我国常用数控系统的比较

我国常用数控系统的比较我国常用数控系统的比较摘要简单介绍数控的基本知识，并针对我国常用数控系统——SIEMENS 数控系统和FANUC数控系统和华中数控系统进行比较。

关键字数控技术数控系统前言数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域成果而形成的一门艺术。

在现代机械制造领域中，数控技术已成为核心技术之一，是实现柔性制造、计算机集成制造的重要基础技术之一。

数控系统应用于机床装备中，形成了机床数控技术。

数控系统是机床数控技术的核心，我国常用的数控——SIEMENS数控系统和FANUC数控系统和华中数控系统之间存在一些差异。

一、数控技术简介数控技术，简称数控（Numerical Control）。

它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。

用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。

数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。

现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。

现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。

主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。

数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。

它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。

二、数控系统的基本组成数字控制机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，它是数控技术的典型应用。

数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。

计算机数控系统的组成如图所示。

2.1 计算机数控装置（CNC装置）CNC装置是数控系统的核心。

在一般的数控加工过程中，首先启动CNC装置，在CNC内部软件的控制下，通过输入装置或输入接口读入零件的数控加工程序，并存放到CNC装置的存储区。

开始加工时，在控制软件的作用下，将数控加工程序从存储区读出，按程序段进行处理，先进行译码处理，将零件数控加工程序转换成计算机能处理的内部形式，将程序段的内容分成位置数据和控制指令，并存放到相应的存储区中，最后根据数据和指令的性质进行各种流程处理，完成数控加工的各项功能。

2.2 驱动装置驱动装置将伺服单元的输出变为机械运动，它与伺服单元一起是数控装置和机床传动部件间的联系环节，它们有的带动工作台，有的带动刀具，通过几个轴的综合联动,使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。

2.3 伺服单元伺服单元分为主轴伺服和进给伺服两部分，分别用来控制主轴电动机和进给电动机。

伺服单元接收来自CNC装置的进给指令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度、方向、位移。

2.4 可编程逻辑控制器（PLC）PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受CNC装置的控制代码M(辅助功能)、S(主轴转速)、T(选刀、换刀)等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开、关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC装置，用于加工过程的控制。

2.5 机床本体机床本体即数控机床的机械部件，包括主运动部件、给进运动执行部件（工作台、拖板及其传动部件）、支承部件（床身立柱等）、辅助装置（具有冷却、润滑、转位和夹紧等功能的装置），加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件。

数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但是由于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工要求，其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。

因此，近年来来设计数控机床时采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。

螺母丝杠滑板（工作台）伺服放大器C N C 比较器角位移测量装置反馈信号指令信号伺服电机丝杠螺母伺服电机滑板(工作台)角位移测量装置伺 服放大器比较器CNC 指令信号反馈信号螺母丝杠伺服放大器C N C 比较器反馈信号指令信号直线位移测量装置滑板（工作台）伺服电机螺母步进电机功率放大环形分配C N C丝杠滑板（工作台）三、数控系统的分类3.1 按机床的运动轨迹分类1、点位控制数控系统2、直线切削数控系统3、连续切削数控系统3.2 按伺服系统控制方式分类1、开环控制数控机床2、全闭环控制数控机床3、半闭环控制数控机床3.3 按数控系统功能水平分类1、经济型数控系统又称简易数控系统2、普及型又称全功能数控系统3、高档型数控系统四、我国常用数控机床4.1 FANUC数控系统FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。

FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。

在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。

系统在设计中大量采用模块化结构。

这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。

FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。

PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。

系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC和机床之间的数据传输。

FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。

FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。

鉴于前述的特点，FANUC系统拥有广泛的客户。

使用该系统的操作员队伍十分庞大，因此有必要了解该系统的一些软、硬件上的特点。

我们可以通过常见的FANUC 0系列了解整个FANUC系统的特点。

1、刚性攻丝主轴控制回路为位置闭环控制，主轴电机的旋转与攻丝轴（Z轴）进给完全同步，从而实现高速高精度攻丝。

2、复合加工循环复合加工循环可用简单指令生成一系列的切削路径。

比如定义了工件的最终轮廓，可以自动生成多次粗车的刀具路径，简化了车床编程。

3、圆柱插补适用于切削圆柱上的槽,能够按照圆柱表面的展开图进行编程。

4、直接尺寸编程可直接指定诸如直线的倾角、倒角值、转角半径值等尺寸，这些尺寸在零件图上指定，这样能简化部件加工程序的编程。

5、记忆型螺距误差补偿可对丝杠螺距误差等机械系统中的误差进行补偿，补偿数据以参数的形式存储在CNC的存储器中。

6、CNC内装PMC编程功能PMC对机床和外部设备进行程序控制7、随机存储模块MTB(机床厂)可在CNC上直接改变PMC程序和宏执行器程序。

由于使用的是闪存芯片，故无需专用的RAM写入器或PMC的调试RAM。

8、显示装置4.2 SIEMENS数控系统4.2.1 SIEMENS数控系统简介SIEMENS数控系统是一个集成所有数控系统元件（数字控制器，可编程控制器，人机操作界面）于一体的操作面板安装形式的控制系统。

所配套的驱动系统接口采用西门子公司全新设计的可分布式安装以简化系统结构的驱动技术，这种新的驱动技术所提供的DRIVE-CLiQ接口可以连接多达6轴数字驱动。

外部设备通过现场控制总线 PROFIBUS DP连接。

这种新的的驱动接口连接技术只需要最少数量的几根连线就可以进行非常简单而容易的安装。

SINUMERIK802D sl为标准的数控车床和数控铣床提供了完备的功能，其配套的模块化结构的驱动系统为各种应用提供了极大的灵活性。

性能方面经过大大改进的工程设计软件（Sizer，Starter）可以帮助用户完成从项目开始阶段的设计选型，订货直到安装调试全部过程中的各项任务。

4.2.2 SIEMENS数控系统功能相对于802D在性能上有许多的改进，为广大的客户在希望扩大应用领域和范围方面提供了更多的可能和受益，例如：可以方便的使用 DIN 编程技术和 ISO 代码进行编程，卓越的产品可靠性，数字控制器，可编程控制器，人机操作界面，输入/输出单元一体化设计的系统结构，由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术，通过DRIVE-CLiQ 接口实现的最新数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准，各种驱动功能按照模块化设计，可以根据性能要求和智能化要求灵活安排，各种模块不需要电池及风扇，因而无需任何维护。

各种功能体现了西门子公司最新的产品创新技术，例如5个数字驱动轴，其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算，另一个作为定位轴使用，同时，还提供一个相应的数字式主轴（模拟主轴即将推出）作为一个变型使用, 在带C 轴功能时，可以采用3个数字轴，一个数字主轴，一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。

新一代的西门子驱动技术平台SINAMICS S120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ来对错误进行识别和诊断，从操作面板就可以进行操作，使用的标准闪存卡（CF）可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序，通过闪存卡（CF）可以对加工程序进行快速处理，通过连接端子使用两个电子手轮，216 个数字输入和144 个数字输出（0.25A），RCS802 - 远程诊断和远程控制（NC 和 PLC），RCS@Event （通过电子邮件进行远程诊断），USB口（即将推出）。

4.3 华中数控系统4.3.1 华中数控系统的软件结构4.3.1.1 软件结构说明华中数控系统的软件结构如图1所示。

图中虚线以下的部分称为底层软件，它是华中数控系统的软件平台，其中RTM模块为自行开发的实时多任务管理模块，负责CNC系统的任务管理管理调度。

NCBIOS模块为基本输入输出系统，管理CNC系统所有的外部控制对象，包括设备驱动程序（I/O）的管理、位置控制、PLC控制、插补计算以及内部监控等。

RTM 和NCBIOS两模块合起来统称NCBASE，如图中双点画线框所示。

图中虚线以上的部分称为过程控制软件（或上层软件），它包括编辑程序、参数设置、译码程序、PLC管理、MDI、故障显示等与用户操作有关的功能子模块。

对不同的数控系统，其功能的区别都在这一层，系统功能的增减均在这一层进行；各功能模块通过NCBASE的NCBIOS与底层进行信息交换。

图1 华中数控装置软件结构4.3.1.2 NCBASE的功能(1)实时多任务的调度该功能由RTM模块实现。

调度核心由时钟中断服务程序和任务调度程序组成。

如图2所示。

根据任务要求的调度机制（采用优先抢占加时间片轮转调度）和任务的状态，调度核心对任务实行管理，即决定当前哪个任务获得CPU的控制权，并监控任务的状态。