計算機數值控制

計算機數值控制 （Computer Numerical Control ，即CNC）,將計算機與數值控制直接結合起來，由計算機完成數值計算，並直接發出控制指令參與控制過程，也稱為數值程式控制。

基本介紹

• 中文名：計算機數值控制
• 外文名：Computer Numerical Control
• 簡稱：CNC
• 也稱：數值程式控制

計算機數值控制 （Computerized Numerical Control, CNC）是指使用計算機來控制加工功能，從而實現精準的數值控制。

一、計算機數值控制基礎

1 . 計算機數值控制的基本概念

數值控制（Numerical Control，即NC，簡稱數控） ，就是將被加工的機械零件的相關要求，通過相應的數值計算結果，以數值形式來表示諸如形狀、尺寸、精度等信息，並將計算結果轉換成控制裝置所能夠接受的指令信號傳送到電子控制裝置，由該控制裝置驅動工具機刀具（或工作檯、加工零件）等運動而加工出所要求的零件。

一般地，所謂計算機數值程式控制，就是計算機根據輸入的指令和數據，通過相應的電腦程式控制生產機械（如各種加工工具機）或繪圖儀等按規定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規律自動地完成相關工作的自動化控制方法。

計算機數值控制技術是現代製造技術（如柔性製造與計算機集成製造技術）的重要支撐技術。

2. 數值控制基本原理

為了加工或繪製一條曲線，一般需要經過以下步驟:

曲線分段

為數值計算的方便，將待加工曲線分為若干線段，既可以是直線段，也可以是曲線段 。

插補計算

插補計算

插補計算，就是由給定線段的基點坐標，求得該線段中間點坐標的數值計算方法。插補計算的基本原則是通過給定的基點坐標，以一定的速度連續定出一系列中間點，而這些中間點的坐標值是以一定的精度逼近給定的線段。

理論上，插補的形式可用任意函式形式，但為了簡化插補運算過程和加快插補速度，常用的是直線插補和二次曲線插補兩種形式。

折線逼近

折線逼近

把插補運算過程中定出的各中間點，以脈衝信號的形式去控制x、y方向上的步進電機，帶動繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。

每個脈衝驅動步進電機走一步為一個脈衝當量（mm/脈衝），或步長，用Δx和Δy來表示，通常取Δx=Δy。

顯然，步長越小，折線就越逼近於理想的直線段

3. 計算機數值控制系統一般組成

一個完整的計算機數值控制系統的一般 包括程式編制 、輸入裝置、數值控制裝置、伺服驅動與位置檢測、輔助控制裝置、工具機本體等組成。

.計算機數值控制系統一般組成

4. 計算機數值控制系統的控制結構

開環數值控制

　　

閉環數值控制

閉環數值控制

半閉環數值控制

5. 數值控制系統的控制方式

點位控制

只要求控制刀具行程終點的坐標值，即工件加工點準確定位，不要求具體路徑、速度、方向等，在移動過程中不做任何加工，只是在準確到達指定位置後才開始加工。

直線切削控制

控制行程的終點坐標值，還要求刀具相對於工件平行某一坐標軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加工。

輪廓的切削控制

能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不停地運動，並在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式藉助於插補器，根據加工的工件輪廓向每一個坐標軸分配速度指令，以獲得圖紙坐標之間的中間點。

二、逐點比較法插補原理

定義

所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，從而決定下一步的進給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的裡面，下一步就向軌跡的外面走。這樣走一步、比較一次、決定下一步的走向，以便逼近給定軌跡，即“一步一比較，步步來逼近”，故稱為逐點比較插補。

主要類型

1. 逐點比較法直線插補原理 第一象限內直線插補

逐點比較圓弧插補偏差計算

根據逐點比較法插補原理，必須把每一插值點（動點）的實際位置與給定軌跡的理想位置間的偏差計算出來，根據偏差的正、負決定下一步的走向，來逼近給定軌跡。因此，偏差計算是逐點比較法中關鍵的一個步驟

終點判斷方法

總步數法：設定一個終點計數器Nxy，暫存x、y兩個坐標方向進給的總步數，x 和 y 坐標每進給一步， Nxy就減1，直到Nxy 減到零，就達到終點。

終點坐標法：設定Nx、Ny兩個減法計數器，在加工開始前，在Nx、Ny計數器中分別存入終點坐標值xe、ye。加工時，x坐標每進給一步，就在Nx計數器中減去1，y坐標每進給一步，就在Ny計數器中減去1，直到這兩個計數器中的數都減到零，就到達終點。