伺服电动机应用举例
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伺服电动机应用举例
由伺服电动机组成的伺服驱动系统，按被控对象可分为 ⑴转矩控制方式； ⑵速度控制方式； ⑶位置控制方式； ⑷混合控制方式； 图2-47
直流电动机
各种类型数控机床
用数控机床加工一个零件的过程见图加工程序数伺控服
装
系
置
统
零件图
数控系统
机床
用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状 和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序 后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换 和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床 的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工 中操作者的部分工作。
（4）通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；
（5）通过因特网与另一个工厂交换制造数据。
提高数控系统的可靠性 可靠性是数控机床用户最为关注的问题，
提高可靠性通常可采取下列一些措施： （1） 提高线路的集成度。采用大规模集成电路、 专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件数量， 精简外部连线和降低功耗。 （2） 建立由设计、试制到生产的完整质量保证 体系。例如采取防电源干扰，输入输出隔离；使 数控系统模块化、通用化及标准化，以便组织批 量生产和维修；在安装制造时注意严格筛选元器 件；对系统可靠性进行全面检查考核等。
D/A
速度 单元
D/A
速度 单元
D/A
速度 单元
M
M
M
M
图4-3 单微处理机数控装置的结构图
数控装置的物理结构（FANUC-6MB）
单微处理机数控装置典型产品：
右：FANUC 150i-M系列 下：华中世纪星
三、基于PC的和网络型数控装置 图4-5 基于网络的数控系统结构图
位置检测装置
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感应同步器
结构与工作原理 感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式
测量，二者工作原理相同，其输出电压随被测直线位移或角位移 而改变。
感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种： 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。 旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测量。 以直线式感应同步器为例，介绍其结构和工作原理。
数控机床的伺服系统
概述
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一、 伺服系统的组成
数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺服系统和主轴伺服系统。 主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。 进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制 量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执 行部件组成。 进给伺服系统的作用：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号， 由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电 机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实 现工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动 速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如果 把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么 伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不 折不扣的跟随者。
2. 绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定
的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。测量 装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每 一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求 愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就 愈复杂。
旋转变压器
结构与工作原理 旋转变压器是输出电压信号与转子转角成一定函数关系的控制微电机,
旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。 旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子绕组作为变压
器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得 到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。
旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。 旋转变压器分为单极和多极形式，先分析一下单极工作情况。
（一） 直接测量和间接测量
1. 直接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测 量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构 成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置 要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。
2. 间接测量
它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过 检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭 环伺服系统的位置反馈用。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产 品，其典型系统有（广州数控设备厂产品）：
二、单微处理机数控装置
纸带机 RS232 接口 接口
CPU
CRT/M DI接口
手摇轮 接口
ROM 接口
RAM 接口
PLC 接口
位控 单元
位控 单元
位控 单元
主轴 单元
MST 功能
D/A
速度 单元
基于网络的数控系统
网络的任务主要是进行通讯，共享信息。数控机 床作为车间的基本设备，它的通讯范围是：
（1）数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的 通信， 主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；
（2）数控系统与上级主计算机间的通信；
（3）与车间现场设备及I/O装置的通信，主要通过 现场总线，如PROFIBUS等进行通讯；
置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图所示。
（一）按控制轨迹的特点分类 1. 点位控制数控机床
（进给过程中不加工） 2. 直线控制数控机床
（进给过程中可以加工）
3. 轮廓控制数控机床
（可以加工非直线轮廓）
（二）按伺服系统的类型分类
1． 开环控制数控机床
2． 闭环控制 数控机床
3． 半闭环控制 数控机床
相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。
（三） 增量式测量和绝对式测量 1. 增量式测量 在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测
量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动 0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装置较简单， 任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量 信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果 完全错误。
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲，是数 控机床上使用很广泛的位置检测装置。脉冲编码器可分为增量式与绝对式两 类。
从产生元件上分，脉冲编码器有光电式、接触式、电磁感应式三种，从精 度和可靠性来看，光电式较好，数控机床上主要使用的是光电式脉冲编码器。
型号用 脉冲数/转（p/r）分，常用的2000，2500，3000p/r, 现在有10万p/r以 上的产品。
L C
备
控
装
输出设
备
置
接口电路
机
主轴伺 服单元
主轴 电机
床
本
进给伺 进 给 服单元 电机
体
位置 检测
数控机床的逻辑组成
操作面板
P
L
输入设备
数
C
控
装
输出设备
置
接口电路
机
主轴伺服
主轴电
床
单元
机
本
进给伺服单 元
进给电 机
体
位置检
测
数控机床物理结构 与逻辑结构比较
同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有 区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装
优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回 转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。
（二）数字式测量和模拟式测量
1. 数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般
为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。 信号抗干扰能力强、处理简单。
2. 模拟量测量 它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、
它可以用于角度检测，也可用于速度检测。通常它与电机做成一体，或安 装在非轴伸端。
光电式脉 冲编码器， 它由光源、 聚光镜、光 电盘、圆盘、 光电元件和 信号处理电 路等组成 （如图）。
光电盘是用玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光 的铬，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上等分， 其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛光制成，其透光窄 缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。光电盘与工作轴连在一起 ， 光电盘转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，光电元件把通 过光电盘和圆盘射来的忽明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过 整形、放大、和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以 测出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求出速度。
（三）按功能水平分类 1. 高级型数控系统 2. 普及型数控系统 3. 经济型数控系统
表1.1 数控系统的功能分类
性能 CPU 联动 分辨率 进给速度 显示
类别
位数 轴数 (um) (m/min)
高级型
32 5
<0.1 >24
三维动态
普及型
26 3
0.1~10 10~24
字符/图形
经济型 8 <3 <10 <10
数控技术在自动化制造系统中的地位
公司级管理计算机
工厂级管理计算机 车间级管理计算机
工厂级管理计算机 车间级管理计算机
CRT监视操作站 数据高速公路
通信控制
数控设备 1
数控设备 N
数控装置的硬件结构
由单片机组成的数控装置
MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品， MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在， MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高 校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行 理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲 解。
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控 制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构 成闭环或半闭环控制。
数控机床对位置检测装置的要求如下：
（1） 工作可靠，抗干扰能力强；
（2） 满足精度和速度的要求；
（3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境；
（4） 成本低。
位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类 方法：
基本概念： 数控系统（NC system）、 数控装置 NCU 和计算机
数控CNC，
数控系统的功能：读入载体 上的数字信息，经过译码、 数据处理、插补运算和位 置控制，控制机床运动。
数控系统由数控装置和伺服 系统两部分组成。 以计 算机为数控装置构成的数 控系统成为计算机数控系 统。
操作面
板
P
数 输入设
字符
智能化
数控系统的智能化主要体现在以下几个方面： （1） 应用自适应控制技术
（2） 自动编程技术
（3） 具有故障自动诊断功能
（4） 应用模式识别技术 实现系统自动建模
开放式数控系统 随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，
暴露出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数 控系统都是专门设计的，它们具有不同的编程语言、 非标准的人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬 件接口等，这些缺陷造成了数控系统使用和维护的不 便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些 问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。这个 概念最早见于1987年美国的NGC(Next Generation Controller)计划， NGC控制技术通过实现基于相互操 作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准 规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的 系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去 定制控制系统。由于这样一个富有哲理的概念作为NGC 计划的奠基石，NGC代表了下一代控制技术。
（3） 增强故障自诊断功能和保护功能。由于元 器件失效、编程及人为操作失误等原因，数控系 统完全可能出现故障。数控系统一般具有故障预 报和自恢复功能。此外，应注意增强监控和保护 功能，例如有的系统设有刀具破损检测、行程范 围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床或报 废工件。由于采用了各种有效的增强可靠性的措 施，现代数控系统的平均无故障时间可达到 MTBF=10000~36000小时。
光栅
结构
光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反 射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。从形 状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角位移，直线光 栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着重介绍一种应用比 较广泛的透射式直线光栅。
直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅 或长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光 栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明 玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等，该 间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.05~0.1mm的间隙。
由伺服电动机组成的伺服驱动系统，按被控对象可分为 ⑴转矩控制方式； ⑵速度控制方式； ⑶位置控制方式； ⑷混合控制方式； 图2-47
直流电动机
各种类型数控机床
用数控机床加工一个零件的过程见图加工程序数伺控服
装
系
置
统
零件图
数控系统
机床
用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状 和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序 后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换 和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床 的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工 中操作者的部分工作。
（4）通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；
（5）通过因特网与另一个工厂交换制造数据。
提高数控系统的可靠性 可靠性是数控机床用户最为关注的问题，
提高可靠性通常可采取下列一些措施： （1） 提高线路的集成度。采用大规模集成电路、 专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件数量， 精简外部连线和降低功耗。 （2） 建立由设计、试制到生产的完整质量保证 体系。例如采取防电源干扰，输入输出隔离；使 数控系统模块化、通用化及标准化，以便组织批 量生产和维修；在安装制造时注意严格筛选元器 件；对系统可靠性进行全面检查考核等。
D/A
速度 单元
D/A
速度 单元
D/A
速度 单元
M
M
M
M
图4-3 单微处理机数控装置的结构图
数控装置的物理结构（FANUC-6MB）
单微处理机数控装置典型产品：
右：FANUC 150i-M系列 下：华中世纪星
三、基于PC的和网络型数控装置 图4-5 基于网络的数控系统结构图
位置检测装置
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感应同步器
结构与工作原理 感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式
测量，二者工作原理相同，其输出电压随被测直线位移或角位移 而改变。
感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种： 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。 旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测量。 以直线式感应同步器为例，介绍其结构和工作原理。
数控机床的伺服系统
概述
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一、 伺服系统的组成
数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺服系统和主轴伺服系统。 主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。 进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制 量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执 行部件组成。 进给伺服系统的作用：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号， 由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电 机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实 现工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动 速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如果 把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么 伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不 折不扣的跟随者。
2. 绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定
的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。测量 装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每 一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求 愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就 愈复杂。
旋转变压器
结构与工作原理 旋转变压器是输出电压信号与转子转角成一定函数关系的控制微电机,
旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。 旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子绕组作为变压
器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得 到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。
旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。 旋转变压器分为单极和多极形式，先分析一下单极工作情况。
（一） 直接测量和间接测量
1. 直接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测 量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构 成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置 要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。
2. 间接测量
它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过 检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭 环伺服系统的位置反馈用。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产 品，其典型系统有（广州数控设备厂产品）：
二、单微处理机数控装置
纸带机 RS232 接口 接口
CPU
CRT/M DI接口
手摇轮 接口
ROM 接口
RAM 接口
PLC 接口
位控 单元
位控 单元
位控 单元
主轴 单元
MST 功能
D/A
速度 单元
基于网络的数控系统
网络的任务主要是进行通讯，共享信息。数控机 床作为车间的基本设备，它的通讯范围是：
（1）数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的 通信， 主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；
（2）数控系统与上级主计算机间的通信；
（3）与车间现场设备及I/O装置的通信，主要通过 现场总线，如PROFIBUS等进行通讯；
置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图所示。
（一）按控制轨迹的特点分类 1. 点位控制数控机床
（进给过程中不加工） 2. 直线控制数控机床
（进给过程中可以加工）
3. 轮廓控制数控机床
（可以加工非直线轮廓）
（二）按伺服系统的类型分类
1． 开环控制数控机床
2． 闭环控制 数控机床
3． 半闭环控制 数控机床
相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。
（三） 增量式测量和绝对式测量 1. 增量式测量 在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测
量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动 0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装置较简单， 任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量 信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果 完全错误。
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲，是数 控机床上使用很广泛的位置检测装置。脉冲编码器可分为增量式与绝对式两 类。
从产生元件上分，脉冲编码器有光电式、接触式、电磁感应式三种，从精 度和可靠性来看，光电式较好，数控机床上主要使用的是光电式脉冲编码器。
型号用 脉冲数/转（p/r）分，常用的2000，2500，3000p/r, 现在有10万p/r以 上的产品。
L C
备
控
装
输出设
备
置
接口电路
机
主轴伺 服单元
主轴 电机
床
本
进给伺 进 给 服单元 电机
体
位置 检测
数控机床的逻辑组成
操作面板
P
L
输入设备
数
C
控
装
输出设备
置
接口电路
机
主轴伺服
主轴电
床
单元
机
本
进给伺服单 元
进给电 机
体
位置检
测
数控机床物理结构 与逻辑结构比较
同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有 区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装
优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回 转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。
（二）数字式测量和模拟式测量
1. 数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般
为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。 信号抗干扰能力强、处理简单。
2. 模拟量测量 它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、
它可以用于角度检测，也可用于速度检测。通常它与电机做成一体，或安 装在非轴伸端。
光电式脉 冲编码器， 它由光源、 聚光镜、光 电盘、圆盘、 光电元件和 信号处理电 路等组成 （如图）。
光电盘是用玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光 的铬，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上等分， 其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛光制成，其透光窄 缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。光电盘与工作轴连在一起 ， 光电盘转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，光电元件把通 过光电盘和圆盘射来的忽明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过 整形、放大、和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以 测出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求出速度。
（三）按功能水平分类 1. 高级型数控系统 2. 普及型数控系统 3. 经济型数控系统
表1.1 数控系统的功能分类
性能 CPU 联动 分辨率 进给速度 显示
类别
位数 轴数 (um) (m/min)
高级型
32 5
<0.1 >24
三维动态
普及型
26 3
0.1~10 10~24
字符/图形
经济型 8 <3 <10 <10
数控技术在自动化制造系统中的地位
公司级管理计算机
工厂级管理计算机 车间级管理计算机
工厂级管理计算机 车间级管理计算机
CRT监视操作站 数据高速公路
通信控制
数控设备 1
数控设备 N
数控装置的硬件结构
由单片机组成的数控装置
MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品， MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在， MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高 校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行 理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲 解。
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控 制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构 成闭环或半闭环控制。
数控机床对位置检测装置的要求如下：
（1） 工作可靠，抗干扰能力强；
（2） 满足精度和速度的要求；
（3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境；
（4） 成本低。
位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类 方法：
基本概念： 数控系统（NC system）、 数控装置 NCU 和计算机
数控CNC，
数控系统的功能：读入载体 上的数字信息，经过译码、 数据处理、插补运算和位 置控制，控制机床运动。
数控系统由数控装置和伺服 系统两部分组成。 以计 算机为数控装置构成的数 控系统成为计算机数控系 统。
操作面
板
P
数 输入设
字符
智能化
数控系统的智能化主要体现在以下几个方面： （1） 应用自适应控制技术
（2） 自动编程技术
（3） 具有故障自动诊断功能
（4） 应用模式识别技术 实现系统自动建模
开放式数控系统 随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，
暴露出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数 控系统都是专门设计的，它们具有不同的编程语言、 非标准的人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬 件接口等，这些缺陷造成了数控系统使用和维护的不 便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些 问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。这个 概念最早见于1987年美国的NGC(Next Generation Controller)计划， NGC控制技术通过实现基于相互操 作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准 规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的 系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去 定制控制系统。由于这样一个富有哲理的概念作为NGC 计划的奠基石，NGC代表了下一代控制技术。
（3） 增强故障自诊断功能和保护功能。由于元 器件失效、编程及人为操作失误等原因，数控系 统完全可能出现故障。数控系统一般具有故障预 报和自恢复功能。此外，应注意增强监控和保护 功能，例如有的系统设有刀具破损检测、行程范 围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床或报 废工件。由于采用了各种有效的增强可靠性的措 施，现代数控系统的平均无故障时间可达到 MTBF=10000~36000小时。
光栅
结构
光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反 射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。从形 状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角位移，直线光 栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着重介绍一种应用比 较广泛的透射式直线光栅。
直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅 或长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光 栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明 玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等，该 间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.05~0.1mm的间隙。