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　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、 系統(tǒng)總體方案選擇
　　基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)使用十分便利，使用者可以充分利用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，運(yùn)用通用的高級(jí)計(jì)算機(jī)語言編制程序，還可以將數(shù)控系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)連接起來。這一開放式數(shù)控系統(tǒng)大致可以分為以下四類，即PC連接型CNC、PC嵌入型CNC、NC嵌入型PC（NC嵌入PC型）、全軟件型NC。
　　考慮實(shí)際被控對象的要求以及對上述四種方案利弊的比較，NC嵌入型開放式數(shù)控系統(tǒng)方案的可行性較高。NC嵌入型開放式數(shù)控系統(tǒng)方案，即數(shù)控系統(tǒng)由開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡+PC機(jī)兩部分構(gòu)成。開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡通常以高速DSP作為CPU或以專用的運(yùn)動(dòng)控制芯片作為核心，其運(yùn)動(dòng)控制控制和PLC能力較強(qiáng)。采用NC嵌入型開放式數(shù)控系統(tǒng)方案的優(yōu)勢是，數(shù)控機(jī)床的軟、硬件兩方面都具有開放性：軟件方面，其所有的開放性函數(shù)庫能夠?yàn)橛脩粼赪indows平臺(tái)下自行開發(fā)所需的控制系統(tǒng)提供強(qiáng)大支持，而各種軟件資源和開發(fā)工具又十分豐富，極大地降低并縮短了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難度和周期；硬件方面，數(shù)控核心（NCK）與硬件驅(qū)動(dòng)程序都預(yù)留有標(biāo)準(zhǔn)的接口，支持系統(tǒng)升級(jí)。當(dāng)有硬件修改要求時(shí)，只需改動(dòng)硬件驅(qū)動(dòng)程序。目前，很多硬件供應(yīng)商在提供硬件的同時(shí)也會(huì)為客戶提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，大大降低了系統(tǒng)升級(jí)和功能拓展時(shí)的工作量，提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。NC嵌入PC型數(shù)控系統(tǒng)則主要由工控機(jī)（IPC）、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及各種外部設(shè)備等組成。
二、 伺服驅(qū)動(dòng)方案選擇
　　伺服驅(qū)動(dòng)裝置是CNC裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息，通過伺服驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)具有信號(hào)放大控制能力，根據(jù)裝置發(fā)出的控制信息對機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度進(jìn)行控制。
　　主軸伺服驅(qū)動(dòng)方案選擇交流變頻調(diào)速方案。由于將直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)可操控性較強(qiáng)，且在頻率的調(diào)節(jié)范圍以及改善變頻后，電動(dòng)機(jī)的特性在各個(gè)方面都具有明顯的優(yōu)勢。因此，在機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)中，交流電動(dòng)機(jī)憑借絕對優(yōu)勢成為開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要選擇。
　　伺服進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)是決定數(shù)控機(jī)床技術(shù)的性能和加工精度的主要因素。因此，數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服電機(jī)、伺服系統(tǒng)的位置和速度控制以及機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。為滿足數(shù)控加工精度的要求，伺服系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)負(fù)載特性。這樣，即便在伺服系統(tǒng)的負(fù)載或切削條件發(fā)生變化時(shí)，仍能保持恒定的進(jìn)給速度。在加工過程中，機(jī)床工作臺(tái)在隨機(jī)狀態(tài)下，要能夠根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動(dòng)。在方向發(fā)生改變時(shí)，也不可以出現(xiàn)反向間隙和運(yùn)動(dòng)損失。另外，在不同的加工條件下，如，加工零件的材質(zhì)、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等不同，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變化。