典型数控系统的介绍与分析

数控系统是数控机床的控制核心。数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。数控系统不同，其编程指令代码也有差别。因此在编程时，应按所使用数控系统规定的编程规则进行编程。

在目前的实际应用中，数控系统产品的品牌和种类繁多。在国外数控系统产品中，日本FANUC、德国SIEMENS、西班牙FAGOR、德国HEIDENHAN、日本MITSUBISHI、美国AB等公司的数控系统产品性能优良、功能完善、品种齐全，占有较大的市场份额。在国内数控产品中，常见的有华中数控、航天数控、上海开通（KT）数控、北京凯恩帝（KND）数控、广州数控（GSK）等数控系统产品。这些产品功能齐全、价格低、可靠性高、具有较好的应用前景。

1.日本FANUC数控系统

日本FANUC公司生产的CNC产品目前应用比较广泛的CNC产品之一。其产品有多个系列，简要介绍如下。

1）FANUC Series 3/5/6/7系列（简称FS3/5/6/7）FS 3/5/6/7系列是FANUC公司于20世纪70年代推出的数控系统，属于早期产品，是具备一般功能的中档CNC系统。其中，F3和F6系在我国有一定的用量，6M适用于铣、镗床和加工中心，6T适用于车床。

2）FANUC Series 10/11/12系列FS 10/11/12系列是FANUC公司于20世纪80年代初推出的多微处理器CNC产品，其主CPU采用68000，在图形控制、对话式自动编程控制、轴控制等方面也都有各自的CPU。该系列分为M型、T型、TT型、F型等多种规格，适用于不同的机床。其中，M型用于加工中心、铣床和镗床，T型用于车床，TT型用于双刀架车床，F型是具有对话功能的数控系统。

3）FANUC Series 0系列F0系列CNC是FANUC公司在20世纪80年代中期推出的，具备较高可靠性和性能价格比的CNC产品。它的特点是体积小，价格低，适用于机电一体化的小型数控机床。F0系列CNC是一个多微处理器系统。0A系列主CPU为80186，0B系列主CPU为80286，0C系列主CPU为80386。F0系列CNC采用彩色图形显示、会话菜单式编程、专用宏功能，并具有程序录返功能。此外，F0系列在已有的RS232串行接口之外，又增加了具有高速串行接口的远程缓冲器，以便实现DNC运行。自FANUC公司推出F0系列数控系统以来，得到了各国用户的高度评价，从而成为广泛采用的数控系统之一。

F0系列CNC有多种规格，其中F0-MA/MB/MD用于加工中心、铣床和镗床，F0-TA/TB/TL/TD用于车床，F0-TTA/TTB/TTC用于一个主轴双刀架或两个主轴双刀架的4轴控制车床，F0-GA/GB/GD用于磨床，F0-PD用于冲压机床。

经济的小型车床用高可靠性FANUC CNC Power Mate 0，主要用于2轴小型车床取代步进电动机的伺服系统，可配画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDI，也可配性价比好的DPL/MDI。

另外还有FANUC 0i系列，包括0i-MA/TA、0i-MB/TB、0i-MC/TC、0i-MATE等型号。

4）FANUC Series 15系列FS15系列是FANUC公司在1987年推出的能够控制24轴联动的高性能CNC产品，可用于飞机、汽车、模具等复杂自由曲面零件的高效率精密加工。其升级产品FS15i具备网络功能。FS15i是基于Windows的开放式CNC产品，适用于大型机床、复合机床的多轴控制和多系统控制。

5）FANUC Series 16/18/21系列FS16、FS18、FS21系列是在功能上位于FS15系列和F0系列之间的CNC系统，采用高速32位FANUC BUS和薄型TFT（薄膜晶体管）彩色液晶显示器，是控制单元和TFT显示器集成于一体的超小型CNC产品。其中，FS16/18可控制8铀，FS21可控制5轴。另外，还有FS16i/FS18i/FS21i等型号的网络数控系统。

6）FANUC Series 20i系列FS20i系列是面向普通铣床、普通车床开发的CNC产品。该系列不需要编写零件程序，只需在屏幕上输入一些参数，即可实现直线、圆弧等的半自动加工。

7）FANUC Series 30i/300i/3000is系列FS30i/300i/3000is系列是FANUC公司推出的高端CNC产品。可控制10个系统、32个进给轴和8个主轴。它可用于高速、精密、多轴、多系统大型自动化复合加工设备。

2.德国SIEMENS公司的CNC产品

SIEMENS公司也是生产数控系统的著名厂商之一，产品有SINUMERIK 3、8、810/820、850/880、840、802等系列，简要介绍如下。

1）SINUMERIK 8系列8系列是SIEMENS公司20世纪80年代初期推出的CNC产品。该系列产品适用于各种机床，其中8M/8ME/8ME-C/Sprint M/Sprint8ME/Sprint 8ME-C用于钻床、镗床和加工中心，8MC/8MCE/8MCE-C用于大型镗铣床，8T/Sprint 8T用于车床。Sprint 8系统具有蓝图编程功能。

SINUMERIK 8系列CNC系统主要由主控制模板、电源模板、存储模板、各种位置控制模板、测量接口模板、操作面板、电源模板和译码电路模板、PLC与CNC接口模板（适用于外部PLC）、PLC与CNC信号传递模板（适用于集成PLC）及系统软件模板等组成。整个CNC系统是一个多微处理器控制系统。所用主CPU为8086，各种位置控制模板上用的CPU也是80886。

SINUMERIK 8系列CNC系统最多可扩展到控制12个坐标轴，可实现数个坐标轴联动，它带有SIMATIC S5 PLC。PLC不仅能完成刀具管理和刀具寿命监控的功能，还能进行工件监控和对工件输送设备的控制。

2）SINUMERIK 3系列3系列产品适用于各种机床的控制，包括M型、T型、TT型、G型和N型等。另外，3T系统借助转换（TRANSMIT）功能，可使一般的CNC车床变成一个柔性车削中心，在一台机床上可一次完成车削、镗削、铣削以及钻削加工。

SINUMERIK 3系列CNC系统主要由中央处理单元、存储器模块、操作面板接口、外部连接接口、PLC中央处理单元、PLC存储模块、编程器接口、逻辑模块及各种输入/输出模块等组成。其中央处理单元的主CPU为8086，内设或外设两个PLC。NC和PLC之间设有很宽的窗口，可满足机床的各种自动加工功能的要求。这些要求包括换刀控制、数据传送控制、刀具寿命监控、刀具和工件的测量和补偿及计算机通信功能等。通过配置的软件，可使SINUMERIK 3进入柔性制造系统。

3）SINUMERIK 810/820系列 该系列是20世纪80年代中期的产品，分为M、T、G型等。M型用于镗床、铣床和加工中心，T型用于车床，G型用于磨床。810和820在体系结构和功能上相似，810为绿色CRT显示，直流24V供电；820为彩色显示，交流220V供电，一般适用于中小型机床。

SINUMERIK 810/820由CPU模块、位置控制模块、系统程序存储器模块、文字图形处理模块、接口模块、I/O模块、CRT显示器及操作面板组成。其中央单元的主CPU为80186。采用通道式结构，有主通道和辅助通道。由RS232C接口进行数据传输和通信联网，可使编程和操作简便、运行可靠、维修方便。操作者不但可利用软功能键在CRT上调用任何一种软件菜单内容、输入加工程序，还可以快速模拟程序。

20世纪90年代中期，SIEMENS公司推出了全数字式数控系统SINUMERIK810D/DE，该系统最明显的标志就是采用ASIC芯片将控制和驱动集成在一块电路上。紧凑型控制单元（CCU）负责处理CNC、PLC的通信和闭环控制任务，控制器和驱动器组成一个整体，它们之间没有接口。810D/DE采用32位微处理器，内装高性能的SIMATIC S7 PLC，最多可控制5个进给轴（或4个进给轴和1个主轴）。CCU单元中包括了三个进给轴的功率模块（也可组合成2个进给轴和1个主轴），利用这一特点，只要配置一个电源模块，就可以组成一台数控车床所需的驱动装置。

4）SINUMKRIK 850/880系列 该系列产品是SIEMENS公司于20世纪80年代后期推出的CNC产品，适用于高自动化水平的机床及柔件制造系统。该系列最多可控制30轴、6个主轴，可实现16轴联动，有M、T等规格。SINUMERIK850和880在结构体系方面相似，但在功能强度上有着明显的差别。

SINUMKRIK 850/880为柔性紧凑型通道结构、多微处理器CNC系统，其主CPU为80386。除了数控用CPU之外，还有伺服CPU、通信用CPU及PLC用CPU。上述CPU除通信用CPU外，均可扩展至2～4个CPU。该系统有很强的通信功能，可与计算机集成制造系统CIMS通信。

5）SINUMERIK 840C/D数控系统 是SIEMENS公司于1991年～1993年开发出的数控系统，从功能上覆盖了850/880系统的功能，是适用于全功能车床、铣床、加工中心及FMS、CIMS的数控系统。SINUMERIK 840D数控系统采用全数字模块化设计，用于复杂机床、模块化旋转加工机床和传送机床，最大可控制31个坐标轴。

6）SINUMERIK 802S/C/D系列SINUMERIK 802S是SIEMENS公司在20世纪90年代中后期推出的经济型数控系统。802S采用开环步进电动机驱动，可控制3个进给轴和1个主轴，主要用于经济型数控车床、数控铣床的控制。在802S的基础上，又推出了SINUMERIK 802C和SINUMERIK 802D。其中，SINUMERIK 802C采用模拟交流伺服系统，可配接SIMODRIVE 611驱动装置。SINUMERIK 802D采用数字式交流伺服系统，可控制最多4个数字进给轴和一个主轴。CNC通过PROFIBUS、I/O模块和数字驱动模块（SIMODRIVE Universal 611E）相连接，主轴通过模拟接口控制。

SINUMERIK 802S/C/D采用SIMATIC S7-200 PLC指令集对系统内部PLC进行编程。(www.xing528.com)

3.西班牙FAGOR公司的CNC产品

FAGOR公司生产的CNC产品有101/102、8025/8030、8040、8055、8070等系列。

①101/102系列是LED数码管显示的单轴/双轴经济型数控系统，同时可连接手轮和控制主轴，并具有ISO代码编程和参数编程功能。可用于自动循环板带送料机、板带、管材和型材切割机、冲压及剪切设备、分度装置、珩磨机等设备。

②8025/8030系列数控系统是FAGOR公司的中高档数控系统，可用于铣床、加工中心、车床、压力机、激光加工机床、火焰切割机、磨床等设备，可控制2～5轴。它采用操作面板、显示器、中央单元一体化的紧凑结构，具有很好的性能价格比。

8025/8030系列有M/MG/MS、T/TG/TS、P/PG/PS和GP等类型。其中，M/MG/MS用于铣床、T/TG/TS用于车床、P/PG/PS用于压力机。GP为通用型数控，M/T/P为基本型数控。MG/TG/PG具有动态图形显示功能，MS/TS/PS只有动态图形显示、C轴、数字化显示及探针等功能。8025/8030的CNC系统具有五种操作方式：手动方式、单段方式、自动方式、空运行方式和图形方式。零件加工程序的输入也有五种不同的操作方式：录返方式、示教方式、编辑方式、外围设备方式和DNC方式。8025/8030系列数控系统具有RS232C和RS485串行接口，可经RS232C输入或输出参数及加工程序，也可经RS485与其他CNC及PLC进行联网通信。8025/8030的通信能力可构造局域网（LAN），实现DNC操作。其通信方式依据DNC通信协定，此协定亦为所有CNC的内部标准。利用DNC的功能，可以执行由CAD/CAM系统所产生的加工程序，亦可接图形输入的加工程序。

探针操作是一个数字化的过程，可简化工件测量及中心测量，该过程是利用探针代替刀具进行的。它采用一个简单的扫描程序使探头在模型表面移动，同时探测点的值被编成程序，可经DNC软件存储于计算机内。这样可有下列优点：用户通过定义加工要求、进给率、转速等物理量，可最大限度地控制CNC系统；使用镜像方式、图形旋转及比例伸缩方式，可减少数字化时间；可对多种多样的几何形状的工件进行数字化，包括矩形、环形、径直方向、仿形以及它们的混合形等。

③8040系列是FAGOR公司于2001年投放市场的中高档数控系统，其功能介于8025与8055之间。该系统可控制4个进给轴、1个主轴、2个手轮，用户内存可达1MB，闪存容量为2MB，具有±10V模拟量接口及数字化CAN接口，可接收1V_pp及TTL位置反馈信号，10.4英寸彩色或单色LCD显示器。该系统集CNC和PLC于一体，且其PLC具有逻辑分析仪功能。

8055系列数控系统是FAGOR公司的高档数控系统，可实现七轴联动。按其处理速度不同，可分为8055/A、8055/B、8055/C三种档次。它适用于车床、车削中心、铣床、加工中心、高速压力机、激光加工机床、表面磨床、工具磨床、坐标磨床等设备，具有连续数字化仿形、RTCP补偿、内部逻辑分析仪、SERCOS接口等高级功能。

④8070是目前FAGOR最高档的数控系统。CNC 8070是CNC技术与PC技术的结晶，是与PC兼容的数控系统。它采用Pentium系列CPU，WINDOWS或MS-DOS操作系统，可控制16个进给铀、2个主轴、3个手轮；可运行VISUAL BASIC，VISUAL C++，程序段处理时间<1ms；PLC可达1024/1024个输入/输出点，执行时间1k/ms指令；具有以太网、CAN、SERCOS通信接口，可选用±10V模拟量接口。

4.施耐德系统

施耐德是当今世界上最大的自动化设备供应商之一，其数控系统主要产品有：NUM 1020/1040、NUM 1020M、NUM 1020T、NUM 1040M、NUM 1040T、NUM 1060、NUM 1050等型号。

NUM 1020/1040数控系统是NUM公司于1995年开发出的全新数控系统，是紧凑且功能完善的32位数控系统，并且和NUM 1060系列系统完全兼容，特别适合于1～6轴的数控机床。NUM 1020T基本单元适用于铣床的2～4轴CNC内装式可编程序控制器（PLC），32位CPU超大规模集成电路CISC，配置基本单元适合2轴车床的CNC系统。NUM 1040M基本配置单元适用于铣床、镗床和加工中心。NUM 1040T基本配置单元适合2～4轴双刀架车床中心的。NUM 1060是模块化、大功率的多轴组合系统，适合于铣、车、磨等金属加工机床和木材加工以及各种切齿机、特种机床和回转组合机床等设计。其性能完善，控制灵活。NUM1060能够控制2～32轴加工机床，分辨率可达1μm、0.1μm或0.01μm，最大进给率达240m/min。高精密的图形轮廓描绘，最多9轴插补，1～4个主轴和手轮控制，多轴组（1～8个），可处理2048个输入/输出点的内装式PLC，Fipway通信模组（格式PCMCIA）。

5.我国的数控系统产品

（1）华中数控

华中数控以世纪星系列数控单元为典型产品，HNC-21T为车削系统，最大联动轴数为4轴；HNC-21/22M为铣削系统，最大联动轴数为4轴，采用开放式体系结构，内置嵌入式工业PC。

华中世纪星高档数控装置产品包括HNC-210A/B/C系列和HNC-28/32系列。全部采用基于PC的开放式体系结构，通道数为1～4个，控制轴数为2～32轴，联动轴数为2～9轴，液晶显示器为5.4～15英寸。

HNC-32数控系统是华中数控系统中的高端产品，是依托IT行业和现场总线技术的最新研究成果，是紧跟数控系统发展趋势开发出的新一代总线型高档数控系统。系统基于工业PC，采用多处理器及总线结构为硬件平台，并采用我国自行制定的高档数控系统标准NCUC-BUS，以实时操作系统为开放式软件平台，利用硬件高处理速度与软件开放灵活的优势，实现多轴、多通道的高速、高精度运动控制。该系统支持4通道控制（可以扩展），32个进给轴和4个主轴，每个通道最大支持9轴联动。

华中数控伺服系统的主要产品包括：HSV-11系列交流伺服驱动装置、HSV-16系列全数字交流伺服驱动装置、步进电动机驱动装置、交流伺服主轴驱动装置与电动机、永磁同步交流伺服电动机等。

（2）北京航天数控

其主要产品CASNUC 2100数控系统是一个总线式、模块化的控制系统。系统采用开放式体系结构，总线为ISA总线，可控制8个坐标轴、5轴联动的机床。它具有内装PLC和图形显示功能，可以配有软、硬盘接口和通信接口，具有很好的通信功能，可以为FMS、CIMS提供支持。其典型应用有车床、铣床、钻床、磨床、加工中心、螺杆铣、凸轮加工、火焰切割、玻璃雕刻、4轴机器人控制、4轴激光表面处理控制等。

CASNUC 2110e数控系统是一个将PC104板嵌入到控制系统中的一体化车/铣床闭环数控系统。该系统将控制系统、显示面板、操作面板集于一体，结构紧凑，易于安装；具有彩色LCD显示、功能全面、性能可靠、连接简单、性价比高等。适用于车床、铣床、钻床、磨床等4轴以下的机床控制。

（3）上海开通数控

上海开通数控有限公司的主要数控系统产品有以下几种。

①MTC系列普及型数控系统和AC200交流伺服驱动系统。它是在引进美国GE公司交流伺服驱动技术的基础上再开发的产品。该数控系统是一个由3个CPU组成的分布式控制系统，适用于数控车床、铣床、加工中心、磨床、压力机、火焰/等离子切削机、折弯机、绕簧机等。

②KT400系列经济型数控系统。它是在MTC普及型数控系统的基础上开发的，用于控制步进电动机的经济型数控系统。它保留了原系统的几乎全部功能，操作使用方便，具有较高的性能价格比，适用于经济型数控车床、铣床、火焰切割机、轧辊磨床等的控制。

③KT700单轴数控系统。该系统可控制步进驱动器和数字化交流伺服驱动器，广泛用于磨床、剪板机、组合机床等各种工业自动化设备的定位控制。

④KT210/KT220单/双轴交流伺服驱动系统。该系统是在引进技术的基础上，采用FPGA门阵列芯片和IPM智能功率模块等新技术开发而成的。它具有结构紧凑、体积小、动静态特性好、响应快、调速范围宽、可靠性好等特点。

⑤KT580-T全功能车床数控系统。它是一种普及型数控系统。由于采用了FPGA门阵列芯片和SMT制造工艺，大大降低了生产成本，提高了产品的可靠性，因而具有较高的性能价格比。