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　控制系统的设计

一、 系统总体方案选择
　　基于PC的开放式数控系统使用十分便利，使用者可以充分利用计算机的软、硬件资源，运用通用的高级计算机语言编制程序，还可以将数控系统与外部网络连接起来。这一开放式数控系统大致可以分为以下四类，即PC连接型CNC、PC嵌入型CNC、NC嵌入型PC（NC嵌入PC型）、全软件型NC。
　　考虑实际被控对象的要求以及对上述四种方案利弊的比较，NC嵌入型开放式数控系统方案的可行性较高。NC嵌入型开放式数控系统方案，即数控系统由开放体系结构运动控制卡+PC机两部分构成。开放体系结构运动控制卡通常以高速DSP作为CPU或以专用的运动控制芯片作为核心，其运动控制控制和PLC能力较强。采用NC嵌入型开放式数控系统方案的优势是，数控机床的软、硬件两方面都具有开放性：软件方面，其所有的开放性函数库能够为用户在Windows平台下自行开发所需的控制系统提供强大支持，而各种软件资源和开发工具又十分丰富，极大地降低并缩短了系统软件设计的难度和周期；硬件方面，数控核心（NCK）与硬件驱动程序都预留有标准的接口，支持系统升级。当有硬件修改要求时，只需改动硬件驱动程序。目前，很多硬件供应商在提供硬件的同时也会为客户提供相应的驱动程序，大大降低了系统升级和功能拓展时的工作量，提高了系统开发效率。NC嵌入PC型数控系统则主要由工控机（IPC）、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机及各种外部设备等组成。
二、 伺服驱动方案选择
　　伺服驱动装置是CNC装置和机床的联系环节。CNC装置发出的控制信息，通过伺服驱动装置，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动装置应具有信号放大控制能力，根据装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速度进行控制。
　　主轴伺服驱动方案选择交流变频调速方案。由于将直流电逆变成交流电的环节可操控性较强，且在频率的调节范围以及改善变频后，电动机的特性在各个方面都具有明显的优势。因此，在机床主轴驱动中，交流电动机凭借绝对优势成为开放式数控系统的主要选择。
　　伺服进给和主轴驱动是决定数控机床技术的性能和加工精度的主要因素。因此，数控机床对进给伺服电机、伺服系统的位置和速度控制以及机械传动等方面都有很高的要求。为满足数控加工精度的要求，伺服系统应具有优良的静态与动态负载特性。这样，即便在伺服系统的负载或切削条件发生变化时，仍能保持恒定的进给速度。在加工过程中，机床工作台在随机状态下，要能够根据加工轨迹的要求，随时实现正向或反向运动。在方向发生改变时，也不可以出现反向间隙和运动损失。另外，在不同的加工条件下，如，加工零件的材质、尺寸、部位以及刀具的种类和冷却方式等不同，数控机床的进给速度应在很宽的范围内实现无级变化。