数控机床技术分析

陈明耀（广西玉林农业学校，广西 玉林 537000）

数控机床技术分析

陈明耀
（广西玉林农业学校，广西 玉林 537000）

摘要：数字控制系统应用于机床主轴旋转和各坐标的自动化控制系统，是提高机床加工业产品质量和生产率的前提和发展方向。随着当今社会经济的发展和信息化水平的不断提高，数控技术已经在机械加工和制造行业之中取得了主导地位。然而在世界范围内，特别是在现代化工业生产过程中，数控技术的开发和应用，是国家技术水平和综合实力的标志。本文将对数控技术在机床自动化领域中的应用进行分析，并初步探讨数控技术的发展趋势。

关键词：数控系统；测量系统；伺服系统；数控技术发展

一、数控系统的基本组成和工作原理

数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为NumericalControlSystem，缩写为NC。然而，伴随着计算机的发展和应用，计算机数控系统（Computerized numericalcontrol，简称CNC）由然而生。由于计算机数控系统CNC采用先进的控制理念，已经被广泛的应用在机械加工和生产制造业之中。

1计算机数控系统的基本组成。计算机数控系统由三大部分组成，即CNC计算机数控装置，伺服控制系统和机床测量系统。在电气自动控制系统中，使输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统为随动系统，也称伺服系统。伺服系统一般结构它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器及功率驱动放大器等各部件组成。检测系统控制主要是对机床的主轴旋转和自由度坐标运动进行控制。

2计算机数控系统的工作原理。CNC数控装置是一个具有输入输出功能的专用计算机系统，按机床加工工艺程序进行插补运算，发出控制指令到伺服控制系统。伺服系统接受来自CNC的进给脉冲，经变换和放大，然后去驱动机床各加工坐标轴的伺服控制系统，使坐标轴按指令脉冲进行位置运动，我们常称为坐标轴进给控制。然而，机床主轴驱动控制与进给驱动控制有很大的差别。主轴运动通常是旋转运动，满足主轴调速及正反转即可，但当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就对主轴提出了相应的位置控制要求。此时，主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统，只是控制比较简单。检测系统实时检测机械相对运动的直线位置和回转位置以及运行速度等信息，并将此信息反馈到数控系统和伺服驱动控制系统，用来修正控制指令与机械运行偏差，从而实现机床机械传动部分按给定工艺参数运行。

二、数控系统的技术特点

1单坐标轴和多轴坐标联合控制。根据被加工部件的工艺要求，数控机床可采用计算机编程实现：直线、曲线、平面、曲面加工；也就是说各坐标轴可以单坐标运动和多坐标复合联动。当各坐标复合联动时，如坐标五轴复合联动时，就实现了机床立体加工。然而，各坐标运行功能，最终还是取决于数控机床的类型。目前而论，“数控加工中心”是数控机床之中完美的加工设备。

2精加工精度高。在数控系统之中，其测量系统所获取的测量精度信息，主要是由编码器实现的。无论是增量式位移编码器还是绝对值式位移编码器，它们的制造精度决定了数控系统的控制精度。目前机床定位精度一般大于等于0.02mm，而数控机床的伺服系统采用编码器反馈控制后，其加工精度可以达到此标准。

3加工能力智能化。数控机床对所加工部件的不同类型，显示出多变的智能化适用性。特别是在制造业、加工业迅速发展的现在，由于市场需求在变；用户个性化创意在变；产品的需求在变。原来批量化、单一化的加工生产模式，已经不适应市场需求和发展。为此机床加工业要有柔性，以适应加工和制造业市场。而数控机床正具备了这种特质，当被加工部件工艺要求变化的时候，通过对数控机床计算机编程，来控制各坐标的伺服驱动系统，从而简单快捷完成加工程序，充分体现了数控机床自适应智能化特性。

4加工设备整体模块化。（1）数控机床自动化控制部分。随着世界加工业、制造业的进步和发展，人们在不断对设备的整体结构进行寻求和开发，使其整体结构具备模块化、小型化和更环保的特质。目前CNC装置已经采用最新集成芯片电路，而且具备8轴控制功能。伺服系统也早已由分立的单电子元器件，实现集成模块化。相同功率的伺服驱动系统，经过集成模块化后，其体积是集成模块化前（分立元器件伺服驱动系统）体积的1/12。（2）机械传动部分。由于数控机床业的飞速发展，特别是伺服系统的不断更新完善，使得机械传动系统更简洁。这是因为伺服系统调速范围很宽，电机转速可以达8000r/min以上。为此机械传动比可以减小，由原来的多级齿轮传动，减少到一级或两级齿轮传动。这使得小功率数控机床体积减小，实现了小型化。

三、数控技术发展

1数控系统开放性。在应用CNC计算机数字控制机床以前，数控系统CN是独立封闭系统，设备的加工程序依据纸带打孔读取。由于计算机技术的应用范围不断扩大，原来的NC装置已逐步被计算机数字控制系统CNC装置所取代。CNC装置数控系统的硬件具有的cpu、eprom、ram接口和数控位置控制器、手动数据输入（mda）接口、视频显示（crt或lcd）接口和plc接口等。由于硬件接口特性，使得CNC装置对外部设备I/O信息进行采集和控制，从而为数控系统开放性奠定了基础。

2数控系统管理软件。数控系统管理软件分为：管理软件和控制软件两种。管理软件用来采集I/O信息、位置信息、系统参数、编制程序、显示运行状态和故障报警记录等。控制软件用来对采集的数据进行运算、补偿、编译、速度和位置控制等。数控系统管理软件是伺服系统以及其它硬件的指挥中心，也是通往物联网的桥梁。

3物联网特性。由于全球物联网的实现，给计算机数控技术的网络控制打开了方便之门。通过对开放式数控系统的二次开发、以其适应适应网络操作等特点，数控机床终将成为网络客户端。从而可以使数控机床，既能实现多台数控机床互联网控制，又能实现网络远程控制。

参考文献

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[2]李长文，何雪明.数控技术的发展趋势及产业化[J].机械制造与自动化，2010 （02）：187-191.

[3]李鸿儒，吴建厦.浅析数控技术的发展趋势[J].科技创新导报，2011（15）：83-85.

中图分类号：TG659

文献标识码：A