系统的组成与特点 的分析介绍

1.系统组成

全功能数控系统是通过数控装置（CNC）实现闭环位置控制的数控系统，数控装置不但能实时监控运动部件的位置、速度，且所有坐标轴的进给运动都可作为一个整体来进行统一控制，因此，可根据刀具实际运动来控制位置指令输出、确保轨迹的准确无误，这是一种真正意义上的闭环位置控制系统。

全功能数控系统的一般组成如图7.1-1所示。

图7.1-1 FS-0iD的系统组成

全功能数控系统同样由MDI/LCD/CNC单元、伺服驱动器、主轴驱动器、I/O单元（模块）等部件组成，但其部件的结构和功能与普及型数控系统有较大的差别。全功能数控系统各组成部件的一般特点如下。

2.CNC

全功能数控系统的数控装置（CNC）一般也与手动数据输入面板、显示器集成一体，构成完整的MDI/LCD/CNC单元，CNC通常还内置有功能较强、I/O点数较多的PMC（PLC），PMC不但可实现复杂的逻辑运算处理，控制复杂的自动换刀、工作台交换等辅助动作，而且还可控制配套通用伺服驱动器的辅助坐标轴，实现工作台分度、传送装置定位等位置控制功能（称为PMC控制轴），其功能远强于普及型CNC。

全功能型数控系统的坐标轴闭环位置控制直接数控装置（CNC）实现，CNC不但可实时监控每一坐标轴的位置和速度，且还可闭环控制插补运动，确保刀具轨迹的准确无误。在先进的CNC上，还可通过“插补前加减速”、“AI先行控制（Advanced Preview Control）”等前瞻控制功能，大幅度提高轮廓加工的精度。因此，这是一种真正意义上的闭环位置控制系统，其定位精度、轮廓加工精度远远高于普及型数控系统。

先进的全功能数控系统还具有闭环主轴位置控制功能，在这样的系统上，主轴不但可以实现高精度的位置控制，而且还可以像进给坐标轴一样参与插补运算（称为Cs轴控制），利用主轴和坐标轴的插补来进行轮廓加工，从而满足了车铣复合加工机床的控制要求。

为了简化连接、提高可靠性，现代全功能数控系统一般采用网络控制技术，CNC、伺服驱动器、主轴驱动器、I/O单元之间一般通过现场总线连接，如FANUC的FSSB总线、SIE_- MENS的PROFIBUS总线等，CNC的连接简单、扩展性好、可靠性高。但是，截至目前，各公司生产的CNC系统，其总线通信协议尚未统一和对外开放，因此，全功能系统所配套的伺服驱动器、主轴驱动器、I/O单元等部件，一般不能独立使用。

3.伺服驱动

全功能数控系统的闭环位置控制由CNC实现，因此，伺服驱动器本身不具备、也不需要具备位置控制功能，它实质只起到速度控制、功率放大的作用，故又称速度控制单元或伺服放大器。

采用现场总线网络控制的伺服驱动器，由于通信协议不开放，驱动器不具备通用型，而驱动系统的参数设定、状态监控、调试与优化等均需要在CNC上实现，因此，驱动器不能独立使用，也不需要配套参数设定、监控等操作的操作/显示单元。

全功能数控系统配套的伺服驱动器如图7.1-2所示，驱动器主要有独立型、紧凑型和模块化三种基本结构形式。

独立型伺服驱动器以单轴驱动居多，每一驱动器都有自己的整流、逆变主回路和相关控制回路，驱动器通过网络总线和CNC连接。独立型驱动器可以根据需要任意选择规格，其使用灵活方便，但安装体积较大、成本较高。

紧凑型驱动器采用多轴集成的结构形式，有时还集成有主轴，这种驱动器的整流电路、公共控制电路为多轴共用，逆变回路独立。因此，其体积小、成本低，但每一轴驱动器的规格固定，用户不能自由选择。(www.xing528.com)

模块化的驱动器由电源模块、伺服模块和主轴模块构成，电源模块承担整流和公共控制任务；伺服模块、主轴模块包括逆变回路和相关的控制电路，可分别用于伺服电动机、主轴电动机的控制。模块化结构的驱动器可根据需要选配伺服模块、主轴模块、电源模块的规格，其使用灵活，且体积小、成本也较独立型驱动器低，它是全功能CNC系统使用较多的驱动器产品。

图7.1-2 伺服驱动器

a）独立型 b）紧凑型 c）模块化

4.主轴驱动

全功能数控系统的所使用的主轴驱动器如图7.1-3所示，它可根据机床的实际需要选择两种控制方案：一是采用普通感应电动机和通用变频器的经济型控制方案，二是选配专门的交流主轴驱动器；前者的性能和特点与普及型CNC系统一致，一般只用于国产的经济型全功能数控机床控制。

图7.1-3 主轴驱动器

a）通用变频器 b）主轴驱动器

为了提高主轴系统的性能，全功能数控机床一般需要选配交流主轴驱动器。交流主轴驱动器既可选择独立型结构，也可集成在紧凑型、模块化结构的驱动器上，使得伺服/主轴驱动集成一体。

交流主轴驱动器虽也属于变频器的范围，但由于它所配套的电动机为专门设计和生产，因此，可建立矢量控制所需要的精确数学模型，实现大范围、高精度变频调速控制。此外，交流主轴驱动器采用的是闭环矢量控制技术，不但调速性能大大优于通用变频器，而且还能够实现准确的转矩与位置控制，因此，可以实现精确位置控制、Cs轴控制等现代数控机床所需要的功能。

5.I/O单元

全功能数控系统的PLC有外置式和内置式两种基本结构。

采用外置式PLC的系统一般是在通用PLC的基础上，增加一个CNC和PLC的通信模块，其他所有模块与通用PLC完全一致。这类系统的PLC功能强大、I/O点数众多、输入/输出模块的规格可变、配置灵活，PLC不但可用于开关量逻辑控制，而且还可根据需要选配模拟量输入/输出等模块，故可用于大型、复杂机床的控制，这是高性能全功能数控系统常用的结构型式。

采用内置式PMC的CNC系统，PMC的CPU模块、通信接口均集成在CNC上，但I/O单元独立。这类系统的结构紧凑、I/O单元可连接的点数多，但其输入/输出单元规格少、I/O连接要求和驱动能力通常不能改变，其PMC一般只具备开关量逻辑控制功能，故多用于标准机床的控制，这是普通全功能数控系统常用的结构型式。