数控机床控制器

每日一词：CNC control

CNCcontrol是数控系统的概念，它包括了硬件和软件，译为数控系统，是数控机床的大脑和中枢。软件在硬件...

CNC control是数控系统的概念，它包括了硬件和软件，译为数控系统，是数控机床的大脑和中枢。

具体说来，CNC control包括了三样东西：

一台计算机（CNC control computer）
一套数控软件（CNC control software）
一套轴控制器（CNC controller）

所谓硬件，就是计算机实体；

所谓软件，就是计算机能识别的语言，是根据计算机语言书写的数字控制系统程序。有了软件，增加了控制的柔性，缩小了数控系统的体积。

软件离开了硬件的支持便无法工作，因而数控系统的性能很大程度上取决于硬件，而数控系统的功能则很大程度上取决于软件。

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计算机

计算机由中央处理器（CPU）、存储器、外部设备接口以及机床接口电路等组成。

（1）CPU

CPU对系统内部工作及操作进行统一控制，按照程序中指令的要求进行各种运算，使系统成为一个有机整体。CPU由运算器、控制器、内部寄存器构成。

数控系统的CPU不需要是市面上最快最先进的，因为它只是处理一些G代码等，但是它必须能适应烟雾粉尘等恶劣的车间环境。如，FANUC 0i Mate-C系统的CPU为32位486，内部寄存器（DRAM，动态RAM）容量为16MB。

（2）存储器

存储器（MEMORY）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器中的数据为二进制数据，以字节为单位，1字节（byte） =8字位（bit），字节地址如图1所示。

图1 字节地址

存储器主要有两种：

① ROM（Read Only Memory）：只读存储器。

存放数控软件（系统控制程序），由数控系统厂商（CNC manufacturer）固化，机床制造商（Machine Tool Builder）和最终用户（end user）都不能修改。又分为EPROM、E2PROM、FLASH ROM（闪存）。

② RAM（Random Access Memory）：随机存取存储器。

既可读入也可写出，与ROM相比，RAM在断电以后保存在里面的数据会自动消失，而ROM则不会。RAM用来存放零件加工程序、机床参数、控制程序运行时的中间结果（信息暂存），断电时前两项（零件加工程序、机床参数）应由备份电池保持。这也就是为什么绝大部分的数控系统都装有电池盒的原因。（3）接口

包括机床控制接口和外部设备接口，具体有：

① 数字/模拟量接口：与轴控制器连接，完成位置控制。

② 主轴速度控制接口：与主轴驱动装置（如，通用变频器）连接。

③ 开关量接口：与机床强电柜连接。

④ 外设通信接口：串行RS232、PCMCIA、以太网等。

⑤ 键盘面板和显示接口：实现人机交互。

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数控软件

数控软件执行G代码程序，对机床运动进行实时控制。

不论进行哪种曲线加工，数控系统都执行同一基本控制流程：首先读取零件程序（输入），再进行程序段的译码和预处理（刀具补偿处理和进给速度处理），然后根据程序段指令，进行插补计算和位置伺服控制，如图2所示。

图2 数控软件工作流程

数控机床与其它自动化设备最显著的区别，就是数控轴的“插补计算”和“位置控制”。这是数控系统软件的核心所在，它为伺服控制提供连续运动的指令。

CNC软件除了执行基本的控制流程外，还应该具有显示、I/O处理及诊断等功能。其表现形式就是您所看到的一个一个的屏幕界面。CNC系统软件通常存放在计算机的ROM区。

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轴控制器

轴控制器内含完成机床运动控制所需的硬件电路，实现轴的伺服控制。

数控机床的插补控制是高精度、响应快的运动控制，因此，必须采用专门的轴控制器。轴控制器将来自于计算机/软件的信号处理成运动指令，即接收插补器的输出，经过闭环（位置环、速度环、电流环）控制，送出脉冲信号给伺服放大器，如图3所示。