1、我國常用數(shù)控系統(tǒng)的比較我國常用數(shù)控系統(tǒng)的比較摘要 簡單介紹數(shù)控的基本知識，并針對我國常用數(shù)控系統(tǒng)SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)和FANUC數(shù)控系統(tǒng)和華中數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較。關(guān)鍵字 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)前言 數(shù)控技術(shù)是綜合了計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造等學(xué)科領(lǐng)域成果而形成的一門藝術(shù)。在現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域中，數(shù)控技術(shù)已成為核心技術(shù)之一，是實現(xiàn)柔性制造、計算機集成制造的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一。數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用于機床裝備中，形成了機床數(shù)控技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)是機床數(shù)控技術(shù)的核心，我國常用的數(shù)控SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)和FANUC數(shù)控系統(tǒng)和華中數(shù)控系統(tǒng)之間存在一些差異。一、數(shù)控技術(shù)簡介數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（Nu

2、merical Control）。它是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控(NC)機床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動器及進(jìn)給裝置等部分。現(xiàn)代數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，是新一代生產(chǎn)技術(shù)、計算機集成制造系統(tǒng)等的技術(shù)集合?，F(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展趨向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、復(fù)合化、智能化和開放式結(jié)構(gòu)。主要發(fā)展動向是研制開發(fā)軟、硬件都具有開放式結(jié)構(gòu)的智能化全功能通用數(shù)控裝置。數(shù)控技術(shù)是機械加工自動化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合實力的水平。它隨著

3、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。2、 數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 數(shù)字控制機床是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機床，它是數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置，計算機數(shù)控系統(tǒng)是以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成如圖所示。2.1 計算機數(shù)控裝置（CNC裝置）CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。在一般的數(shù)控加工過程中，首先啟動CNC裝置，在CNC內(nèi)部軟件的控制下，通過輸入裝置或輸入接口讀入零件的數(shù)控加工程序，并存放到CNC裝置的存儲區(qū)。開始加工時，在控制軟件的作用下，將數(shù)控加工程序從存儲區(qū)讀出，按程序段進(jìn)行處理，先進(jìn)行譯碼處理，將零件數(shù)控加工程序轉(zhuǎn)

4、換成計算機能處理的內(nèi)部形式，將程序段的內(nèi)容分成位置數(shù)據(jù)和控制指令，并存放到相應(yīng)的存儲區(qū)中，最后根據(jù)數(shù)據(jù)和指令的性質(zhì)進(jìn)行各種流程處理，完成數(shù)控加工的各項功能。2.2 驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C械運動，它與伺服單元一起是數(shù)控裝置和機床傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它們有的帶動工作臺，有的帶動刀具，通過幾個軸的綜合聯(lián)動,使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。2.3 伺服單元伺服單元分為主軸伺服和進(jìn)給伺服兩部分，分別用來控制主軸電動機和進(jìn)給電動機。伺服單元接收來自CNC裝置的進(jìn)給指令，這些指令經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進(jìn)給的速度、方向、位移。

5、2.4 可編程邏輯控制器（PLC） PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有軌跡上的具體要求，它接受CNC裝置的控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等順序動作信息，對其進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開、關(guān)等一些輔助動作；它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往CNC裝置，用于加工過程的控制。2.5 機床本體 機床本體即數(shù)控機床的機械部件，包括主運動部件、給進(jìn)運動執(zhí)行部件（工作臺、拖板及其傳動部件）、支承部件（床身立柱等）、輔助裝置（具有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功

6、能的裝置），加工中心類的數(shù)控機床還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件。 數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但是由于數(shù)控機床的高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工要求，其機械部件在精度、剛度、抗震性等方面要求更高。因此，近年來來設(shè)計數(shù)控機床時采用了許多新的加強剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。3、 數(shù)控系統(tǒng)的分類3.1 按機床的運動軌跡分類 1、點位控制數(shù)控系統(tǒng) 2、直線切削數(shù)控系統(tǒng) 3、連續(xù)切削數(shù)控系統(tǒng)3.2 按伺服系統(tǒng)控制方式分類 1、開環(huán)控制數(shù)控機床 2、全閉環(huán)控制數(shù)控機床 3、半閉環(huán)控制數(shù)控機床 3.3 按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類 1、經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)又稱簡易數(shù)控系統(tǒng) 2、普及

7、型又稱全功能數(shù)控系統(tǒng) 3、高檔型數(shù)控系統(tǒng)4、 我國常用數(shù)控機床4.1 FANUC數(shù)控系統(tǒng) FANUC系統(tǒng)是日本富士通公司的產(chǎn)品，通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC系統(tǒng)進(jìn)入中國市場有非常悠久的歷史，有多種型號的產(chǎn)品在使用，使用較為廣泛的產(chǎn)品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型號中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。 系統(tǒng)在設(shè)計中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝、各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統(tǒng)設(shè)計了比較健全的自我保護電路。PMC信號和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活

8、性。系統(tǒng)提供串行RS232C接口，以太網(wǎng)接口，能夠完成PC和機床之間的數(shù)據(jù)傳輸。FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結(jié)構(gòu)非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。FANUC系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應(yīng)性很強。鑒于前述的特點，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)擁有廣泛的客戶。使用該系統(tǒng)的操作員隊伍十分龐大，因此有必要了解該系統(tǒng)的一些軟、硬件上的特點。我們可以通過常見的FANUC 0系列了解整個FANUC系統(tǒng)的特點。1、剛性攻絲主軸控制回路為位置閉環(huán)控制，主軸電機的旋轉(zhuǎn)與攻絲軸（Z軸）進(jìn)給完全同步，從而實現(xiàn)高速高精度攻絲。 2、復(fù)合加工循環(huán) 復(fù)合加工循環(huán)

9、可用簡單指令生成一系列的切削路徑。比如定義了工件的最終輪廓，可以自動生成多次粗車的刀具路徑，簡化了車床編程。 3、圓柱插補適用于切削圓柱上的槽,能夠按照圓柱表面的展開圖進(jìn)行編程。 4、直接尺寸編程 可直接指定諸如直線的傾角、倒角值、轉(zhuǎn)角半徑值等尺寸，這些尺寸在零件圖上指定，這樣能簡化部件加工程序的編程。5、記憶型螺距誤差補償 可對絲杠螺距誤差等機械系統(tǒng)中的誤差進(jìn)行補償，補償數(shù)據(jù)以參數(shù)的形式存儲在CNC的存儲器中。 6、CNC內(nèi)裝PMC編程功能 PMC對機床和外部設(shè)備進(jìn)行程序控制7、隨機存儲模塊 MTB(機床廠)可在CNC上直接改變PMC程序和宏執(zhí)行器程序。由于使用的是閃存芯片，故無需專用的RA

10、M寫入器或PMC的調(diào)試RAM。 8、顯示裝置 4.2 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng) SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)簡介 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)是一個集成所有數(shù)控系統(tǒng)元件（數(shù)字控制器，可編程控制器，人機操作界面）于一體的操作面板安裝形式的控制系統(tǒng)。所配套的驅(qū)動系統(tǒng)接口采用西門子公司全新設(shè)計的可分布式安裝以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動技術(shù)，這種新的驅(qū)動技術(shù)所提供的DRIVE-CLiQ接口可以連接多達(dá)6軸數(shù)字驅(qū)動。外部設(shè)備通過現(xiàn)場控制總線 PROFIBUS DP連接。這種新的的驅(qū)動接口連接技術(shù)只需要最少數(shù)量的幾根連線就可以進(jìn)行非常簡單而容易的安裝。SINUMERIK802D sl為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控車床和數(shù)控銑床提供了完備的功能，

11、其配套的模塊化結(jié)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)為各種應(yīng)用提供了極大的靈活性。性能方面經(jīng)過大大改進(jìn)的工程設(shè)計軟件（Sizer，Starter）可以幫助用戶完成從項目開始階段的設(shè)計選型，訂貨直到安裝調(diào)試全部過程中的各項任務(wù)。 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)功能 相對于802D在性能上有許多的改進(jìn)，為廣大的客戶在希望擴大應(yīng)用領(lǐng)域和范圍方面提供了更多的可能和受益，例如：可以方便的使用 DIN 編程技術(shù)和 ISO 代碼進(jìn)行編程，卓越的產(chǎn)品可靠性，數(shù)字控制器，可編程控制器，人機操作界面，輸入/輸出單元一體化設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由各種循環(huán)和輪廓編程提供的擴展編程幫助技術(shù)，通過DRIVE-CLiQ 接口實現(xiàn)的最新數(shù)字式驅(qū)動技術(shù)提供了統(tǒng)一的

12、數(shù)字式接口標(biāo)準(zhǔn)，各種驅(qū)動功能按照模塊化設(shè)計，可以根據(jù)性能要求和智能化要求靈活安排，各種模塊不需要電池及風(fēng)扇，因而無需任何維護。 各種功能體現(xiàn)了西門子公司最新的產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)，例如5個數(shù)字驅(qū)動軸，其中任意4個都可以作為聯(lián)動軸進(jìn)行插補運算，另一個作為定位軸使用，同時，還提供一個相應(yīng)的數(shù)字式主軸（模擬主軸即將推出）作為一個變型使用, 在帶C 軸功能時，可以采用3個數(shù)字軸，一個數(shù)字主軸，一個數(shù)字輔助主軸和一個數(shù)字定位軸的配置。新一代的西門子驅(qū)動技術(shù)平臺SINAMICS S120伺服系統(tǒng)通過已經(jīng)集成在元件級的DRIVE-CLiQ來對錯誤進(jìn)行識別和診斷，從操作面板就可以進(jìn)行操作，使用的標(biāo)準(zhǔn)閃存卡（CF）可以

13、非常方便的備份全部調(diào)試數(shù)據(jù)文件和子程序，通過閃存卡（CF）可以對加工程序進(jìn)行快速處理，通過連接端子使用兩個電子手輪，216 個數(shù)字輸入和144 個數(shù)字輸出（0.25A），RCS802 - 遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程控制（NC 和 PLC），RCSEvent（通過電子郵件進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷），USB口（即將推出）。4.3 華中數(shù)控系統(tǒng) 華中數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu).1 軟件結(jié)構(gòu)說明 華中數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中虛線以下的部分稱為底層軟件，它是華中數(shù)控系統(tǒng)的軟件平臺，其中RTM模塊為自行開發(fā)的實時多任務(wù)管理模塊，負(fù)責(zé)CNC系統(tǒng)的任務(wù)管理管理調(diào)度。NCBIOS模塊為基本輸入輸出系統(tǒng)，管理CNC系統(tǒng)所有的外部控制對

14、象，包括設(shè)備驅(qū)動程序（I/O）的管理、位置控制、PLC控制、插補計算以及內(nèi)部監(jiān)控等。RTM和NCBIOS兩模塊合起來統(tǒng)稱NCBASE，如圖中雙點畫線框所示。圖中虛線以上的部分稱為過程控制軟件（或上層軟件），它包括編輯程序、參數(shù)設(shè)置、譯碼程序、PLC管理、MDI、故障顯示等與用戶操作有關(guān)的功能子模塊。對不同的數(shù)控系統(tǒng)，其功能的區(qū)別都在這一層，系統(tǒng)功能的增減均在這一層進(jìn)行；各功能模塊通過NCBASE的NCBIOS與底層進(jìn)行信息交換。 圖1 華中數(shù)控裝置軟件結(jié)構(gòu).2 NCBASE的功能(1)實時多任務(wù)的調(diào)度 該功能由RTM模塊實現(xiàn)。調(diào)度核心由時鐘中斷服務(wù)程序和任務(wù)調(diào)度程序組成。如圖2所示。根據(jù)任務(wù)要

15、求的調(diào)度機制（采用優(yōu)先搶占加時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度）和任務(wù)的狀態(tài)，調(diào)度核心對任務(wù)實行管理，即決定當(dāng)前哪個任務(wù)獲得CPU的控制權(quán)，并監(jiān)控任務(wù)的狀態(tài)。系統(tǒng)中各個任務(wù)只能通過調(diào)度核心才能運行和終止。圖2描述了各個任務(wù)與調(diào)度核心的關(guān)系，圖中的實線表示從調(diào)度核心進(jìn)入任務(wù)或任務(wù)在一個時間片內(nèi)未能運行完而返回調(diào)度核心的狀態(tài)；圖中虛線表示任務(wù)在時間片內(nèi)運行完畢返回調(diào)度核心的狀態(tài)。(2)設(shè)備驅(qū)動程序?qū)τ诓煌目刂茖ο?，如加工中心、?shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床等，硬件的配置可能不同，而不同的硬件模塊其驅(qū)動程序也不同。華中數(shù)控系統(tǒng)就很好的解決了這個問題。在配置系統(tǒng)時，所有的硬件模塊的驅(qū)動程序都要在NCBIOS的NCBIOS

16、.CFG中說明（格式為：DEVICE=驅(qū)動程序名）。系統(tǒng)在運行時，NCBIOS根據(jù)NCBIOS.CFG的預(yù)先設(shè)置，調(diào)入對應(yīng)模塊的驅(qū)動程序，建立相應(yīng)的接口通道。(3)位置控制 位置控制是NCBIOS的一個固定程序，主要是接受插補運算程序送來的位置控制指令，經(jīng)進(jìn)行螺距誤差補償、傳動間隙補償、極限位置判別等處理后，輸出速度指令值給位置控制模塊。 圖2 多任務(wù)調(diào)度圖(4)插補器華中數(shù)控系統(tǒng)為多通道（可為四通道）數(shù)控系統(tǒng)，每個通道都有一個插補器，相應(yīng)就創(chuàng)建一個插補任務(wù)。其任務(wù)主要是完成直線、圓弧、螺紋、攻絲及微小直線段（供自由曲線和自由曲面加工用）等插補運算。(5)PLC調(diào)度PLC調(diào)度的主要任務(wù)是：故障

17、的報警處理；M、S、T處理；急停和復(fù)位處理；虛擬軸驅(qū)動處理；刀具壽命管理；操作面板的開關(guān)處理；指示燈及突發(fā)事件處理等。(6)內(nèi)部監(jiān)控 實現(xiàn)對CNC系統(tǒng)各部分故障的監(jiān)控。 華中數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡介 華中數(shù)控系統(tǒng)是我國為數(shù)不多具有自主版權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)之一。它以通用的工業(yè)PC機（IPC）和DOS、WINDOWS操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用開放式的體系結(jié)構(gòu)，使華中數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和質(zhì)量得到了保證。它適合多坐標(biāo)（25）數(shù)控鏜銑床和加工中心，在增加相應(yīng)的軟件模塊后，也能適應(yīng)于其它類型的數(shù)控機床（如數(shù)控磨床、數(shù)控車床等）以及特種加工機床（如激光加工機、線切割機等）。 華中數(shù)控裝置的硬件基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)的

18、硬件由工業(yè)PC機（IPC）、主軸驅(qū)動單元和交流伺服單元等幾個部分組成。各組成部分介紹如下。（1） 圖3中的慮線框為一臺IPC的基本配置，其中ALL-IN-ONE CPU卡的配置是CPU 80386以上、內(nèi)存2MB以上、cache 128kB以上、軟硬驅(qū)接口、鍵盤接口、二串一并通信接口、DMA控制器、中斷控制器和定時器；外存是包括軟驅(qū)、硬驅(qū)和電子盤在內(nèi)的存儲器件。（2）系統(tǒng)總線是一塊由四層印刷電路板制成的無源母板。（3）圖3中的單點畫線部分是數(shù)控系統(tǒng)的操作面板，其中數(shù)控鍵盤通過COM2口直接寫標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的緩沖區(qū)。 圖3單機或主從結(jié)構(gòu)的CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)（4）圖3中的雙點畫線的模塊表示是可根據(jù)用戶特殊要求而定制的功能模塊。（5）位置單元接口根據(jù)伺服單元的不同而有不同的具體實施方案；當(dāng)伺服單元為數(shù)字交流伺服單元時，位置單元接口可采用標(biāo)準(zhǔn)RS232C串口；當(dāng)伺服單元為模擬式交/直流伺服單元時，位置單元接口采用位置環(huán)板；當(dāng)用步進(jìn)電機為驅(qū)動元件時（教學(xué)數(shù)控機床），位置單元接口采用多功能數(shù)控接口板。（6）光隔I/O板主要處理控制面板上以及機床測量的開關(guān)量信號。（7）多功能板主要處理主軸單元的模擬或數(shù)字控制信號，并回收來自主軸編碼器、手搖脈沖發(fā)生器的脈沖信號。結(jié)論 通過上述比較可