机加工数控系统的电气控制水平的优劣对数控机床的影响有多大？
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发表时间：2020-05-03 16:16:46
还记得汤不热大师还不能称为大师的时候，有一次我和他探讨了数控系统和机械部件到底哪个部分对机床的影响大。当时大师还在福建某隆机械公司从事电气设计的工作，他说搞电气的人，一致认为机械对精度影响最大，而搞机械的人都认为机械部分技术含量低，对高精度设备和技术工人依赖程度大，机床的精度还要靠高精度的电气控制系统来实现。当时探讨了半天，也没有明确的结论
数控机床之所以区别于传统机床，最主要的原因就是它拥有属于自己的“大脑”——数控系统，可以不像传统机床一样需要工人全程手动操作。很多人都想知道，自动化系统对于数控机床的影响到底有多大？“制造技术研究社”通过多方整理，总结出本文，希望能够给各位一些小小的帮助。
要明白数控系统对数控机床的影响，首先要知道数控系统的结构。（可参见本社转载汤彩萍老师文章《不了解机床结构和动作，谈什么控制？》）数控系统主要是由人机交互界面+数控核心+可编程逻辑控制器+驱动组成，其中人机交互界面用于人机交互；数控核心则是数控系统的核心，用于轨迹的计算，位置的调节，和相关的控制，如加速度，刀具数据，零点偏移，以及各种复杂的机床功能。可编程逻辑控制器则用于机床逻辑的控制，如刀库，液压设备等；驱动则是执行机构，对电机的电流环和速度环进行调节，使其能快速准确的完成数控核心发出的指令。
数控系统对于数控机床来说不仅仅是一个配件，还可以说是全套的解决方案，这其中又包括了硬件和软件两部分，只有当软硬结合，以及数控系统中的人机交互界面、数控核心、可编程逻辑控制器、驱动协同配合，共同完成机床的控制，才能保证机床的高精度，高质量。因此，数控系统的好坏就会直接影响数控机床的精度和效率。
一般情况下，大众所定义的“好数控系统”都会配置高端的伺服电机。好的数控系统可以提供多种类型的电机供用户选择，如高动态电机、大惯量电机等。用户可以根据机床不同的要求，选择不同特性的电机。好的伺服电机一般也会有更高的编码器分辨率，分辨率越大，速度波动就越小。具有高分辨率编码器的电机控制起来将会更加平稳，精度更高。
业内人士都知道，电机与机械间会有很多的弹性连接(如弹性联轴器)，经过一系列的弹性环节会使得机床在传动过程中存在细微的误差，而系统此时只知道电机的反馈，并不知道传动中的误差，因此实际的控制精度会受此影响。针对这种情况，中高端的数控系统可以接入光栅尺作为直接测量系统形成“全闭环”，这样一来系统就可以直接通过光栅尺得到机械的实际反馈来进行控制与调节，从而提高机床的精度。
如今，很多高端数控系统都已经能够做到超过纳米级的计算精度。这也意味着高端数控系统可以提供更高的控制精度，从而达到更理想的插补轨迹。不仅如此，机床在生产过程中难免会受到外部环境干扰而产生的振动影响，如冷却设备、液压设备，或者其他机床等。这一类问题一般可以通过光栅尺测出位置偏差来发现这些干扰，但却很难通过调整机床的动态响应参数来抑制和消除。而高端数控机床往往可以通过类似西门子APC(Advance Position Control)高级定位控制功能一样的方法来抑制外部干扰，从而进一步提高机床加工性能。
在CCMT2018展会上山崎马扎克(中国)有限公司总裁助理李金和先生曾讲到，第七代CNC系统的人机对话功能经过二十多年的发展，如今愈发显示出其优越的实用性能，在计算机如此发达的今天，很多数控设备还需要人来进行操控，而马扎克的控制系统就可以通过日常对话式的语言来进行程序编辑，不仅为用户提供了便利，也在很大程度上节约了人员方面的生产成本。仅从这一点来看，高端数控系统就展现出了其不同寻常的优越性能。
虽然说数控机床的核心还是在于机床本身，良好的机械性能才是基础，但一套好的、高质量的数控系统却可以将机床优良的机械性能发挥得更加淋漓尽致，达到锦上添花的目的。
总体来看，机械部分对机床的最大作用在于对各个部件的支撑作用，保证导轨、丝杆、分度头运动的准确性。而电气部分，尤其是数控系统，是为了实现机床运动的高度自动化。实际上，这个问题就是准确性和自动化到底哪个因素更加重要？
数控机床之所以区别于传统机床，最主要的原因就是它拥有属于自己的“大脑”——数控系统，可以不像传统机床一样需要工人全程手动操作。很多人都想知道，自动化系统对于数控机床的影响到底有多大？“制造技术研究社”通过多方整理，总结出本文，希望能够给各位一些小小的帮助。
要明白数控系统对数控机床的影响，首先要知道数控系统的结构。（可参见本社转载汤彩萍老师文章《不了解机床结构和动作，谈什么控制？》）数控系统主要是由人机交互界面+数控核心+可编程逻辑控制器+驱动组成，其中人机交互界面用于人机交互；数控核心则是数控系统的核心，用于轨迹的计算，位置的调节，和相关的控制，如加速度，刀具数据，零点偏移，以及各种复杂的机床功能。可编程逻辑控制器则用于机床逻辑的控制，如刀库，液压设备等；驱动则是执行机构，对电机的电流环和速度环进行调节，使其能快速准确的完成数控核心发出的指令。
数控系统对于数控机床来说不仅仅是一个配件，还可以说是全套的解决方案，这其中又包括了硬件和软件两部分，只有当软硬结合，以及数控系统中的人机交互界面、数控核心、可编程逻辑控制器、驱动协同配合，共同完成机床的控制，才能保证机床的高精度，高质量。因此，数控系统的好坏就会直接影响数控机床的精度和效率。
一般情况下，大众所定义的“好数控系统”都会配置高端的伺服电机。好的数控系统可以提供多种类型的电机供用户选择，如高动态电机、大惯量电机等。用户可以根据机床不同的要求，选择不同特性的电机。好的伺服电机一般也会有更高的编码器分辨率，分辨率越大，速度波动就越小。具有高分辨率编码器的电机控制起来将会更加平稳，精度更高。
业内人士都知道，电机与机械间会有很多的弹性连接(如弹性联轴器)，经过一系列的弹性环节会使得机床在传动过程中存在细微的误差，而系统此时只知道电机的反馈，并不知道传动中的误差，因此实际的控制精度会受此影响。针对这种情况，中高端的数控系统可以接入光栅尺作为直接测量系统形成“全闭环”，这样一来系统就可以直接通过光栅尺得到机械的实际反馈来进行控制与调节，从而提高机床的精度。
如今，很多高端数控系统都已经能够做到超过纳米级的计算精度。这也意味着高端数控系统可以提供更高的控制精度，从而达到更理想的插补轨迹。不仅如此，机床在生产过程中难免会受到外部环境干扰而产生的振动影响，如冷却设备、液压设备，或者其他机床等。这一类问题一般可以通过光栅尺测出位置偏差来发现这些干扰，但却很难通过调整机床的动态响应参数来抑制和消除。而高端数控机床往往可以通过类似西门子APC(Advance Position Control)高级定位控制功能一样的方法来抑制外部干扰，从而进一步提高机床加工性能。
在CCMT2018展会上山崎马扎克(中国)有限公司总裁助理李金和先生曾讲到，第七代CNC系统的人机对话功能经过二十多年的发展，如今愈发显示出其优越的实用性能，在计算机如此发达的今天，很多数控设备还需要人来进行操控，而马扎克的控制系统就可以通过日常对话式的语言来进行程序编辑，不仅为用户提供了便利，也在很大程度上节约了人员方面的生产成本。仅从这一点来看，高端数控系统就展现出了其不同寻常的优越性能。
虽然说数控机床的核心还是在于机床本身，良好的机械性能才是基础，但一套好的、高质量的数控系统却可以将机床优良的机械性能发挥得更加淋漓尽致，达到锦上添花的目的。
总体来看，机械部分对机床的最大作用在于对各个部件的支撑作用，保证导轨、丝杆、分度头运动的准确性。而电气部分，尤其是数控系统，是为了实现机床运动的高度自动化。实际上，这个问题就是准确性和自动化到底哪个因素更加重要？
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