1.什么是数控系统

数控系统(CNC)即以运动控制算法为核心，NC 加工代码为输入，结合接口电路，伺服驱动以及主轴装置等辅助技术，通过控制模块实现自动化设备加工操作的专业计算机系统。数控系统的主要任务是将零件的加工数据经过一定的处理后控制伺服驱动轴运动，完成所需要轮廓轨迹。

2.数控系统的基本类型

按运动轨迹分类：

(1)点位控制数控系统

控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置,而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工。这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。

(2)直线控制数控系统

不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的工具移动轨迹是一条直线，且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工，其辅助功能要求也比点位控制数控系统多，如它可能被要求具有主轴转数控制、进给速度控制和刀具自动交换等功能。此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。

(3)轮廓控制数控系统

这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床和特种加工机床等。

按加工工艺分类：

⑴车削、铣削类数控系统

针对数控车床控制的数控系统和针对加工中心控制数控系统。这一类数控系统属于最常见的数控系统。FANUC用T，M来区别这两大类型号。西门子则是在统一的数控内核上配置不同的编程工具：Shopmill,shopturn来区别。两者最大的区别在于：车削系统要求能够随时反映刀尖点相对于车床轴线的距离，以表达当前加工工件的半径，或乘以2表达为直径;车削系统有各种车削螺纹的固定循环;车削系统支持主轴与C轴的切换，支持端面直角坐标系或回转体圆柱面坐标系编程，而数控系统要变换为极坐标进行控制;而对于铣削数控系统更多地要求复杂曲线、曲面的编程加工能力，包括五轴和斜面的加工等。随着车铣复合化工艺的日益普及，要求数控系统兼具车削、铣削功能，例如大连光洋公司的GNC60/61系列数控系统。

⑵磨削数控系统

针对磨床控制的专用数控系统。FANUC用G代号区别，西门子须配置功能。与其他数控系统的区别主要在于要支持工件在线量仪的接入，量仪主要监测尺寸是否到位，并通知数控系统退出磨削循环。磨削数控系统还要支持砂轮修整，并将修正后的砂轮数据作为刀具数据计入数控系统。此外，磨削数控系统的PLC还要具有较强的温度监测和控制回路，还要求具有与振动监测、超声砂轮切入监测仪器接入，协同工作的能力。对于非圆磨削，数控系统及伺服驱动在进给轴上需要更高的动态性能。有些非圆加工(例如凸轮)由于被加工表面高精度和高光洁度要求，数控系统对曲线平滑技术方面也要有特殊处理。

⑶面向特种加工数控系统

这类系统为了适应特种加工往往需要有特殊的运动控制处理和加工作动器控制。例如，并联机床控制需要在常规数控运动控制算法加入相应并联结构解耦算法;线切割加工中需要支持沿路径回退;冲裁切割类机床控制需要C轴保持冲裁头处于运动轨迹切线姿态;齿轮加工则要求数控系统能够实现符合齿轮范成规律的电子齿轮速比关系或表达式关系;激光加工则要保证激光头与板材距离恒定;电加工则要数控系统控制放电电源;激光加工则需要数控系统控制激光能量。

按伺服系统的控制方式分类：

⑴开环控制数控系统

这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件。CNC装置输出的进给指令(多为脉冲接口)经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电/断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，从70年代开始，被广泛应用于经济型数控机床中。

⑵半闭环控制数控系统

位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如全闭环控制数控系统，但其调试方便，成本适中，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。

⑶全闭环控制数控系统

位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行调节控制。这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些连接环节放在闭环内，导致整个系统连接刚度变差，因此调试时，其系统较难达到高增益，即容易产生振荡。

按功能水平进行分类：

⑴经济型数控系统

又称简易数控系统，通常采用步进电机或脉冲串接口的伺服驱动，不具有位置反馈或位置反馈不参与位置控制;仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统;通常不具有用户可编程的PLC功能。通常装备的机床定位精度在0.02mm以上。

⑵普及型数控系统

介于简式型数控系统和高性能型数控系统之间的数控系统，其特点联动轴数4轴以下(含4轴)，闭环控制(伺服电机反馈信息参与控制)，具有螺距误差补偿和刀具管理功能，支持用户开发PLC功能。

⑶高档型数控系统

一般是指具有多通道(两个及以上)数控设备控制能力，具有双驱控制、5轴及以上的插补联动功能、斜面加工、样条插补、双向螺距误差补偿、直线度和垂直度误差补偿、刀具管理及刀具长度和半径补偿功能、高静态精度(分辨率0.001 m即最小分辨率为1nm)和高动态精度(随动误差0.01mm以内)、高速度及完备的PLC控制功能数控系统。

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