1-第一章数控系统概述数控系统是现代机械制造系统的重要基础之一，而数控机床是数控系统应用最为广泛和最为典型的一类系统。所以，本章首先对数控机床的基本概念、结构组成、分类方法、显著特点以及发展过程进行了介绍，然后着重介绍了计算机数控系统的基本工作原理、内部信息流的处理过程及其各种功能，最后还简单介绍了数控机床与现代机械制造系统之间的关系。第一节基本概念一、数控系统的基本概念数控是数字控制（NumericalControl，NC）的简称。从广义上讲是指利用数字化信息实行控制，也就是利用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。而这里主要从狭义上理解，也就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制，例如：数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。因此，本书主要以机床作为被控对象，讨论数控系统的工作原理。任何生产都有一定的过程，采用数字控制技术，生产过程被用某种语言编写的程序来描述，以数字形式送入计算机或专用控制装置，利用计算机的高速数据处理能力，识别出该程序所描述的生产过程，通过计算和处理将此程序分解为一系列的动作指令，输出并控制生产过程中相应的执行对象，从而可使生产过程能在人不干预或少干预的情况下自动进行，实现生产过程自动化。可见，计算机数字控制系统都是由输入、决策与输出三个环节组成。数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。它是具有高附加值的技术密集型产品，实现了高度的机、电、液、光、气一体化。它集机械制造、计算机、微电子、现代控制及精密测量等多种技术为一体，使传统的机械加工工艺发生了质的变化。这个变化的本质就在于用数控系统实现了加工过程的自动化操作。二、数控系统的组成数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、伺服系统（驱动控制装置）、机床电器控制装置四部分组成，机床本体为被控对象，如图1-1所示。图1-1数控机床的组成框图数控系统是严格按照外部输入的程序对工件进行自动加工的，现将从外部输入的、描述机床加工过程的程序称为数控加工程序，它是用字母、数字和其他符号的编码指令规定的程序。数控加工程序按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，有零件加工的轨迹信息（如：几何形状和几何尺寸等）、工艺信息（如：进给速度和主轴转速等）及开关命令（如：换刀、冷却液开/关和工件装/卸等）。数控加工程序常常记录在各种信息载体上，其形式可以是：穿孔纸带、磁带、磁盘、半导体存储器等各种可以记载二进制信息的媒介。通过各种输入装置，信息载体上的数控加工程序将被数控装置所接收。输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状态可以通过输出装置观察。常用的输入/输出装置有：纸带阅读机、盒式磁带录音机、磁盘驱动器、通信网络接口、CRT及各种显示器件等。数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。其形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置。前者称作硬件数控装置，或NC装置，其数控功能由硬件逻辑电路实现；后者称为CNC装置，其数控功能由硬件和软件共同完成。数控装置将数控加工程序按两类控制信息分别输出：一类是连续控制量，送往驱动控制装置；另一类是离散的开关控制量，送往机床电器逻辑控制装置。伺服系统(驱动控制装置)位于数控装置和机床本体之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成，它按照数控装置发出的位置控制命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。主轴驱动装置主要由速度控制单元组成。机床电器控制装置也位于数控装置和机床之间，接受数控装置发出的开关命令，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制功能，换刀功能，工件装夹功能，冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及其他机床辅助功能。其形式可以是继电器控制线路或可编程逻辑控制器(PLC)。根据不同的加工方式，机床本体可以是车床、铣床、钻床、镗床、磨床、加工中心及电加工机床等。与传统的普通机床相比，数控机床本体的外部造型、整体布局、传动系统、刀具系统及操作机构等方面都应该符合数控的要求。数控机床还配有各种辅助装置，其作用是配合机床完成对零件的加工。如：切削液或油液处理系统中的冷却或过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置，润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气动、液动装置等。除上述通用辅助装置外，从目前数控机床技术现状看，至少还有五类辅助装置是数控机床应该配备的：对刀仪、自动编程机、自动排屑器、物料储运及上下料装置和交流稳压电源。当数控系统采用计算机数控装置（CNC装置）时，该数控系统就称作计算机数控系统。目前，在市场上以NC装置为核心的硬