第3章数控系统3.1.2数控系统的组成及其工作原理其基本工作原理如下：机床数控装置读取来自输入介质或输入设备、通信设备的数控程序后，根据加工程序信息进行信息处理，计算出理想轨迹(计算轨迹的过程称为插补)和运动速度，并将处理的结果输出到机床的主轴及进给驱动装置，控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动，完成数控加工。(1)输入/输出装置。数控加工程序可通过键盘，用手工方式直接输入并存放到CNC装置的程序存储器内，还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控装置中。(2)CNC装置。CNC装置是数控系统的核心。自动加工时，数控加工程序从存储器中被读出，CNC装置先对其进行译码处理，即将零件数控加工程序转换成计算机能处理的内部形式——位置数据和控制指令，并存放到相应的存储区域，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。(3)伺服驱动装置。伺服驱动装置又称伺服系统，它是CNC装置和机床本体的联系环节。它把来自CNC装置的指令信号通过调解、转换、放大后驱动伺服电机，通过执行部件驱动机床运动，使工作台精确定位或使刀具与工件按规定的轨迹作相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。数控机床的伺服驱动装置主要分为主轴驱动单元(主要是转速控制)、进给驱动单元(包括位移和速度控制)、回转工作台和刀库伺服控制装置等。(4)检测反馈装置。检测反馈装置又叫检测装置，主要用于闭环和半闭环系统的反馈控制。检测装置检测出实际的位移量，反馈给CNC装置中的比较器，与CNC装置发出的指令信号比较。如果有差值，就发出运动控制信号，控制数控机床移动部件向消除该差值的方向移动，直到差值为0，运动停止。一般常用的检测装置有旋转变压器、编码器、感应同步器、光栅、磁栅和霍尔检测元件等。(5)可编程控制器。在数控系统中除了进行轮廓轨迹控制和点位控制外，还包括一些开关量控制，如主轴的启动与停止、冷却液的开与关、刀具的更换和工作台的夹紧与松开等，主要由可编程控制器来完成。CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，从而使系统更小巧；其灵活性、通用性、可靠性更好；易于实现复杂的数控功能；使用、维护也方便；并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。3.1.3常用数控系统2．主要系列(1)高可靠性的PowerMate0系列。(2)普及型CNC0-D系列。(3)全功能型的0-C系列。(4)高性价比的0i系列。(5)具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列。除此之外，还有体现机床个性化的CNC16/18/160/180系列。3.1.3.2SINUMERIK数控系统简介西门子公司的SINUMERIK数控系统采用模块化结构设计，经济性好，在一种标准硬件上，配置多种软件，使它具有多种工艺类型，满足各种机床的需要，并成为系列产品。其产品包括SINUMERIK3/8/810/820/850/880/805/802/840系列，目前在中国广泛采用的主要有SINUMERIK810/802/840系列等数控系统。3.1.3.3国产数控系统南方数控、华中数控、航天数控和大森数控等，发展至今已有十余年历史。在国家的大力扶植下已有了很大的发展，不但在经济型数控系统方面实现了规模化生产(如南方数控年产过万台)，而且在中档数控系统的研发及产业化上取得了突破(如华中数控已成功开发出五轴联动的数控系统)。目前，国产数控系统还主要应用于旧设备的数控化改造领域及车、铣类中低端经济型数控机床。3.1.3.4机床制造商自行开发的专用数控系统如美国的哈斯公司、格里森公司和日本的大隈等，这类专用数控系统都集成了机床制造商拥有自主知识产权的专利技术，在一些特殊加工领域有其独到之处，适用于专业规模化生产中的整条流水线的集中装备。3.2数控插补原理3.2.2逐点比较法一般地，逐点比较法插补过程有4个处理节拍，如图3-2所示。(1)偏差判别。(2)坐标进给。(3)偏差计算。(4)终点判别。3.2.2.1直线插补1．偏差计算公式设被加工直线OE位于xOy平面的第一象限内，起点为O，终点为E。再设刀具刀位点某一时刻位于点，它在直线OE的上方，有，即；若位于点，它在直线OE上，如图3-3所示，有，即；若位于点，它在直线OE的下方，有，即。令为偏差判别函数，由F即可判别刀位点与直线的位置关系，判别方法如下。(1)F＞0，刀位点在直线上方；(2)F=0，刀位点在直线上；(3)F＜0，刀位点在直线下方。2．进给由F的符号判别进给方向：F≥0，沿+x方向走一步；F＜0，沿+y方向走一步。3．偏差计算公式简化设某时第一象限中某点为，其F值为()。(1)经偏差判别后，≥0，沿