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數控系統范文第1篇

    關鍵詞:數控系統 優點 功能

    中圖分類號:TP273.5 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0023-02

    1、數控系統的靈活性和通用性

    CNC裝置的功能大多由軟件實現,且軟硬件采用模塊化的結構,使系統功能的修改、擴充變得較為靈活。CNC裝置其基本配置部分是通用的,不同的數控機床僅配置相應的特定的功能模塊,以實現特定的控制功能。

    1.1 數控功能豐富

    (1)插補功能:二次曲線、樣條、空間曲面插補。(2)補償功能:運動精度補償、隨機誤差補償、非線性誤差補償等。(3)人機對話功能:加工的動、靜態跟蹤顯示,高級人機對話窗口。(4)編程功能:G代碼、籃圖編程、部分自動編程功能。

    1.2 可靠性高

    CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保證。 許多功能由軟件實現,使硬件的數量減少。 豐富的故障診斷及保護功能(大多由軟件實現),從而可使系統的故障發生的頻率和發生故障后的修復時間降低。

    1.3 使用維護方便

    (1)操作使用方便:用戶只需根據菜單的提示,便可進行正確操作。(2)編程方便:具有多種編程的功能、程序自動校驗和模擬仿真功能。(3)維護維修方便:部分日常維護工作自動進行(,關鍵部件的定期檢查等),數控機床的自診斷功能,可迅速實現故障準確定位。

    1.4 易于實現機電一體化

    數控系統控制柜的體積小(采用計算機,硬件數量減少;電子元件的集成度越來越高,硬件的不斷減小),使其與機床在物理上結合在一起成為可能,減少占地面積,方便操作。

    2、數控系統裝置的功能

    從外部特征來看,CNC裝置是由硬件(通用硬件和專用硬件)和軟件(專用)兩大部分組成。CNC裝置的功能包括基本功能和輔助功能。

    2.1 數控系統的基本功能

    數控系統基本配置的功能,即必備的功能。插補功能、控制功能、準備功能、進給功能、刀具功能、主軸功能、輔助功能、字符顯示功能。

    2.2 數控系統的輔助功能

    用戶可以根據實際要求選擇的功能。補償功能、固定循環功能、圖形顯示功能、通信功能、人機對話編程功能。

    (1)控制功能;CNC能控制和能聯動控制的進給軸數。CNC的控制進給軸有:移動軸和回轉軸;基本軸和附加軸。如,數控車床至少需要兩軸聯動,在具有多刀架的車床上則需要兩軸以上的控制軸。數控鏜銑床、加工中心等需要有3根或3根以上的控制軸。聯動控制軸數越多,CNC系統就越復雜,編程也越困難。

    (2)準備功能;即G功能:指令機床動作方式的功能。

    (3)插補功能和固定循環功能;所謂插補功能是數控系統實現零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運算的功能。一般CNC系統僅具有直線和圓弧插補,而現在較為高檔的數控系統還備有拋物線、橢圓、極坐標、正弦線、螺旋線以及樣條曲線插補等功能。在數控力口工過程中,有些加工工序如鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等,所需完成的動作循環十分典型,而且多次重復進行,數控系統事先將這些典型的固定循環用C代碼進行定義,在加工時可直接使用這類C代碼完成這些典型的動作循環,可大大簡化編程工作。

    (4)進給功能;數控系統的進給速度的控制功能,主要有以下三種:第一、進給速度:控制刀具相對工件的運動速度,單位為mm/min;第二、同步進給速度:實現切削速度和進給速度的同步,單位為mm/r,用于加工螺紋;第三、進給倍率(進給修調率):人工實時修調進給速度。即通過面板的倍率波段開關在0%-200%之間對預先設定的進給速度實現實時修調。

    (5) 主軸功能;數控裝置的主軸的控制功能,主要有以下幾種:第一、切削速度(主軸轉速):刀具切削點切削速度的控制功能,單位為m/min(r/min)。第二、恒線速度控制:刀具切削點的切削速度為恒速控制的功能。如端面車削的恒速控制。第三、主軸定向控制:主軸周向定位控制于特定位置的功能。第四、C軸控制:主軸周向任意位置控制的功能。第五、切削倍率(主軸修調率):人工實時修調切削速度。即通過面板的倍率波段開關在0%-200%之間對預先設定的主軸速度實現實時修調。

    (6)輔助功能;即M功能:用于指令機床輔助操作的功能。

    (7)刀具管理功能;實現對刀具幾何尺寸&刀具壽命的管理功能。

    (8)補償功能;第一、刀具半徑和長度補償功能:該功能按零件輪廓編制的程序去控制刀具中心的軌跡,以及在刀具磨損或更換時(刀具半徑和長度變化),可對刀具半徑或長度作相應的補償。該功能由G指令實現。第二、傳動鏈誤差:包括螺距誤差補償和反向間隙誤差補償功能,即事先測量出螺距誤差和反向間隙,并按要求輸入到CNC裝置相應的儲存單元內,在坐標軸運行時,對螺距誤差進行補償;在坐標軸反向時,對反向間隙進行補償。第三、智能補償功能:對諸如機床幾何誤差造成的綜合加工誤差、熱變形引起的誤差、靜態彈性變形誤差以及由刀具磨損所帶來的加工誤差等,都可采用現代先進的人工智能、專家系統等技術建立模型,利用模型實施在線智能補償,這是數控技術正在研究開發的技術。

    (9)人機對話功能;在CNC裝置中配有單色或彩色CRT,通過軟件可實現字符和圖形的顯示,以方便用戶的操作和使用。在CNC裝置中這類功能有:菜單結構的操作界面;零件加工程序的編輯環境;系統和機床參數、狀態、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。

    (10)自診斷功能;一般的CNC裝置或多或少都具有自診斷功能,尤其是現代的CNC裝置,這些自診斷功能主要是用軟件來實現的。具有此功能的CNC裝置可以在故障出現后迅速查明故障的類型及部位,便于及時排除故障,減少故障停機時間。

    通常不同的CNC裝置所設置的診斷程序不同,可以包含在系統程序之中,在系統運行過程中進行檢查,也可以作為服務性程序,在系統運行前或故障停機后進行診斷,查找故障的部位,有的CNC裝置可以進行遠程通信診斷。

    (11)通信功能;CNC裝置與外界進行信息和數據交換的功能。通常CNC裝置都具有RS232C接口,可與上級計算機進行通信,傳送零件加工程序,有的還備有DNC接口,以利實現直接數控,更高檔的系統還可與MAP(制造自動化協議)相連,以適應FMS、CIMS、IMS等大制造系統集成的要求。

    通過以上的介紹不難看出,CNC這一系統優點十分的明顯,功能上也可以滿足生產的各個方面需要,很值得我們去不斷的深入研究和探索。

    參考文獻

    [1] 陳家斌.數控系統的檢修及試驗[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

數控系統范文第2篇

關鍵詞：FANUC數控系統；參數；設置；應用

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0065-02

FANUC數控系統的參數很多，其中每一位型參數又有八位，因此一套FANUC系統配置的數控機床少說也有近萬個CNC參數需要設定，這些參數的合理設置將會直接提升數控機床性能的發揮，提高其使用水平。大量的生產實踐證明了只有了解數控系統參數的含義，才能給數控機床的故障診斷和維修帶來方便，從而縮減機床故障診斷的時間，最終實現提高機床利用率的目的。此外，對數控機床系統參數的設置也是了解數控系統相關軟件設計的窗口。在某些條件下，修改系統參數可以開發數控系統在訂購時某些沒有表現出來的功能，有助于機床功能的二次開發。因此，對于任一型號系統的數控機床，了解并掌握系統參數的含義顯得尤為重要。機床生產廠家在數控機床出廠前，為了配合、適應相配套的數控機床的具體功能情況對數控系統進行了許多初始參數設置，但有些參數需要經過調試來進一步確定。在數控機床故障診斷與維修過程中，有時可以利用某些系統參數來調整機床，根據機床的實際運行狀況對部分參數進行適當的修正，故專業的數控維修人員要充分了解機床的這些系統參數，并將已設定好的系統參數進行備份，妥善保管，方便在維修時使用，另外參數調整后要采取相應的保護措施，以防非專業維修人員的誤操作引起機床故障。

1 FANUC數控系統參數的設置

FANUC系統參數的更改方法很多，其中比較常用的方法有參數的手動設定方法、通過閱讀機/穿孔機接口用計算機傳輸軟件輸入參數；使用存儲卡輸入參數；使用USB口輸入參數；在引導系統（BOOT SYSTEM）下用存儲卡備份和復原SRAM（參數、程序、刀補等）。以手動設定方法為例說明參數更改的步驟。

將NC置于MDI方式下或按下急停按鈕，按功能鍵[OFS/SET]一次或幾次后，再按軟鍵[SETTING]，可顯示參數設定頁面。將光標移至“參數寫入”處，設定“參數寫入”=1，按軟鍵[ ON：1]，或者直接輸入1，再按軟鍵[輸入]，這樣參數成為可寫入的狀態。此時CNC產生P/S100報警（允許參數寫入）。解除此報警的方法：按下RESET+CAN或只按下RESET（設置參數No.3116#2=1）。參數修改后：若出現000號報警，需關系統電源；對軸參數進行設置后，需要關設備總電源。按MDI面板上的功能鍵[SYSTEM] 一次或幾次后，再按軟鍵[參數]，選擇參數頁面。從鍵盤輸入想顯示的參數號，然后按軟鍵[搜索]。可以顯示指定的參數所在頁面，光標在指定的參數位置上。參數設定完畢，需將參數設定頁面的“參數寫入=”設定為0，禁止參數設定。

2 FANUC數控系統參數的備份與恢復

FANUC數控系統中的數據有加工程序、CNC參數、螺距誤差補償值、宏變量、刀具補償值、PMC程序、PMC數據、工件坐標系數據等，在機床不使用時這些數據是依靠控制單元中的電池進行保存的。如果控制單元損壞、電池更換或電池失效時出現差錯，將會造成這些重要的數據丟失。因此在數控機床的使用中，必須做好上述數據的備份工作，當出現數據丟失時，可以選取一定的方法來恢復這些數據，從而使得機床能夠正常的運行。

常用數據備份和加載有兩種方法：開機時通過數據備份及加載引導畫面進行；數控系統工作時通過數據輸入輸出方式進行。前者備份的數據是系統數據的整體，下次恢復或調試其他相同機床時，可以迅速的完成，但是數據為機器碼且為打包形式，不能在計算機上打開；而后者在備份和恢復數據時首先要將20號參數設定為4，然后要在編輯方式下選擇要傳輸的相關數據的畫面。若要給備份的數據起自定義的名稱，則可以通過[ALL IO]畫面進行。

3 FANUC數控系統參數的保護方法

數控系統參數的設置正確與否會直接影響機床能否正常運行。在數控機床總故障數中，約10%的故障是由系統參數引起的，因此數控系統參數故障也是機床的一種常見故障。而大多情況下這些參數故障是由于操作者的誤操作，改變了數控機床的某些系統參數造成的。對數控系統參數等重要文件進行保護，以防機床操作者或其他人員的的誤操作，也是數控機床在日常維護工作中一個極其重要的環節。本文簡要介紹FANUC 0i系統的數控機床在故障診斷與維修中幾個常用的系統參數保護方法。

3.1 數控系統參數修改法

方法1：通過面板上的[OFFSET/SETTING]按鍵，顯示參數設定界面，將“參數寫入”一欄寫入0即可。此方法主要適用于對系統參數不是很了解的機床操作者。

方法2：將3299號參數的第0位（PKY）更改為1，則上述方法1參數設定界面中的“參數寫入”無法修改。此方法主要是由于參數的寫入保護是由數控系統PMC信號中的“KEYPRM”信號（G46.0）狀態決定的，更改上述參數可禁止系統參數寫入。

方法3：要想進入系統的參數界面，就必須先按面板上的[SYSTEM]按鍵，所以把3208號參數的第0位（SKY）更改為“0”，MDI面板的功能鍵[SYSTEM]將無效，系統也將無法進入參數的設定界面，也就無法對參數進行修改。

由于方法2和方法3在一般的數控機床維修資料中較少提及，所以大部分人員并不清楚這些參數的作用，更不知道如何解除參數的保護，從而起到較好的保護系統參數的目的。

3.2 系統參數修改與系統PMC梯形圖結臺法

只需查閱相關的資料就可以解除采用上述三種方法的參數保護，因此就需要采用深層次的保護方法來保證系統參數的安全性。由于大部分一線的專業維修人員都無法做到系統PMC梯形圖的編寫，因此通過更改系統參數和修改系統的PMC梯形圖相結合的方法可達到很好保護系統參數的作用。

首先將3299號參數的第0位修改為1，然后把系統的PMC梯形圖修改如圖1所示，即通過系統的一個“邏輯0”可編程序控制器信號R9091.0來控制G46.4（KEY 2），使該信號一直處于0的狀態，用鑰匙開關信號X13.1來控制G46.3（KEY 1）、G46.5（KEY 3）和G46.6（KEY 4）3個信號，這樣就可以實現對系統參數這一重要數據的保護。

4 系統參數在維修中的應用

數控系統的參數都是經過一系列的理論計算并通過大量的試驗、調整而獲得的。參數通常情況下存放于數控系統的靜態隨機存儲器（SRAM）中，當受到外界的干擾、電池電量不足以及數控系統長期不通電等情況時，都可能導致部分參數發生變化或丟失，對機床和數控系統的運行產生直接的影響。尤其當數控機床長期的閑置不使用時，系統參數丟失的現象更會容易出現。因此，維修數控機床行之有效、也是一個常用的方法就是檢查數控系統并恢復機床的系統參數。此外，由于數控機床經過長時間的運行后，機床的某些運動部件會產生磨損、電器元件的性能也隨之發生一定的變化等原因，也需要維修人員對相關的系統參數進行適當的調整。

4.1 參數類故障的維修思路

系統參數在數控系統中占據非常重要的位置，對其設置的是否恰當將會對機床的工作性能和工件的加工精度產生很大的影響。在調試階段，如果參數設置的不合理或人為不恰當的參數更改，都有可能使得數控系統出現失控現象、加工誤差大等故障發生，甚至還會出現一系列的報警或一些無顯示信息的報警故障現象。因此，一定要先清楚地掌握系統參數的含義和其對應的功能之后再進行參數的設置。

4.2 參數類故障維修案例

4.2.1 手輪進給方式下搖動手輪無作用的維修

某一FANUC 0i mate D系統的數控車床，在手輪進給方式下搖動手輪不起作用。直接檢查8131號參數的第0位（HPG）和7113號參數的數值，發現7113號參數（手輪進給倍率）的設定值正確，而8131號參數的第0位數值不知什么原因變為0了，0狀態是取消使用手能，搖動手輪時當然不會有信號輸出。修改該參數為1，并把參數設定界面中的“參數寫入”一欄寫入0即可或將寫保護參數8900的第0位改成0后，關掉系統電源并重新啟動手輪使用恢復正常。

4.2.2 風扇損壞的維修

一臺FANUC 0i系統的數控機床，開機一段時間后畫面顯示ALM701報警信息。通過查閱FANUC數控機床維修材料，得到是控制單元上部的風扇由于過熱的原因而引起的報警。打開該機床后側的電氣柜，發現控制單元上部的其中一個冷卻風扇停止工作，用萬用表測得風扇的電源正常，因而可以斷定是該冷卻風扇損壞。考慮到短時間內購買不到同一類型的風扇，只好將8901號參數的第0位更改為“1”先解除上述的報警，然后再用外部冷風進行強制冷卻，等待風扇購到后，再將8901參數的第0位數值更改為“0”。

4.2.3 解除軟限位超程報警故障的方法

某FANUC 0i mate D數控系統的機床在工作過程中，無故斷電，再次通電后界面顯示500#報警信息，報警內容為“Z軸方向出現了軟限位超程”。

故障產生后，機床的兩個軸都被鎖定。從十字滑臺上分析Z軸停止的位置，得到其停在滑臺的中間，由此可判斷Z軸不可能超出行程。再查找機床的兩個軟限位參數――1320號（各軸正方向儲存的行程極限）參數和1321號（各軸負方向儲存的行程極限）參數，發現這兩個參數并沒有被改動。當用手左右轉動Z軸的絲杠時，向左轉動會出現501#報警（即負方向超出行程），向右轉動會出現500#報警（即正方向超出行程），由此可判定報警信息來自于Z軸丟失了零點信息。將1320、1321這兩個軟限位參數分別修改為極限值999999和-999999，并按下系統的復位鍵，超程報警信息消失，重新使Z軸返回零點后，該故障解除。

4.2.4 解除SV5136 FSSB：放大器數不足的報警

某FANUC 0i系統的數控車床閑置一段時間后再開機，出現SV5136 FSSB：放大器數不足的報警，維修說明書的解釋內容為與控制軸的數目比較時，FSSB識別的放大器數目不足。軸數的設定或放大器的連接有誤。通過放大器設定畫面查找到Z軸的伺服放大器未連接到機床，檢查FSSB（FANUC 伺服串行總線）連接正常，且24 V電源供電也正常。將系統的1902號參數的第0位設置為0后，關閉系統電源，再次啟動機床后發現報警消失，故障解除。

5 結 語

數控系統參數的設置在機床故障診斷與維修中有著廣泛的應用。機床操作者如果能了解并掌握這些參數的含義和作用，將會為數控機床的維護維修帶來極大的方便，縮減故障維修的時間，從而提高機床的使用率。需要強調的是，如需更改系統的某些參數，首先要了解該參數的含義，明確該參數發生變動時會產生的現象，以及對其他的參數是否有影響，同時做好詳細的記錄，以便對比不同參數產生的結果，并選取其中最佳的數值設定到對應的表中；其次在參數修改前，要做好參數備份工作；最后修改好參數后要對其進行必要的保護，以防誤操作帶來不必要的麻煩。

參考文獻：

[1] 劉永久.數控機床故障診斷與維修技術[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 李曉海，易平波.FANUC 0i（mate）C/D系統參數的簡明設定[J].科技信息，2010，（15）.

[3] 馬正鋒，史耀耀，閆飛，等.FANUC數控系統參數丟失后的恢復方法[J].機械制造，2007，（6）.

數控系統范文第3篇

【關鍵詞】氣體壓力 數控系統 精確控制

一、引言

近年來，用于切割金屬板材的數控激光切割機床得到快速發展。數控激光切割機床加工金屬板材時，需要氣體（如氧氣、氮氣等）來輔助進行切割。這種方式的加工具有高速高效性，輔助氣體氣壓的精確與穩定，直接影響著板材的切割效率與質量。因此數控激光切割機床精確控制氣體壓力的大小至關重要。

二、氣體壓力控制描述

氣體壓力由電磁比例閥通過電信號控制，電信號是系統向模擬量模塊發送指令傳輸出來的。電磁比例閥接收到電壓信號后，開啟相應量的閥門使氣體流過，從而輸出氣壓。理論上氣壓大小應與電磁比例閥上接收的電壓大小成正比，但由于氣體受到管路限制和電路內電壓的衰減，氣體壓力與電磁比例閥電壓值大小不是簡單的比例關系。

盡管如此，但對于一套固定的氣路裝置來說，管路對氣體的限制，電路內電壓的衰減都是有規律性的。我們在實際中需要反復多次測量，從而找出氣體壓力與電磁比例閥電壓值之間的關系。

三、原理分析

經過我們的多次測量，發現氣體壓力與電壓具有多線型關系。因此我們可以進行以下研究。

此處假定電磁比例閥內通過的氣體壓力值是P，其接收的電壓V是范圍值0-10V。給定電壓值V1，V2，…，V10共10個值，使用氣壓表測定出實際的氣壓值P1，P2， …，P10。通過對氣體壓力和電壓的實際測量分析，發現兩者之間多線型關系圖（見圖一）。

圖一

從圖中可以看出，氣體壓力和電壓在局部線段內仍具有線性關系。因此，我們可以得出下面的運算程式，給出相鄰兩點之間氣壓P與電壓V的關系。

設前點為（P1，V1），后點為（P2，V2）。

兩點之間的線段斜率為K，則 K= （V2-V1）/（P2-P1）。

線段的常量為M，則M=V2-（K*P2）。

因此，兩點之間氣壓P與電壓V的關系式為，V=（K*P）+M。

四、系統實現方式

我們首先要做的是在數控系統的PLC內編寫一個氣壓函數，此函數需要準確的寫出之前得到的氣壓P與電壓V的關系。此函數的調用要具有即時性，當外部變量氣體壓力P發生變化時，系統快速地會根據此函數計算出指令電壓V。

我們在系統數據庫內建立一個數據模塊，記錄實際采集的10組氣壓與電壓的數據值。

表一

我們按照表一所列的內容，實際采集10組數據。而后將這10組數據，錄入到數據庫內。其中數據庫錄入條目舉例如下：

*gas.table.volt1 ： 0.25

*gas.table.pressure1 ： 0.3

依次將10組數據寫入數據庫內，從而完成數據模塊的建立。

數控系統從工件程序內讀取所需的氣壓值P，而后系統將氣壓值P與數據庫采集數據進行比較，從而找到P所處于范圍的兩個端點。下一步系統會從數據庫內調用這兩個端點的數據，使用氣壓函數得出所需的電壓值V。

系統發出指令信號到模擬電壓模塊，模擬電壓模塊根據指令輸出相應的電壓模擬量信號。此電壓信號經過電纜傳送到電磁比例閥，從而電磁比例閥輸出所需的氣壓。

數控系統范文第4篇

關鍵詞：數控系統，實時，插補，加減速控制

 

1 前言

在數控系統中，為了保證機床在起動或停止時不產生沖擊、失步、超行程或振蕩，必須有專門的加、減速控制規律程序，以使機床在各種加工作業的情況下都能按照這個規律快速、準確地停留在給定的位置上，這就是所謂的加減速控制。

對于連續切削的數控機床，其進給速度不僅直接影響到加工零件的表面粗糙度和精度，而且刀具和機床的壽命以及生產效率也與進給速度密切相關。對于不同材料的工件、加工刀具、加工方式和條件，應選擇合適的進給速度。而進給速度的控制方法則與采用的插補算法有關。

插補運算是數控系統根據輸入的基本數據（如直線的起點和終點，圓弧的起點、終點和圓心，進給速度，刀具參數等），在輪廓起點和終點之間，計算出若干中間點的坐標值，通過計算，將工件輪廓描述出來。插補的任務就是根據起點、終點、軌跡輪廓、進給速度，按數控系統的當量，對輪廓軌跡進行細化。插補精度和插補速度是插補的兩項重要指標，它直接決定了數控系統的控制精度和控制速度，所以插補是整個數控系統控制軟件的核心[1]。由于每個中間點計算所需的時間影響系統的進給速度，而插補中間點的精度又影響到加工精度，因此，本文所采用的插補算法正是滿足精度要求和實時性的關鍵所在。

2 系統采用的插補及加減速控制

2.1插補

本系統采用的插補算法是時間分割法，或稱采樣插補法。因為此法非常適合于以交流伺服電機為執行機構的半閉環位置采樣控制系統，且能夠滿足實時性要求。這種方法是把加工一段直線或圓弧的整段時間細分為許多相等的時間間隔，稱為單位時間間隔（或插補周期）。每經過一個單位時間間隔就進行一次插補運算，算出在這一時間間隔內各坐標軸的進給量，邊計算，邊加工，直至加工到終點。

在加工某一直線段或圓弧段時，先通過控制加速度來計算速度軌跡，然后通過速度計算，將進給速度分割成單位時間間隔的插補進給量，也就是輪廓步長，又稱為一次插補進給量。根據刀具運動軌跡與各坐標軸的幾何關系，就可求出各軸在一個插補周期內的插補進給量，按時間間隔以增量形式給各軸送出一個個插補增量，通過執行機構使機床完成預定軌跡的加工。在這里應該注意，插補速度和加速度都不能太大，如果插補速度和加速度太大，將導致插補永久停止，除非控制系統所用的微處理器（DSP）復位，否則無法進行下一輪加工。論文參考網。為避免這種情況，本系統將在軟件內部對速度和加速度進行限制。如果用戶在加工過程中不經意地把進給速度調得太高，超過了可能導致插補停止的上限值，則自動取消這個操作，將速度恢復到原來的數值；如果用戶所要求的速度在最大允許值范圍內，則先根據原速度計算出加速度，若加速度適當，就直接使用新的速度代替原來的速度值進行插補；若加速度過大，就通過軟件定時的方法逐漸地把速度增加到所要求的值。

2.2加減速控制

對于連續切削的數控機床，如上所述，進給速度的控制會直接影響加工零件的粗糙度、精度、刀具和機床的壽命以及生產效率。按照加工工藝的需要，一般將所需的進給速度用F代碼編入程序，即指令進給速度。對于不同材料的零件，需根據切削量、粗糙度和精度的要求，選擇合適的進給速度，數控系統應能提供足夠的速度范圍和靈活的給定方法。在加工過程中，由于可能發生各種事先無法預料到應該改變進給速度的情況，因此還應允許操作者手動調節進給速度。此外，在啟動和停止階段，當速度高于一定值時，為防止產生沖擊、失步、超調或振蕩，保證運動平穩和準確定位，還要能對運動速度進行加減速控制[2]。

在CNC系統中，加減速控制通常采用軟件實現，這給系統帶來了較大的靈活性。由軟件實現的加減速控制可以在插補前進行，也可以在插補后進行。在插補前的加減速控制稱為前加減速控制，在插補后的加減速控制稱為后加減速控制。前加減速控制的優點僅對合成速度——編程指令速度F進行控制，所以它不影響實際插補輸出的位置精度。其缺點是要根據實際刀具位置與程序段終點之間的距離預測減速點，這種預測工作的計算工作量很大。后加減速控制與前加減速控制則相反，它是對各運動軸分別進行加減速控制，這種加減速控制不需要專門預測減速點，而是在插補輸出為零時開始減速，并通過一定的時間延遲逐漸靠近程序段的終點。由于它對各運動坐標軸分別進行控制，所以在加減速控制中各坐標軸的實際合成位置可能不準確，這是它的缺點。

本系統采用前加減速控制，其控制原理是：首先計算出穩定速度Fs和瞬時速度Fi。所謂穩定速度，就是系統處于恒定進給狀態時，在一個插補周期內每插補一次的進給量。實際上就是編程給定 F值（mm/min）在每個插補周期T（ms）的進給量。論文參考網。另外，考慮調速方便，設置了快速和切削進給的倍率開關，其速度系數設為K。這樣，Fs的計算公式為：

（1）

穩定速度計算結束后，進行速度限制檢查，如穩定速度超過由參數設定的最高速度，則取限制的最高速度為穩定速度。

所謂瞬時速度，就是系統每個插補周期的實際進給量。當系統處于恒定進給狀態時，瞬時速度Fi=Fs；當系統處于加速狀態時，Fi< Fs ；當系統處于減速狀態時，Fi>Fs 。

當數控設備啟動、停止或在加工中改變進給速度時，系統能進行自動加減速處理，本系統支持勻加減速、三角函數雙S加減速和拋物線雙S加減速三種控制方式。如圖1所示， T表示勻加減速控制方式，S表示三角函數雙S加減速控制方式，P表示拋物線雙S加減速。

圖1 系統采用的加減速控制方式

現以線性加減速處理為例說明其計算處理過程。

設進給速度為F（mm/min），加速到F所需的時間為t（ms），則加/減速度可按下式計算

（2）

加速時，系統每插補一次都要進行穩定速度、瞬時速度和加速處理。若給定穩定速度要作改變，當計算出的穩定速度大于原來的穩定速度FS時，則要加速；或者給定的穩定速度FS不變，而計算出的瞬時速度Fi＜Fs時，也要加速。每加速一次，瞬時速度為：

Fi+1= Fi +T（3）

插補運算都計入新的瞬時速度值Fi+1，并對各坐標軸進行進給增量的分配。這樣，一直加速到新的或給定的穩定速度為止。

減速時，系統每進行一次插補運算后，都要進行終點判斷，也就是要計算出離終點的瞬時距離si。論文參考網。并按本程序段的減速標志，判別是否已到達減速區，若已到達，則要進行減速。設穩定速度和加/減速度分別為FS和，則可計算出減速時間t以及減速區域s分別為

（4）

（5）

當si≤s時，設置減速狀態標志進行減速處理。每減速一次，瞬時速度為

Fi+1=Fi -T（6）

新的瞬時速度Fi+1參加插補計算，對各坐標軸進行進給增量的分配。一直減速到新的穩定速度或減到零。

上面提到，在加減速處理中，每次插補運算后，系統都要按求出的各軸插補進給量來計算刀具中心到本程序段終點的距離si，并以此進行終點判別和檢查本程序段是否已到達減速區并開始減速。

對于直線插補，si的計算可應用公式

（7）

設直線終點P坐標為（xe，ye），x為長軸，其加工點A（xi，yi）也就已知，則瞬時加工點A離終點P距離si為：

（8）

式中，為長軸與直線的夾角，如圖2所示。

 

圖2 直線插補終點判別

對于圓弧插補，si的計算應按圓弧所對應的圓心角小于及大于兩種情況進行分別處理，如圖3所示。

小于時，瞬時加工點離圓弧終點的直線距離越來越小，見圖3a。若以MP為基準，則A點離終點的距離為：

（9）

圖3 圓弧插補終點判別

大于時，設A點為圓弧AP的起點，B點為離終點P的弧長所對應的圓心角等于時的分界點，C點為小于圓心角的某一瞬時點，見圖3b。顯然，瞬時點離圓弧終點的距離si的變化規律是：當瞬時加工點由A點到B點時，si越來越大，直到它等于直徑；當加工越過分界點B后，si越來越小，與圖3a所示情況相同。這樣，在這種情況下的終點判別，首先應判別si的變化趨勢，即若si變大，則不進行終點判別處理，直到越過分界點；若si變小再進行終點判別處理。

3 結論

本文對普通數控系統中插補及加減速控制進行了簡要介紹，并以此為基礎詳述了自主開發的系統能實現實時控制的插補、加減速控制原理。著重說明了時間分割法插補原理、前加減速控制原理，并以勻加減速控制為例進行了說明。經過在實踐中的應用表明，采用時間分割法作為本系統的插補方法并配以前加減速控制可以實現復雜曲面零件微小的逼近，使加工輪廓誤差減至最小，滿足了數控系統的高速度、高精度、高效率和高可靠性的要求。

參考文獻

[1] KimDI. Study on interpolation algorithms of CNC machine tools. IEEEIndustry Applications Conference，1995(3)

[2] 葉蓓華. 《數字控制技術》[M]， 北京：清華大學出版社，2002

數控系統范文第5篇

關鍵詞：數控系統； 發展現狀

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315(2011)11-179-001

數控系統是一種利用數字信號對執行機構的位移、速度、加速度和動作順序等實現自動控制的控制系統。從1952年美國麻省理工學院研制出第1臺實驗性數控系統，到現在已走過了半個世紀。數控系統也由當初的電子管式起步，發展到了今天的開放式數控系統。

數控系統確保了數控機床具有高精、高速、高效的功能，可以使裝備制造業實現數字化、柔性化和網絡化制造。隨著我國航空航天、船舶、汽車、電站設備和國防工業等制造業的高速發展，數控機床在裝備制造業中的重要性愈來愈明顯，中高檔數控系統的需求也越來越大。以往中高檔數控系統基本被國外廠商占領，因此我國中高檔數控系統技術必須加快發展。

一、國外數控系統現狀

在國際市場，德國、美國、日本等幾個國家基本掌控了中高檔數控系統。國外的主要數控系統制造商有西門子（Siemens）、發那克（FANUC）、三菱電機（Mitsubishi Electric）、海德漢（HEIDENHAIN）、博世力士樂（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。

1.納米插補與控制技術已走向實用階段

納米插補將產生的以納米為單位的指令提供給數字伺服控制器，使數字伺服控制器的位置指令更加平滑，從而提高了加工表面的平滑性。將“納米插補”應用于所有插補之后，可實現納米級別的高質量加工。在兩年一屆的美國芝加哥國際制造技術（機床）展覽會（IMTS 2010）上，發那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B數控系統。除了伺服控制外，“納米插補”也可以用于Cs軸輪廓控制；剛性攻螺紋等主軸功能。西門子展出的828D所獨有的80bit浮點計算精度，可使插補達到很高的輪廓控制精度，從而獲得很好的工件精度。此外，三菱公司的M700V系列的數控系統也可實現納米級插補。[1]

2.機器人使用廣泛

未來機床的功能不僅局限于簡單的加工，而且還具有一定自主完成復雜任務的能力。機器人作為數控系統的一個重要應用領域，其技術和產品近年來得到快速發展。機器人的應用領域，不僅僅局限于傳統的搬運、堆垛、噴漆、焊接等崗位，而且延伸到了機床上下料、換刀、切削加工、測量、拋光及裝配領域，從傳統的減輕勞動強度的繁重工種，發展到IC封裝、視覺跟蹤及顏色分檢等領域，大大提高了數控機床的工作效率。典型的產品有德國的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。[2]

3.智能化加工不斷擴展

隨著計算機領域中人工智能的不斷滲透和發展，數控系統的智能化程度也得到不斷提高。應用自適應控制技術數控系統能夠檢測到過程中的一些重要信息，并自動調整系統中的相關參數，改進系統的運行狀態；車間內的加工監測與管理可實時獲取數控機床本身的狀態信息，分析相關數據，預測機床狀態，使相關維護提前，避免事故發生，保證其不穩定工況下生產的安全，減少機床故障率，提高機床利用率。應用先進的伺服控制技術，伺服系統能通過自動識別由切削力導致的振動，產生反向的作用力，消除振動。應用主軸振動控制技術，在主軸嵌入位移傳感器，機床可以自動識別當前的切削狀態，一旦切削不穩定，機床會自動調整切削參數，保證加工的穩定性。

4.CAD/CAM技術的應用

當前，為了使數控機床操作者更加便利地編制數控加工程序，解決復雜曲面的編程問題，國際數控系統制造商將圖形化、集成化的編程系統作為擴展數控系統功能、提高數控系統人機互動性的主要途徑。最新的CAD/CAM技術為多軸多任務數控機床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON等一些著名CAM軟件公司的產品除了具備傳統的CAM軟件功能模塊，還開發了多任務編程、對加工過程的動態仿真等新的功能模塊。

二、國內數控系統現狀

隨著國際學術及產業界對開放式數控系統研究的日益推進，我國的相關研究也越來越受到重視。經過幾十年的發展，我國機床行業也形成了具有一定生產規模和技術水平的產業體系，國產數控系統產業發展迅速，在質與量上都取得了飛躍。

國內數控系統基本占領了低端數控系統市場，在中高檔數控系統的研發和應用上也取得了一定的成績。其中，武漢華中數控股份有限公司、北京機電院高技術股份有限公司、北京航天數控系統有限公司和上海電氣（集團）總公司等已成功開發了五軸聯動的數控系統，分別應用于數控加工中心、數控龍門銑床和數控銑床。近期，武漢重型機床集團有限公司應用華中數控系統，成功開發了CKX5680數控七軸五聯動車銑復合加工機床。國內主要數控系統生產基地有華中數控、航天數控、廣州數控和上海開通數控等。[3]

國內的數字化交流伺服驅動系統產品也有了很大的發展，已能滿足一般的應用，并能與進口產品競爭，占領了國內的大部分市場。伺服系統和伺服電機生產基地主要有蘭州電機廠、華中數控、廣州數控、航天數控和開通數控等。

然而，由于我國原有數控系統的封閉性及數控軟硬件研究開發的基礎較差，技術積累較少，研發隊伍的實力較弱，研發的投入力度不夠，國產中高檔數控系統在性能、功能和可靠性方面與國外相比仍有較大的差距，限制了數控系統的發展。為此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推進我國中高檔數控系統的發展。

參考文獻：

[1]彭芳喻等.從IMTS 2010展看我國數控系統未來發展之路[J]，金屬加工，2011第4期：8-11

[2]肖明.從EMO 2009看現代數控系統技術發展[J]，機械工程師，2009第4期：13-16