数字控制

数字控制，简称CNC，描述了一种控制机床（数控机床）的电子过程。

CNC从数字控制中脱颖而出，其中信息不是作为一个完整的程序保存在机器的控制中，而是从穿孔带上逐块读取。 首批 CNC 控制器于 20 世纪 60 年代中期投放市场。

CNC 技术时代始于 20 世纪 70 年代中期。 由于轴和工具的移动速度相当快，同时非常精确，因此可以实现系列和单件生产的合理化。 今天几乎所有新开发的机床都配备了 CNC 控制系统。

早在 20 世纪 80 年代初，就有人尝试简化 CNC 的编程并放弃 DIN/ISO 编程。 这导致了所谓的面向车间编程 (WOP) 的发展，它具有用户友好、简化的类似 CAD 的编程界面。 它尤其在 CNC 加工中心的木材和塑料加工以及单个零件的制造方面确立了自己的地位。

此外，通过 DNC（分布式数控），网络化分工、在办公室创建程序/在工作场所模拟碰撞检查和优化程序/向 CNC 传输程序，正在使用中。 这种形式的编程变得越来越重要，尤其是在单个零件和小批量生产中，因为在这里特别是可以xxx减少机器本身编程的停机时间，从而可以整体上更高效地使用机器。

与此同时，所谓的软 CNC 作为软件已经得到广泛应用，因为它更便宜且更容易适应。 驱动器通过使用数字总线系统的 PC 插卡连接。

CNC 在安装在控制柜中或屏幕正后方的特定制造商工业 PC 上运行。 时钟频率在 GHz 范围内的 32 位处理器可实现小于 1 毫秒的块循环时间（未校正 3D 线性块的处理时间）。 这意味着当执行一个位置以 0.1 mm 的距离相互跟随的程序时，可以保持 6 m/min 的铣削进给速率而不会卡住。

用于机器数据和程序的非易失性数据存储过去是在机器关闭时使用电池或蓄电池在 SDRAM 中获取的。 后来安装了硬盘，以特殊方式悬挂以吸收振动。 越来越多地使用闪存。

以下接口可用于将程序从编程站传输到 CNC 并返回：

• 串行接口 RS-232 最长 20 m，或 RS-422 最长 1200 m
• 以太网接口（LAN、网络）最远 100 米，连接速度最快

或可移动存储介质的连接器：PCMCIA 卡、CompactFlash、USB 记忆棒

计算机控制中使用不同精度的方法来自动定位设备、工件或工具：

• 开启后，切换的机器轴在没有位置检测的情况下自动移动到目标位置，目标位置有一个移动限位开关，当它到达那里时关闭轴。
• 如果机床轴从实际位置到目标位置的运动是指定的，但没有xxx检查和更正，则称为受控。
• 一个受控的机器轴完全由相应的计算机从几个嵌套和闭合的控制电路控制，在与运动相关的位置的所有时间导数中。
• 相互插补的机床轴受到控制，因此它们的设定点位置相互偏移，这意味着它们的操纵变量会相互影响。

要制造的工件的所需形状和要使用的技术在 NC 程序中进行了描述。 在控制器的后台，最初对机器操作员不可见，几何程序和插补程序计算位置控制器循环时间网格中的插补点。 插补点的坐标表示参与插补运动的轴的目标位置，进给速度由插补点距离和位置控制周期、定位的时间网格决定。 除了来自 NC 程序的规范外，插补器和通常的三级使用控制器级联描述所有受控轴的动态和运动学特性的机器映像。 进给、加速度和加加速度（位置随时间的一阶、二阶和三阶微分）根据轴的能力进行限制并相互协调。 用于位置检测的编码器提供位置坐标的实际值，用于计算位置的操纵变量。 这些设定点速度导致速度控制器的操纵变量与旋转编码器测量的进给轴分量的相应差异。 这些目标加速度在电流控制器中形成轴加速度的操纵变量，分别与电机电流的测量结果相差。 由于调节了电机电流，加工精度在很大程度上不受负载变化的影响，例如通常在与材料突然接触时发生的负载变化。 此外，它还可用于补偿发生的抖动，例如，在具有不连续速度变化的切线路径过渡处（例如，在直线到圆形路径的切线过渡处）如果没有补偿 拖动操作现在已被速度预控制所取代，使用它可以更精确地复制给定的轮廓。

CNC 机床通过直接集成到控制器中的计算机进行控制，它使用位置、旋转（角度）和状态传感器记录实际状态，并在从 CNC 程序计算到目标状态的插值后，控制电机和其他受控机器元件相应地进行调节。 插值发生在毫秒范围内，因此即使在高速、复杂形状的情况下也能保证高精度。

CNC 技术允许使用多个同时控制的轴进行自动化处理。 CNC控制按可同时插补的轴数分类，分为点控制、线控制和路径控制。

通过点对点或点控制，只能定义运动的终点，然后机器以最快的路径接近该终点。 特别是在运动过程中没有对运动速度进行分级控制，但驱动器通常会尽可能快地运行。 因此，工具只能在运动的终点进行干预和钻孔或冲孔。 如今，点控制很少用于机床，但对于简单的冲压机、点焊机、钻孔机或机械手机器人来说，如果它们不需要沿着定义的路线行驶，它仍然足够了。 然而，不确定的运动顺序也增加了碰撞的风险，尤其是对人来说。

线控本质上是点控，加上对运动速度的精确控制，线控一次控制一个轴的速度和位置。 因此可以执行带有工作进给的轴平行运动，从而铣削例如直槽。 生产线控制还用于在工件通过单元时启动贯穿进给机的处理单元。 这是路径控制和 PTP 控制的结合，因为轴本身的进给运动不受控制，而是点对点控制刀具在路径控制轴上的应用点是根据预先确定的计算的路径。

这种类型的控制只能在小型和专用机器上找到，即培训公司的机器、夹具构造和槽铣床，因为它不灵活，而且与路径控制的价格差异很小。 在带有旋转编码器的旧版本中，丝杠中的螺距误差或导轨中的几何误差在运动过程中无法校正。

通过路径控制，可以通过至少两个同时控制的轴来执行任何所需的横移运动。 路径控制分为相互插补并“同时”控制的轴。 插补轴意味着各个轴最初独立的运动顺序彼此同步，使得刀尖尽可能精确地遵循编程和修正的路径。 2D 路径控制可以跟随任何具有两个定义轴的轮廓。 对于车床，这通常就足够了，因为工件通过其旋转运动产生三维空间。