數字控制

數字控制，簡稱CNC，描述了一種控制機床（數控機床）的電子過程。

CNC從數字控制中脫穎而出，其中信息不是作為一個完整的程序保存在機器的控制中，而是從穿孔帶上逐塊讀取。 首批 CNC 控制器于 20 世紀 60 年代中期投放市場。

CNC 技術時代始于 20 世紀 70 年代中期。 由于軸和工具的移動速度相當快，同時非常精確，因此可以實現系列和單件生產的合理化。 今天幾乎所有新開發的機床都配備了 CNC 控制系統。

早在 20 世紀 80 年代初，就有人嘗試簡化 CNC 的編程并放棄 DIN/ISO 編程。 這導致了所謂的面向車間編程 (WOP) 的發展，它具有用戶友好、簡化的類似 CAD 的編程界面。 它尤其在 CNC 加工中心的木材和塑料加工以及單個零件的制造方面確立了自己的地位。

此外，通過 DNC（分布式數控），網絡化分工、在辦公室創建程序/在工作場所模擬碰撞檢查和優化程序/向 CNC 傳輸程序，正在使用中。 這種形式的編程變得越來越重要，尤其是在單個零件和小批量生產中，因為在這里特別是可以xxx減少機器本身編程的停機時間，從而可以整體上更高效地使用機器。

與此同時，所謂的軟 CNC 作為軟件已經得到廣泛應用，因為它更便宜且更容易適應。 驅動器通過使用數字總線系統的 PC 插卡連接。

CNC 在安裝在控制柜中或屏幕正后方的特定制造商工業 PC 上運行。 時鐘頻率在 GHz 范圍內的 32 位處理器可實現小于 1 毫秒的塊循環時間（未校正 3D 線性塊的處理時間）。 這意味著當執行一個位置以 0.1 mm 的距離相互跟隨的程序時，可以保持 6 m/min 的銑削進給速率而不會卡住。

用于機器數據和程序的非易失性數據存儲過去是在機器關閉時使用電池或蓄電池在 SDRAM 中獲取的。 后來安裝了硬盤，以特殊方式懸掛以吸收振動。 越來越多地使用閃存。

以下接口可用于將程序從編程站傳輸到 CNC 并返回：

• 串行接口 RS-232 最長 20 m，或 RS-422 最長 1200 m
• 以太網接口（LAN、網絡）最遠 100 米，連接速度最快

或可移動存儲介質的連接器：PCMCIA 卡、CompactFlash、USB 記憶棒

計算機控制中使用不同精度的方法來自動定位設備、工件或工具：

• 開啟后，切換的機器軸在沒有位置檢測的情況下自動移動到目標位置，目標位置有一個移動限位開關，當它到達那里時關閉軸。
• 如果機床軸從實際位置到目標位置的運動是指定的，但沒有xxx檢查和更正，則稱為受控。
• 一個受控的機器軸完全由相應的計算機從幾個嵌套和閉合的控制電路控制，在與運動相關的位置的所有時間導數中。
• 相互插補的機床軸受到控制，因此它們的設定點位置相互偏移，這意味著它們的操縱變量會相互影響。

要制造的工件的所需形狀和要使用的技術在 NC 程序中進行了描述。 在控制器的后臺，最初對機器操作員不可見，幾何程序和插補程序計算位置控制器循環時間網格中的插補點。 插補點的坐標表示參與插補運動的軸的目標位置，進給速度由插補點距離和位置控制周期、定位的時間網格決定。 除了來自 NC 程序的規范外，插補器和通常的三級使用控制器級聯描述所有受控軸的動態和運動學特性的機器映像。 進給、加速度和加加速度（位置隨時間的一階、二階和三階微分）根據軸的能力進行限制并相互協調。 用于位置檢測的編碼器提供位置坐標的實際值，用于計算位置的操縱變量。 這些設定點速度導致速度控制器的操縱變量與旋轉編碼器測量的進給軸分量的相應差異。 這些目標加速度在電流控制器中形成軸加速度的操縱變量，分別與電機電流的測量結果相差。 由于調節了電機電流，加工精度在很大程度上不受負載變化的影響，例如通常在與材料突然接觸時發生的負載變化。 此外，它還可用于補償發生的抖動，例如，在具有不連續速度變化的切線路徑過渡處（例如，在直線到圓形路徑的切線過渡處）如果沒有補償 拖動操作現在已被速度預控制所取代，使用它可以更精確地復制給定的輪廓。

CNC 機床通過直接集成到控制器中的計算機進行控制，它使用位置、旋轉（角度）和狀態傳感器記錄實際狀態，并在從 CNC 程序計算到目標狀態的插值后，控制電機和其他受控機器元件相應地進行調節。 插值發生在毫秒范圍內，因此即使在高速、復雜形狀的情況下也能保證高精度。

CNC 技術允許使用多個同時控制的軸進行自動化處理。 CNC控制按可同時插補的軸數分類，分為點控制、線控制和路徑控制。

通過點對點或點控制，只能定義運動的終點，然后機器以最快的路徑接近該終點。 特別是在運動過程中沒有對運動速度進行分級控制，但驅動器通常會盡可能快地運行。 因此，工具只能在運動的終點進行干預和鉆孔或沖孔。 如今，點控制很少用于機床，但對于簡單的沖壓機、點焊機、鉆孔機或機械手機器人來說，如果它們不需要沿著定義的路線行駛，它仍然足夠了。 然而，不確定的運動順序也增加了碰撞的風險，尤其是對人來說。

線控本質上是點控，加上對運動速度的精確控制，線控一次控制一個軸的速度和位置。 因此可以執行帶有工作進給的軸平行運動，從而銑削例如直槽。 生產線控制還用于在工件通過單元時啟動貫穿進給機的處理單元。 這是路徑控制和 PTP 控制的結合，因為軸本身的進給運動不受控制，而是點對點控制刀具在路徑控制軸上的應用點是根據預先確定的計算的路徑。

這種類型的控制只能在小型和專用機器上找到，即培訓公司的機器、夾具構造和槽銑床，因為它不靈活，而且與路徑控制的價格差異很小。 在帶有旋轉編碼器的舊版本中，絲杠中的螺距誤差或導軌中的幾何誤差在運動過程中無法校正。

通過路徑控制，可以通過至少兩個同時控制的軸來執行任何所需的橫移運動。 路徑控制分為相互插補并“同時”控制的軸。 插補軸意味著各個軸最初獨立的運動順序彼此同步，使得刀尖盡可能精確地遵循編程和修正的路徑。 2D 路徑控制可以跟隨任何具有兩個定義軸的輪廓。 對于車床，這通常就足夠了，因為工件通過其旋轉運動產生三維空間。