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數控系統范文1
關鍵詞 數控系統；故障；維修
中圖分類號 TG659 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-（2013）012-0104-01
數控系統故障維修的難點，在于查找故障原因。筆者從事數控系統故障維修多年，總結出一些行之有效的快速診斷方法，現介紹如下。
1 直觀法
這是最基本最常用的方法。充分利用人的感覺器官，注意發生故障時的各種現象，如有無火花、亮光，有無異常響聲，有無焦糊味等。仔細觀察可能發生故障的每塊印刷電路板的表面狀況，看看有無燒毀和損傷痕跡，以進一步縮小檢查范圍。用好直觀法，要求維修人員具有豐富的實際經驗、多學科的知識和綜合判斷能力。
2 CNC系統自診斷功能法
現代的數控機床具有豐富的自診斷功能，能在CRT上顯示故障報警信息。數控系統自診斷功能可分為兩類：一類為“開機自診斷”，它是指從每次通電開始至進入正常運行準備狀態為止，系統內部的診斷程序自動對CPU、存儲器、總線和I/O單元等模塊、印刷電路板、CRT單元、閱讀機及軟盤驅動器等設備進行運行前的功能測試，確認系統的主要硬件是否可以正常工作。另一類是故障信息提示，當機床運行中發生故障時，在CRT上會顯示編號和內容。根據提示，可查閱有關維修手冊，確認引起故障的原因及排除方法。但要注意的是，有些故障的真正原因與故障內容和提示不相符，或一個故障顯示有多個故障原因，這就要求維修人員分析故障原因時要思路開闊，對可能引起該故障的原因，要盡可能全面地進行綜合判斷和篩選，通過必要的試驗，達到確診和最終排除故障的目的。這個方法是維修時最有效的一種方法。
3 參數檢查法
數控系統的數據是經過一系列試驗和調整而獲得的重要參數，是機床正常運行的保證。這些數據包括增益、加速度、輪廓監控允差、反向間隙補償值和絲杠螺距補償值等。它們通常存放在磁泡存儲器或存放在需由電池保持的CMOSRAM中，一旦電池不足或由于外界某些干擾的因素，會使個別參數丟失或變化，發生混亂，使機床不能正常工作?？赏ㄟ^核對修正參數將故障排除。當機床長期閑置，工作中無緣無故地出現不正?，F象或有故障而無報警時，就應該根據故障特征，檢查和核對有關參數。
4 測量比較法
CNC系統生產廠家在設計印刷電路板時，為了調整、維修的方便，在印刷電路上設計了多個監測用端子。用戶可利用這些端子，比較測量正常印刷電路板和有故障印刷電路板之間的差異，檢測這些測量端子的電壓或波形，分析故障的所在位置。或者可以對正常的印刷電路板人為地制造“故障”，如斷開連線或短路，拔去組件等，以判斷真實故障的起因。
5 功能程序測試法
所謂功能程序測試法，就是將數控系統的正常功能和特殊功能，如直線定位、圓弧插補、螺紋切削、固定循環、用戶宏程度等手工編程或自動編程方法，編制成一個功能程序測試紙帶，通過紙帶閱讀機送入數控系統中，然后起動數控系統使之運行，借以檢查機床執行這些功能的準確性和可靠性，進而判斷出故障發生的可能起因。對于長期閑置的數控機床第一次開機時的檢查，以及對于機床加工造成廢品但又無報警的情況，或者當確定是編程錯誤、操作錯誤，還是數控系統故障時，這是一種較好的方法。
6 原理分析法
根據CNC系統的組成原因，可從邏輯上分析各點的邏輯電平和特征參數（如電壓值或波形），然后利用萬用表、邏輯筆、示波器或邏輯分析儀進行測量、分析和比較，從而對故障定位。運用這種方法，要求維修人員必須對整個系統或每個電路的原理有清楚的、較深的了解。
7 備板置換法
維修人員利用備用的印刷電路板、模板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷電路板或芯片一級。在備板置換前，應仔細檢查備板是否完好，并且備板的狀態應與原板狀態完全一致。這包括檢查備板上的選擇開關、短路棒的設定位置，以及電位器的位置。在置換CNC裝置的存儲器板時，還需要對系統作存儲器的初始化操作，重新設定各種數據，否則系統仍將不能正常工作。另外，斷電后才可置換印刷電路板或組件。
8 交換判斷法
相互之間具有相同功能的電路板和控制裝置，局部交換后觀察故障轉移情況，即可快速確定故障的部位。若用交換法診斷故障，應將好的裝置換在出故障機床上，決不能將壞的裝置放在好機床上試機，否則得出的結果是不正確的。這種方法常用于伺服進給驅動裝置的故障檢查，或用于兩相同數控系統之間相同模塊的互換。
維修實例：MAZK H500/50臥式加工中心，曾出現下述故障：當NC電源接通時，無報警信息，但急停放開；液壓起動時，面板上NC報警燈亮，CRT上出現28#、211#報警，主伺服板上報警顯示37#，X、Y、Z軸伺服報警顯示56#，機床所有動作停止。
數控系統范文2
關鍵詞：數控系統連接 參數設置
數控機床的性能在很大程度上是由數控系統軟件的運行性能決定，在系統中對參數設置不同的值可以改變系統的運行狀態。為了使數控機床運行良好，在數控機床生產過程中、生產完成以后都會根據機床以及系統的配置和測試性能對系統參數進行設置。
1、華中數控系統的基本知識
華中數控作為國家重要數控裝備制造企業，通過自主創新，重點突破了數控系統的關鍵單元技術；攻克了規模化生產工藝和可靠性關鍵技術，形成了系列化、成套化的中、高檔數控系統產品如HNC-8、HNC-210、HNC-21、HNC-18/19等高檔、中檔、普及型數控系統，以及全數字交流伺服主軸系統、全數字交流伺服驅動系統等產品，充分滿足各類用戶的不同需求。
2、華中數控系統的連接
本次選用華中數控股份有限公司生產的“世紀星”系列數控單元HNC-21TD采用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業PC，配置8.4//彩色TFT液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及USB、DNC、以太網等程序交換功能、具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高等特點。
除標準機床控制面板外，標準配置具有40路開關量輸入和32路開關量輸出接口；最大聯動軸數為3軸的進給軸控制接口；主軸控制與主軸編碼器接口；手持單元接口；內置RS232通訊接口；內置USB2.0接口；以太網接口等。
3、華中數控系統的參數設置
1）常用名詞
部件：HNC-21數控裝置的控制接口或功能單元。
權限：HNC-21數控裝置設定了三個層次的權限：CNC制造商、機床制造商、用戶，不同級別的權限，可以修改不同的的參數。CNC制造商是最高權限級別，機器制造商的權限是其次，用戶權限是最低水平。限制權限密碼保護，以防止誤刪或修改重要參數造成的故障和事故。
主菜單與子菜單：一個菜單中，選中某項按下Enter鍵后會出現另一個菜單，則前者稱為主菜單，后者稱為子菜單。菜單可分為兩種：圖形按鍵式菜單和彈出式菜單。
參數樹：各級參數組成參數樹。
窗口：顯示和修改參數值的區域。
2）參數詳細說明
數控系統的正常運行，必須確保各種參數正確設置，參數設置不對可能會導致嚴重后果。因此必須熟悉參數含義和功能，華中數控裝置設置了三個不同級別的權限，它允許用戶修改的參數允許不同層次的功能性和熟悉的設置的參數的理解。限制權限密碼保護，以防止誤刪或修改重要參數造成的故障和事故。查看和備份參數則不需要密碼。
（1）CNC單元參數權限
HNC-21型數控裝置，設定了三個層次的權限：CNC制造商、機床制造商、用戶，不同級別的權限，可以修改不同的的參數。CNC制造商是最高權限級別，機器制造商的權限是其次，用戶權限是最低水平。
（2）參數查看與設置
① 主操作界面中，按下F3鍵可以進入參數功能子菜單。其顯示的命令行與菜單條。
② 在參數功能子菜單中，按下F1鍵，系統會彈出參數索引子菜單。
③ 使用、鍵選擇需要查看或設置的選項，按下Enter鍵會進入下一級菜單。如果選擇的選項在下一級菜單，如坐標軸參數，系統會彈出一個坐標軸參數選項菜單，顯示坐標軸參數菜單。
④ 同上選定選項，直到最后一級菜單，菜單窗口將顯示參數塊參數名稱和參數值，例如在坐標軸參數菜單中選擇軸0會顯示在軸參數軸0窗口，使用、、、、PGUP、 PGDN等按鍵使藍色光標鍵移動到要查看或設置的參數。
⑤ 繼續使用、、、、PGUP、PGDN鍵和其它鍵，在該窗口中的藍色光標條移動到其他的參數來查看或設置，重復步驟⑥，直到完成窗口參數的修改。
⑥ 按下Esc鍵或者F1鍵，退出該窗口。如果窗口參數被修改時，系統將提示是否保存修改后的值，按“Y”保存未保存的文件，按“N”取消；然后，系統會提示是否修改存儲的值作為默認值，按“Y”鍵確認，按“N”取消。
⑦ 系統返回參數索引菜單。其它的菜單或窗口可以繼續進入，查看或修改其它參數，按下Esc鍵將最終返回參數功能子菜單。如果參數已更改，將需要重啟系統，使新的參數生效。
（3）PLC地址定義
在PLC程序中，數控機床輸入開關量信號定義為X（即各接口中的輸入信號）；輸出開關量信號定義為Y（即各接口中的輸出信號）。在數控系統中硬件配置參數和PMC系統參數里設置可以將各個接口中的I/O（輸入/輸出）開關量分別定義為PLC程序中的X、Y變量。
（4）與手搖單元相關的參數設置
手搖單元上的坐標選擇輸入開關量與其他部分的輸入/輸出開關量的參數統一設置，不需要單獨設置參數；手搖單元上的手搖脈沖發生器需要設置相關的硬件配置參數和PMC系統參數。
通常在硬件配置參數中部件24被標識為手搖脈沖發生器（標識為31，配置0為5），并在PMC系統參數中引用。
（5）與主軸相關的參數設置
與主軸控制相關的輸入/輸出開關量與數控裝置其他部分的輸入/輸出開關量的參數統一設置，不需要單獨設置參數。主軸控制接口（XS9）中包含兩個部件：主軸速度控制輸出（模擬電壓）和主軸編碼器輸入。需要在硬件配置參數、PMC系統參數和通道參數中設定。
（6）與進給軸有關參數設置
與進給軸控制相關的輸入/輸出開關量與數控裝置其他部分的輸入/輸出開關量的參數統一設置，不需要單獨設置參數。主軸控制接口（XS30-32）中包含兩個部件：各進給軸步進速度控制輸出。需要在硬件配置參數、PMC系統參數和通道參數中設定。
參考文獻：
[1]《數控機床及其維護》[M]，劉戰術，竇凱，北京：人民郵電出版社，2010
數控系統范文3
[關鍵詞]數控系統伺服電機直接驅動
中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597(2008)0820116－01
近年來，伺服電機控制技術正朝著交流化、數字化、智能化三個方向發展。作為數控機床的執行機構，伺服系統將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數字脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現代控制技術的進步，經歷了從步進到直流，進而到交流的發展歷程。本文對其技術現狀及發展趨勢作簡要探討。
一、數控機床伺服系統
（一）開環伺服系統。開環伺服系統不設檢測反饋裝置，不構成運動反饋控制回路，電動機按數控裝置發出的指令脈沖工作，對運動誤差沒有檢測反饋和處理修正過程，采用步進電機作為驅動器件，機床的位置精度完全取決于步進電動機的步距角精度和機械部分的傳動精度，難以達到比較高精度要求。步進電動機的轉速不可能很高，運動部件的速度受到限制。但步進電機結構簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。所以開環控制系統多用于精度和速度要求不高的經濟型數控機床。
（二）全閉環伺服系統。閉環伺服系統主要由比較環節、伺服驅動放大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置組成。對機床運動部件的移動量具有檢測與反饋修正功能，采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅動部件。可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應同步器作為位置檢測器件，來構成高精度的全閉環位置控制系統。系統的直線位移檢測器安裝在移動部件上，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度，其產生的加工精度比較高。但機械傳動裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對系統穩定性有很大影響，使閉環進給伺服系統安裝調試比較復雜。因此只是用在高精度和大型數控機床上。
（三）半閉環伺服系統。半閉環伺服系統的工作原理與全閉環伺服系統相同，同樣采用伺服電動機作為驅動部件，可以采用內裝于電機內的脈沖編碼器，無刷旋轉變壓器或測速發電機作為位置/速度檢測器件來構成半閉環位置控制系統，其系統的反饋信號取自電機軸或絲桿上，進給系統中的機械傳動裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對系統穩定性沒有影響，安裝調試比較方便。機床的定位精度與機械傳動裝置的精度有關，而數控裝置都有螺距誤差補償和間隙補償等項功能，在傳動裝置精度不太高的情況下，可以利用補償功能將加工精度提高到滿意的程度。故半閉環伺服系統在數控機床中應用很廣。
二、伺服電機控制性能優越
（一）低頻特性好。步進電機易出現低速時低頻振動現象。交流伺服電機不會出現此現象，運轉非常平穩，交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統調整。
（二）控制精度高。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。例如松下全數字式交流伺服電機，對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
（三）過載能力強。步進電機不具有過載能力，為了克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩，選型時需要選取額定轉矩比負載轉矩大很多的電機，造成了力矩浪費的現象。而交流伺服電機具有較強的過載能力，例如松下交流伺服系統中的伺服電機的最大轉矩達到額定轉矩的三倍，可用于克服啟動瞬間的慣性力矩。
（四）速度響應快。步進電機從靜止加速到額定轉速需要200～400毫秒。交流伺服系統的速度響應較快，例如松下MSMA400W交流伺服電機，從靜止加速到其額定轉速僅需幾毫秒。
（五）矩頻特性佳。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時轉矩會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩。
三、伺服電機控制展望
（一）伺服電機控制技術的發展推動加工技術的高速高精化。80年代以來，數控系統逐漸應用伺服電機作為驅動器件。交流伺服電機內是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉速和功率的提高。目前交流伺服系統已在很大范圍內取代了直流伺服系統。在當代數控系統中，交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術的發展趨勢。由此產生了應用在數控機床的伺服進給和主軸裝置上的交流數字驅動系統。隨著微處理器和全數字化交流伺服系統的發展，數控系統的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。硬件伺服控制變為軟件伺服控制后，大大地提高了伺服系統的性能。例如OSP-U10/U100網絡式數控系統的伺服控制環就是一種高性能的伺服控制網，它對進行自律控制的各個伺服裝置和部件實現了分散配置，網絡連接，進一步發揮了它對機床的控制能力和通信速度。這些技術的發展，使伺服系統性能改善、可靠性提高、調試方便、柔性增強，大大推動了高精高速加工技術的發展。
另外，先進傳感器檢測技術的發展也極大地提高了交流電動機調速系統的動態響應性能和定位精度。交流伺服電機調速系統一般選用無刷旋轉變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器，其傳感器具有小于1μs的響應時間。伺服電動機本身也在向高速方向發展，與上述高速編碼器配合實現了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。為保證高速時電動機旋轉更加平滑，改進了電動機的磁路設計，并配合高速數字伺服軟件，可保證電動機即使在小于1μm轉動時也顯得平滑而無爬行。
（二）交流直線伺服電機直接驅動進給技術已趨成熟。數控機床的進給驅動有“旋轉伺服電機＋精密高速滾珠絲杠”和“直線電機直接驅動”兩種類型。傳統的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高，實現高速化的成本相對較低，所以目前應用廣泛。使用滾，珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠是機械傳動，機械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應會造成運動滯后和非線性誤差，所以再進一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年代以來，高速高精的大型加工機床中，應用直線電機直接驅動進給驅動方式。它比滾珠絲杠驅動具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運動慣量更小、動態響應性能更佳，運行更平穩、位置精度更高等優點。且直線電機直接驅動，不需中間機械傳動，減小了機械磨損與傳動誤差，減少了維護工作。直線電機直接驅動與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍，最高響應頻率達100Hz，還有較大的發展余地。當前，在高速高精加工機床領域中，兩種驅動方式還會并存相當長一段時間，但從發展趨勢來看，直線電機驅動所占的比重會愈來愈大。種種跡象表明，直線電機驅動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。
參考文獻：
[1]《交流伺服電機控制技術的研究》，中國測試技術，鄭列勤，2006.5.
數控系統范文4
隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。
2數控技術發展趨勢
2.1性能發展方向
(1)高速高精高效化速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。
(3)工藝復合性和多軸化以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統控制軸數可達24軸。
(4)實時智能化早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2.2功能發展方向
(1)用戶界面圖形化用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。
(2)科學計算可視化科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。
(4)內裝高性能PLC數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。
(5)多媒體技術應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。
2.3體系結構的發展
(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。
(2)模塊化硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。
(3)網絡化機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環控制模式采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。閉環控制模式是針對傳統的數控系統僅有的專用型單機封閉式開環控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優化，必須采用多變量的閉環控制，在實時加工過程中動態調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態全閉環控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。
3智能化新一代PCNC數控系統
數控系統范文5
關鍵詞：開放式數控系統技術內容現狀發展趨勢
中圖分類號：S776.05 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著現代制造業逐漸面向多品種、小批量生產方式的轉變, 同時, 還有高精、高效、高速加工的需要以及企業為實現異地制造和遠程診斷所需的聯網功能及智能控制, 開放式數控系統已成為數控系統發展的重要方向.
一、開放式數控概念的提出
隨著制造業的發展，中小批量生產的趨勢日益增強，機械產品的機構越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，對數控機床柔性、通用性提出了更高的要求，以保證制造業向著高精度、高速度、高效率、快速的市場響應、易操作性等方向發展。傳統的數控系統在結構上提供給用戶有限的選擇，用戶無法對現有數控設備的功能進行修改以滿足自己特殊的需求。傳統的數控系統是一種專用封閉式系統，它越來越不能滿足市場發展的需要。傳統的數控系統的缺點如下：
（1）與通用計算機不兼容，不同廠家的數控系統不兼容，甚至同一個廠家的不同系列的數控系統也不兼容；
（2）各種數控系統的內部結構復雜，一旦數控系統發生故障，往往需要找生產廠家來維修，很不方便，而且大大提高了維修費用；
（3）難進行升級和進一步開發；
（4）專用封閉式數控系統的發展一般滯后5年左右，在計算機技術迅猛發展的今天，這是一個相當長的時間。傳統數控系統的上述特點嚴重制約著數控技術的發展，不能滿足市場對數控技術新的要求。針對這種情況，人們80年代就提出了開放式控制系統的概念。早在1987年，美國開始了名為“下一代控制系統”的NGC計劃，并成立了“美國國家制造科學中心”，其主要目的是在擬訂并推進關于新一代開放式控制系統的詳細分析規范。其后有許多相關的研究計劃在世界各國相繼啟動， 其中影響較大的有美國OMAC計劃，歐共體的OSACA 和日本的OSEC計劃等。
二、開放式數控系統的技術內容
開發基于 PC 機的開放式數控系統以開放性、通用性作為設計原則。整個系統的研究、開發包括系統硬件結構和系統軟件結構兩大部分。
1、硬件結構方面
目前，開放系統有兩種基本結構：（1）CNC+PC 主板：把一塊PC 主板插入傳統的CNC 機器中，PC 板主要運行于非實時控制，CNC 主要運行以坐標軸運動為主的實時控制。（2）PC+運動智能控制板：把運動智能控制板插入PC 機的ISA 標準插槽中作實時控制用，而PC 機主要作非實時控制。對于許多熟悉計算機應用的系統廠家，往往采用第（2）方案。其結構原理如圖1 所示。
圖1 硬件配置
2、軟件結構方面
系統采用了前、后臺型軟件結構，即由前臺程序和后臺程序所組成。前臺程序指實時中斷程序，包括實現插補、伺服驅動、機床相關邏輯、故障檢測與診斷等所有實時任務。圖2 為后臺服務程序。后臺程序是指循環運行程序，主要功能是實現各種功能的切換、數據處理、動態顯示運行狀態等。
本系統實現中的關鍵技術包括實時多任務處理，人機界面設計技術等，以便能充分發揮數控系統的軟、硬件資源。
最終達到零件程序可以離線開發，然后傳送到生產車間的編程系統，在CNC 控制器上運行，操作者可以觀察、檢測刀具運行情況和加工過程，還可以對加工過程進行必要的修正，實現真正的CAD/CAM/CNC 集成，并趨向于智能化控制。
圖2 后臺服務程序
三、開放式數控技術發展現狀
1、 國外開放式數控技術發展現狀
美國20 世紀90 年代提出了NGC 下一代控制器計劃，其核心是開放體系結構的研究，首要目標是開發開放式系統體系結構標準規范SOSAC， 用來管理工作站與機床控制器的設計和結構組織， 目的是使系統制造廠、機床廠及最終用戶，分別從縮短開發周期、便于系統集成、二次開發、簡化系統使用、維護等方面受益。歐洲德、法、意等國1990 年聯合進行了“自動化系統中開放式體系結構OSACA”的研究，提出了一個“分層的系統平臺＋結構功能單元”的結構，系統平臺由系統硬件及系統軟件組成，系統軟件含有系統的核心部分， 系統平臺通過API 對外提供服務；OSACA 的三個主要組成部分有通訊系統、參考體系結構與配置系統。
日本的幾個公司共同提出， 討論的重點集中在NC（數字控制）本身和分布式控制系統上。OSEC 的開放式CNC 系統體系結構，包括3 個功能層和7 個處理層。OSEC 提出了FADL （工廠自動化描述語言）和OSEL 加工語言， 實現加工信息的標準化和制造控制系統與CAD/CAM 系統之間的直接互連。
2、我國開放式數控技術發展現狀
目前，國內較有代表性的新型開放式數控系統主要有兩種：
（1）基于軟件芯片的開放式數控系統：將數控系統的功能進行抽象并封裝，把數控軟件設計成具有穩定通用的接口和可以重用的SIC， 每個SIC 完成數控系統的一個獨立模塊功能。經對SIC 進行管理，能添加新SICOS 用戶，在組裝數控系統或者進行二次開發時，能將芯片庫中檢索出的SIC， 按照用戶要求的功能進行集成。其局限是由芯片決定的，只是簡單程序源代碼的重用，是極為有限條件下的移植。
（2）基于現場總線技術的開放式數控系統：將大量并行信號轉化為串行信號，能用雙絞線或光纜在上百臺設備之間實時傳遞信號。目前，現場總線接口與數據交換大多遵循SERCOS 協議。SERCOS 構成一個封閉環路，根據伺服系統和PLC 的不同地址，利用插在計算機中的Softsercans 卡來實現計算機和數字伺服系統之間實時的數據通信， 從而形成數控系統。但是，SERCOS 有3 萬多個參數是默認值， 且其總線技術較昂貴，這對于普及應用會有些不利影響。
3、開放式數控系統分類簡介
（1）軟件的開放型：數控系統軟件，包括系統控制軟件、應用軟件、管理軟件等。體現在應用軟件范疇，例如機床制造廠可自行設計可編程機床的邏輯控制；用戶可用絲杠螺距誤差補償、間隙補償等功能，以滿足用戶的特殊要求。
（2）硬件的開放型：提出開放型后，通用計算機的部分電路，例如CPU 板、顯示卡、接口板、圖形卡等，都被直接用到數控系統中。此時，數控系統制造廠只需做些專用板，例如位置板、I/O 板等與相關的計算機集合起來，就可組成一整的數控系統。
四、開放式數控系統的發展趨勢
1、界面友好：采用Windows 系列操作系統作為其軟件操作平臺，具有易操作、界面友好的特點。
2、兼容性好：軟、硬件平臺結構包容性大，具有更強的適應性及軟件資源豐富性。
3、標準化、通用化和模塊化：通過選擇不同的標準化模塊可組成各種數控機床的控制系統能方便地移植計算機行業或自動化領域的成果，也便于現有的數控系統進一步擴展及升級；
4、高速、高可靠性：主軸最高轉速可達60000r/min，進給速度達到60m/min，系統平均無故障時間（MIBF）達到30000h 以上；
5、CNC 的智能化：引進自適應控制技術，系統可自動調整有關參數，以達到系統運行的最優化。
6、網絡化：具有強大的通訊聯網功能，保證數控系統與標準網絡（包括互聯網）無縫連接，實現軟硬件資源共享。
開放式數控技術是制造自動化的基礎， 也是現代制造裝備的靈魂， 更是國家工業和國防工業現代化的重要手段，關系到國家的戰略地位，體現了國家的綜合國力水平，其水平的高低及數控裝備擁有量的多少，是用來衡量一個國家工業現代化的重要標志。
參考文獻：
[1] 石宏,羅繼曼,蔡光起,史家順.并聯機床開放式數控系統的研究[J]. 機床與液壓. 2005(05)
數控系統范文6
關鍵詞：數控機床；數控中心；系統設計；人性化設計
中圖分類號：TG659文獻標識碼：A文章編號：2095-6363（2015）12-0082-02
1數控加工中心概述
數控加工中心是一套綜合性的機電一體化產品，它涵蓋技術范圍較廣，其中包括信息處理技術、電子技術、計算機技術、檢測技術及測量技術等多項先進技術。數控加工中心具備高精度、高效率、高穩定性、高適應性、高度開放性、高智能性等特征，這使其在機械制造行業普及面愈來愈大[1]。相對于歐美發達國家而言，我國數控加工中心研發起步較晚，但近年來取得了較大的進展。數控加工中心最初由普通機床演變而來，通過計算機控制實現生產自動化。從產業發展角度來看，數控機床增強了基礎管理，改變了生產方式，擴大了利益鏈，對于行業整合以及產業鏈結構調整而言都具有重要的意義。在技術不斷迭代的情況下，數控機床的主軸轉速、進給速度及識別率水平均有了大幅度提升。現代數控機床系統在保持數控補償功能的同時，還加入了傳感器系統，可對溫度、空間誤差進行補償，進一步提升了定位精度。目前，多數數控機床定位極度可達1um，重復定位精度高達0.5um[2]。數控系統是決定數控加工中心可靠性的關鍵部分。目前，主流的數控系統均采取模塊化方式構建，結合不同的需求，可篩選不同功能的模塊進行自由化組合。除基礎加工功能外，人機交互水平較以往有了大幅度提升，同時還具備了負載識別功能、編程功能、自動保護功能等[3]。強大的計算能力保證了系統運行的穩定性，基于柔性化與智能化特征，讓數據信息集成度有所提升，進一步提高了生產效率。
2數控系統設計分析
本研究中，數控加工中心設計具體如下：主軸1個，工作臺交換裝置1個，進給軸4個，刀庫1個，排屑器1個。進給軸包括三維方向的X軸、Y軸及Z軸及環繞軸B軸，具體如圖1所示。其中，X軸、Y軸以螺母不動絲杠方式進行旋轉，Z軸以螺母旋轉絲杠不動的方式旋轉。三根絲杠安裝時一端為固定端，另一端為自由端。由于Y軸為垂直移動軸，將電磁制動器置于其尾端，可保持機床功率維持正常狀態。于絲杠帶輪位置設置一個安全剎車裝置，可有效避免工作臺出現自由下落。絲杠自由端處安裝一個機械擋塊，避免部件滑動而脫離極限位置。將主軸變動箱設計為人工調速與手動調速共存（分4個擋位）。利用感應開關對主軸位置進行定向，采取液壓驅動銷釘鎖定定位。刀庫可根據實際需求進行自由選擇，由直流電機帶動。系統設計需滿足以下幾點要求：便于拆裝、維護；對惡劣環境具有較好的抵抗力，工作環境區間為0至45℃，可在濕度不超過75%的情況下穩定工作；具備保護電路；可讀取PMC信號、功能指令；具備高速DNC功能。加工中心控制系統主要設計為以下模塊：顯示模塊、主軸控制模塊、儲存器模塊、電源模塊、測試模塊、進給軸控制模塊等。通過這些模塊的共同調節，達到上述要求。
3數控中心人性化設計分析
數控系統設計過程中，如何實現人性化是一個難點，以下通過工作臺設計、顯示器設計及控制器設計對其進行闡述。
3.1工作臺設計
工作臺是人機交互過程中的重要界面，設計時需考慮使用者舒適度。中小型機床數控中心加工時間較短，作業姿勢多為站姿；大型機床數控機床中心加工周期較長，作業姿勢以坐姿為主。考慮到上述情況，可將工作臺設計為站、坐兩用式。可在控制臺下部增加踏腳板，達到較高坐姿操作的要求?？刂圃O定在人手可及范圍內，控制臺本身應當留出充足的闕量作為操作者活動空間，預留水平臺面作為文件書寫區域。安裝顯示設備時結合視覺幾何參數進行設定，使操作者可對顯示信息進行清晰辨別。
3.2顯示器設計
顯示器是實現人機交互的重要窗口，其視覺元素會對人機關系產生直接影響。在設計這些視覺元素的過程中，除了需要滿足顯示精度、顯示穩定性等硬性指標需求外，同時還要使其與人的視覺生理特征相吻合。從人機工程學角度來看，應當遵從“機器適應人”的原則。將顯示面板設計為多面形，當顯示信息量較大時，可減少邊緣處的觀察偏轉角度，降低眼球旋轉范圍，為使用者眼睛“減負”。將顯示器面板置于使用者正前方，面板平面與使用者視線保持垂直，降低使用者的頭部運動頻率與眼球運動頻率。顯示器設計為動態可調節模式，通過動態支架對顯示器位置進行調整，從而滿足不同體型使用者的需求。儀表盤色彩以白色背景、黑色字體進行設計，降低數據誤讀率。人體工程學認為，人眼運動與認知習慣具有密切的關聯。為滿足這種潛在性需求，在設計過程中，要讓功能分區排列保持一定的邏輯關系，常用信息置于顯示器中心位置，其他功能信息以重要程度不同，依次由中心向周圍擴散且各功能區可采取不同顏色分界或不同顏色背景以示區別。
3.3控制器設計
盡管數控系統可讓機床中心實現自動化生產，但依然會避免不了基礎人工操作。系統的調試、參數設定等通過控制器達成。因此，控制器的人性化設計從側面反映出了系統對操作人員的親和力。控制器主要分為三類，即按壓式控制器、旋鈕及腳控制器。按壓式控制器是最為常見的控制器類型，其工作原理為典型的二進制，即“開”與“關”，在控制器按下的瞬間已經實現了擊發動作，并將信號傳遞于設備，使其工作。由于數控機床功能多樣，采取按壓式控制器這種直接性操控方式，可有效降低誤控幾率。旋鈕控制器選擇多倍旋轉旋鈕，此類旋鈕連續性較強，旋轉范圍較大，便于旋轉。外形以錐臺形為主，可與操作者手形相貼合，周圍可設計為齒紋，起到增加摩擦力的效果。腳控制器主要是緩解手部操作負荷，以腳踏板較為常見，起到輔作用。
4結語
目前，機械制造加工正朝著自動化、智能化方向發展。在這個過程中，數控系統發揮了重要的作用，為實際生產提供了有力支持。數控中心作為一個綜合性產品，除了需要數控系統支持外，還需充分考慮將人性化設計元素賦予其中，通過對人機交互的不斷完善，為使用者提供更好的操作感受。
參考文獻
[1]羅敏.HCFHD80A臥式加工中心控制系統設計[J].伺服控制，2008（03）：40-42.
[2]黃敏高，萬勤.西門子840Di數控系統在CW630臥式加工中心改造中的應用[J].制造技術與機床，2008（04）：149-151.
