数控系统的工作过程

1.2.2　数控系统的工作过程

1．输入

将零件加工程序、控制参数和补偿数据等输入给数控系统。输入方式有早期穿孔纸带阅读输入、磁盘输入、光盘输入、手动键盘输入、通信接口输入及连接上级计算机的DNC接口输入。CNC装置在输入过程中还要进行输入代码的校验和代码的转换工作。输入的全部数据信息都存放到CNC装置内部的存储器中。

2．译码

输入的程序段含有零件的轮廓信息（起点、终点、直线还是圆弧等）、要求的加工速度以及其他的辅助信息（换刀、换挡、冷却液开关等）。计算机依靠译码程序来识别这些符号，将加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。

3．数据处理

数据处理程序有三个任务，即刀具半径补偿、速度计算和辅助功能的处理。

刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化为刀具中心轨迹；速度计算是确定该加工数据段以什么样的速度运动，加工速度的确定是一个工艺问题，数控系统仅仅是保证这个编程速度的可靠实现；辅助功能处理是指换刀、主轴启动/停止、冷却液开/停等辅助功能的处理（即M、S、T功能的传送及其先后顺序的处理）。

4．插补

即根据给定的曲线类型（如直线、圆弧或高次曲线）、起点、终点以及速度，在起点和终点之间进行数据点的密化。

插补的任务是通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点之间进行“数据点的密化工作”。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干个插补周期后，插补加工完一个程序段，即完成从程序段起点到终点的“数据密化”工作。具体方法是：在一个插补周期内，计算出一个微小数据段的每个坐标分量（如Δx、Δy），经过若干个插补周期，可以计算出从起点到终点之间的若干个微小直线数据段。每个插补周期所计算出的微小直线段都应足够小，以保证轨迹精度。

数控系统的插补功能主要由软件来实现，目前主要有两类插补方法：一是脉冲增量插补，它的特点是每次插补运算结束产生一个进给脉冲；二是数字增量插补，它的特点是插补运算在每个插补周期进行一次，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。

目前，在一般CNC装置中，仅能对直线、圆弧和螺旋线进行插补计算。在一些专用的或较高档的CNC装置中还能完成椭圆、抛物线、正弦线和一些专用的插补计算。插补计算的实时性很强，要尽量缩短一次插补运算的时间，以便更好地处理其他工作，并使进给最大速度得以提高。

5．位置控制

位置控制可以由软件来实现，也可以由硬件来完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。在位置控制中还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。

6．I/O处理

I/O处理主要是处理CNC装置与机床之间的强电信号输入、输出和控制。

7．显示

CNC装置的显示主要是为操作者提供方便，通常有：零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示等。高档CNC装置中还有刀具加工轨迹的静、动态图形显示，以及在线编程时的图形显示等。

8．诊断

现代CNC装置都具有联机和脱机诊断能力。联机诊断是指CNC装置中的自诊断程序（这种自诊断程序融合在各个部分）随时检查不正常的事件。脱机诊断是指系统不工作，但在运转条件下的诊断。一般CNC装置配备有各种诊断纸带，以检查存储器、外围设备、I/O接口等。脱机诊断还可以采用远程通信方式进行，即把用户的CNC装置通过电话线与远程诊断中心的计算机相连，由诊断中心计算机对CNC装置进行诊断、故障定位和修复工作。