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数控系统范文1
关键词 数控系统；故障；维修
中图分类号 TG659 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0104-01
数控系统故障维修的难点，在于查找故障原因。笔者从事数控系统故障维修多年，总结出一些行之有效的快速诊断方法，现介绍如下。
1 直观法
这是最基本最常用的方法。充分利用人的感觉器官，注意发生故障时的各种现象，如有无火花、亮光，有无异常响声，有无焦糊味等。仔细观察可能发生故障的每块印刷电路板的表面状况，看看有无烧毁和损伤痕迹，以进一步缩小检查范围。用好直观法，要求维修人员具有丰富的实际经验、多学科的知识和综合判断能力。
2 CNC系统自诊断功能法
现代的数控机床具有丰富的自诊断功能，能在CRT上显示故障报警信息。数控系统自诊断功能可分为两类：一类为“开机自诊断”，它是指从每次通电开始至进入正常运行准备状态为止，系统内部的诊断程序自动对CPU、存储器、总线和I/O单元等模块、印刷电路板、CRT单元、阅读机及软盘驱动器等设备进行运行前的功能测试，确认系统的主要硬件是否可以正常工作。另一类是故障信息提示，当机床运行中发生故障时，在CRT上会显示编号和内容。根据提示，可查阅有关维修手册，确认引起故障的原因及排除方法。但要注意的是，有些故障的真正原因与故障内容和提示不相符，或一个故障显示有多个故障原因，这就要求维修人员分析故障原因时要思路开阔，对可能引起该故障的原因，要尽可能全面地进行综合判断和筛选，通过必要的试验，达到确诊和最终排除故障的目的。这个方法是维修时最有效的一种方法。
3 参数检查法
数控系统的数据是经过一系列试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。这些数据包括增益、加速度、轮廓监控允差、反向间隙补偿值和丝杠螺距补偿值等。它们通常存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOSRAM中，一旦电池不足或由于外界某些干扰的因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床不能正常工作。可通过核对修正参数将故障排除。当机床长期闲置，工作中无缘无故地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应该根据故障特征，检查和核对有关参数。
4 测量比较法
CNC系统生产厂家在设计印刷电路板时，为了调整、维修的方便，在印刷电路上设计了多个监测用端子。用户可利用这些端子，比较测量正常印刷电路板和有故障印刷电路板之间的差异，检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的所在位置。或者可以对正常的印刷电路板人为地制造“故障”，如断开连线或短路，拔去组件等，以判断真实故障的起因。
5 功能程序测试法
所谓功能程序测试法，就是将数控系统的正常功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程度等手工编程或自动编程方法，编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入数控系统中，然后起动数控系统使之运行，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查，以及对于机床加工造成废品但又无报警的情况，或者当确定是编程错误、操作错误，还是数控系统故障时，这是一种较好的方法。
6 原理分析法
根据CNC系统的组成原因，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后利用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的、较深的了解。
7 备板置换法
维修人员利用备用的印刷电路板、模板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷电路板或芯片一级。在备板置换前，应仔细检查备板是否完好，并且备板的状态应与原板状态完全一致。这包括检查备板上的选择开关、短路棒的设定位置，以及电位器的位置。在置换CNC装置的存储器板时，还需要对系统作存储器的初始化操作，重新设定各种数据，否则系统仍将不能正常工作。另外，断电后才可置换印刷电路板或组件。
8 交换判断法
相互之间具有相同功能的电路板和控制装置，局部交换后观察故障转移情况，即可快速确定故障的部位。若用交换法诊断故障，应将好的装置换在出故障机床上，决不能将坏的装置放在好机床上试机，否则得出的结果是不正确的。这种方法常用于伺服进给驱动装置的故障检查，或用于两相同数控系统之间相同模块的互换。
维修实例：MAZK H500/50卧式加工中心，曾出现下述故障：当NC电源接通时，无报警信息，但急停放开；液压起动时，面板上NC报警灯亮，CRT上出现28#、211#报警，主伺服板上报警显示37#，X、Y、Z轴伺服报警显示56#，机床所有动作停止。
数控系统范文2
关键词：数控系统连接 参数设置
数控机床的性能在很大程度上是由数控系统软件的运行性能决定，在系统中对参数设置不同的值可以改变系统的运行状态。为了使数控机床运行良好，在数控机床生产过程中、生产完成以后都会根据机床以及系统的配置和测试性能对系统参数进行设置。
1、华中数控系统的基本知识
华中数控作为国家重要数控装备制造企业，通过自主创新，重点突破了数控系统的关键单元技术；攻克了规模化生产工艺和可靠性关键技术，形成了系列化、成套化的中、高档数控系统产品如HNC-8、HNC-210、HNC-21、HNC-18/19等高档、中档、普及型数控系统，以及全数字交流伺服主轴系统、全数字交流伺服驱动系统等产品，充分满足各类用户的不同需求。
2、华中数控系统的连接
本次选用华中数控股份有限公司生产的“世纪星”系列数控单元HNC-21TD采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置8.4//彩色TFT液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，采用电子盘程序存储方式以及USB、DNC、以太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高等特点。
除标准机床控制面板外，标准配置具有40路开关量输入和32路开关量输出接口；最大联动轴数为3轴的进给轴控制接口；主轴控制与主轴编码器接口；手持单元接口；内置RS232通讯接口；内置USB2.0接口；以太网接口等。
3、华中数控系统的参数设置
1）常用名词
部件：HNC-21数控装置的控制接口或功能单元。
权限：HNC-21数控装置设定了三个层次的权限：CNC制造商、机床制造商、用户，不同级别的权限，可以修改不同的的参数。CNC制造商是最高权限级别，机器制造商的权限是其次，用户权限是最低水平。限制权限密码保护，以防止误删或修改重要参数造成的故障和事故。
主菜单与子菜单：一个菜单中，选中某项按下Enter键后会出现另一个菜单，则前者称为主菜单，后者称为子菜单。菜单可分为两种：图形按键式菜单和弹出式菜单。
参数树：各级参数组成参数树。
窗口：显示和修改参数值的区域。
2）参数详细说明
数控系统的正常运行，必须确保各种参数正确设置，参数设置不对可能会导致严重后果。因此必须熟悉参数含义和功能，华中数控装置设置了三个不同级别的权限，它允许用户修改的参数允许不同层次的功能性和熟悉的设置的参数的理解。限制权限密码保护，以防止误删或修改重要参数造成的故障和事故。查看和备份参数则不需要密码。
（1）CNC单元参数权限
HNC-21型数控装置，设定了三个层次的权限：CNC制造商、机床制造商、用户，不同级别的权限，可以修改不同的的参数。CNC制造商是最高权限级别，机器制造商的权限是其次，用户权限是最低水平。
（2）参数查看与设置
① 主操作界面中，按下F3键可以进入参数功能子菜单。其显示的命令行与菜单条。
② 在参数功能子菜单中，按下F1键，系统会弹出参数索引子菜单。
③ 使用、键选择需要查看或设置的选项，按下Enter键会进入下一级菜单。如果选择的选项在下一级菜单，如坐标轴参数，系统会弹出一个坐标轴参数选项菜单，显示坐标轴参数菜单。
④ 同上选定选项，直到最后一级菜单，菜单窗口将显示参数块参数名称和参数值，例如在坐标轴参数菜单中选择轴0会显示在轴参数轴0窗口，使用、、、、PGUP、 PGDN等按键使蓝色光标键移动到要查看或设置的参数。
⑤ 继续使用、、、、PGUP、PGDN键和其它键，在该窗口中的蓝色光标条移动到其他的参数来查看或设置，重复步骤⑥，直到完成窗口参数的修改。
⑥ 按下Esc键或者F1键，退出该窗口。如果窗口参数被修改时，系统将提示是否保存修改后的值，按“Y”保存未保存的文件，按“N”取消；然后，系统会提示是否修改存储的值作为默认值，按“Y”键确认，按“N”取消。
⑦ 系统返回参数索引菜单。其它的菜单或窗口可以继续进入，查看或修改其它参数，按下Esc键将最终返回参数功能子菜单。如果参数已更改，将需要重启系统，使新的参数生效。
（3）PLC地址定义
在PLC程序中，数控机床输入开关量信号定义为X（即各接口中的输入信号）；输出开关量信号定义为Y（即各接口中的输出信号）。在数控系统中硬件配置参数和PMC系统参数里设置可以将各个接口中的I/O（输入/输出）开关量分别定义为PLC程序中的X、Y变量。
（4）与手摇单元相关的参数设置
手摇单元上的坐标选择输入开关量与其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数；手摇单元上的手摇脉冲发生器需要设置相关的硬件配置参数和PMC系统参数。
通常在硬件配置参数中部件24被标识为手摇脉冲发生器（标识为31，配置0为5），并在PMC系统参数中引用。
（5）与主轴相关的参数设置
与主轴控制相关的输入/输出开关量与数控装置其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数。主轴控制接口（XS9）中包含两个部件：主轴速度控制输出（模拟电压）和主轴编码器输入。需要在硬件配置参数、PMC系统参数和通道参数中设定。
（6）与进给轴有关参数设置
与进给轴控制相关的输入/输出开关量与数控装置其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数。主轴控制接口（XS30-32）中包含两个部件：各进给轴步进速度控制输出。需要在硬件配置参数、PMC系统参数和通道参数中设定。
参考文献：
[1]《数控机床及其维护》[M]，刘战术，窦凯，北京：人民邮电出版社，2010
数控系统范文3
[关键词]数控系统伺服电机直接驱动
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0820116－01
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献：
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.
数控系统范文4
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
2数控技术发展趋势
2.1性能发展方向
(1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。
2.2功能发展方向
(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
(2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
2.3体系结构的发展
(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。
(2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
(3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
(4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
3智能化新一代PCNC数控系统
数控系统范文5
关键词：开放式数控系统技术内容现状发展趋势
中图分类号：S776.05 文献标识码：A 文章编号：
随着现代制造业逐渐面向多品种、小批量生产方式的转变, 同时, 还有高精、高效、高速加工的需要以及企业为实现异地制造和远程诊断所需的联网功能及智能控制, 开放式数控系统已成为数控系统发展的重要方向.
一、开放式数控概念的提出
随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，机械产品的机构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，对数控机床柔性、通用性提出了更高的要求，以保证制造业向着高精度、高速度、高效率、快速的市场响应、易操作性等方向发展。传统的数控系统在结构上提供给用户有限的选择，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己特殊的需求。传统的数控系统是一种专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展的需要。传统的数控系统的缺点如下：
（1）与通用计算机不兼容，不同厂家的数控系统不兼容，甚至同一个厂家的不同系列的数控系统也不兼容；
（2）各种数控系统的内部结构复杂，一旦数控系统发生故障，往往需要找生产厂家来维修，很不方便，而且大大提高了维修费用；
（3）难进行升级和进一步开发；
（4）专用封闭式数控系统的发展一般滞后5年左右，在计算机技术迅猛发展的今天，这是一个相当长的时间。传统数控系统的上述特点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术新的要求。针对这种情况，人们80年代就提出了开放式控制系统的概念。早在1987年，美国开始了名为“下一代控制系统”的NGC计划，并成立了“美国国家制造科学中心”，其主要目的是在拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析规范。其后有许多相关的研究计划在世界各国相继启动， 其中影响较大的有美国OMAC计划，欧共体的OSACA 和日本的OSEC计划等。
二、开放式数控系统的技术内容
开发基于 PC 机的开放式数控系统以开放性、通用性作为设计原则。整个系统的研究、开发包括系统硬件结构和系统软件结构两大部分。
1、硬件结构方面
目前，开放系统有两种基本结构：（1）CNC+PC 主板：把一块PC 主板插入传统的CNC 机器中，PC 板主要运行于非实时控制，CNC 主要运行以坐标轴运动为主的实时控制。（2）PC+运动智能控制板：把运动智能控制板插入PC 机的ISA 标准插槽中作实时控制用，而PC 机主要作非实时控制。对于许多熟悉计算机应用的系统厂家，往往采用第（2）方案。其结构原理如图1 所示。
图1 硬件配置
2、软件结构方面
系统采用了前、后台型软件结构，即由前台程序和后台程序所组成。前台程序指实时中断程序，包括实现插补、伺服驱动、机床相关逻辑、故障检测与诊断等所有实时任务。图2 为后台服务程序。后台程序是指循环运行程序，主要功能是实现各种功能的切换、数据处理、动态显示运行状态等。
本系统实现中的关键技术包括实时多任务处理，人机界面设计技术等，以便能充分发挥数控系统的软、硬件资源。
最终达到零件程序可以离线开发，然后传送到生产车间的编程系统，在CNC 控制器上运行，操作者可以观察、检测刀具运行情况和加工过程，还可以对加工过程进行必要的修正，实现真正的CAD/CAM/CNC 集成，并趋向于智能化控制。
图2 后台服务程序
三、开放式数控技术发展现状
1、 国外开放式数控技术发展现状
美国20 世纪90 年代提出了NGC 下一代控制器计划，其核心是开放体系结构的研究，首要目标是开发开放式系统体系结构标准规范SOSAC， 用来管理工作站与机床控制器的设计和结构组织， 目的是使系统制造厂、机床厂及最终用户，分别从缩短开发周期、便于系统集成、二次开发、简化系统使用、维护等方面受益。欧洲德、法、意等国1990 年联合进行了“自动化系统中开放式体系结构OSACA”的研究，提出了一个“分层的系统平台＋结构功能单元”的结构，系统平台由系统硬件及系统软件组成，系统软件含有系统的核心部分， 系统平台通过API 对外提供服务；OSACA 的三个主要组成部分有通讯系统、参考体系结构与配置系统。
日本的几个公司共同提出， 讨论的重点集中在NC（数字控制）本身和分布式控制系统上。OSEC 的开放式CNC 系统体系结构，包括3 个功能层和7 个处理层。OSEC 提出了FADL （工厂自动化描述语言）和OSEL 加工语言， 实现加工信息的标准化和制造控制系统与CAD/CAM 系统之间的直接互连。
2、我国开放式数控技术发展现状
目前，国内较有代表性的新型开放式数控系统主要有两种：
（1）基于软件芯片的开放式数控系统：将数控系统的功能进行抽象并封装，把数控软件设计成具有稳定通用的接口和可以重用的SIC， 每个SIC 完成数控系统的一个独立模块功能。经对SIC 进行管理，能添加新SICOS 用户，在组装数控系统或者进行二次开发时，能将芯片库中检索出的SIC， 按照用户要求的功能进行集成。其局限是由芯片决定的，只是简单程序源代码的重用，是极为有限条件下的移植。
（2）基于现场总线技术的开放式数控系统：将大量并行信号转化为串行信号，能用双绞线或光缆在上百台设备之间实时传递信号。目前，现场总线接口与数据交换大多遵循SERCOS 协议。SERCOS 构成一个封闭环路，根据伺服系统和PLC 的不同地址，利用插在计算机中的Softsercans 卡来实现计算机和数字伺服系统之间实时的数据通信， 从而形成数控系统。但是，SERCOS 有3 万多个参数是默认值， 且其总线技术较昂贵，这对于普及应用会有些不利影响。
3、开放式数控系统分类简介
（1）软件的开放型：数控系统软件，包括系统控制软件、应用软件、管理软件等。体现在应用软件范畴，例如机床制造厂可自行设计可编程机床的逻辑控制；用户可用丝杠螺距误差补偿、间隙补偿等功能，以满足用户的特殊要求。
（2）硬件的开放型：提出开放型后，通用计算机的部分电路，例如CPU 板、显示卡、接口板、图形卡等，都被直接用到数控系统中。此时，数控系统制造厂只需做些专用板，例如位置板、I/O 板等与相关的计算机集合起来，就可组成一整的数控系统。
四、开放式数控系统的发展趋势
1、界面友好：采用Windows 系列操作系统作为其软件操作平台，具有易操作、界面友好的特点。
2、兼容性好：软、硬件平台结构包容性大，具有更强的适应性及软件资源丰富性。
3、标准化、通用化和模块化：通过选择不同的标准化模块可组成各种数控机床的控制系统能方便地移植计算机行业或自动化领域的成果，也便于现有的数控系统进一步扩展及升级；
4、高速、高可靠性：主轴最高转速可达60000r/min，进给速度达到60m/min，系统平均无故障时间（MIBF）达到30000h 以上；
5、CNC 的智能化：引进自适应控制技术，系统可自动调整有关参数，以达到系统运行的最优化。
6、网络化：具有强大的通讯联网功能，保证数控系统与标准网络（包括互联网）无缝连接，实现软硬件资源共享。
开放式数控技术是制造自动化的基础， 也是现代制造装备的灵魂， 更是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家的战略地位，体现了国家的综合国力水平，其水平的高低及数控装备拥有量的多少，是用来衡量一个国家工业现代化的重要标志。
参考文献：
[1] 石宏,罗继曼,蔡光起,史家顺.并联机床开放式数控系统的研究[J]. 机床与液压. 2005(05)
数控系统范文6
关键词：数控机床；数控中心；系统设计；人性化设计
中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：2095-6363（2015）12-0082-02
1数控加工中心概述
数控加工中心是一套综合性的机电一体化产品，它涵盖技术范围较广，其中包括信息处理技术、电子技术、计算机技术、检测技术及测量技术等多项先进技术。数控加工中心具备高精度、高效率、高稳定性、高适应性、高度开放性、高智能性等特征，这使其在机械制造行业普及面愈来愈大[1]。相对于欧美发达国家而言，我国数控加工中心研发起步较晚，但近年来取得了较大的进展。数控加工中心最初由普通机床演变而来，通过计算机控制实现生产自动化。从产业发展角度来看，数控机床增强了基础管理，改变了生产方式，扩大了利益链，对于行业整合以及产业链结构调整而言都具有重要的意义。在技术不断迭代的情况下，数控机床的主轴转速、进给速度及识别率水平均有了大幅度提升。现代数控机床系统在保持数控补偿功能的同时，还加入了传感器系统，可对温度、空间误差进行补偿，进一步提升了定位精度。目前，多数数控机床定位极度可达1um，重复定位精度高达0.5um[2]。数控系统是决定数控加工中心可靠性的关键部分。目前，主流的数控系统均采取模块化方式构建，结合不同的需求，可筛选不同功能的模块进行自由化组合。除基础加工功能外，人机交互水平较以往有了大幅度提升，同时还具备了负载识别功能、编程功能、自动保护功能等[3]。强大的计算能力保证了系统运行的稳定性，基于柔性化与智能化特征，让数据信息集成度有所提升，进一步提高了生产效率。
2数控系统设计分析
本研究中，数控加工中心设计具体如下：主轴1个，工作台交换装置1个，进给轴4个，刀库1个，排屑器1个。进给轴包括三维方向的X轴、Y轴及Z轴及环绕轴B轴，具体如图1所示。其中，X轴、Y轴以螺母不动丝杠方式进行旋转，Z轴以螺母旋转丝杠不动的方式旋转。三根丝杠安装时一端为固定端，另一端为自由端。由于Y轴为垂直移动轴，将电磁制动器置于其尾端，可保持机床功率维持正常状态。于丝杠带轮位置设置一个安全刹车装置，可有效避免工作台出现自由下落。丝杠自由端处安装一个机械挡块，避免部件滑动而脱离极限位置。将主轴变动箱设计为人工调速与手动调速共存（分4个挡位）。利用感应开关对主轴位置进行定向，采取液压驱动销钉锁定定位。刀库可根据实际需求进行自由选择，由直流电机带动。系统设计需满足以下几点要求：便于拆装、维护；对恶劣环境具有较好的抵抗力，工作环境区间为0至45℃，可在湿度不超过75%的情况下稳定工作；具备保护电路；可读取PMC信号、功能指令；具备高速DNC功能。加工中心控制系统主要设计为以下模块：显示模块、主轴控制模块、储存器模块、电源模块、测试模块、进给轴控制模块等。通过这些模块的共同调节，达到上述要求。
3数控中心人性化设计分析
数控系统设计过程中，如何实现人性化是一个难点，以下通过工作台设计、显示器设计及控制器设计对其进行阐述。
3.1工作台设计
工作台是人机交互过程中的重要界面，设计时需考虑使用者舒适度。中小型机床数控中心加工时间较短，作业姿势多为站姿；大型机床数控机床中心加工周期较长，作业姿势以坐姿为主。考虑到上述情况，可将工作台设计为站、坐两用式。可在控制台下部增加踏脚板，达到较高坐姿操作的要求。控制元件设定在人手可及范围内，控制台本身应当留出充足的阙量作为操作者活动空间，预留水平台面作为文件书写区域。安装显示设备时结合视觉几何参数进行设定，使操作者可对显示信息进行清晰辨别。
3.2显示器设计
显示器是实现人机交互的重要窗口，其视觉元素会对人机关系产生直接影响。在设计这些视觉元素的过程中，除了需要满足显示精度、显示稳定性等硬性指标需求外，同时还要使其与人的视觉生理特征相吻合。从人机工程学角度来看，应当遵从“机器适应人”的原则。将显示面板设计为多面形，当显示信息量较大时，可减少边缘处的观察偏转角度，降低眼球旋转范围，为使用者眼睛“减负”。将显示器面板置于使用者正前方，面板平面与使用者视线保持垂直，降低使用者的头部运动频率与眼球运动频率。显示器设计为动态可调节模式，通过动态支架对显示器位置进行调整，从而满足不同体型使用者的需求。仪表盘色彩以白色背景、黑色字体进行设计，降低数据误读率。人体工程学认为，人眼运动与认知习惯具有密切的关联。为满足这种潜在性需求，在设计过程中，要让功能分区排列保持一定的逻辑关系，常用信息置于显示器中心位置，其他功能信息以重要程度不同，依次由中心向周围扩散且各功能区可采取不同颜色分界或不同颜色背景以示区别。
3.3控制器设计
尽管数控系统可让机床中心实现自动化生产，但依然会避免不了基础人工操作。系统的调试、参数设定等通过控制器达成。因此，控制器的人性化设计从侧面反映出了系统对操作人员的亲和力。控制器主要分为三类，即按压式控制器、旋钮及脚控制器。按压式控制器是最为常见的控制器类型，其工作原理为典型的二进制，即“开”与“关”，在控制器按下的瞬间已经实现了击发动作，并将信号传递于设备，使其工作。由于数控机床功能多样，采取按压式控制器这种直接性操控方式，可有效降低误控几率。旋钮控制器选择多倍旋转旋钮，此类旋钮连续性较强，旋转范围较大，便于旋转。外形以锥台形为主，可与操作者手形相贴合，周围可设计为齿纹，起到增加摩擦力的效果。脚控制器主要是缓解手部操作负荷，以脚踏板较为常见，起到辅作用。
4结语
目前，机械制造加工正朝着自动化、智能化方向发展。在这个过程中，数控系统发挥了重要的作用，为实际生产提供了有力支持。数控中心作为一个综合性产品，除了需要数控系统支持外，还需充分考虑将人性化设计元素赋予其中，通过对人机交互的不断完善，为使用者提供更好的操作感受。
参考文献
[1]罗敏.HCFHD80A卧式加工中心控制系统设计[J].伺服控制，2008（03）：40-42.
[2]黄敏高，万勤.西门子840Di数控系统在CW630卧式加工中心改造中的应用[J].制造技术与机床，2008（04）：149-151.
