数控机床伺服电机系统

目录

数控的由来

20世纪50年代，美国出于军事工业的发展的需要，由麻省理工学院成功研制了世

界上第一台具有信息存储和处理功能的新型机床--------数控机床。很快，数控技术

得到了广泛应用和迅速发展。我国在1958年也开始了数控机床的研制工作，并得

了一定的成绩。

目前：数控机床的种类已有1500多个，产量超过25000台。

1.数字控制【Numerical Control】

数字控制是用数字化信号对机构的运动过程进行的控制的一种方法，简称为数控

【NC】

2.数控系统【NC System】

数控系统是实现数字控制相关功能的软、硬件模块的集成。它是自动阅读输入载体

上的程序，并将其译码，根据程序指令向伺服装置和其他功能部件发送信息，控制

机床的各种运动。

3.计算机数控系统【Computer Numrical Control System】

计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器【PLC】、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部

分组成，习惯上有称为CNC系统。

4.数控机床【NC Machine】

数控机床是指应用数控技术对其运动和辅组运作进行控制的机床

构成

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结

构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和

连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同

的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计

思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换

和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是

十分相似的。

一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制

系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统

将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置

或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭

环控制的数控系统。

控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。最新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。

伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆

光栅的增量式位移编码器。目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构

上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思

路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回

转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异

的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采

用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。

一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制

系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统

将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置

或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭

环控制的数控系统。

硬件结构

数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过I/O接口互连。

数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。

数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小板）结构；按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。

（1）大板结构和功能模板结构

1）大板结构

大板结构CNC系统的CNC装置由主电路板、位置控制板、PC板、图形控制板、附加I/O板和电源单元等组成。主电路板是大印制电路版，其它电路板是小板，插

在大印制电路板上的插槽内。这种结构类似于微型计算机的结构。

2）功能模块结构

（2）单微处理器结构和多微处理器结构

1）单微处理器结构

在单微处理器结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理数控装置的各个任务。

2）多微处理器结构

随着数控系统功能的增加、数控机床的加工速度的提高，单微处理器数控系统已不能满足要求，因此，许多数控系统采用了多微处理器的结构。若在一个数控系

统中有两个或两个以上的微处理器，每个微处理器通过数据总线或通信方式进行连

接，共享系统的公用存储器与I/O接口，每个微处理器分担系统的一部分工作，这

就是多微处理器系统。

软件结构

CNC软件分为应用软件和系统软件。CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM内存中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差别很大，但是一

般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。