数控系统的分类及其特点的分析

　　【编者按】机床数控系统的检测装置和反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度和人的眼睛。它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。按有无检测装置，数控系统可以分为开环与闭环数控系统，而按检测装置的安装位置又可以分为闭环与半闭环数控系统。本文针对数控系统的分类及其特点做出了具体分析。

　　下面对几种数控系统分别进行分析与研究：

　　1 开环数控系统

　　开环数控系统结构简单，没有检测和反馈装置，数控装置发出的指令信号是单向的，所以不存在系统稳定性问题。因为无位置反馈装置，所以精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。开环数控系统具有工作稳定，反应迅速，调试方便，维修简单，价格低廉等优点，在精度和速度要求不高，驱动力矩不大的场合得到广泛应用。但是长期运行或启动及结束时易产生丢步和超步的现象，很难提高加工精度。在我国，经济型数控机床一般都采用开环数控系统。（参阅数控加工时程控抑制的办法的阐述 ）

　　2 半闭环数控系统

　　半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，通过采样旋转角度而不是采样运动部件的实际位置进行检测。因此，由丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的误差难以消除。半闭环数控系统闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可以获得稳定的控制性能，而机械传动环节带来的误差可用误差补偿的方法消除，因此仍可以获得比较满意的精度。这种系统结构简单，测试方便，精度也较高，因而在现代数控机床中得到了广泛的应用。

　　3 闭环数控系统

　　由于机械传动装置的刚性、摩擦阻尼等非线性因素和传动间隙等都不包括在半闭环伺服系统环内，因而其大部分传动间隙，弹性变形，滚珠丝杠螺母的误差及滞后都对机床精度产生影响。为了解决这些问题，闭环数控系统应运而生。闭环数控系统的位置采样点，是从机床运动部件上直接引出，通过采样运动部件的实际位置进行检测，可以消除整个放大和传动环节的误差、间隙和失动，因而具有很高的位置控制精度。但是由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环数控系统的设计、安装和调试都相当困难。闭环数控系统主要应用于精度要求很高的精镗床、超精车床、超精磨床等。

　　4 双闭环数控系统

　　双闭环数控系统是半闭环和闭环控制相结合的产物，不仅具有高精度的位置控制功能，而且还具有极高的稳定性和易调试性。该系统的特点是，整个系统由内外两个位置环组成，其中内部闭环为转角位置闭环，其检测元件为装于电机轴上的光电编码盘，驱动装置为交流伺服系统，由此构成一以电机转角θo为输出，指令转角θi为输入的角度随动系统。外部位置闭环采用光栅、感应同步器等线位移检测元件直接获得机床工作台的位移信息，并以内环的转角随动系统为驱动装置驱动工作台运动。该数控系统即有较好的稳定性，又可达到很高的控制精度，具有广泛的适用范围。

   5 包含工件在内的全闭环数控系统

　　检测装置采样工作台的实际位置的闭环数控系统，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整加工余量，从而影响加工精度，尺寸分散性大。包含工件在内的全闭环数控系统，在线检测技术使在线检测系统与机床、刀具、工件组成一个全闭环系统，在线检测系统将测得的工件尺寸信号与反馈给数控机床，控制刀具进给，从而保证工件加工精度。数控系统在线检测系统由传感器、调理电路、驱动系统和单片机控制系统组成。研究设计此系统重点是解决检测装置，要求检测装置要有较好的动态性能，而动态性能主要是它的频率特性。

　　中国的制造业要实现从大国到强国，从低端到高端，数控技术是关键技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。我国的数控技术的发展呈现出前所未有的广阔前景，但与国外发达国家相比水平还较低，所以，大力发展数控技术，振兴机床行业，具有重大的现实意义和深远意义。

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