第2章　计算机数控系统

2.1　计算机数控系统概述

计算机数控系统（简称CNC系统），是20世纪70年代发展起来的机床数控系统，它是靠计算机运行控制软件来替代先前的硬件数控系统（简称NC系统）完成对机床的控制。CNC是一个运行数控控制软件的计算机，按照零件数控加工程序去执行数控装置的一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口。

2.1.1　CNC系统的组成

CNC数控系统由加工程序、输入输出设备、CNC装置、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，图2-1所示为CNC系统的组成框图。

数控系统是严格按照数控程序对工件进行自动加工的。数控加工程序按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，如零件加工的轨迹信息、工艺信息及开关命令等。

2.1.2　CNC系统工作过程

CNC装置的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。CNC装置的工作原理是：通过输入输出设备输入机床加工零件所需的各种数据信息（数控加工程序），经过计算机的译码、刀具半径补偿、加减速控制、插补等处理和运算，将每个坐标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位置。从而实现刀具与工件的相对运动，自动完成对零件的加工。

2.1.3　CNC系统的特点

CNC系统之所以取代以前的NC系统，是因为CNC系统具有NC系统无法比拟的优点。

（1）灵活性大

NC系统是用硬件逻辑线路来实现对机床的控制功能。这种固定接线的电路一旦制成后就很难改变，而CNC系统的数控功能大部分是由软件在通用硬件的支持下来实现的，其功能的改变、扩充和适应性方面都具有较大的灵活性，如果要改变、扩充其功能，只需通过对软件的修改和扩充便可实现。

（2）通用性强

CNC系统的硬件和软件大多采用模块化的结构。按模块化的结构组成的CNC系统基本配置部分是通用的，不同的数控机床（如数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等），只需要配置相应的功能模块，就可以满足这些机床特定的功能，这对数控机床的维护维修都十分方便。

（3）数控功能丰富

CNC系统利用计算机的高度计算能力，可实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补、动静态图形显示、多种功能补偿、数字伺服控制功能等。

（4）可靠性高

CNC装置的加工零件程序在加工前一次送入存储器，并经过检查后方可被调用，这就避免了在加工过程中程序输入带来的故障。同时许多功能由软件来实现，硬件结构大大简化，采用大规模和超大规模集成电路，使可靠性进一步提高。

（5）易于实现机电一体化

由于采用计算机，使硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，使硬件的体积不断减小。因此，数控系统的结构非常紧凑，使其与机床结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作。由于通信功能的增强，容易组成数控加工自动生产线，如FMC、FMS、DNC和CIMS等。

（6）使用维护方便

操作使用方便：目前大多数数控系统的操作采用菜单结构，用户只需根据菜单的提示进行操作即可。

编程方便：目前大多数数控机床具有多种编程功能，并且具有程序校验和模拟仿真功能。

维护维修方便：数控机床的许多维护工作是由数控系统承担的，而且，数控机床的自诊断功能可迅速使故障定位，方便维修人员。