数控系统

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数控系统范文第1篇

    关键词:数控系统 优点 功能

    中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0023-02

    1、数控系统的灵活性和通用性

    CNC装置的功能大多由软件实现,且软硬件采用模块化的结构,使系统功能的修改、扩充变得较为灵活。CNC装置其基本配置部分是通用的,不同的数控机床仅配置相应的特定的功能模块,以实现特定的控制功能。

    1.1 数控功能丰富

    (1)插补功能:二次曲线、样条、空间曲面插补。(2)补偿功能:运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等。(3)人机对话功能:加工的动、静态跟踪显示,高级人机对话窗口。(4)编程功能:G代码、篮图编程、部分自动编程功能。

    1.2 可靠性高

    CNC装置采用集成度高的电子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保证。 许多功能由软件实现,使硬件的数量减少。 丰富的故障诊断及保护功能(大多由软件实现),从而可使系统的故障发生的频率和发生故障后的修复时间降低。

    1.3 使用维护方便

    (1)操作使用方便:用户只需根据菜单的提示,便可进行正确操作。(2)编程方便:具有多种编程的功能、程序自动校验和模拟仿真功能。(3)维护维修方便:部分日常维护工作自动进行(,关键部件的定期检查等),数控机床的自诊断功能,可迅速实现故障准确定位。

    1.4 易于实现机电一体化

    数控系统控制柜的体积小(采用计算机,硬件数量减少;电子元件的集成度越来越高,硬件的不断减小),使其与机床在物理上结合在一起成为可能,减少占地面积,方便操作。

    2、数控系统装置的功能

    从外部特征来看,CNC装置是由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两大部分组成。CNC装置的功能包括基本功能和辅助功能。

    2.1 数控系统的基本功能

    数控系统基本配置的功能,即必备的功能。插补功能、控制功能、准备功能、进给功能、刀具功能、主轴功能、辅助功能、字符显示功能。

    2.2 数控系统的辅助功能

    用户可以根据实际要求选择的功能。补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能、人机对话编程功能。

    (1)控制功能;CNC能控制和能联动控制的进给轴数。CNC的控制进给轴有:移动轴和回转轴;基本轴和附加轴。如,数控车床至少需要两轴联动,在具有多刀架的车床上则需要两轴以上的控制轴。数控镗铣床、加工中心等需要有3根或3根以上的控制轴。联动控制轴数越多,CNC系统就越复杂,编程也越困难。

    (2)准备功能;即G功能:指令机床动作方式的功能。

    (3)插补功能和固定循环功能;所谓插补功能是数控系统实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能。一般CNC系统仅具有直线和圆弧插补,而现在较为高档的数控系统还备有抛物线、椭圆、极坐标、正弦线、螺旋线以及样条曲线插补等功能。在数控力口工过程中,有些加工工序如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等,所需完成的动作循环十分典型,而且多次重复进行,数控系统事先将这些典型的固定循环用C代码进行定义,在加工时可直接使用这类C代码完成这些典型的动作循环,可大大简化编程工作。

    (4)进给功能;数控系统的进给速度的控制功能,主要有以下三种:第一、进给速度:控制刀具相对工件的运动速度,单位为mm/min;第二、同步进给速度:实现切削速度和进给速度的同步,单位为mm/r,用于加工螺纹;第三、进给倍率(进给修调率):人工实时修调进给速度。即通过面板的倍率波段开关在0%-200%之间对预先设定的进给速度实现实时修调。

    (5) 主轴功能;数控装置的主轴的控制功能,主要有以下几种:第一、切削速度(主轴转速):刀具切削点切削速度的控制功能,单位为m/min(r/min)。第二、恒线速度控制:刀具切削点的切削速度为恒速控制的功能。如端面车削的恒速控制。第三、主轴定向控制:主轴周向定位控制于特定位置的功能。第四、C轴控制:主轴周向任意位置控制的功能。第五、切削倍率(主轴修调率):人工实时修调切削速度。即通过面板的倍率波段开关在0%-200%之间对预先设定的主轴速度实现实时修调。

    (6)辅助功能;即M功能:用于指令机床辅助操作的功能。

    (7)刀具管理功能;实现对刀具几何尺寸&刀具寿命的管理功能。

    (8)补偿功能;第一、刀具半径和长度补偿功能:该功能按零件轮廓编制的程序去控制刀具中心的轨迹,以及在刀具磨损或更换时(刀具半径和长度变化),可对刀具半径或长度作相应的补偿。该功能由G指令实现。第二、传动链误差:包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能,即事先测量出螺距误差和反向间隙,并按要求输入到CNC装置相应的储存单元内,在坐标轴运行时,对螺距误差进行补偿;在坐标轴反向时,对反向间隙进行补偿。第三、智能补偿功能:对诸如机床几何误差造成的综合加工误差、热变形引起的误差、静态弹性变形误差以及由刀具磨损所带来的加工误差等,都可采用现代先进的人工智能、专家系统等技术建立模型,利用模型实施在线智能补偿,这是数控技术正在研究开发的技术。

    (9)人机对话功能;在CNC装置中配有单色或彩色CRT,通过软件可实现字符和图形的显示,以方便用户的操作和使用。在CNC装置中这类功能有:菜单结构的操作界面;零件加工程序的编辑环境;系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。

    (10)自诊断功能;一般的CNC装置或多或少都具有自诊断功能,尤其是现代的CNC装置,这些自诊断功能主要是用软件来实现的。具有此功能的CNC装置可以在故障出现后迅速查明故障的类型及部位,便于及时排除故障,减少故障停机时间。

    通常不同的CNC装置所设置的诊断程序不同,可以包含在系统程序之中,在系统运行过程中进行检查,也可以作为服务性程序,在系统运行前或故障停机后进行诊断,查找故障的部位,有的CNC装置可以进行远程通信诊断。

    (11)通信功能;CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能。通常CNC装置都具有RS232C接口,可与上级计算机进行通信,传送零件加工程序,有的还备有DNC接口,以利实现直接数控,更高档的系统还可与MAP(制造自动化协议)相连,以适应FMS、CIMS、IMS等大制造系统集成的要求。

    通过以上的介绍不难看出,CNC这一系统优点十分的明显,功能上也可以满足生产的各个方面需要,很值得我们去不断的深入研究和探索。

    参考文献

    [1] 陈家斌.数控系统的检修及试验[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

数控系统范文第2篇

关键词：FANUC数控系统；参数；设置；应用

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）30-0065-02

FANUC数控系统的参数很多，其中每一位型参数又有八位，因此一套FANUC系统配置的数控机床少说也有近万个CNC参数需要设定，这些参数的合理设置将会直接提升数控机床性能的发挥，提高其使用水平。大量的生产实践证明了只有了解数控系统参数的含义，才能给数控机床的故障诊断和维修带来方便，从而缩减机床故障诊断的时间，最终实现提高机床利用率的目的。此外，对数控机床系统参数的设置也是了解数控系统相关软件设计的窗口。在某些条件下，修改系统参数可以开发数控系统在订购时某些没有表现出来的功能，有助于机床功能的二次开发。因此，对于任一型号系统的数控机床，了解并掌握系统参数的含义显得尤为重要。机床生产厂家在数控机床出厂前，为了配合、适应相配套的数控机床的具体功能情况对数控系统进行了许多初始参数设置，但有些参数需要经过调试来进一步确定。在数控机床故障诊断与维修过程中，有时可以利用某些系统参数来调整机床，根据机床的实际运行状况对部分参数进行适当的修正，故专业的数控维修人员要充分了解机床的这些系统参数，并将已设定好的系统参数进行备份，妥善保管，方便在维修时使用，另外参数调整后要采取相应的保护措施，以防非专业维修人员的误操作引起机床故障。

1 FANUC数控系统参数的设置

FANUC系统参数的更改方法很多，其中比较常用的方法有参数的手动设定方法、通过阅读机/穿孔机接口用计算机传输软件输入参数；使用存储卡输入参数；使用USB口输入参数；在引导系统（BOOT SYSTEM）下用存储卡备份和复原SRAM（参数、程序、刀补等）。以手动设定方法为例说明参数更改的步骤。

将NC置于MDI方式下或按下急停按钮，按功能键[OFS/SET]一次或几次后，再按软键[SETTING]，可显示参数设定页面。将光标移至“参数写入”处，设定“参数写入”=1，按软键[ ON：1]，或者直接输入1，再按软键[输入]，这样参数成为可写入的状态。此时CNC产生P/S100报警（允许参数写入）。解除此报警的方法：按下RESET+CAN或只按下RESET（设置参数No.3116#2=1）。参数修改后：若出现000号报警，需关系统电源；对轴参数进行设置后，需要关设备总电源。按MDI面板上的功能键[SYSTEM] 一次或几次后，再按软键[参数]，选择参数页面。从键盘输入想显示的参数号，然后按软键[搜索]。可以显示指定的参数所在页面，光标在指定的参数位置上。参数设定完毕，需将参数设定页面的“参数写入=”设定为0，禁止参数设定。

2 FANUC数控系统参数的备份与恢复

FANUC数控系统中的数据有加工程序、CNC参数、螺距误差补偿值、宏变量、刀具补偿值、PMC程序、PMC数据、工件坐标系数据等，在机床不使用时这些数据是依靠控制单元中的电池进行保存的。如果控制单元损坏、电池更换或电池失效时出现差错，将会造成这些重要的数据丢失。因此在数控机床的使用中，必须做好上述数据的备份工作，当出现数据丢失时，可以选取一定的方法来恢复这些数据，从而使得机床能够正常的运行。

常用数据备份和加载有两种方法：开机时通过数据备份及加载引导画面进行；数控系统工作时通过数据输入输出方式进行。前者备份的数据是系统数据的整体，下次恢复或调试其他相同机床时，可以迅速的完成，但是数据为机器码且为打包形式，不能在计算机上打开；而后者在备份和恢复数据时首先要将20号参数设定为4，然后要在编辑方式下选择要传输的相关数据的画面。若要给备份的数据起自定义的名称，则可以通过[ALL IO]画面进行。

3 FANUC数控系统参数的保护方法

数控系统参数的设置正确与否会直接影响机床能否正常运行。在数控机床总故障数中，约10%的故障是由系统参数引起的，因此数控系统参数故障也是机床的一种常见故障。而大多情况下这些参数故障是由于操作者的误操作，改变了数控机床的某些系统参数造成的。对数控系统参数等重要文件进行保护，以防机床操作者或其他人员的的误操作，也是数控机床在日常维护工作中一个极其重要的环节。本文简要介绍FANUC 0i系统的数控机床在故障诊断与维修中几个常用的系统参数保护方法。

3.1 数控系统参数修改法

方法1：通过面板上的[OFFSET/SETTING]按键，显示参数设定界面，将“参数写入”一栏写入0即可。此方法主要适用于对系统参数不是很了解的机床操作者。

方法2：将3299号参数的第0位（PKY）更改为1，则上述方法1参数设定界面中的“参数写入”无法修改。此方法主要是由于参数的写入保护是由数控系统PMC信号中的“KEYPRM”信号（G46.0）状态决定的，更改上述参数可禁止系统参数写入。

方法3：要想进入系统的参数界面，就必须先按面板上的[SYSTEM]按键，所以把3208号参数的第0位（SKY）更改为“0”，MDI面板的功能键[SYSTEM]将无效，系统也将无法进入参数的设定界面，也就无法对参数进行修改。

由于方法2和方法3在一般的数控机床维修资料中较少提及，所以大部分人员并不清楚这些参数的作用，更不知道如何解除参数的保护，从而起到较好的保护系统参数的目的。

3.2 系统参数修改与系统PMC梯形图结台法

只需查阅相关的资料就可以解除采用上述三种方法的参数保护，因此就需要采用深层次的保护方法来保证系统参数的安全性。由于大部分一线的专业维修人员都无法做到系统PMC梯形图的编写，因此通过更改系统参数和修改系统的PMC梯形图相结合的方法可达到很好保护系统参数的作用。

首先将3299号参数的第0位修改为1，然后把系统的PMC梯形图修改如图1所示，即通过系统的一个“逻辑0”可编程序控制器信号R9091.0来控制G46.4（KEY 2），使该信号一直处于0的状态，用钥匙开关信号X13.1来控制G46.3（KEY 1）、G46.5（KEY 3）和G46.6（KEY 4）3个信号，这样就可以实现对系统参数这一重要数据的保护。

4 系统参数在维修中的应用

数控系统的参数都是经过一系列的理论计算并通过大量的试验、调整而获得的。参数通常情况下存放于数控系统的静态随机存储器（SRAM）中，当受到外界的干扰、电池电量不足以及数控系统长期不通电等情况时，都可能导致部分参数发生变化或丢失，对机床和数控系统的运行产生直接的影响。尤其当数控机床长期的闲置不使用时，系统参数丢失的现象更会容易出现。因此，维修数控机床行之有效、也是一个常用的方法就是检查数控系统并恢复机床的系统参数。此外，由于数控机床经过长时间的运行后，机床的某些运动部件会产生磨损、电器元件的性能也随之发生一定的变化等原因，也需要维修人员对相关的系统参数进行适当的调整。

4.1 参数类故障的维修思路

系统参数在数控系统中占据非常重要的位置，对其设置的是否恰当将会对机床的工作性能和工件的加工精度产生很大的影响。在调试阶段，如果参数设置的不合理或人为不恰当的参数更改，都有可能使得数控系统出现失控现象、加工误差大等故障发生，甚至还会出现一系列的报警或一些无显示信息的报警故障现象。因此，一定要先清楚地掌握系统参数的含义和其对应的功能之后再进行参数的设置。

4.2 参数类故障维修案例

4.2.1 手轮进给方式下摇动手轮无作用的维修

某一FANUC 0i mate D系统的数控车床，在手轮进给方式下摇动手轮不起作用。直接检查8131号参数的第0位（HPG）和7113号参数的数值，发现7113号参数（手轮进给倍率）的设定值正确，而8131号参数的第0位数值不知什么原因变为0了，0状态是取消使用手能，摇动手轮时当然不会有信号输出。修改该参数为1，并把参数设定界面中的“参数写入”一栏写入0即可或将写保护参数8900的第0位改成0后，关掉系统电源并重新启动手轮使用恢复正常。

4.2.2 风扇损坏的维修

一台FANUC 0i系统的数控机床，开机一段时间后画面显示ALM701报警信息。通过查阅FANUC数控机床维修材料，得到是控制单元上部的风扇由于过热的原因而引起的报警。打开该机床后侧的电气柜，发现控制单元上部的其中一个冷却风扇停止工作，用万用表测得风扇的电源正常，因而可以断定是该冷却风扇损坏。考虑到短时间内购买不到同一类型的风扇，只好将8901号参数的第0位更改为“1”先解除上述的报警，然后再用外部冷风进行强制冷却，等待风扇购到后，再将8901参数的第0位数值更改为“0”。

4.2.3 解除软限位超程报警故障的方法

某FANUC 0i mate D数控系统的机床在工作过程中，无故断电，再次通电后界面显示500#报警信息，报警内容为“Z轴方向出现了软限位超程”。

故障产生后，机床的两个轴都被锁定。从十字滑台上分析Z轴停止的位置，得到其停在滑台的中间，由此可判断Z轴不可能超出行程。再查找机床的两个软限位参数――1320号（各轴正方向储存的行程极限）参数和1321号（各轴负方向储存的行程极限）参数，发现这两个参数并没有被改动。当用手左右转动Z轴的丝杠时，向左转动会出现501#报警（即负方向超出行程），向右转动会出现500#报警（即正方向超出行程），由此可判定报警信息来自于Z轴丢失了零点信息。将1320、1321这两个软限位参数分别修改为极限值999999和-999999，并按下系统的复位键，超程报警信息消失，重新使Z轴返回零点后，该故障解除。

4.2.4 解除SV5136 FSSB：放大器数不足的报警

某FANUC 0i系统的数控车床闲置一段时间后再开机，出现SV5136 FSSB：放大器数不足的报警，维修说明书的解释内容为与控制轴的数目比较时，FSSB识别的放大器数目不足。轴数的设定或放大器的连接有误。通过放大器设定画面查找到Z轴的伺服放大器未连接到机床，检查FSSB（FANUC 伺服串行总线）连接正常，且24 V电源供电也正常。将系统的1902号参数的第0位设置为0后，关闭系统电源，再次启动机床后发现报警消失，故障解除。

5 结 语

数控系统参数的设置在机床故障诊断与维修中有着广泛的应用。机床操作者如果能了解并掌握这些参数的含义和作用，将会为数控机床的维护维修带来极大的方便，缩减故障维修的时间，从而提高机床的使用率。需要强调的是，如需更改系统的某些参数，首先要了解该参数的含义，明确该参数发生变动时会产生的现象，以及对其他的参数是否有影响，同时做好详细的记录，以便对比不同参数产生的结果，并选取其中最佳的数值设定到对应的表中；其次在参数修改前，要做好参数备份工作；最后修改好参数后要对其进行必要的保护，以防误操作带来不必要的麻烦。

参考文献：

[1] 刘永久.数控机床故障诊断与维修技术[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 李晓海，易平波.FANUC 0i（mate）C/D系统参数的简明设定[J].科技信息，2010，（15）.

[3] 马正锋，史耀耀，闫飞，等.FANUC数控系统参数丢失后的恢复方法[J].机械制造，2007，（6）.

数控系统范文第3篇

【关键词】气体压力 数控系统 精确控制

一、引言

近年来，用于切割金属板材的数控激光切割机床得到快速发展。数控激光切割机床加工金属板材时，需要气体（如氧气、氮气等）来辅助进行切割。这种方式的加工具有高速高效性，辅助气体气压的精确与稳定，直接影响着板材的切割效率与质量。因此数控激光切割机床精确控制气体压力的大小至关重要。

二、气体压力控制描述

气体压力由电磁比例阀通过电信号控制，电信号是系统向模拟量模块发送指令传输出来的。电磁比例阀接收到电压信号后，开启相应量的阀门使气体流过，从而输出气压。理论上气压大小应与电磁比例阀上接收的电压大小成正比，但由于气体受到管路限制和电路内电压的衰减，气体压力与电磁比例阀电压值大小不是简单的比例关系。

尽管如此，但对于一套固定的气路装置来说，管路对气体的限制，电路内电压的衰减都是有规律性的。我们在实际中需要反复多次测量，从而找出气体压力与电磁比例阀电压值之间的关系。

三、原理分析

经过我们的多次测量，发现气体压力与电压具有多线型关系。因此我们可以进行以下研究。

此处假定电磁比例阀内通过的气体压力值是P，其接收的电压V是范围值0-10V。给定电压值V1，V2，…，V10共10个值，使用气压表测定出实际的气压值P1，P2， …，P10。通过对气体压力和电压的实际测量分析，发现两者之间多线型关系图（见图一）。

图一

从图中可以看出，气体压力和电压在局部线段内仍具有线性关系。因此，我们可以得出下面的运算程式，给出相邻两点之间气压P与电压V的关系。

设前点为（P1，V1），后点为（P2，V2）。

两点之间的线段斜率为K，则 K= （V2-V1）/（P2-P1）。

线段的常量为M，则M=V2-（K*P2）。

因此，两点之间气压P与电压V的关系式为，V=（K*P）+M。

四、系统实现方式

我们首先要做的是在数控系统的PLC内编写一个气压函数，此函数需要准确的写出之前得到的气压P与电压V的关系。此函数的调用要具有即时性，当外部变量气体压力P发生变化时，系统快速地会根据此函数计算出指令电压V。

我们在系统数据库内建立一个数据模块，记录实际采集的10组气压与电压的数据值。

表一

我们按照表一所列的内容，实际采集10组数据。而后将这10组数据，录入到数据库内。其中数据库录入条目举例如下：

*gas.table.volt1 ： 0.25

*gas.table.pressure1 ： 0.3

依次将10组数据写入数据库内，从而完成数据模块的建立。

数控系统从工件程序内读取所需的气压值P，而后系统将气压值P与数据库采集数据进行比较，从而找到P所处于范围的两个端点。下一步系统会从数据库内调用这两个端点的数据，使用气压函数得出所需的电压值V。

系统发出指令信号到模拟电压模块，模拟电压模块根据指令输出相应的电压模拟量信号。此电压信号经过电缆传送到电磁比例阀，从而电磁比例阀输出所需的气压。

数控系统范文第4篇

关键词：数控系统，实时，插补，加减速控制

 

1 前言

在数控系统中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超行程或振荡，必须有专门的加、减速控制规律程序，以使机床在各种加工作业的情况下都能按照这个规律快速、准确地停留在给定的位置上，这就是所谓的加减速控制。

对于连续切削的数控机床，其进给速度不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且刀具和机床的寿命以及生产效率也与进给速度密切相关。对于不同材料的工件、加工刀具、加工方式和条件，应选择合适的进给速度。而进给速度的控制方法则与采用的插补算法有关。

插补运算是数控系统根据输入的基本数据（如直线的起点和终点，圆弧的起点、终点和圆心，进给速度，刀具参数等），在轮廓起点和终点之间，计算出若干中间点的坐标值，通过计算，将工件轮廓描述出来。插补的任务就是根据起点、终点、轨迹轮廓、进给速度，按数控系统的当量，对轮廓轨迹进行细化。插补精度和插补速度是插补的两项重要指标，它直接决定了数控系统的控制精度和控制速度，所以插补是整个数控系统控制软件的核心[1]。由于每个中间点计算所需的时间影响系统的进给速度，而插补中间点的精度又影响到加工精度，因此，本文所采用的插补算法正是满足精度要求和实时性的关键所在。

2 系统采用的插补及加减速控制

2.1插补

本系统采用的插补算法是时间分割法，或称采样插补法。因为此法非常适合于以交流伺服电机为执行机构的半闭环位置采样控制系统，且能够满足实时性要求。这种方法是把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为单位时间间隔（或插补周期）。每经过一个单位时间间隔就进行一次插补运算，算出在这一时间间隔内各坐标轴的进给量，边计算，边加工，直至加工到终点。

在加工某一直线段或圆弧段时，先通过控制加速度来计算速度轨迹，然后通过速度计算，将进给速度分割成单位时间间隔的插补进给量，也就是轮廓步长，又称为一次插补进给量。根据刀具运动轨迹与各坐标轴的几何关系，就可求出各轴在一个插补周期内的插补进给量，按时间间隔以增量形式给各轴送出一个个插补增量，通过执行机构使机床完成预定轨迹的加工。在这里应该注意，插补速度和加速度都不能太大，如果插补速度和加速度太大，将导致插补永久停止，除非控制系统所用的微处理器（DSP）复位，否则无法进行下一轮加工。论文参考网。为避免这种情况，本系统将在软件内部对速度和加速度进行限制。如果用户在加工过程中不经意地把进给速度调得太高，超过了可能导致插补停止的上限值，则自动取消这个操作，将速度恢复到原来的数值；如果用户所要求的速度在最大允许值范围内，则先根据原速度计算出加速度，若加速度适当，就直接使用新的速度代替原来的速度值进行插补；若加速度过大，就通过软件定时的方法逐渐地把速度增加到所要求的值。

2.2加减速控制

对于连续切削的数控机床，如上所述，进给速度的控制会直接影响加工零件的粗糙度、精度、刀具和机床的寿命以及生产效率。按照加工工艺的需要，一般将所需的进给速度用F代码编入程序，即指令进给速度。对于不同材料的零件，需根据切削量、粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速度，数控系统应能提供足够的速度范围和灵活的给定方法。在加工过程中，由于可能发生各种事先无法预料到应该改变进给速度的情况，因此还应允许操作者手动调节进给速度。此外，在启动和停止阶段，当速度高于一定值时，为防止产生冲击、失步、超调或振荡，保证运动平稳和准确定位，还要能对运动速度进行加减速控制[2]。

在CNC系统中，加减速控制通常采用软件实现，这给系统带来了较大的灵活性。由软件实现的加减速控制可以在插补前进行，也可以在插补后进行。在插补前的加减速控制称为前加减速控制，在插补后的加减速控制称为后加减速控制。前加减速控制的优点仅对合成速度——编程指令速度F进行控制，所以它不影响实际插补输出的位置精度。其缺点是要根据实际刀具位置与程序段终点之间的距离预测减速点，这种预测工作的计算工作量很大。后加减速控制与前加减速控制则相反，它是对各运动轴分别进行加减速控制，这种加减速控制不需要专门预测减速点，而是在插补输出为零时开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段的终点。由于它对各运动坐标轴分别进行控制，所以在加减速控制中各坐标轴的实际合成位置可能不准确，这是它的缺点。

本系统采用前加减速控制，其控制原理是：首先计算出稳定速度Fs和瞬时速度Fi。所谓稳定速度，就是系统处于恒定进给状态时，在一个插补周期内每插补一次的进给量。实际上就是编程给定 F值（mm/min）在每个插补周期T（ms）的进给量。论文参考网。另外，考虑调速方便，设置了快速和切削进给的倍率开关，其速度系数设为K。这样，Fs的计算公式为：

（1）

稳定速度计算结束后，进行速度限制检查，如稳定速度超过由参数设定的最高速度，则取限制的最高速度为稳定速度。

所谓瞬时速度，就是系统每个插补周期的实际进给量。当系统处于恒定进给状态时，瞬时速度Fi=Fs；当系统处于加速状态时，Fi< Fs ；当系统处于减速状态时，Fi>Fs 。

当数控设备启动、停止或在加工中改变进给速度时，系统能进行自动加减速处理，本系统支持匀加减速、三角函数双S加减速和抛物线双S加减速三种控制方式。如图1所示， T表示匀加减速控制方式，S表示三角函数双S加减速控制方式，P表示抛物线双S加减速。

图1 系统采用的加减速控制方式

现以线性加减速处理为例说明其计算处理过程。

设进给速度为F（mm/min），加速到F所需的时间为t（ms），则加/减速度可按下式计算

（2）

加速时，系统每插补一次都要进行稳定速度、瞬时速度和加速处理。若给定稳定速度要作改变，当计算出的稳定速度大于原来的稳定速度FS时，则要加速；或者给定的稳定速度FS不变，而计算出的瞬时速度Fi＜Fs时，也要加速。每加速一次，瞬时速度为：

Fi+1= Fi +T（3）

插补运算都计入新的瞬时速度值Fi+1，并对各坐标轴进行进给增量的分配。这样，一直加速到新的或给定的稳定速度为止。

减速时，系统每进行一次插补运算后，都要进行终点判断，也就是要计算出离终点的瞬时距离si。论文参考网。并按本程序段的减速标志，判别是否已到达减速区，若已到达，则要进行减速。设稳定速度和加/减速度分别为FS和，则可计算出减速时间t以及减速区域s分别为

（4）

（5）

当si≤s时，设置减速状态标志进行减速处理。每减速一次，瞬时速度为

Fi+1=Fi -T（6）

新的瞬时速度Fi+1参加插补计算，对各坐标轴进行进给增量的分配。一直减速到新的稳定速度或减到零。

上面提到，在加减速处理中，每次插补运算后，系统都要按求出的各轴插补进给量来计算刀具中心到本程序段终点的距离si，并以此进行终点判别和检查本程序段是否已到达减速区并开始减速。

对于直线插补，si的计算可应用公式

（7）

设直线终点P坐标为（xe，ye），x为长轴，其加工点A（xi，yi）也就已知，则瞬时加工点A离终点P距离si为：

（8）

式中，为长轴与直线的夹角，如图2所示。

 

图2 直线插补终点判别

对于圆弧插补，si的计算应按圆弧所对应的圆心角小于及大于两种情况进行分别处理，如图3所示。

小于时，瞬时加工点离圆弧终点的直线距离越来越小，见图3a。若以MP为基准，则A点离终点的距离为：

（9）

图3 圆弧插补终点判别

大于时，设A点为圆弧AP的起点，B点为离终点P的弧长所对应的圆心角等于时的分界点，C点为小于圆心角的某一瞬时点，见图3b。显然，瞬时点离圆弧终点的距离si的变化规律是：当瞬时加工点由A点到B点时，si越来越大，直到它等于直径；当加工越过分界点B后，si越来越小，与图3a所示情况相同。这样，在这种情况下的终点判别，首先应判别si的变化趋势，即若si变大，则不进行终点判别处理，直到越过分界点；若si变小再进行终点判别处理。

3 结论

本文对普通数控系统中插补及加减速控制进行了简要介绍，并以此为基础详述了自主开发的系统能实现实时控制的插补、加减速控制原理。着重说明了时间分割法插补原理、前加减速控制原理，并以匀加减速控制为例进行了说明。经过在实践中的应用表明，采用时间分割法作为本系统的插补方法并配以前加减速控制可以实现复杂曲面零件微小的逼近，使加工轮廓误差减至最小，满足了数控系统的高速度、高精度、高效率和高可靠性的要求。

参考文献

[1] KimDI. Study on interpolation algorithms of CNC machine tools. IEEEIndustry Applications Conference，1995(3)

[2] 叶蓓华. 《数字控制技术》[M]， 北京：清华大学出版社，2002

数控系统范文第5篇

关键词：数控系统； 发展现状

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2011)11-179-001

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步，发展到了今天的开放式数控系统。

数控系统确保了数控机床具有高精、高速、高效的功能，可以使装备制造业实现数字化、柔性化和网络化制造。随着我国航空航天、船舶、汽车、电站设备和国防工业等制造业的高速发展，数控机床在装备制造业中的重要性愈来愈明显，中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领，因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。

一、国外数控系统现状

在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。

1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段

纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS 2010）上，发那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B数控系统。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子展出的828D所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度，从而获得很好的工件精度。此外，三菱公司的M700V系列的数控系统也可实现纳米级插补。[1]

2.机器人使用广泛

未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域，不仅仅局限于传统的搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位，而且延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。[2]

3.智能化加工不断扩展

随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生，保证其不稳定工况下生产的安全，减少机床故障率，提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。

4.CAD/CAM技术的应用

当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON等一些著名CAM软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。

二、国内数控系统现状

随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。

国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中数控系统，成功开发了CKX5680数控七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。[3]

国内的数字化交流伺服驱动系统产品也有了很大的发展，已能满足一般的应用，并能与进口产品竞争，占领了国内的大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、广州数控、航天数控和开通数控等。

然而，由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差，技术积累较少，研发队伍的实力较弱，研发的投入力度不够，国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距，限制了数控系统的发展。为此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推进我国中高档数控系统的发展。

参考文献：

[1]彭芳喻等.从IMTS 2010展看我国数控系统未来发展之路[J]，金属加工，2011第4期：8-11

[2]肖明.从EMO 2009看现代数控系统技术发展[J]，机械工程师，2009第4期：13-16