一文讀懂什么是數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床

一文讀懂什么是數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床

什么是數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機床，一文講清晰！

一、什么是數(shù)控技術(shù)？

數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（NumericalControl—NC），是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行掌握的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采納了計算機進行掌握，因此，也可以稱為計算機數(shù)控（ComputerizedNumericalControl—CNC）。

為了對機械運動及加工過程進行數(shù)字化信息掌握，必需具備相應的硬件和軟件。用來實現(xiàn)數(shù)字化信息掌握的硬件和軟件的整體成為數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem），數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置（NumericalController）。

二、什么是數(shù)控機床？

采納數(shù)控技術(shù)進行掌握的機床，稱為數(shù)控機床（NC機床）。它是一種綜合應用了計算機技術(shù)、自動掌握技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設計等先進技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎。掌握機床也是數(shù)控技術(shù)應用最早、最廣泛的領域，因此，數(shù)控機床的水平代表了當前數(shù)控技術(shù)的性能、水平和進展方向。

三、數(shù)控機床的種類

數(shù)控機床種類繁多，有鉆銑鏜床類、車削類、磨削類、電加工類、鍛壓類、激光加工類和其他特別用途的專用數(shù)控機床等等，凡是采納了數(shù)控技術(shù)進行掌握的機床統(tǒng)稱為NC機床。

帶有自動換刀裝置ATC（AutomaticToolChanger—ATC）的數(shù)控機床（帶有回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控車床除外）稱為加工中心（MachineCenter—MC）。它通過刀具的自動交換，工件可以一次裝、夾完成多工序的加工，實現(xiàn)了工序集中和工藝的復合，從而縮短了幫助加工時間，提高了機床的效率；削減了工件安裝、定位次數(shù)，提高了加工精度。加工中心是目前數(shù)控機床中產(chǎn)量最大、應用最廣的數(shù)控機床。

在加工中心的基礎上，通過增加多工作臺（托盤）自動交換裝置（AutoPalletChanger—APC）以及其他相關(guān)裝置，組成的加工單元稱為柔性加工單元（FlexibleManufacturingCell—FMC）。

FMC不僅實現(xiàn)了工序的集中和工藝的復合，而且通過工作臺（托盤）的自動交換和較完善的自動監(jiān)測、監(jiān)控功能，可以進行肯定時間的無人化加工，從而進一步提高了設備的加工效率。FMC既是柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystem）的基礎，又可以作為獨立的自動化加工設備使用，因此其進展速度較快。

在FMC和加工中心的基礎上，通過增加物流系統(tǒng)、工業(yè)機器人以及相關(guān)設備，并由中心掌握系統(tǒng)進行集中、統(tǒng)一掌握和管理，這樣的制造系統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystem）。FMS不僅可以進行長時間的無人化加工，而且可以實現(xiàn)多品種零件的全部加工和部件裝配，實現(xiàn)了車間制造過程的自動化，它是一種高度自動化的先進制造系統(tǒng)。

隨著科技進展，為了適應市場需求多變的形勢，對現(xiàn)代制造業(yè)來說，不僅需要進展車間制造過程的自動化，而且要實現(xiàn)從市場猜測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造直到產(chǎn)品銷售的全面自動化。將這些要求綜合、構(gòu)成的完整的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，稱為計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem-—CIMS）。CIMS將一個更長的生產(chǎn)、經(jīng)營活動進行了有機的集成，實現(xiàn)了更高效益、更高柔性的智能化生產(chǎn)，是當今自動化制造技術(shù)進展的最高階段。

在CIMS中，不僅是生產(chǎn)設備的集成，更主要的是以信息為特征的技術(shù)集成和功能集成。計算機是集成的工具，計算機幫助的自動化單元技術(shù)是集成的基礎，信息和數(shù)據(jù)的交換及共享是集成的橋梁，最終形成的產(chǎn)品，可以看成是信息和數(shù)據(jù)的物質(zhì)體現(xiàn)。

四、數(shù)控系統(tǒng)的基本組成

數(shù)控系統(tǒng)是全部數(shù)控設備的核心。數(shù)控系統(tǒng)的主要掌握對象是坐標軸的位移（包括移動速度、方向、位置等），其掌握信息主要來源于數(shù)控加工或運動掌握程序。因此，作為數(shù)控系統(tǒng)的最基本組成應包括：程序的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動這三部分。

輸入/輸出裝置輸入/輸出裝置的作用是進行數(shù)控加工或運動掌握程序、加工與掌握數(shù)據(jù)、機床參數(shù)以及坐標軸位置、檢測開關(guān)的狀態(tài)等數(shù)據(jù)的輸入、輸出。鍵盤和顯示器是任何數(shù)控設備都必備的最基本的輸入/輸出裝置。此外，依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，還可以配光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅(qū)動器等。作為外圍設備，計算機是目前常用的輸入/輸出裝置之一。

數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。它由輸入/輸出接口線路、掌握器、運算器和存儲器等部分組成。數(shù)控裝置的作用是將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的規(guī)律電路或掌握軟件進行編譯、運算和處理，并輸出各種信息和指令，以掌握機床的各部分進行規(guī)定的動作。

在這些掌握信息和指令中，最基本的是坐標軸的進給速度、進給方向和進給位移量指令。它經(jīng)插補運算后生成，供應給伺服驅(qū)動，經(jīng)驅(qū)動器放大，最終掌握坐標軸的位移。它直接打算了刀具或坐標軸的移動軌跡。

此外，依據(jù)系統(tǒng)和設備的不同，如：在數(shù)控機床上，還可能有主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和起、停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤滑裝置的起、停指令；工件的松開、夾緊指令；工作臺的分度等幫助指令。在數(shù)控系統(tǒng)中，它們是通過接口，以信號的形式供應給外部幫助掌握裝置，由幫助掌握裝置對以上信號進行必要的編譯和規(guī)律運算，放大后驅(qū)動相應的執(zhí)行器件，帶動機床機械部件、液壓氣動等幫助裝置完成指令規(guī)定的動作。

伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動通常由伺服放大器（亦稱驅(qū)動器、伺服單元）和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。在數(shù)控機床上，目前一般都采納溝通伺服電動機作為執(zhí)行機構(gòu)；在先進的高速加工機床上，已經(jīng)開頭使用直線電動機。另外，在20世紀80年月以前生產(chǎn)的數(shù)控機床上，也有采納直流伺服電動機；對于簡易數(shù)控機床，也有用作為執(zhí)行器件。伺服放大器的形式打算于執(zhí)行器件，它必需與驅(qū)動電動機配套使用。以上是數(shù)控系統(tǒng)最基本的組成部分。

隨著數(shù)控技術(shù)的進展和機床性能水平的提高，對系統(tǒng)的功能要求也日益增加，為了滿意不同機床的掌握要求，保證數(shù)控系統(tǒng)的完整性和統(tǒng)一性，并便利用戶使用，常用較為先進的數(shù)控系統(tǒng)，一般都帶有內(nèi)部可編程掌握器作為機床的幫助掌握裝置。

此外，在金屬切削機床上，主軸驅(qū)動裝置也可以成為數(shù)控系統(tǒng)的一個部分；在閉環(huán)數(shù)控機床上，測量、檢測裝置也是數(shù)控系統(tǒng)必不行少的。對于先進的數(shù)控系統(tǒng)，有時甚至采納計算機作為系統(tǒng)的人機界面和數(shù)據(jù)的管理、輸入/輸出設備，從而使數(shù)控系統(tǒng)的功能更強、性能更完善。

總之，數(shù)控系統(tǒng)的組成打算于掌握系統(tǒng)的性能和設備的詳細掌握要求，其配置和組成具有很大的區(qū)分，除加工程序的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動這三個最基本的組成部格外，還可能有更多的掌握裝置。圖1-1的虛線框部分表示計算機數(shù)控系統(tǒng)。

五、NC、CNC、SV與PLC的概念

NC（CNC）、SV與PLC（PC、PMC）是數(shù)控設備中最為常用的英文縮寫，在實際使用中，在不同的場合具有不同的含義。

NC（CNC）NC與CNC分別是數(shù)控（NumericalControl）與計算機數(shù)控（ComputerizedNumericalControl）的常用英文縮寫。由于現(xiàn)代數(shù)控都采納了計算機掌握，因此，可以認為NC和CNC的含義完全等同。在工程應用上，依據(jù)使用場合的不同，NC（CNC）通常有三種不同的含義：在廣義上代表一種掌握技術(shù)——數(shù)控技術(shù)；在狹義上代表一種掌握系統(tǒng)的實體——數(shù)控系統(tǒng)；此外，還可以代表一種詳細的掌握裝置——數(shù)控裝置。

SVSV是伺服驅(qū)動（ServoDrive，簡稱伺服）的常用英文縮寫。按日本JIS標準規(guī)定的術(shù)語，它是“以物體的位置、方向、狀態(tài)作為掌握量，追蹤目標值的任意變化的掌握機構(gòu)”。簡言之，它是一種能夠自動跟隨目標位置等物理量的掌握裝置。

在數(shù)控機床上，伺服驅(qū)動的作用主要有兩個方面：一是使坐標軸根據(jù)數(shù)控裝置給定的速度運行；二是使坐標軸根據(jù)數(shù)控裝置給定的位置定位。

伺服驅(qū)動的掌握對象通常是機床坐標軸的位移和速度；執(zhí)行機構(gòu)是伺服；對輸入指令信號進行掌握和功率放大的部分常稱為伺服放大器（亦稱為驅(qū)動器、放大器、伺服單元等），它是伺服驅(qū)動的核心。

伺服驅(qū)動不僅可以和數(shù)控裝置配套使用，而且還可以單獨作為一個位置（速度）伴同系統(tǒng)使用，故也常稱為伺服系統(tǒng)。在早期的數(shù)控系統(tǒng)上，位置掌握部分一般與CNC制成一體，伺服驅(qū)動只進行速度掌握，因此，伺服驅(qū)動又常稱為速度掌握單元。

PLCPC是可編程序掌握器（ProgrammableController）的英文縮寫。隨著個人計算機的日益普及，為了避開和個人計算機（亦稱PC）混淆，現(xiàn)在一般都將可編程序掌握器稱為可編程序規(guī)律掌握器（ProgrammalbeLogicController——PLC）或可編程序機床掌握器（ProgrammableMachineController——PMC）。

因此，在數(shù)控機床上，PC、PLC、PMC具有完全相同的含義。

PLC具