计算机技术在数控系统中的应用

盛景亮

【摘 要】现代数控机床向着高速、高精、高效和复合化方向发展，对机床的运动性能、动力性能、机械结构性能、加工性能，以及伺服控制等方面提出了越来越高的要求。运用计算机技术辅助数控机床取得更好的加工效果无疑具有十分重要的现实意义。

【关键词】计算机技术；数控系统；应用

由于科学技术飞跃发展，在激烈的竞争中数控设备以其高速度、高精度、工序集中，适合中小批量产品生产，特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件加工，且能保证加强的质量需求，得到了越来越广泛的应用。而计算机技术无疑是推动数控设备不断发展的核心动力之一。下面就对计算机技术在数控系统中的应用展开探讨。

1 计算机在数控系统中的发展

进入21 世纪，随着通用型微型计算机的发展和普及以许多国家对嵌入式微型计算机技术的大量投入，加快了其发展速度，从而使得这种设计理念在数控系统中得到广泛的应用，很好地解决了数控系统中的设计问题。然而数控的推广很重要，即如何将数控产品推向市场，为此必须将数控产品通用化、信息化和网络化。

1.1 数控系统高的可靠性

数控系统的可靠性是数控机床质量的一项关键指标，常以平均无故障工作时间来衡量。随着新一代数控的研制成功，其平均无故障工作时间已长达10年以上。

1.2 加强标准化和开放性

因为基于微型计算机的开放式，数控系统已不适应制造业的发展需要，硬件的体系结构和功能模块就应该具有兼容性。在数控系统上开发多个通信接口和多级通信功能满足进线和联网的不同要求，使之不仅具有串行、DNC 点对点的通信技术，还支持各种专用的网络操作。

1.3 数控系统的智能化

数控系统的智能化程度和微型计算机的应用是密切关联的，而且数控系统的智能化要求已发展到如下几个方面：

1.3.1 利用自适应数控技术，从加工中检测必要的信息，半自动调整系统有关参数，改善系统的运行状态，达到最佳的运行；

1.3.2 建立工艺参数数据库指导加工，并带有逻辑控制的神经网络系统；

1.3.3 各种伺服驱动装置的反馈控制，以及负载的自动适应过程；

1.3.4 由微型计算机智能自动化编程。

2 计算机辅助数控加工与计算机辅助编程是其在数控机床中重要的应用方向

计算机辅助数控加工由工艺分析和加工参数设置、几何分析、刀位轨迹生成、刀位仿真后置处理、加工过程仿真等六大功能模块组成，主要分为前置处理、后置处理和加工仿真三部分功能。计算机辅助编程就是借助于通用计算机来编制程序，其过程可分为原程序编制和目标程度编制两个阶段。一个完整的数控语言系统由前置处理和后置处理两部分组成。前置处理是对用数控语言所编制的源程序进行输入与翻译、运算、刀具中心轨迹和刀位偏差计算以及输出刀位数据，又称为主处理、主信息处理或信息处理，这部分工作可独立于具体的数控机床进行工作。后置处理是按数控机床控制系统的要求来设计，包括输入刀位数据、功能信息处理、运动信息处理、输出数控程序等工作。前置处理和后置处理工作在计算机辅助数控加工中有很大比重。前置处理如采用现成的计算机辅助制造软件或自动数控编程系统，则二次开发量不大。后置处理是计算机辅助加工中的一个功能模块，需自行开发。随着数控机床发展，数控系统功能越来越强，各厂家生产的数控系统差异性越大，从而增加了开发通用后置处理软件的迫切性及开发难度。

加工仿真是指用计算机来仿真数控加工过程，包含以下方面：刀具中心运动轨迹仿真，刀具、夹具、机床、工件间的运动干涉碰撞仿真，质量分析仿真和工艺过程布局仿真。

3 当前计算机辅助系统在数控系统制造过程的有效应用分析

计算机辅助制造是指在机械制造业中，利用电子数字计算机技术通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程，简称CAM。CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。CAM所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。计算机辅助制造的核心是计算机数值控制（简称数控），是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。从自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。

计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面：硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等，软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。

数控系统是机床的控制部分，它根据输入的零件图纸信息、工艺过程和工艺参数，按照人机交互的方式生 成数控加工程序，然后通过电脉冲数，再经伺服驱动系统带动机床部件作相应的运动。传统的数控机床（NC）上，零件的加工信息是存储在数控纸带上的，通过光电阅读机读取数控纸带上的信息，实现机床的加工控制。后来发展到计算机数控（CNC），功能得到很大的提高，可以将一次加工的所有信息通过阅读机实现。更先进的CNC机床甚至可以去掉光电阅读机，直接在计算机上编程，或者直接接收来自CAPP的信息，实现自动编程。后一种CNC机床是计算机集成制造系统的基础设备。现代CNC系统常具有以下功能：（1）多坐标轴联动控制；（2）刀具位置补偿；（3）系统故障诊断；（4）在线编程；（5）加工、编程并行作业；（6）加工仿真；（7）刀具管理和监控；（8）在线检测。所谓数控编程是根据来自CAD的零件几何信息和来自CAPP的零件工艺信息自动或在人工干預下生成数控代码的过程。常用的数控代码有ISO（国际标准化组织）和EIA（美国电子工业协会）两种系统。

采用数控语言编程虽比手工编程简化许多，但仍需要编程人员编写源程序，仍比较费时。为此，后来又发展了CAD/CAM编程技术。到目前几乎所有大型CAD/CAM应用软件都具备数控编程功能。在使用这种系统编程时，编程人员不需要编写数控源程序，只需要从CAD数据库中调出零件图形文件，并显示在屏幕上，采用多级功能菜单作为人机界面。编程过程中，系统还会给出大量的提示。这种方式操作方便，容易学习，又可大大提高编程效率。一般CAD/CAM系统编程部分都包括下面的基本内容：查询被加工部位图形元素的几何信息；对设计信息进行工艺处理；刀具中心轨迹计算；定义刀具类型；定义刀位文件数据。对于一些功能强大的CAD/CAM系统，甚至还包括数据后置处理器，自动生成数控加工源程序，并进行加工模拟，用来检验数控程序的正确性。当然，在CAD/CAM系统编程中，还需编程人员予以一定的干预，在确保正确无误的基础上，将加工指令送到数控机床进行加工。

4 结语

从本质上来讲，数控设备就是现代计算机技术与古老机械制造技术的完美结合。可以说，计算机技术推动了数控设备不断取得发展。因此，探讨计算机技术在数控设备中的合理、高效应用，对于提高数控设备生产质量和效率具有十分重要的现实意义。

【参考文献】

[1]苏晓彬，张程飞，庄柏松，杨庆凤.浅析微型计算机在数控系统中的发展及应用[J].科学大众：科学教育，2011（10）.

[2]聂晓根，刘艳斌.应用计算机辅助工程技术提升数控机床产品质量[J].世界制造技术与装备市场，2011（4）.

[责任编辑：王洪泽]