CNC控制器

CNC(數控機牀)控制器是指計算機數字控制機牀(computer numerical control)的程序控制系統。能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，通過計算機將其譯碼，從而使機牀執行規定好了的動作，通過刀具切削將毛坯料加工成半成品成品零件，這大大提高了模具加工的生產率 ^[1]  。

1.曲線曲面的非均勻有理b樣條(nurbs)插補該項技術採用沿曲線插補的方式，而不是採用一系列短直線來擬合曲線。這一技術的應用已經相當普遍。許多模具行業使用的cam軟件都提供了一個選項，即生成nurbs插補格式的零件程序。同時，功能強大的cnc還提供了五軸插補功能以及與此相關的特性。這些性能提高了表面精加工的質量，改善了電機運行的平穩度，提高了切削速度，並使零件加工程序更小。

2. 更小的指令單位大多數的cnc系統向機牀主軸傳遞運動和定位指令的單位不小於1微米。在充分利用cpu處理能力提高這一優勢後，一些cnc系統的最小指令單位甚至可達到1納米(0.000001mm)。在指令單位縮小1000倍後，可獲得更高的加工精度，可使電機運行得更平穩。電機運行的平穩使得一些機牀能夠在牀身振動不加大的前提下，以更高的加速度運行。

3. 鐘形曲線加速/減速也稱作為s曲線加速/減速，或爬行控制。與使用直線加速方式相比，這種方式可使機牀獲得更好的加速效果。與其它加速方式相比，也包括直線方式和指數方式，採用鐘形曲線方式可獲得更小的定位誤差。

4. 待加工軌跡監控這一技術已被廣泛使用，該技術具有眾多性能差異，使其在低檔控制系統中的工作方式與高檔控制系統中的工作方式得以區別開來。總的來講， cnc就是通過加工軌跡監控來實現對程序的預處理，以此來確保能獲得更優異的加速/減速控制。根據不同的cnc的性能，待加工軌跡監控所需的程序塊數量從兩個到上百個不等，這主要取決於零件程序的最短加工時間和加速/減速的時間常數。一般而言，要想滿足加工要求，至少需要十五個待加工軌跡監控程序塊。

5. 數字伺服控制數字伺服系統的發展如此迅速，以至於大多數機牀製造商都選擇該系統作為機牀的伺服控制系統。使用該系統後，cnc能夠更及時地控制伺服系統，而且cnc對機牀的控制也變得更精確。

數字伺服系統的作用如下：

1) 將提高電流環路的採樣速度，再加上電流環控制的改善，從而降低電機温升。這樣，不僅可以延長電機的壽命，還可以減少傳遞到滾珠絲槓的熱量，從而提高絲槓的精度。除此之外，採樣速度的加快還可以提高速度迴路的增益，這些都有助於提高機牀的整體性能。

2) 由於許多新的cnc使用高速序列與伺服迴路相連，因此通過通訊鏈路，cnc可獲得更多的電機和驅動裝置的工作信息。這可提高機牀的維護性能。

3) 連續的位置反饋允許在高速進給的情況下進行高精度的加工。cnc運算速度的加快使得位置反饋的速率成為制約機牀運行速度的瓶頸。在傳統的反饋方式中，隨着cnc和電子設備的外部編碼器的採樣速度的變化，反饋速度受到信號類型的制約。採用串行反饋，這一問題將得到很好的解決。即使機牀以很高的速度運行，也可達到精密的反饋精度。

6. 直線電機的工作性能和歡迎度有了顯着的提高，所以很多加工中心採用了這一裝置。一些先進技術使得機牀上的直線電機的最大輸出力為15,500n，最大加速度為30g。另一些先進技術的應用使機牀的尺寸得以減小，重量得以減輕，冷卻效率大為提高。所有這些技術上的進步使直線電機在與旋轉電機相比時，優勢更強：更高的加/減速率；更準確的定位控制，更高的剛度；更高的可靠性；內部的動態制動 ^[2]  。

在這裏，主要把前述數控任務所要實現的功能進行總結，以進一步分析與綜合CNC控制器的硬件、軟件的體系結構。 

CNC控制器的功能通常包括基本功能和選擇功能。基本功能是數控系統必備的功能，選擇功能是供用户按機牀特點和用途可進行選擇的功能，CNC通常有如下主要功能： 

1、軸控制功能：此功能是指CNC可控制的和同時控制的軸數。對於數控機牀運動的軸有移動軸和迴轉軸，有基本軸和附加軸。一般數控車牀只需2根同時控制軸。數控銑牀、數控鏜牀和加工中心需要有3根或3根以上的控制軸。而同時控制的軸數按用途不同可以是2軸或3軸等。在加工空間曲面的數控機牀則需要3根以上的同時控制軸。控制軸數越多，尤其是同時控制軸數越多，CNC控制器就越複雜，多軸聯動的零件程序編制也就越困難。 

2、準備功能：準備功能也稱G功能，它用來指令機牀運動方式的功能，包括基本移動、平面選擇、座標設定、刀補償、固定循環、米英制轉換等指令。用G和它後面的兩位數字表述。

3、插補功能：CNC是通過軟件插補來實現刀具運動的軌跡。由於輪廓連續控制時的實時性很強，軟件插補的計算速度較難滿足數控機牀對進給速度和分辨率的要求，以及要求CNC不斷擴展其他方面的功能而減少插補計算所佔用CPU時間。因此，CNC的插補功能實際上被分為粗插補和精插補，軟件每次插補一個小線段數據稱為粗插補，私服接口根據粗插補的結果，將小線段分成單個脈衝輸出，稱為精插補。 

進行輪廓加工的零件形狀，大多數是由直線和圓弧構成，有點由更復雜的曲線構成，因此有直線、圓弧、拋物線、正弦、圓筒、樣條插補，實現插補運算的方法有逐點比較法，數字積分法直接函數運算法等。進給功能，根據機械加工工藝要求，CNC的進給功能用F直接指令數控機牀各軸的進給速度 ^[3]  。