从NC到CNC：数控技术的演进

数控系统实际上是一台专门用于机床信息处理的计算机。20世纪五六十年代的通用计算机在处理速度和结构上满足不了机床加工的要求，不得不用电子元件来构成专门的逻辑部件，组成专用计算机来实现机床加工的要求，故称之为Hard-wired NC（硬线连接数控），一般称为CNC，NC部分功能开始改由软件来实现。到20世纪70年代出现了小型计算机。但由于当时CPU的位数少，速度低，数控系统一些实时性很强的功能，如插补运算、位置控制等不得不仍旧依靠硬件来实现，故当时硬件品质的高低，就决定了CNC品质的高低，进入20世纪80年代中期及以后，由于微电子技术的飞跃发展，数控系统在高速化、多功能化、智能化、高精度化和高可靠性等方面得到了提高。现在所说的CNC系统实际上就是微机数控系统（MNC）。CNC系统从价格、功能、使用等综合性指标考虑有标准型数控系统和经济型数控系统。标准型数控系统业称全功能数控系统，功能齐全，控制精度和运行精度都比较高，基本上都是半闭环或闭环控制系统；经济型数控系统功能比较简单，在我国，经济型数控通常和步进驱动组成开环控制系统。

随着微机技术的发展用通用微机技术开发数控系统可以得到强有力的硬件和软件支持，这些软件和硬件技术是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备了全功能数控系统的所有功能，这是一条龙发展数控技术的途径。当前全功能数控系统的特点有如下几方面：

1.选用高速微处理器

微处理器是现代数控系统的核心部件，担负着运算、储存和控制等多种任务。其位数和运算速度（直接关系到加工效率）都在高速下进行，同时提高了多轴联动、进给速度和分辨能力等指标。现代数控系统控制轴数为3～15轴，有的多达20～24轴，同时控制轴数（联动）为3～6轴。快速进给速度及切削进给速度已达到100 m/min（1 μm分辨力）和24 m/min（0.1 μm分辨力）。

2.配置高速、功能强的可靠程序控制器（PLC）

数控系统除了对位置进行信息控制外，还要对I/O状态量进行控制，数控系统中高速和强功能的可编程序控制器能满足数控机床方面的需要。同时，PLC输入/输出点数和PLC容量的增加可满足直接数字控制系统（DNC）和柔性制造单元（FMC）的控制要求。

3.CRT图形显示、人－机对话功能及自诊断功能

大多数现代数控系统采用CRT与手动键盘配合，实现程序的输入、编辑、修改和删除等功能，具有前台操作、后台编辑的功能及用户扩充程序等；可以有二维图形轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形的显示。由于采用菜单选择操作方法，操作简单明了，系统具有硬件、软件及机床故障的自诊功能，提高了可维修性。

4.具有多种监控、检测及补偿功能

为了提高数控机床的效率及加工精度，有些数控机床配置了各种测量装置（如刀具磨损的检测、机床精度及热变形的检测等）与之相适应，数控系统则具有刀具寿命管理、刀具参数补偿、反向间隙及丝杠螺距误差补偿、热变形补偿等功能。

5.CNC的智能化(www.xing528.com)

在现代数控系统中，引入了自适应控制技术。控制系统能检测对机床本身有影响的信息，并自动连续调整有关参数，以达到系统运行的最优化。如测量工件状态、调整刀具切削用量、进行尺寸控制以满足加工精度及表面粗糙度的要求等。在有的CNC系统中，还建立了切削率的数据库及切削用量的专家系统等。大多数现代数控系统都具有学习及示教功能。

6.通信功能

一般数控系统都有简单的通信功能，如采用RS－232C串行接口与编程机、微机等外围设备通信。现代数控系统还要与其他数控系统或者上级计算机通信，所以除了RS－232C接口外，还有RS－422和DNC（直接数控）等多种通信接口。数控系统要单机进入柔性制造系统（FMS）进而形成计算机集成制造系统（CIMS），这就要求数控系统具有更高的通信功能。为此，有的数控系统开发了符合ISO开放系统互联七层网络模型的通信协议，如MAP（制造自动化协议），为自动化技术发展创造了条件。

7.标准化、通信化和模块化

现代数控系统的性能越来越完善，功能越来越多样，促使数控系统的硬件和软件结构实现标准化、通用化和模块化。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，也便于现在的数控系统进一步扩展及升级。

8.开放性

基于PC的开放形式数控系统已成为数控技术发展的重要方向，在通用PC机的基础上，一方面使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性；另一方面使软件、接口等技术规范和标准化，通过制定必要的技术规范，为机床制造厂或用户提供一个良好的开放性和开发环境。

9.高可靠性

这是一项硬指标，现代数控系统的平均无故障时间（MIBF）已达到30 000 h以上。数控系统与微机只是专用机和通用机及产生批量大小的区别，其制造过程，包括元器件筛选、印制电路板、焊接和贴附、生产过程及最终产品的检测和出厂前整机的考核等措施保证了数控系统有很好的可靠性。