自從數(shù)控加工技術(shù)問世以來，它給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)，現(xiàn)代的 cad / cae / capp / cam，fms 、cims、敏捷制造和智能制造等先進(jìn)制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。它不僅是提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段．又是現(xiàn)代各種新興技術(shù)或尖端技術(shù)得以存在或發(fā)展的“使能技術(shù)”。其技術(shù)水平高低已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。
一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)
1．機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能原理
cnc機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、可編程控制器(plc)、進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置、主軸伺服驅(qū)動裝置、輸入輸出接口，以及機(jī)床控制面板和人機(jī)界面等部分組成。
2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控系統(tǒng)從硬件結(jié)構(gòu)上可分為單cpu結(jié)構(gòu)、多cpu結(jié)構(gòu)及直接采用pc計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
(1)單cpu結(jié)構(gòu)
(2)多cpu結(jié)構(gòu) 用于處理不同的控制任務(wù)。
(3)基于pc微機(jī)的cnc系統(tǒng)
3．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的軟件組成 ：
cnc系統(tǒng)是一個多任務(wù)系統(tǒng)，它通常作為一個獨(dú)立的控制單元用在自動化生產(chǎn)中。cnc系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)由一個主控模塊與若干功能模塊組成。主控模塊為用戶提供一個友好的系統(tǒng)操作界面，在此界面下系統(tǒng)的各功能模塊以菜單的形式被調(diào)用。系統(tǒng)的功能模塊分為實(shí)時(shí)控制類模塊和非實(shí)時(shí)管理類模塊兩大類，如圖44所示。實(shí)時(shí)控制類模塊是控制機(jī)床運(yùn)動和動作的軟件模塊，具有毫秒級甚至更高要求的時(shí)間響應(yīng)；非實(shí)時(shí)管理類模塊沒有具體的時(shí)間響應(yīng)要求。
非實(shí)時(shí)管理類軟件模塊包括參數(shù)輸入、系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)通信、顯示處理、以及程序編輯等，這類軟件模塊可利用pc微機(jī)所提供的計(jì)算機(jī)語言和軟件工具來實(shí)現(xiàn)。
實(shí)時(shí)控制類軟件模塊包括程序譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、運(yùn)動插補(bǔ)、數(shù)據(jù)采集以及plc邏輯控制等。
模塊。同樣，管理類軟件模塊也是通過各級中斷服務(wù)的相互通信來運(yùn)行的。
4．開放式數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)越來越廣泛地應(yīng)用到各種控制領(lǐng)域，同時(shí)也不斷地對數(shù)控系統(tǒng)軟硬件提出了新的要求，其中較為突出是要求數(shù)控系統(tǒng)具有開放性，以滿足系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展和用戶自主 開發(fā)的需要。
二、機(jī)床伺服系統(tǒng)
1.機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)
機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)一般是由位置控制單元、速度控制單元、伺服電動機(jī)單元及檢測反饋單元四部分組成，位置控制單元與數(shù)控裝置做在一起稱為伺服單元或驅(qū)動器控制單元。
按照伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)及混合閉環(huán)四種基本結(jié)構(gòu)類型。在機(jī)床中常用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)環(huán)路中非線性因素較少，容易整定，可以通過各類補(bǔ)償使控制精度達(dá)到較高的水平，而且電氣控制部分與執(zhí)行機(jī)械相對獨(dú)立，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。
機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)在經(jīng)歷了開環(huán)步進(jìn)伺服、直流伺服兩個階段之后，現(xiàn)已進(jìn)入了交流伺服系統(tǒng)階段。交流電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用的特點(diǎn)。隨著電子器件的小型化和高性能化，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)的的迅速發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)所用的檢測元件主要有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器。
2.機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)
機(jī)床主軸系統(tǒng)與進(jìn)給系統(tǒng)區(qū)別很大，主軸電動機(jī)要求有較大的驅(qū)動功率、大的無級調(diào)速范圍、準(zhǔn)確定向、定為控制及角度分度控制功能等。
數(shù)控機(jī)床主軸傳動系統(tǒng)和進(jìn)給傳動一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步電動機(jī)傳動到直流伺服電動機(jī)傳動。密遣常用的是交流伺服電動機(jī)，交流伺服電動機(jī)有籠型異步電動機(jī)和永磁式同步電動機(jī)兩種結(jié)構(gòu)形式，籠型異步電動機(jī)是交流主軸伺服電動機(jī)的常用結(jié)構(gòu)形式。永磁式同步電動機(jī)，當(dāng)功率很大時(shí)，電動機(jī)的成本會很高，限制了該電動機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床主軸傳動系統(tǒng)性能沒有進(jìn)給伺服系統(tǒng)要求高，對電動機(jī)的特性要求也相對的低些。采用交流主軸電動機(jī)。
交流主軸電動機(jī)的性能要比普通異步電動機(jī)高，它要求交流主軸電動機(jī)的輸出特性曲線(功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系)在基本速度以下時(shí)位于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，而在基本速度以上時(shí)位于恒功率區(qū)域。
交流主軸控制單元分為模擬式和數(shù)字式，國外交流主軸控制單元大多數(shù)是數(shù)字式的。
三、數(shù)控加工編程技術(shù)
1.數(shù)控加工編程一般步驟
數(shù)控加工編程就是根據(jù)零件的設(shè)計(jì)圖樣，將零件的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移量、位移方向及其他輔助動作(刀具選擇、冷卻開閉、工件夾緊松開等)，按運(yùn)動順序和所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的坐標(biāo)系和指令代碼及格式來編制加工程序單，經(jīng)校核、試切無誤用以完成規(guī)定加工任務(wù)的一系列指令的過程。這一過程稱為數(shù)控加工編程。是從零件圖和工藝要求分析入手大程序檢驗(yàn)合格為止的全部過程。
數(shù)控加工編程一般可分為如下的幾個步驟：
(1)分析零件圖 分析零件圖的可加工性、結(jié)構(gòu)合理性，確定加工機(jī)床的種類。
(2)工藝處理 在對零件圖及技術(shù)要求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定加工順序和加工要求，選擇合適的刀具、夾具、切削用量和其他輔助工序的要求，在保證加工精度的前提下應(yīng)滿足工藝方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性。
(3)數(shù)值計(jì)算 根據(jù)零件的幾何形狀、加工路線和數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，計(jì)算基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)和刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。
(4)編制零件加工程序單 根據(jù)所確定的工藝內(nèi)容和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，按照數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的程序指令和程序格式編寫零件加工程序單。
(5)輸人數(shù)控程序 通過鍵盤輸入或磁盤讀人，或通過hs232c接口將數(shù)控加工程序輸人到數(shù)控系統(tǒng)。
(6)程序校驗(yàn) 編制好的程序，在生產(chǎn)加工前必須進(jìn)行程序運(yùn)行檢查。根據(jù)檢查結(jié)果，對程序進(jìn)行修改和調(diào)整，以獲得完全滿足加工要求的程序?yàn)橹埂?
2.計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程
數(shù)控加工程序可以由手工編制，但手工編程只能編制那些幾何形狀不復(fù)雜、計(jì)算量不大、加工程序不多的簡單零件；對于一些復(fù)雜零件，如帶有非圓曲面、自由曲面的凸輪、模具型腔等，其手工編程變得極為困難。計(jì)算機(jī)輔助編程技術(shù)能較好解決這方面的問題。
(1) 數(shù)控語言自動編程
(2) cad／cam系統(tǒng)數(shù)控編程
1)將零件數(shù)控加工編程過程中的幾何造型、刀位計(jì)算+圖形顯示和后置處理等作業(yè)過程結(jié)合在一起，有效地解決了編程的數(shù)據(jù)來源、圖形顯示、加工模擬和交互修改問題，彌補(bǔ)了數(shù)控語言編程的不足。
2)編程過程是在計(jì)算機(jī)上直接面向零件的三維實(shí)體圖形交互進(jìn)行，不需要用戶編制零件加工源程序，用戶界面友好，使用簡便、直觀、準(zhǔn)確，便于檢查。
3)有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)(cad)與數(shù)控編程(ncp)的集成，還便于實(shí)現(xiàn)與工藝設(shè)計(jì)(capp)、刀夾量具設(shè)計(jì)等其它生產(chǎn)過程的集成。
3.數(shù)控編程系統(tǒng)的進(jìn)展
(1) 面向車間的編程
(2) 數(shù)字化掃描編程
數(shù)字化掃描及其相關(guān)技術(shù)又稱為反求工程 (reverseengineering，re)。
四、機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢
1．性能發(fā)展方面
(1)高速高精高效化
(2)柔性化
(3)工藝復(fù)合化和多軸化
(4)實(shí)時(shí)智能化
2．功能發(fā)展方面
(1)用戶界面圖形化
(2)科學(xué)計(jì)算可視化
(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化
(4)內(nèi)置高性能plc
(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用
3．體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
(1)集成化
(2)模塊化
(3)網(wǎng)絡(luò)化
(4)開放式閉環(huán)控制模式