數(shù)控裝置是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心，并對(duì)其在系統(tǒng)中的主要作用了解，由于它在整個(gè)系統(tǒng)中的重要性。

一、CNC 裝置的組成

從自動(dòng)控制的角度來(lái)看，CNC 系統(tǒng)是一種位置（軌跡）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件 ( 各運(yùn)動(dòng)軸 ) 的位移量為控制對(duì)象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

從外部特征來(lái)看，CNC 系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。 

圖5-1 CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)

1 、CNC 系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)

由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成。

從本質(zhì)特征來(lái)看，CNC系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)。從功能特征來(lái)看，專用操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。

其結(jié)構(gòu)框圖如圖5-2 所示。

3 、CNC 硬件軟件的作用和相互關(guān)系

硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂

CNC 裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。

CNC 系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC 系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)，如圖5-3 所示。

該平臺(tái)有以下兩方面的含義：

提供 CNC 系統(tǒng)基本配置的必備功能；

在平臺(tái)上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

二、CNC 裝置的優(yōu)點(diǎn)

1 、具有靈活性和通用性

CNC 裝置的功能大多由軟件實(shí)現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。

CNC 裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機(jī)床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)特定的控制功能。

2 、數(shù)控功能豐富

插補(bǔ)功能：二次曲線、樣條曲線、空間曲面插補(bǔ)；

補(bǔ)償功能：運(yùn)動(dòng)精度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償、非線性誤差補(bǔ)償?shù)?

人機(jī)對(duì)話功能：加工的動(dòng)、靜態(tài)跟蹤顯示，高級(jí)人機(jī)對(duì)話窗口

編程功能：G 代碼、籃圖 編程、部分自動(dòng)編程功能。

3 、可靠性高

CNC 裝置采用集成度高的電子元件、芯片、采用 VLSI （超大規(guī)模集成電路）本身就是可靠性的保證。

許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。

豐富的故障診斷及保護(hù)功能 ( 大多由軟件實(shí)現(xiàn) ) ，從而可使系統(tǒng)的故障發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時(shí)間降低。

4 、使用維護(hù)方便

操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正確操作。

編程方便：具有多種編程的功能、程序自動(dòng)校驗(yàn)和模擬仿真功能。

維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動(dòng)進(jìn)行 ( 潤(rùn)滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等 ) ，數(shù)控機(jī)床的自診斷功能，可迅速實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。

5、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積小（采用計(jì)算機(jī)，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來(lái)越高，硬件的不斷減小），使其與機(jī)床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。

三、CNC 裝置的功能

CNC 裝置的功能是指滿足用戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。

基本功能—— 數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；

選擇功能—— 用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。

1、控制功能

—— CNC 能控制和能聯(lián)動(dòng)控制的進(jìn)給軸數(shù)

CNC 的進(jìn)給軸分類：

移動(dòng)軸（X 、Y 、Z ）和回轉(zhuǎn)軸（A 、B 、C ）；

基本軸和附加軸（U 、V 、W ）。

聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，CNC 系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。

2 、準(zhǔn)備功能（G 功能）

—— 指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。

3 、插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能  

—— 插補(bǔ)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件輪廓 ( 平面或空間 ) 加工軌跡運(yùn)算的功能。

—— 固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)。（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔 鉆削和 切螺紋等）的功能 .

4 、進(jìn)給功能

—— 進(jìn)給速度的控制功能。

進(jìn)給速度 —— 控制刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為 mm/min 。

同步進(jìn)給速度 —— 實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn) 給速度 的同步，單位為 mm/r 。

進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率） —— 人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度 。

5 、主軸功能

—— 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。

主軸轉(zhuǎn)速 —— 主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為 r/min 。

恒線速度控制 —— 刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功 能。

主軸定向控制 —— 主軸周 向定位于特定位置控制的功能 。

C 軸控制 —— 主軸周 向任意位置控制的功能。

主軸修調(diào)率 —— 人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速 。

6 、 輔助功能（M 功能）

—— 用于指令機(jī)床輔助操作的功能。

7 、刀具管理功能

—— 實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。

刀具幾何尺寸（半徑和長(zhǎng)度），供刀具補(bǔ)償功能使用；

刀具壽命是指時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，CNC 系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；

CNC 系統(tǒng)都具有刀具號(hào)（T）管理功能，用于標(biāo)識(shí)刀庫(kù)中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。

8 、補(bǔ)償功能

刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償功能：實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。

傳動(dòng)鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。

非線性誤差補(bǔ)償功能：對(duì)諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用 AI 、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利用模型實(shí)施在線補(bǔ)償。

9 、人機(jī)對(duì)話功能

在CNC 裝置中這類功能有：

菜單結(jié)構(gòu)操作界面；

零件加工程序的編輯環(huán)境；

系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。

10 、自診斷功能

—— CNC 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。

開(kāi)機(jī)自診斷；

在線自診斷；

離線自診斷；

遠(yuǎn)程通訊診斷。

11 、通訊功能

—— CNC 與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能

RS 232C 接口，可傳送零件加工程序；

DNC 接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控；

MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議) 模塊；

網(wǎng)卡：適應(yīng) FMS 、CIMS 、IMS 等制造系統(tǒng)集成的要求。