数控系统的种类

数控系统的种类

2009-5-21

NC

(Numerical Control,数字控制,简称数控),指用离散的数字信息控制机械等装置的运行，只能由操作者自己编程

DNC

直接数字控制系统（DNC）

用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统

CNC

CNC技术应用

CNC技术的发展相当迅速，这大大提高了模具加工的生产率，其中运算速度更快捷的CPU是CNC技术发展的核心。CPU的改进不仅仅是运算速度的提高，而且速度本身也涉及到了其它方面CNC技术的改进。正因为近几年CNC技术发生了如此大的变化，才值得我们对当前CNC技术在模具制造业的应用情况作一个综述。

程序块处理时间及其它由于CPU处理速度的提高，以及CNC制造商将高速度CPU应用到高度集成化的CNC系统中， CNC的性能有了显著的改善。反应更快、更灵敏的系统实现的不仅仅是更高的程序处理速度。事实上，一个能够以相当高的速度处理零件加工程序的系统在运行过程中也有可能象一个低速处理系统，因为即使是功能完备的CNC系统也存在着一些潜在的问题，这些问题有可能成为限制加工速度的瓶颈。

目前大多数模具厂都意识到高速加工需要的不仅仅是较短的加工程序处理时间。在很多方面，这种情况和赛车的驾驶很相似。速度最快的赛车就一定能赢得比赛吗？即使是一个偶尔才观看车赛的观众都知道除速度以外，还有许多因素影响着比赛的结果。

首先，车手对于赛道的了解程度很重要：他必须知道何处有急转弯，以便能恰如其分地减速，从而安全高效地通过弯道。在采用高进给速度加工模具的过程中，CNC中的待加工轨迹监控技术可预先获取锐曲线出现的信息，这一功能起着同样的作用。

同样的，车手对其他车手动作以及不可确定因素的反应灵敏程度与CNC中的伺服反馈的次数类似。CNC中伺服反馈主要包括位置反馈、速度反馈和电流反馈。

当车手驾车绕赛道行驶时，动作的连贯性，能否熟练地刹车、加速等对车手的临场表现有着非常重要的影响。同样地，CNC系统的钟形加速/减速和待加工轨迹监控功能利用缓慢加速/减速来代替突然变速，以保证机床的平稳加速。

除此以外，赛车和CNC系统还有其它相似的地方。赛车发动机的功率类似于CNC的驱动装置和电机，赛车的重量可以和机床中运动构件的重量相提并论，赛车的刚度和强度则类似于机床的强度和刚度。CNC修正特定路径误差的能力与车手具备的将赛车控制在车道内的能力极其相似。

另一个与目前CNC相似的情况是，那些速度不是最快的赛车往往需要技术全面的车手。过去只有高档的CNC才能在高速切削的同时保证较高的加工精度。如今，中、低档的CNC所具备的功能也有可能令人满意地完成工作。虽然高档CNC具备目前所能获得的最佳性能，但也存在着这种可能，即你所使用的低档CNC具有与同类产品中高档CNC一样的加工特性。过去，限制模具加工最高进给速度的因素是CNC，今天则是机床的机械结构。在机床已处于性能极限的情况下，更好的CNC也不会使性能再提高。

CNC系统的内在特性

以下是目前模具加工过程中的一些基本的CNC特性：

1. 曲线曲面的非均匀有理B样条(NURBS)插补

该项技术采用沿曲线插补的方式，而不是采用一系列短直线来拟合曲线。这一技术的应用已经相当普遍。许多模具行业目前使用的CAM软件都提供了一个选项，即生成NURBS插补格式的零件程序。同时，功能强大的CNC还提供了五轴插补功能以及与此相关的特性。这些性能提高了表面精加工的质量，改善了电机运行的平稳度，提高了切削速度，并使零件加工程序更小。

2. 更小的指令单位

大多数的CNC系统向机床主轴传递运动和定位指令的单位不小于1微米。在充分利用CPU处理能力提高这一优势后，一些CNC系统的最小指令单位甚至可达到1纳米(0.000001mm)。在指令单位缩小1000倍后，可获得更高的加工精度，可使电机运行得更平稳。电机运行的平稳使得一些机床能够在床身振动不加大的前提下，以更高的加速度运行。

3. 钟形曲线加速/减速

也称作为S曲线加速/减速，或爬行控制。与使用直线加速方式相比，这种方式可使机床获得更好的加速效果。与其它加速方式相比，也包括直线方式和指数方式，采用钟形曲线方式可获得更小的定位误差。

4. 待加工轨迹监控

这一技术已被广泛使用，该技术具有众多性能差异，使其在低档控制系统中的工作方式与高档控制系统中的工作方式得以区别开来。总的来讲， CNC就是通过加工轨迹监控来实现对程序的预处理，以此来确保能获得更优异的加速/减速控制。根据不同的CNC的性能，待加工轨迹监控所需的程序块数量从两个到上百个不等，这主要取决于零件程序的最短加工时间和加速/减速的时间常数。一般而言，要想满足加工要求，至少需要十五个待加工轨迹监控程序块。

5. 数字伺服控制

数字伺服系统的发展如此迅速，以至于大多数机床制造商都选择该系统作为机床的伺服控制系统。使用该系统后，CNC能够更及时地控制伺服系统，而且CNC对机床的控制也变得更精确。

数字伺服系统的作用如下：

1) 将提高电流环路的采样速度，再加上电流环控制的改善，从而降低电机温升。这样，不仅可以延长电机的寿命，还可以减少传递到滚珠丝杠的热量，从而提高丝杠的精度。除此之外，采样速度的加快还可以提高速度回路的增益，这些都有助于提高机床的整体性能。

2) 由于许多新的CNC使用高速序列与伺服回路相连，因此通过通讯链路，CNC可获得更多的电机和驱动装置的工作信息。这可提高机床的维护性能。

3) 连续的位置反馈允许在高速进给的情况下进行高精度的加工。CNC运算速度的加快使得位置反馈的速率成为制约机床运行速度的瓶颈。在传统的反馈方式中，随着CNC和电子设备的外部编码器的采样速度的变化，反馈速度受到信号类型的制约。采用串行反馈，这一问题将得到很好的解决。即使机床以很高的速度运行，也可达到精密的反馈精度。

6. 直线电机

近几年来，直线电机的工作性能和欢迎度有了显著的提高，所以很多加工中心采用了这一装置。至今，Fanuc公司至少已经安装了1000台直线电机。GE Fanuc的一些先进技术使得机床上的直线电机的最大输出力为15,500N，最大加速度为30g。另一些先进技术的应用使机床的尺寸得以减小，重量得以减轻，冷却效率大为提高。所有这些技术上的进步使直线电机在与旋转电机相比时，优势更强：更高的加/减速率；更准确的定位控制，更高的刚度；更高的可靠性；内部的动态制动。

外部附加特性：开放式CNC系统

采用开放式 CNC系统的机床发展非常迅速。目前可供选择的通讯系统的通讯速度都较高，因而出现多种类型的开放式CNC结构。绝大多数的开放式系统将标准的PC机的开放性与传统CNC的功能相结合。这样做最大的好处在于：即使机床的硬件已经过时，开放式的CNC仍然允许其性能随现有技术和加工要求改变。借助于其它软件，还可以向开放式CNC中添加其它功能。这些性能可以是与模具加工密切相关的，也可以是与模具加工关系不大的。通常情况下，模具车间使用的开放式CNC系统具有以下这些常用的功能选择：

价格低廉的网络通讯；

以太网；

自适应控制功能；

可供连接条形码阅读器、刀具序列号阅读器和/或托盘序列号系统的接口；

保存和编辑大量零件程序的功能；