数控技术基础概念简介

1.数控技术

数控技术，简称“数控”（Numerical Control，NC），是指用数字、文字和符号组成的数值指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。通常，它所控制的是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。1952年，第一台数控机床问世，只需改变数控加工程序，这台机床便可自动生产出不同形状和尺寸要求的零件。这是世界机械工业史上划时代的事件，由此拉开了数控技术发展的序幕。

目前，数控技术也叫计算机数控技术，它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

2.数控系统

数控系统是数字控制系统的简称，早期是由硬件电路构成的，称为硬件数控（Hard NC），1970年以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替，称为计算机数控系统。

计算机数控（Computer numerical control，CNC）系统是用计算机控制加工的功能，实现数值控制的系统。CNC系统是一种配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统，它根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能。

CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程序控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。

CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，并用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

NC（CNC）、SV与PLC（PMC）是数控设备中最为常用的英文缩写词。它们在实际应用中的不同场合具有不同的含义如下。

①NC（CNC）。NC（Numerical Control）是数控的英文缩写词。由于现代数控都采用了计算机控制，因此，可以认为NC和CNC的含义完全等同。NC（CNC）在广义上代表一种控制技术即数控技术；在狭义上代表一种控制系统的实体即数控系统；此外，还可以代表一种具体的控制装置即数控装置。

②SV（Servo Drive）是伺服驱动的常用英文缩写。按日本JIS标准规定的术语，它是“以物体的位置、方向、状态等作为控制量，追踪目标值的任意变化的控制机构”。也就是说，它是一种能够自动跟随目标位置等物理量的控制装置。

在数控机床上，伺服驱动的控制对象通常是机床坐标轴的位移（包括速度、方向和位置），其执行机构是伺服电动机，对输入指令信号进行控制和功率放大的是伺服放大器（也称：驱动器、放大器、伺服单元等），实际位移量的检测通过检测装置进行。伺服驱动不仅可以和数控装置配套使用，而且可以单独作为一个位置（速度）随动系统使用，因而常称为伺服系统。通常情况下，伺服、伺服驱动、伺服系统具有相同的含义，它们都可以用SV表示。此外，和数控系统一样，伺服驱动的核心是伺服放大器，在有些场合，SV也被用来表示伺服放大器。

在数控机床上，伺服驱动的作用主要有两个方面：一是按照数控装置给定的速度运行；二是按照数控装置给定的位置定位。因此，伺服驱动的精度和动态响应性能是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。

③PLC（Programmable Logic Controller）即可编程序控制器，PMC即可编程序机床控制器（Programmable Machine Controller）。在数控机床上，PLC与PMC具有完全相同的含义。由于PLC具有响应快、性能可靠、使用方便、编程和调试容易等特点，并可直接驱动部分机床电器，因此，被广泛用来作为数控设备的辅助控制装置。目前，大多数数控系统都带有内置PLC，用于处理数控机床的辅助指令，从而大大简化了机床的辅助控制装置。

3.数控机床(www.xing528.com)

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有数控系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

数控机床种类繁多，有钻铣镗类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称为数控机床。

带有自动刀具交换装置（Automatic Tool Changer，ATC）的数控机床称为加工中心（Machining Center，MC）。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率，减少了零件安装和定位次数，提高了加工精度。加工中心是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。

在加工中心的基础上，通过增加自动托盘交换装置（Auto Pallet Changer，APC）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元（Flexible Manufacturing Cell，FMC）。FMC不仅实现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作台（托盘）的自动交换和较完善的自动检测、监控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设备的加工效率。FMC既是柔性制造系统的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使用，因此，其发展速度较快。

在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）。FMS不仅可以进行长时间的无人化控制，而且可以实现多品种零件的全部加工或部件装配，实现了车间制造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进制造系统。

随着科学技术的发展，为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合所构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）。CIMS将一个工厂的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。

数控机床与程控机床是两种不同含义的机床，它们的控制要求和控制对象有本质的不同。一般来说，机床自动控制主要包括以下3个方面内容。

①机床动作顺序的程序控制。典型的有组合机床、自动生产线等的流程与工步的控制。其主要控制要求是根据机床的动作顺序表（如：电磁阀等执行元件的动作表），按规定的顺序通过执行元件的依次动作，完成机床的动作流程。

②辅助机能的控制。典型的有主电动机与辅助电动机的起动、停止、变速、冷却、润滑、排屑、自动换刀等。这些控制有的是为了实现机械加工所必需的控制，有的是机床特殊动作和功能方面的需要。它可以通过继电器、接触器、变频器、调速器等进行控制。

对于只需要上述①、②两方面控制的加工设备，称为程序控制机床，简称程控机床。如：组合机床、自动生产线等，PLC是实现以上控制的最佳选择。

③刀具（或坐标轴）移动轨迹控制。对刀具运动轨迹进行控制，是加工轮廓的必要条件，它包括移动速度控制、移动位置控制、移动轨迹控制等几方面的基本要求，必须采用数控技术才能实现。

在程控机床上，对于运动部件的位移量控制，一般需要通过挡铁、行程开关等检测元件的发信和对执行元件的通断控制实现。即便是采用了伺服驱动装置的程控机床，一般也只能对各运动部件的移动速度、移动位置进行单独的控制和调整，因此，程控机床能实现点位控制，但不能实现各运动部件间的“联动”，不能任意改变坐标轴（或刀具）在平面或空间的移动轨迹，故不能称为数控机床。

在数控机床上，通过数控系统的“插补”运算，可以实现坐标轴的“联动”。它不仅可以控制移动部件的起点与终点坐标，而且还能同时控制各运动部件每一时刻的速度和位移及各运动部件间的相互关系，从而可以将工件加工成要求的轮廓形状。这是数控机床与其他机床的本质区别，也是机床采用数控技术的根本原因。