本文針對(duì)目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀，從系統(tǒng)使用的方便性、技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性三方面對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的性能作了分析，以期為從事這方面工作的科研、生產(chǎn)和使用人員提供參考。本文討論的范圍是單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，以工業(yè)PC為平臺(tái)，帶CRT顯示的屬于另一類。但文中討論的內(nèi)容原則上適合于它們，只不過由于微處理機(jī)不同，二者的性能指標(biāo)也應(yīng)該有所不同。
1 系統(tǒng)使用的方便性
系統(tǒng)使用的方便性主要反映在系統(tǒng)的編輯部分。編輯部分是人和系統(tǒng)直接打交道的部分，即所謂人機(jī)界面。人機(jī)界面應(yīng)當(dāng)對(duì)用戶友好，也就是說，編輯部分應(yīng)當(dāng)盡量給用戶提供方便、快捷和舒適。作為一個(gè)好的系統(tǒng)，應(yīng)該具備以下幾點(diǎn)性能。
·模態(tài)指令 模態(tài)指令又稱續(xù)效指令，是指一條指令不僅在本程序段內(nèi)部起作用，而且在后續(xù)的程序段內(nèi)仍保持作用，并可省略不寫，直到被適當(dāng)?shù)闹噶畲婊蛑兄埂：茱@然，利用模態(tài)特性可以節(jié)省程序編制工作量，所以模態(tài)是一臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具備的基本功能。
·多指令共段 多指令共段是指一個(gè)程序段內(nèi)可以包括多種指令字。多指令不能共段，勢(shì)必增加指令的段數(shù)，是不方便的。
·輸入、檢索、修改一體化 國內(nèi)許多系統(tǒng)在編輯時(shí)把輸入和檢索分成兩種不同的操作方法，造成輸入過程不能檢查程序，檢索過程不能自動(dòng)出程序段號(hào)，這是很不方便的。一個(gè)好的系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)輸入、檢索、修改一體化，即輸入時(shí)可以檢索、修改，檢索時(shí)可以修改、輸入，并且自動(dòng)出程序段號(hào)。
·漢化按鍵 目前，國外的數(shù)控系統(tǒng)想打入我國市場，都盡量采用漢化的人機(jī)界面。我們自己生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，更應(yīng)采用漢化按鍵，以方便用戶。
·自動(dòng)排序字母 用戶在輸入一段程序時(shí)，很難保證按字母順序輸入，而檢索時(shí)又想按字母順序查找。為方便用戶，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)排序字母的功能。
·快速檢索 用戶在檢索程序時(shí)希望能迅速找到所需的程序段。因此，系統(tǒng)在檢索時(shí)應(yīng)具有快速翻段、立即找到程序末尾、程序開始以及程序中任一段的功能。
·指令功能強(qiáng) 指令功能強(qiáng)可以大大簡化用戶的編程。例如加工一個(gè)五頭左旋蝸桿，蝸桿長度100mm，牙深3mm，模數(shù)為0.8，每頭螺紋切削分15次循環(huán)。對(duì)于這樣一個(gè)零件的加工，國內(nèi)許多系統(tǒng)要求用戶編寫75個(gè)循環(huán)程序段，外加多頭螺紋分度時(shí)錯(cuò)開一個(gè)螺距的指令。另外，還必須在指令執(zhí)行前安排一道X方向走步指令，以確定退尾方向，否則程序出錯(cuò)等等。如此這般，上述零件的加工程序編下來后要好幾頁紙。有的系統(tǒng)只用如下一條指令即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)75次循環(huán)，即 G31 W100 I-3 K5 F0.8 L15 這樣顯然就方便多了。
·指令的多樣性 對(duì)于圓弧加工，圓心坐標(biāo)可以用I、K編程，也可以用半徑R編程。用半徑R編程方便，但它不能描述整圓。用I、K編程雖有點(diǎn)不便，但它能描述整圓。一個(gè)好的解決辦法就是兩種功能都具有。
對(duì)于螺紋加工，帶有退刀槽的螺紋希望采用直線退尾，以減少退尾長度。在管螺紋、螺栓等的螺紋車削中，退尾長度是次要的，重要的是要求等螺距退尾，以保證螺紋連接時(shí)具有良好的密封性。但是，等螺距退尾的退尾長度又過長。一個(gè)好的解決辦法就是兩種功能都具有，才能滿足用戶要求。
2 技術(shù)的先進(jìn)性
1) 插補(bǔ)速度 插補(bǔ)指走斜線和圓弧。一臺(tái)系統(tǒng)的圓弧插補(bǔ)速度很能反映該系統(tǒng)的水平。國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的圓弧插補(bǔ)速度一般小于600mm/min，但有的已達(dá)到1200mm/min。
2) 螺紋功能 螺紋功能最能反映一臺(tái)系統(tǒng)的水平。看一臺(tái)系統(tǒng)的螺紋功能通常從四個(gè)方面：一是自動(dòng)化程度，二是高速加工能力，三是大導(dǎo)程加工能力，四是有無等螺距退尾功能。
·自動(dòng)化程度： 螺紋加工軟件應(yīng)該能夠自動(dòng)判別主軸編碼器的零位信號(hào)是高電平有效還是低電平有效，無需變動(dòng)硬件；能夠自動(dòng)計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速，無須在程序中輸入主軸轉(zhuǎn)速S指令，還可避免主軸轉(zhuǎn)速輸錯(cuò)導(dǎo)致的失誤；能夠?qū)Χ囝^螺紋進(jìn)行自動(dòng)分度，并且是沿圓周方向分度，以避免軸向分度時(shí)造成刀具碰到頂尖或工件的軸肩；能夠根據(jù)螺紋切深的正負(fù)號(hào)自動(dòng)判別退尾的方向；能夠?qū)崿F(xiàn)多次切削的自動(dòng)循環(huán)。
·高速加工能力：螺紋的高速加工能力主要體現(xiàn)在螺紋的進(jìn)給速度。螺紋進(jìn)給速度=主軸轉(zhuǎn)速×導(dǎo)程。螺紋進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到2m/min以上。
·大導(dǎo)程加工能力：國內(nèi)許多系統(tǒng)在說明書里對(duì)此提供一個(gè)公式為n≤(1200/T)-80
式中 n——主軸轉(zhuǎn)速，r/min
T——導(dǎo)程，mm
對(duì)于大導(dǎo)程T=12mm，這種系統(tǒng)只能在主軸轉(zhuǎn)速小于20r/min的條件下加工，很難滿足用戶要求。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)可以做到在加工12mm導(dǎo)程的螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速提高到125r/min而不丟步。
·等螺距退尾功能：在管螺紋、螺栓等的螺紋車削中，要求等螺距退尾，以保證螺紋連接時(shí)具有良好的密封性。系統(tǒng)不具有等螺距退尾功能則無法保證。
3) 速度銜接技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)需要升降頻。因而從一個(gè)程序段到另一個(gè)程序段之間，步進(jìn)電機(jī)是先降頻，停下，然后再升頻。當(dāng)兩條輪廓曲線相交時(shí)，這個(gè)問題不大，但是當(dāng)兩條輪廓曲線相切時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的這種特性將造成加工刀痕或平臺(tái)。采用速度銜接技術(shù)，可以使系統(tǒng)在加工過程中實(shí)現(xiàn)兩段程序之間的速度平滑連接，既保證了加工質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)率。
·手動(dòng)定程和倒角 僅僅加工一個(gè)圓柱面或倒角，如果有手動(dòng)定程和倒角功能，則無需編程。
·加工過程中的調(diào)速和坐標(biāo)動(dòng)態(tài)顯示 這項(xiàng)技術(shù)反映了軟件的技術(shù)水平。有些系統(tǒng)沒有處理好這個(gè)問題，因而在加工過程中不能調(diào)整速度，在速度大于2m/min時(shí)不能動(dòng)態(tài)顯示，給用戶帶來不便。
·掉電保護(hù)運(yùn)動(dòng)位置和斷點(diǎn)運(yùn)行 機(jī)床在加工過程中如果突然斷電，用戶總希望系統(tǒng)能夠記下當(dāng)時(shí)位置，等來電時(shí)再從該處繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以避免工件的報(bào)廢。掉電保護(hù)運(yùn)動(dòng)位置和斷點(diǎn)運(yùn)行功能能夠解決上述問題。
·電動(dòng)刀架控制器 電動(dòng)刀架控制器是數(shù)控車床故障率較高的一個(gè)部分。一般的刀架控制器采用繼電器邏輯控制線路來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刀架自動(dòng)換刀的控制。在這種邏輯控制線路中使用的元器件數(shù)量多，特別是使用了近10只帶有機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器，可靠性很差。有的數(shù)控系統(tǒng)采用軟件控制換刀，僅使用兩只接觸器，使電動(dòng)刀架控制的可靠性大幅度提高。
·自動(dòng)對(duì)刀 在數(shù)控車床上常配備電動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架上幾把刀具的相對(duì)位置在加工前必須知道。如果采用手工試切對(duì)刀，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)料。采用自動(dòng)對(duì)刀技術(shù)，對(duì)刀簡單、迅速、準(zhǔn)確，對(duì)4把刀只需幾分鐘。
·閉環(huán)控制 閉環(huán)控制技術(shù)可以自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)部件的變形、間隙以及傳動(dòng)誤差，從而保證機(jī)床的加工精度。
·細(xì)分技術(shù) 細(xì)分控制技術(shù)是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)：一是有效地解決了步進(jìn)電機(jī)的低頻振蕩問題，使步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不再丟步。二是使數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量細(xì)化，例如十細(xì)分使原來的0.01mm的脈沖當(dāng)量變?yōu)?.001mm，從而提高了控制精度。三是細(xì)分控制技術(shù)還能使步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)輸出扭矩增大約30%。
·PLC功能 有些機(jī)床不僅需要數(shù)控系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)精確的定位或軌跡控制，而且希望系統(tǒng)具有可編程邏輯控制器(PLC)的功能，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制。當(dāng)然，用數(shù)控系統(tǒng)+ PLC控制器可以實(shí)現(xiàn)上述要求，但畢竟又費(fèi)錢又麻煩。如果數(shù)控系統(tǒng)本身帶有PLC功能，而且PLC部分的編程又采用大家習(xí)慣的梯形圖編程，那將是用戶所歡迎的。
·VMOS驅(qū)動(dòng)技術(shù) 影響系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要因素是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。采用功率晶體三極管的驅(qū)動(dòng)電源線路復(fù)雜，功耗大，特別是由于晶體管的二次擊穿問題，導(dǎo)致了大功率晶體管驅(qū)動(dòng)電源的可靠性差。VMOS管沒有二次擊穿問題，線路簡單，功耗小，開關(guān)速度高，可靠性大大提高。所以一個(gè)好的系統(tǒng)應(yīng)具有VMOS驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
3 系統(tǒng)的可靠性
看一臺(tái)系統(tǒng)的可靠性如何，應(yīng)注意以下五個(gè)方面。
1) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作為一個(gè)工業(yè)控制微機(jī)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在硬件抗干擾和軟件抗干擾方面采取一系列措施，才能保證高的可靠性。
2) 生產(chǎn)條件 系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)范，具有嚴(yán)格的元器件篩選、老化、檢驗(yàn)、測(cè)試能力。整機(jī)在出廠前要在45℃的溫度下連續(xù)運(yùn)行48h不出問題，如此等等才能保證系統(tǒng)可靠。
3) 驅(qū)動(dòng)技術(shù) 采用先進(jìn)的VMOS驅(qū)動(dòng)技術(shù)，要比大功率晶體管驅(qū)動(dòng)可靠得多。
4) 刀架控制器 電動(dòng)刀架控制器采用軟件控制，要比有觸點(diǎn)的繼電器開關(guān)邏輯控制可靠得多。
5) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 國內(nèi)的系統(tǒng)通常有兩個(gè)通風(fēng)口，一個(gè)口進(jìn)風(fēng)，一個(gè)口出風(fēng)，風(fēng)從系統(tǒng)內(nèi)穿過。這種結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)在風(fēng)冷的同時(shí)，也給系統(tǒng)內(nèi)部帶來了灰塵、油煙、切屑之類。這樣的系統(tǒng)使用久了，很難不出毛病。一臺(tái)設(shè)計(jì)優(yōu)良的系統(tǒng)應(yīng)使系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)具有正氣壓，或者讓冷卻風(fēng)從系統(tǒng)體外經(jīng)過，即采用所謂體外冷卻方式。
4 如何選擇一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)
·系統(tǒng)要可靠 采用上述的可靠性判別方法來判斷或從該生產(chǎn)廠家的老用戶處打聽使用情況。
·系統(tǒng)性能要滿足需求 系統(tǒng)插補(bǔ)速度低了，生產(chǎn)率上不去；系統(tǒng)螺紋技術(shù)不過關(guān)，會(huì)造成多頭螺紋車削分度時(shí)刀具碰到尾頂針或工件軸肩，高速車削時(shí)主軸轉(zhuǎn)速上不去，大導(dǎo)程螺紋車不了，沒有等螺距退尾功能無法車管螺紋等；如果要加工兩線段相切的工件，沒有速度銜接技術(shù)，既可能形成加工刀痕又降低生產(chǎn)率；如果需要步進(jìn)電機(jī)在低頻區(qū) (200Hz左右對(duì)于0.01mm的脈沖當(dāng)量，200Hz頻率相當(dāng)于120mm/min的速度)工作又不丟步，細(xì)分技術(shù)是最佳的選擇；沒有自動(dòng)對(duì)刀技術(shù)，多把刀具車削時(shí)十分麻煩；沒有閉環(huán)技術(shù)，精密加工時(shí)精度不能保證；沒有PLC功能，邏輯控制無法實(shí)現(xiàn)等，這些都隨用戶的需求而定。
·銷售單位的技術(shù)服務(wù)能力 數(shù)控系統(tǒng)是工業(yè)控制微機(jī)，它是在比較惡劣的環(huán)境下工作的，很難保證不壞。另外，它又是一種技術(shù)密集性產(chǎn)品，用戶在掌握使用前有一個(gè)熟悉的過程。因此技術(shù)服務(wù)的好壞，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的正常使用十分重要。
·生產(chǎn)單位的技術(shù)開發(fā)能力 數(shù)控系統(tǒng)無論在硬件或軟件方面都在不斷地發(fā)展和完善。沒有技術(shù)開發(fā)能力，將來系統(tǒng)就無法升級(jí)換代，無法滿足用戶的進(jìn)一步要求。
·性能價(jià)格比 在考慮上述四個(gè)方面以后，再來考慮價(jià)格問題才比較全面。這就是所謂的性能價(jià)格比問題。單純地看價(jià)格，不看性能，不看可靠性，不看技術(shù)服務(wù)和技術(shù)開發(fā)能力，其結(jié)果可能是適得其反。
