PC数控系统在实习中的可靠性研究

摘 要：文章对数控机床的PC数控系统在实习中的可靠性进行了研究。对比传统数控机床，通过GH410高速雕铣机在实习教学中的使用分析了PC数控系统存在的可靠性问题，并提出了解决方案。提高机床设备的抗干扰能力，可以改善PC数控系统在使用中的稳定性。

关键词：PC数控系统；高速雕铣机；可靠性

数控系统发展至今，已可以由PC和软件配合运动控制板完成对数控机床的控制。在WINDOWS界面下可实现多窗口操作，编程与加工互不影响，使用过程更加方便、快捷、高效，已经具有明显优势，但要大面积推广，需要其在实际生产中具备一定的可靠性。

用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法，称为数控加工，具体说就是在数控机床上进行零件自动加工的一种工艺方法。在传统的手动机械加工中，整个过程都需要经过人工操纵机械来实现，很难满足复杂零件对加工的要求，数控机床则可以选定复杂型面作为加工对象，可以解决普通加工方法难以解决的问题。是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。

1 数控机床发展现状

与传统机床加工相比，数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中[1]。工序集中带来巨大的经济效益，既减少机床占地面积、节约厂房，又减少甚至减少了中间环节，省时省力。数控机床加工时，不需人工控制刀具，带来的好处也较为明显。由于自动化程度较高，对操作工人的要求降低。数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力，在一定程度上降低了工人的劳动强度。所制造生产的产品质量稳定，加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床能力强，特别适合不许报废的零件、新品研制、急需件的加工。

传统的通用机床，柔性好但效率低下，而传统的专用机床，虽然效率很高但对零件的适应性很差。使用数控机床就不会涉及到这些问题，只要改变程序，就可以加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，可以更好的适应市场竞争。

得益于这样的优势，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国也正处于发展阶段。数控机床如今已是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。

2 PC数控系统

数控系统即是数控机床的重要组成部分，也是数控机床的核心，相当于数控机床的大脑。它主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。所有工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。根据输入的数据，把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息经过计算处理，插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。

截至到目前，从硬件结构上讲数控系统到目前为止可分为两个阶段共六代，第一阶段为数值逻辑控制阶段，其特征是不具有CPU，依靠数值逻辑实现数控所需的数值计算和逻辑控制，包括第一代是电子管数控系统，第二代是晶体管数控系统，第三代是集成电路数控系统；第二个阶段为计算机控制阶段，其特征是直接引入计算机控制，依靠软件计算完成数控的主要功能，包括第四代是小型计算机数控系统，第五代是微型计算机数控系统，第六代则是PC数控系统。

由于上世纪90年代开始，PC结构的计算机应用的普及推广，PC构架下计算机CPU及外围存储、显示、通讯技术的高速进步，制造成本的大幅降低，导致PC构架数控系统日趋成为主流的数控系统结构体系[2-3]。PC数控系统的发展，形成了数字控制加个人电脑的过渡型结构，既保留传统NC硬件结构，仅将PC作为交互界面。机床制造商可以在开放系统的平台上增加一定的硬件和软件构成自己的系统。当前在市场上开放系统基本上有两种，一种是CNC加PC主板，即把一块PC主板插入传统的CNC机器中，PC板主要运行非实时控制，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时控制。另一种是PC加运动控制板，即把运动控制板插入PC机的标准插槽中作实时控制用，而PC机主要作非实时控制。第六代数控系统界面开放，越来越受到机床制造商的欢迎，成为NC技术的发展趋势之一。

3 PC数控系统在实习中的可靠性

GH410高速雕铣机，是通过PC加运动控制板控制的机床，以DEC4T运动控制卡为控制系统，DEC4T是基于PC机，专门用于控制步进电机和数字伺服电机的运动控制器，最多可控制4轴4连动，进行直线和圆弧插补等运动，也可以多个控制器链接控制更多的运动轴[4]。配合Windows平台下的EDITACS数控软件一同使用，此软件功能齐全，可以安装在普通的PC上使用，它不仅是一个包含钻床，铣床，镗床，雕刻机和加工中心控制功能的理想数控软件，也是一个高度开放的开发平台，可以直接控制各种工业自动化设备。应用此软件控制机床，可以使整个运动控制过程变得非常方便。此运动控制卡以及配套控制软件，皆为德国MOVTEC公司产品，该公司一直以来从事专业运动控制产品的开发、生产和销售。

购买此型号机床，主要用于工科学生实训操作，希望可以让学生把理论知识和实际集合在一起，培养学生的实践动手能力，先进数控系统的引入也显得尤为重要，得益于PC数控系统的种种优势，工件的建模与编程变得更加快捷，操作机床也变得十分方便。但在使用过程中机床也频繁的出现过一些匪夷所思的故障，具体表现为三种：（1）机床在工作时主轴在无任何征兆的前提下会不时的向Z轴负方向滑行，加工完成后工件尺寸难以得到保证，更为严重时会在EDITACS数控软件控制端出现“X轴滑差”提示，使得机床干脆无法继续工作。（2）机床在工作时不按指定的数控程序运行，出现乱走刀现象，也由此经常发生撞刀现象，对机床本身和操作人员的安全都构成了一定威胁，使整个加工过程难以完成。（3）机床常常在无任何预兆的情况下脱离控制，EDITACS数控软件控制端一切正常，没有任何问题提示，坐标数值变化与正常加工时无异，但在机床端没有相应的运动现象产生，静止不动。

为解决这几种问题，虽然无从下手，但通过长期对异常现象的观察和总结，也尝试了很多方法，比如重新安装电脑的操作系统和机床控制软件、清理电脑内部和机床内部灰尘、把电控柜里的普通电线换成屏蔽线、强电和弱电分别走线、重新调试驱动器参数、更换新的驱动器和伺服电机，甚至是重新组装机床本体，但问题都不见改善，至今依旧存在。但也在探索过程中发现一些可使问题有轻微缓解的方法，比如注重电控柜通风降温、使用加床工作时间不要过长、控制机床加工过程中走刀速度略低于默认速度等。

4 结束语

由此分析，以PC加运动控制板来实现控制的第六代数控系统在数控加工中的优势体现较为明显，是今后数控系统的发展趋势。但其对所控机床本体的结构要求比较严格，要求机床具备较强的抗干扰能力，以提高日常工作的稳定性，否则很难在实际加工生产中得到广泛的应用。

参考文献

[1]杨进民.数控铣床过象限现象分析与解决[J].机床与液压，2011（39）：116-118.

[2]邱润生，王惠荣.基于PC+运动控制卡的开放式数控系统的研究[J].宁夏工程技术，2006（4）：350-353.

[3]李刚，杨继东，等.基于PC的开放式数控系统的开发[J].机床与液压，2006（4）.

[4]康榜联，文怀兴.基于PC的雕铣机数控系统的研究[J].机械制造与研究，2007：74-76.

作者简介：李康（1985-），男，汉族，吉林省吉林市人，本科，助理实验师，主要研究方向：数控加工技术。