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简单介绍数控系统的主要结构组成

2019-05-29 10:58:03

   数控系统是数字控制系统的简称,根据计算机存储器中存储的控制程序,执行部分或全部数值控制功能,并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制,它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。

   下面我们来看看数控系统的主要结构有哪些?
(一)数控系统的软件结构有:
(1)输入数据处理程序。它接收输入的零件加工程序,将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理,并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算,或为插补运算和速度控制等进行预计算。通常,输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。
(2)插补计算程序。CNC系统根据工件加工程序中提供的数据,如曲线的种类、起点、终点、既定速度等进行中间输出点的插值密化运算。上述密化计算不仅要严格遵循给定轨迹要求还要符合机械系统平稳运动加减速的要求。根据运算结果,分别向各坐标轴发出形成进给运动的位置指令。这个过程称为插补运算。计算   进给运动的位置指令通过CNC内或伺服系统内的位置闭环、速度环、电流环控制调节,输出电流驱动电机带动工作台或刀具作相应的运动,完成程序规定的加工任务。CNC系统是一边插补进行运算,一边进行加工,是一种典型的实时控制方式。
(3)管理程序。管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。在PC化的硬件结构下,管理程序通常在实时操作系统的支持下实现。
(4)诊断程序。诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障,并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后,检查系统各主要部件(CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等)的功能是否正常,并指出发生故障的部位。
(二)从硬件结构上的角度,数控系统到目前为止可分为两个阶段共六代,头一阶段为数值逻辑控制阶段,其特征是不具有CPU,依靠数值逻辑实现数控所需的数值计算和逻辑控制,包括头一代是电子管数控系统,二代是晶体管数控系统,第三代是集成电路数控系统;二个阶段为计算机控制阶段,其特征是直接引入计算机控制,依靠软件计算完成数控的主要功能,包括第四代是小型计算机数控系统,第五代是微型计算机数控系统,第六代是PC数控系统。
   由于上世纪90年代开始,PC结构的计算机应用的普及推广,PC构架下计算机CPU及外围存储、显示、通讯技术的高速进步,制造成本的大幅降低,导致PC构架数控系统日趋成为主流的数控系统结构体系。PC数控系统的发展,形成了“NC+PC”过渡型结构,既保留传统NC硬件结构,仅将PC作为HMI。代表性的产品包括FANUC的160i,180i,310i,840D等。还有一类即将数控功能集中以运动控制卡的形式实现,通过增扩NC控制板卡(如基于DSP的运动控制卡等)来发展PC数控系统。另一种   加革命性的结构是全部采用PC平台的软硬件资源,仅增加与伺服驱动及I/O设备通信所   的现场总线接口,从而实现非常简洁硬件体系结构。
   世界上的数控系统种类繁多,形式各异,组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和硬件和软件的工程设计思路。对于不同的生产厂家来说,基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响,在设计思想上也可能各有千秋。
   然而无论哪种系统,它们的基本原理和构成是十分相似的。一般整个数控系统由三大部分组成,即控制系统,伺服系统和位置测量系统。控制系统硬件是一个具有输入输出功能的专用计算机系统,按加工工件程序进行插补运算,发出控制指令到伺服驱动系统;测量系统检测机械的直线和回转,运动位置、速度,并反馈到控制系统和伺服驱动系统,来修正控制指令;伺服驱动系统将来自控制系统的控制指令和测量系统的反馈信息进行比较和控制调节,控制PWM电流驱动伺服电机,由伺服电机驱动机械按要求运动。这三部分有机结合,组成完整的闭环控制的数控系统。
   控制系统硬件是具有人际交互功能,具有包括现场总线接口输入输出能力的专用计算机。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。
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