数控系统的软件控制技术分析

蒲智强

摘 要：随着我国高端制造业的快速发展，航空航航天、船舶、钢铁、工程机械等行业的强势发展为我国的数控机床市场提供具体的发展机遇和市场，本文就是简要分析数控系统中软件控制技术。

关键词：数控系统；软件控制技术；软件控制

数字控制系统简称数控系统，根据人员在计算机中事先存储的控制程序来执行相关数值控制功能，并相应配有伺服驱动装置和接口电路的专用计算机系统。此系统通过专用数字变成指令完成对一台或多台机械设备的动作控制，已达到对位置、角度、速度等机械数值的控制。

一、数控系统软件简介

虽然目前市场上数控系统组成结构形式各异，各有特点和优势，但都围绕系统的初始硬件和软件对的工程设计思路和初始的基础要求进行设计完成，都是有三大部分共同组成，分别是控制系统、伺服系统和位置测量系统。控制系统为专用计算机变成语言系统，通过编程指令的输入和输出功能完成加工弓箭程序的插补运算，然后将指令发送给伺服驱动系统。在机械机床运转过程中，其设备的回转和直线运动位置、速度等参数由测量系统回馈给控制系统，以便系统修正控制指令，起到调节控制数据的作用。随着科学技术和计算机软件语言的日趋完善，数控系统对通用计算机的使用使得其更加具有软件为主的特点，随着传统机床的逻辑控制装置被PLC代替，数控系统哥哥家灵活、小巧、易于操作更为复杂的数控功能，并且实现了网路连接和远程通信控制功能，更加方便对数控系统的使用和功能实现。

二、数控系统软件控制结构

1.输入数据

输入数据处理程序主要有三部分内容分别是：输入、译码、数据处理。输入是根据加工元器件的要求转化为标准的计算机编程代码并且将数据输入计算机零件加工程序，通过加工指令完成机械操作。软件编译过程这种完成指令和数据的译码和处理，并按照软件逻辑进行规定的格式存放。部分系统需要补偿计算或为了机械速度控制和插补运算进行预计算。

2.插补计算

CNC作为典型的实施控制方式，在进行插补运算的同时进行机械加工。CNC系统根据加工器件的数据要求在软件加工程序中的体现，如曲线的种类、起点、终点等参考数值进行中间输出点的插值密集化运算，这种运算需要咱哥按照程序给定轨迹要求同时也需要符合机械系统平稳运动过程中对加减速的要求。根据系统的预算结果，对机械操作坐标轴发送进给运动的位置指令，这就是插补运算。运算得到的位置指令通过CNC内或者伺服系统的相關设备的调节，对输出电流驱动电机产生相应的指令控制，配合刀具的运动满足加工任务需求规定，挖成器件的加工任务。

3.管理程序

在加工过程中对数据的输入、处理和插补运算等相关处理服务的各种程序的调度管理由管理程序负责，同时还需要对面板命令、时钟信号、故障信号等会引起设备中断的情况进行维护和处理。其实现需要计算机硬件结构下实施操作系统的支持。

4.诊断程序

诊断程序的主要功能是在数控系统程序运转过程中及时发现系统故障，同时指出相应的故障类型。或者正在运行前或者系统故障发生后检查系统中各主要部件是否存在功能异常，找出相应的故障部位。

三、流程中软件控制技术分析

软件控制技术是通过计算存贮器中的程序运用完成数控系统设备要求，软件实现其全部或部分控制功能，其中包括刀具补偿、插补、位置控制、速度处理等方面。采用半导体存储设备代替原有打孔零件纸带程序进行控制加工，在显示、编辑、检查和修改方面降低了对系统硬件配置的需求，提高系统操作可靠性，同时降低了系统成本。

1.软件输入及编译技术

首先需要将控制参数、补偿量等数据要求的加工指令转换为系统软件操作指令进行输入，通过计算机硬件设备的接口或者网络传输来完成，CNC装置在其输入过程中需要完成无效码的删除和代码校验、转换等工作做。无论软件系统采用MDI或者存储器方式进行运转，都是将零件加工程序拆分成程序段进行处理，按照一定的逻辑将各种零件信息、轮廓要求、加工速度等信息转换为计算机识别数据形式，存储在制定位置。同时软件控制系统中有语法检验功能，将译码过程中不符合语法逻辑或者语法错误的程序段进行报警处理。

2.应用数据处理

目前采用的CNC装置是以零件的轮廓轨迹进行编程，在控制过程中软件系统将刀具的长度和半径进行补偿，以便将加工过程中的轮廓轨迹转换为刀具的中心轨迹，包括程序段之间的过切削判别和自动转接。软件控制技术需要对刀具的移动速度进行编程，区中包含各个坐标位置的合成方向速度。需要将刀具运动速度拆分为坐标轴速度进行控制，系统软件对机场有最低和最高速度的限制，同时处理自动加减速。加工过程中遇到曲线数据处理就需要做“数据点的密化”控制起点和终点之间的曲线，插补程序就是通过周期运行对速度的控制计算出微小的直线数据段，达到曲线加工轨迹的完成。

3.位置控制实现

位置控制是由软件进行控制实现的，其处于伺服回路的位置环上。软件控制每个采样周期内将实际反馈的位置与理论位置进行比较，并将两者之间的插值传输给伺服电动机。为了提高数控系统的定位精度，需要在系统控制过程中完成位置回路的增益调整和误差补偿等工作，通过相应软件的输入、输出和控制，已达到零件加工标准要求。

4.显示及诊断功能实现

数控系统的显示功能直观的将零件程序的加工过程显示出来，包括各个步骤参数显示、刀具位置显示、各坐标位置显示及机床状态显示，有些还可以将刀具的加工轨迹通过静态和动态的图形进行显示，方便操作人员的调整和控制。对于系统中不正常的情况，通过联机和脱机诊断及时进行定位和检查。

四、软件控制技术的发展

1.自动编程技术的应用和发展

原有数控系统通常采用手工编程和自动编程两种方式完成，通过实践数据统计，采用手工编程方式占用的机床加工时长比例为30：1，这种方式无法满足现阶段对元器件的加工需求，为了提高工作效率，需要采用计算机自动编程系统代替原有对的手工编程。通过自动化编程语言即数控语言的应用，大大提高了数控系统的编程效率，随着技术水平的不断提高，图像数控编程技术的出现有效解决了原有的几何造型和几何形状的显示问题。同时软件控制技术的应用协助数控系统完成交互设计和刀具轨迹生成及走刀过程的仿真验证和显示，大大提高了使用和成品效率，推动了CAD和CAM系统的一体化发展，大大减少系统的占用空间，提高系统的快速性和可靠性。

2.开放式技术的发展

早在19世纪80年代，机床制造商就允许在开放系统平台上增加一定的硬件和软件设备，构造自己的操作系统。目前主流的数控系统生产厂家采用的是将PC板和CNC相结合的基础结构。其中PC板主要进行非实时控制，CNC负责以坐标轴运动为主的实时控制。这样有利于原有数控机床的升级和改造，秩序在原系统结构基础上增加PC板就可以完成，同时给用户提供键盘使两者之间能够交互和建立联系，大大提高了人机界面的控制功能，原来越多的数控系统生产厂家重视软件控制技术的应用和开发，是数控技术的发展方向。

五、结束语

数控系统是目前应用比较高效的操作系统，其综合了自动化技术、计算机技术、精密测量等方面最新的研究成果，其软件控制技术的应用大大提高了生产效率和经济效益，保障了数控系统的安全平稳运行作业，为数控系统的发展提供积极影响。

参考文献：

[1]董靖川，王太勇，徐跃.基于数控流水线技术的开放式数控系统[J].计算机集成制造系统，2009.

[2]孙志永，韩秋实，郑军.基于运动控制技术的数控系统[J].新技术新工艺 2004.endprint