一文讀懂什么是數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床

什么是數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床，一文講清晰！

一、什么是數(shù)控技術(shù)？

數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控（NumericalControl—NC），是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行掌握的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采納了計(jì)算機(jī)進(jìn)行掌握，因此，也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（ComputerizedNumericalControl—CNC）。

為了對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行數(shù)字化信息掌握，必需具備相應(yīng)的硬件和軟件。用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息掌握的硬件和軟件的整體成為數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem），數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置（NumericalController）。

二、什么是數(shù)控機(jī)床？

采納數(shù)控技術(shù)進(jìn)行掌握的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床（NC機(jī)床）。它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)掌握技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。掌握機(jī)床也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的性能、水平和進(jìn)展方向。

三、數(shù)控機(jī)床的種類

數(shù)控機(jī)床種類繁多，有鉆銑鏜床類、車削類、磨削類、電加工類、鍛壓類、激光加工類和其他特別用途的專用數(shù)控機(jī)床等等，凡是采納了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行掌握的機(jī)床統(tǒng)稱為NC機(jī)床。

帶有自動(dòng)換刀裝置ATC（AutomaticToolChanger—ATC）的數(shù)控機(jī)床（帶有回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控車床除外）稱為加工中心（MachineCenter—MC）。它通過刀具的自動(dòng)交換，工件可以一次裝、夾完成多工序的加工，實(shí)現(xiàn)了工序集中和工藝的復(fù)合，從而縮短了幫助加工時(shí)間，提高了機(jī)床的效率；削減了工件安裝、定位次數(shù)，提高了加工精度。加工中心是目前數(shù)控機(jī)床中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的數(shù)控機(jī)床。

在加工中心的基礎(chǔ)上，通過增加多工作臺(tái)（托盤）自動(dòng)交換裝置（AutoPalletChanger—APC）以及其他相關(guān)裝置，組成的加工單元稱為柔性加工單元（FlexibleManufacturingCell—FMC）。

FMC不僅實(shí)現(xiàn)了工序的集中和工藝的復(fù)合，而且通過工作臺(tái)（托盤）的自動(dòng)交換和較完善的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控功能，可以進(jìn)行肯定時(shí)間的無人化加工，從而進(jìn)一步提高了設(shè)備的加工效率。FMC既是柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystem）的基礎(chǔ)，又可以作為獨(dú)立的自動(dòng)化加工設(shè)備使用，因此其進(jìn)展速度較快。

在FMC和加工中心的基礎(chǔ)上，通過增加物流系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人以及相關(guān)設(shè)備，并由中心掌握系統(tǒng)進(jìn)行集中、統(tǒng)一掌握和管理，這樣的制造系統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystem）。FMS不僅可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的無人化加工，而且可以實(shí)現(xiàn)多品種零件的全部加工和部件裝配，實(shí)現(xiàn)了車間制造過程的自動(dòng)化，它是一種高度自動(dòng)化的先進(jìn)制造系統(tǒng)。

隨著科技進(jìn)展，為了適應(yīng)市場(chǎng)需求多變的形勢(shì)，對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)來說，不僅需要進(jìn)展車間制造過程的自動(dòng)化，而且要實(shí)現(xiàn)從市場(chǎng)猜測(cè)、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造直到產(chǎn)品銷售的全面自動(dòng)化。將這些要求綜合、構(gòu)成的完整的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，稱為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem-—CIMS）。CIMS將一個(gè)更長(zhǎng)的生產(chǎn)、經(jīng)營活動(dòng)進(jìn)行了有機(jī)的集成，實(shí)現(xiàn)了更高效益、更高柔性的智能化生產(chǎn)，是當(dāng)今自動(dòng)化制造技術(shù)進(jìn)展的最高階段。

在CIMS中，不僅是生產(chǎn)設(shè)備的集成，更主要的是以信息為特征的技術(shù)集成和功能集成。計(jì)算機(jī)是集成的工具，計(jì)算機(jī)幫助的自動(dòng)化單元技術(shù)是集成的基礎(chǔ)，信息和數(shù)據(jù)的交換及共享是集成的橋梁，最終形成的產(chǎn)品，可以看成是信息和數(shù)據(jù)的物質(zhì)體現(xiàn)。

四、數(shù)控系統(tǒng)的基本組成

數(shù)控系統(tǒng)是全部數(shù)控設(shè)備的核心。數(shù)控系統(tǒng)的主要掌握對(duì)象是坐標(biāo)軸的位移（包括移動(dòng)速度、方向、位置等），其掌握信息主要來源于數(shù)控加工或運(yùn)動(dòng)掌握程序。因此，作為數(shù)控系統(tǒng)的最基本組成應(yīng)包括：程序的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)這三部分。

輸入/輸出裝置輸入/輸出裝置的作用是進(jìn)行數(shù)控加工或運(yùn)動(dòng)掌握程序、加工與掌握數(shù)據(jù)、機(jī)床參數(shù)以及坐標(biāo)軸位置、檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)等數(shù)據(jù)的輸入、輸出。鍵盤和顯示器是任何數(shù)控設(shè)備都必備的最基本的輸入/輸出裝置。此外，依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，還可以配光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤驅(qū)動(dòng)器等。作為外圍設(shè)備，計(jì)算機(jī)是目前常用的輸入/輸出裝置之一。

數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。它由輸入/輸出接口線路、掌握器、運(yùn)算器和存儲(chǔ)器等部分組成。數(shù)控裝置的作用是將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的規(guī)律電路或掌握軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和處理，并輸出各種信息和指令，以掌握機(jī)床的各部分進(jìn)行規(guī)定的動(dòng)作。

在這些掌握信息和指令中，最基本的是坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量指令。它經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后生成，供應(yīng)給伺服驅(qū)動(dòng)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大，最終掌握坐標(biāo)軸的位移。它直接打算了刀具或坐標(biāo)軸的移動(dòng)軌跡。

此外，依據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的不同，如：在數(shù)控機(jī)床上，還可能有主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和起、停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤(rùn)滑裝置的起、停指令；工件的松開、夾緊指令；工作臺(tái)的分度等幫助指令。在數(shù)控系統(tǒng)中，它們是通過接口，以信號(hào)的形式供應(yīng)給外部幫助掌握裝置，由幫助掌握裝置對(duì)以上信號(hào)進(jìn)行必要的編譯和規(guī)律運(yùn)算，放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器件，帶動(dòng)機(jī)床機(jī)械部件、液壓氣動(dòng)等幫助裝置完成指令規(guī)定的動(dòng)作。

伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)通常由伺服放大器（亦稱驅(qū)動(dòng)器、伺服單元）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。在數(shù)控機(jī)床上，目前一般都采納溝通伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在先進(jìn)的高速加工機(jī)床上，已經(jīng)開頭使用直線電動(dòng)機(jī)。另外，在20世紀(jì)80年月以前生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床上，也有采納直流伺服電動(dòng)機(jī)；對(duì)于簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床，也有用作為執(zhí)行器件。伺服放大器的形式打算于執(zhí)行器件，它必需與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)配套使用。以上是數(shù)控系統(tǒng)最基本的組成部分。

隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)展和機(jī)床性能水平的提高，對(duì)系統(tǒng)的功能要求也日益增加，為了滿意不同機(jī)床的掌握要求，保證數(shù)控系統(tǒng)的完整性和統(tǒng)一性，并便利用戶使用，常用較為先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，一般都帶有內(nèi)部可編程掌握器作為機(jī)床的幫助掌握裝置。

此外，在金屬切削機(jī)床上，主軸驅(qū)動(dòng)裝置也可以成為數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)部分；在閉環(huán)數(shù)控機(jī)床上，測(cè)量、檢測(cè)裝置也是數(shù)控系統(tǒng)必不行少的。對(duì)于先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，有時(shí)甚至采納計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的人機(jī)界面和數(shù)據(jù)的管理、輸入/輸出設(shè)備，從而使數(shù)控系統(tǒng)的功能更強(qiáng)、性能更完善。

總之，數(shù)控系統(tǒng)的組成打算于掌握系統(tǒng)的性能和設(shè)備的詳細(xì)掌握要求，其配置和組成具有很大的區(qū)分，除加工程序的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)這三個(gè)最基本的組成部格外，還可能有更多的掌握裝置。圖1-1的虛線框部分表示計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。

五、NC、CNC、SV與PLC的概念

NC（CNC）、SV與PLC（PC、PMC）是數(shù)控設(shè)備中最為常用的英文縮寫，在實(shí)際使用中，在不同的場(chǎng)合具有不同的含義。

NC（CNC）NC與CNC分別是數(shù)控（NumericalControl）與計(jì)算機(jī)數(shù)控（ComputerizedNumericalControl）的常用英文縮寫。由于現(xiàn)代數(shù)控都采納了計(jì)算機(jī)掌握，因此，可以認(rèn)為NC和CNC的含義完全等同。在工程應(yīng)用上，依據(jù)使用場(chǎng)合的不同，NC（CNC）通常有三種不同的含義：在廣義上代表一種掌握技術(shù)——數(shù)控技術(shù)；在狹義上代表一種掌握系統(tǒng)的實(shí)體——數(shù)控系統(tǒng)；此外，還可以代表一種詳細(xì)的掌握裝置——數(shù)控裝置。

SVSV是伺服驅(qū)動(dòng)（ServoDrive，簡(jiǎn)稱伺服）的常用英文縮寫。按日本JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的術(shù)語，它是“以物體的位置、方向、狀態(tài)作為掌握量，追蹤目標(biāo)值的任意變化的掌握機(jī)構(gòu)”。簡(jiǎn)言之，它是一種能夠自動(dòng)跟隨目標(biāo)位置等物理量的掌握裝置。

在數(shù)控機(jī)床上，伺服驅(qū)動(dòng)的作用主要有兩個(gè)方面：一是使坐標(biāo)軸根據(jù)數(shù)控裝置給定的速度運(yùn)行；二是使坐標(biāo)軸根據(jù)數(shù)控裝置給定的位置定位。

伺服驅(qū)動(dòng)的掌握對(duì)象通常是機(jī)床坐標(biāo)軸的位移和速度；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服；對(duì)輸入指令信號(hào)進(jìn)行掌握和功率放大的部分常稱為伺服放大器（亦稱為驅(qū)動(dòng)器、放大器、伺服單元等），它是伺服驅(qū)動(dòng)的核心。

伺服驅(qū)動(dòng)不僅可以和數(shù)控裝置配套使用，而且還可以單獨(dú)作為一個(gè)位置（速度）伴同系統(tǒng)使用，故也常稱為伺服系統(tǒng)。在早期的數(shù)控系統(tǒng)上，位置掌握部分一般與CNC制成一體，伺服驅(qū)動(dòng)只進(jìn)行速度掌握，因此，伺服驅(qū)動(dòng)又常稱為速度掌握單元。

PLCPC是可編程序掌握器（ProgrammableController）的英文縮寫。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的日益普及，為了避開和個(gè)人計(jì)算機(jī)（亦稱PC）混淆，現(xiàn)在一般都將可編程序掌握器稱為可編程序規(guī)律掌握器（ProgrammalbeLogicController——PLC）或可編程序機(jī)床掌握器（ProgrammableMachineController——PMC）。

因此，在數(shù)控機(jī)床上，PC、PLC、PMC具有完全相同的含義。

PLC具