床各加工坐標軸的伺服控制系統，使坐標軸按指令脈沖進行位置運動，我們常稱為坐標軸進給控制。然而，機床主軸驅動控制與進給驅動控制有很大的差別。主軸運動通常是旋轉運動，滿足主軸調速及正反轉即可，但當要求機床有螺紋加工功能、準停功能和恒線速加工等功能時，就對主軸提出了相應的位置控制要求。此時，主軸驅動系統也可稱為主軸伺服系統，只是控制比較簡單。檢測系統實時檢測機械相對運動的直線位置和回轉位置以及運行速度等信息，并將此信息反饋到數控系統和伺服驅動控制系統，用來修正控制指令與機械運行偏差，從而實現機床機械傳動部分按給定工藝參數運行。

二、數控系統的技術特點

1單坐標軸和多軸坐標聯合控制。根據被加工部件的工藝要求，數控機床可采用計算機編程實現：直線、曲線、平面、曲面加工；也就是說各坐標軸可以單坐標運動和多坐標復合聯動。當各坐標復合聯動時，如坐標五軸復合聯動時，就實現了機床立體加工。然而，各坐標運行功能，最終還是取決于數控機床的類型。目前而論，“數控加工中心”是數控機床之中完美的加工設備。

2精加工精度高。在數控系統之中，其測量系統所獲取的測量精度信息，主要是由編碼器實現的。無論是增量式位移編碼器還是絕對值式位移編碼器，它們的制造精度決定了數控系統的控制精度。目前機床定位精度一般大于等于0.02mm，而數控機床的伺服系統采用編碼器反饋控制后，其加工精度可以達到此標準。

3加工能力智能化。數控機床對所加工部件的不同類型，顯示出多變的智能化適用性。特別是在制造業、加工業迅速發展的現在，由于市場需求在變；用戶個性化創意在變；產品的需求在變。原來批量化、單一化的加工生產模式，已經不適應市場需求和發展。為此機床加工業要有柔性，以適應加工和制造業市場。而數控機床正具備了這種特質，當被加工部件工藝要求變化的時候，通過對數控機床計算機編程，來控制各坐標的伺服驅動系統，從而簡單快捷完成加工程序，充分體現了數控機床自適應智能化特性。

4加工設備整體模塊化。（1）數控機床自動化控制部分。隨著世界加工業、制造業的進步和發展，人們在不斷對設備的整體結構進行尋求和開發，使其整體結構具備模塊化、小型化和更環保的特質。目前CNC裝置已經采用最新集成芯片電路，而且具備8軸控制功能。伺服系統也早已由分立的單電子元器件，實現集成模塊化。相同功率的伺服驅動系統，經過集成模塊化后，其體積是集成模塊化前（分立元器件伺服驅動系統）體積的1/12。（2）機械傳動部分。由于數控機床業的飛速發展，特別是伺服系統的不斷更新完善，使得機械傳動系統更簡潔。這是因為伺服系統調速范圍很寬，電機轉速可以達8000r/min以上。為此機械傳動比可以減小，由原來的多級齒輪傳動，減少到一級或兩級齒輪傳動。這使得小功率數控機床體積減小，實現了小型化。

三、數控技術發展

1數控系統開放性。在應用CNC計算機數字控制機床以前，數控系統CN是獨立封閉系統，設備的加工程序依據紙帶打孔讀取。由于計算機技術的應用范圍不斷擴大，原來的NC裝置已逐步被計算機數字控制系統CNC裝置所取代。CNC裝置數控系統的硬件具有的cpu、eprom、ram接口和數控位置控制器、手動數據輸入（mda）接口、視頻顯示（crt或lcd）接口和plc接口等。由于硬件接口特性，使得CNC裝置對外部設備I/O信息進行采集和控制，從而為數控系統開放性奠定了基礎。

2數控系統管理軟件。數控系統管理軟件分為：管理軟件和控制軟件兩種。管理軟件用來采集I/O信息、位置信息、系統參數、編制程序、顯示運行狀態和故障報警記錄等。控制軟件用來對采集的數據進行運算、補償、編譯、速度和位置控制等。數控系統管理軟件是伺服系統以及其它硬件的指揮中心，也是通往物聯網的橋梁。

3物聯網特性。由于全球物聯網的實現，給計算機數控技術的網絡控制打開了方便之門。通過對開放式數控系統的二次開發、以其適應適應網絡操作等特點，數控機床終將成為網絡客戶端。從而可以使數控機床，既能實現多臺數控機床互聯網控制，又能實現網絡遠程控制。

參考文獻

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