计算机数值控制

计算机术语

计算机数值控制（Computer Numerical Control ，即CNC）,将计算机与数值控制直接结合起来，由计算机完成数值计算，并直接发出控制指令参与控制过程，也称为数值程序控制。

术语定义

计算机数值控制（Computerized Numerical Control, CNC）是指使用计算机来控制加工功能，从而实现精准的数值控制。

控制基础

1 . 计算机数值控制的基本概念

数值控制（Numerical Control，即NC，简称数控），就是将被加工的机械零件的相关要求，通过相应的数值计算结果，以数值形式来表示诸如形状、尺寸、精度等信息，并将计算结果转换成控制装置所能够接受的指令信号传送到电子控制装置，由该控制装置驱动机床刀具（或工作台、加工零件）等运动而加工出所要求的零件。

一般地，所谓计算机数值程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，通过相应的计算机程序控制生产机械（如各种加工机床）或绘图仪等按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成相关工作的自动化控制方法。

计算机数值控制技术是现代制造技术（如柔性制造与计算机集成制造技术）的重要支撑技术。

2. 数值控制基本原理

为了加工或绘制一条曲线，一般需要经过以下步骤:

曲线分段

为数值计算的方便，将待加工曲线分为若干线段，既可以是直线段，也可以是曲线段。

插补计算

插补计算，就是由给定线段的基点坐标，求得该线段中间点坐标的数值计算方法。插补计算的基本原则是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。

理论上，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插补两种形式。

折线逼近

把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号的形式去控制x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓。

每个脉冲驱动步进电机走一步为一个脉冲当量（mm/脉冲），或步长，用Δx和Δy来表示，通常取Δx=Δy。

显然，步长越小，折线就越逼近于理想的直线段

3. 计算机数值控制系统一般组成

一个完整的计算机数值控制系统的一般包括程序编制、输入装置、数值控制装置、伺服驱动与位置检测、辅助控制装置、机床本体等组成。

4. 计算机数值控制系统的控制结构

开环数值控制

闭环数值控制

半闭环数值控制

5. 数值控制系统的控制方式

点位控制

只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，不要求具体路径、速度、方向等，在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。

直线切削控制

控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。

轮廓的切削控制

能够控制刀具沿工件轮廓曲线不停地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式借助于插补器，根据加工的工件轮廓向每一个坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标之间的中间点。

插补原理

定义

所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向轨迹的外面走。这样走一步、比较一次、决定下一步的走向，以便逼近给定轨迹，即“一步一比较，步步来逼近”，故称为逐点比较插补。

主要类型

1. 逐点比较法直线插补原理第一象限内直线插补

逐点比较圆弧插补偏差计算

根据逐点比较法插补原理，必须把每一插值点（动点）的实际位置与给定轨迹的理想位置间的偏差计算出来，根据偏差的正、负决定下一步的走向，来逼近给定轨迹。因此，偏差计算是逐点比较法中关键的一个步骤

终点判断方法

总步数法：设置一个终点计数器Nxy，寄存x、y两个坐标方向进给的总步数，x 和 y 坐标每进给一步， Nxy就减1，直到Nxy 减到零，就达到终点。

终点坐标法：设置Nx、Ny两个减法计数器，在加工开始前，在Nx、Ny计数器中分别存入终点坐标值xe、ye。加工时，x坐标每进给一步，就在Nx计数器中减去1，y坐标每进给一步，就在Ny计数器中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零，就到达终点。

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