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本文針對目前國內經濟型數控系統的技術現狀，從系統使用的方便性、技術的先進性和可靠性三方面對經濟型數控系統的性能作了分析，以期為從事這方面工作的科研、生產和使用人員提供參考。本文討論的范圍是單片機數控系統，以工業PC為平臺，帶CRT顯示的屬于另一類。但文中討論的內容原則上適合于它們，只不過由于微處理機不同，二者的性能指標也應該有所不同。

1 系統使用的方便性

系統使用的方便性主要反映在系統的編輯部分。編輯部分是人和系統直接打交道的部分，即所謂人機界面。人機界面應當對用戶友好，也就是說，編輯部分應當盡量給用戶提供方便、快捷和舒適。作為一個好的系統，應該具備以下幾點性能。

·模態指令 模態指令又稱續效指令，是指一條指令不僅在本程序段內部起作用，而且在后續的程序段內仍保持作用，并可省略不寫，直到被適當的指令代替或中止。很顯然，利用模態特性可以節省程序編制工作量，所以模態是一臺數控系統應該具備的基本功能。

·多指令共段 多指令共段是指一個程序段內可以包括多種指令字。多指令不能共段，勢必增加指令的段數，是不方便的。

·輸入、檢索、修改一體化 國內許多系統在編輯時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，檢索過程不能自動出程序段號，這是很不方便的。一個好的系統應該實現輸入、檢索、修改一體化，即輸入時可以檢索、修改，檢索時可以修改、輸入，并且自動出程序段號。

·漢化按鍵 目前，國外的數控系統想打入我國市場，都盡量采用漢化的人機界面。我們自己生產的經濟型數控系統，更應采用漢化按鍵，以方便用戶。

·自動排序字母 用戶在輸入一段程序時，很難保證按字母順序輸入，而檢索時又想按字母順序查找。為方便用戶，數控系統應具有自動排序字母的功能。

·快速檢索 用戶在檢索程序時希望能迅速找到所需的程序段。因此，系統在檢索時應具有快速翻段、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 指令功能強可以大大簡化用戶的編程。例如加工一個五頭左旋蝸桿，蝸桿長度100mm，牙深3mm，模數為0.8，每頭螺紋切削分15次循環。對于這樣一個零件的加工，國內許多系統要求用戶編寫75個循環程序段，外加多頭螺紋分度時錯開一個螺距的指令。另外，還必須在指令執行前安排一道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。有的系統只用如下一條指令即可自動實現75次循環，即 G31 W100 I-3 K5 F0.8 L15 這樣顯然就方便多了。

·指令的多樣性 對于圓弧加工，圓心坐標可以用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編程雖有點不便，但它能描述整圓。一個好的解決辦法就是兩種功能都具有。

對于螺紋加工，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 技術的先進性

1) 插補速度 插補指走斜線和圓弧。一臺系統的圓弧插補速度很能反映該系統的水平。國內經濟型數控系統的圓弧插補速度一般小于600mm/min，但有的已達到1200mm/min。

2) 螺紋功能 螺紋功能最能反映一臺系統的水平。看一臺系統的螺紋功能通常從四個方面：一是自動化程度，二是高速加工能力，三是大導程加工能力，四是有無等螺距退尾功能。

·自動化程度： 螺紋加工軟件應該能夠自動判別主軸編碼器的零位信號是高電平有效還是低電平有效，無需變動硬件；能夠自動計算出主軸轉速，無須在程序中輸入主軸轉速S指令，還可避免主軸轉速輸錯導致的失誤；能夠對多頭螺紋進行自動分度，并且是沿圓周方向分度，以避免軸向分度時造成刀具碰到頂尖或工件的軸肩；能夠根據螺紋切深的正負號自動判別退尾的方向；能夠實現多次切削的自動循環。

·高速加工能力：螺紋的高速加工能力主要體現在螺紋的進給速度。螺紋進給速度=主軸轉速×導程。螺紋進給速度應達到2m/min以上。

·大導程加工能力：國內許多系統在說明書里對此提供一個公式為n≤(1200/T)-80

式中 n——主軸轉速，r/min
T——導程，mm

對于大導程T=12mm，這種系統只能在主軸轉速小于20r/min的條件下加工，很難滿足用戶要求。經濟型數控系統可以做到在加工12mm導程的螺紋時，主軸轉速提高到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，以保證螺紋連接時具有良好的密封性。系統不具有等螺距退尾功能則無法保證。

3) 速度銜接技術 步進電機運行時需要升降頻。因而從一個程序段到另一個程序段之間，步進電機是先降頻，停下，然后再升頻。當兩條輪廓曲線相交時，這個問題不大，但是當兩條輪廓曲線相切時，步進電機的這種特性將造成加工刀痕或平臺。采用速度銜接技術，可以使系統在加工過程中實現兩段程序之間的速度平滑連接，既保證了加工質量，又提高了生產率。

·手動定程和倒角 僅僅加工一個圓柱面或倒角，如果有手動定程和倒角功能，則無需編程。

·加工過程中的調速和坐標動態顯示 這項技術反映了軟件的技術水平。有些系統沒有處理好這個問題，因而在加工過程中不能調整速度，在速度大于2m/min時不能動態顯示，給用戶帶來不便。

·掉電保護運動位置和斷點運行 機床在加工過程中如果突然斷電，用戶總希望系統能夠記下當時位置，等來電時再從該處繼續運行，這樣可以避免工件的報廢。掉電保護運動位置和斷點運行功能能夠解決上述問題。

·電動刀架控制器 電動刀架控制器是數控車床故障率較高的一個部分。一般的刀架控制器采用繼電器邏輯控制線路來實現電動刀架自動換刀的控制。在這種邏輯控制線路中使用的元器件數量多，特別是使用了近10只帶有機械觸點的繼電器，可靠性很差。有的數控系統采用軟件控制換刀，僅使用兩只接觸器，使電動刀架控制的可靠性大幅度提高。

·自動對刀 在數控車床上常配備電動刀架。電動刀架上幾把刀具的相對位置在加工前必須知道。如果采用手工試切對刀，費時、費力、費料。采用自動對刀技術，對刀簡單、迅速、準確，對4把刀只需幾分鐘。

·閉環控制 閉環控制技術可以自動補償機械傳動部件的變形、間隙以及傳動誤差，從而保證機床的加工精度。

·細分技術 細分控制技術是當前經濟型數控系統的一項重要技術。它的優點：一是有效地解決了步進電機的低頻振蕩問題，使步進電機在低速時運轉平穩，不再丟步。二是使數控機床脈沖當量細化，例如十細分使原來的0.01mm的脈沖當量變為0.001mm，從而提高了控制精度。三是細分控制技術還能使步進電機在低速時輸出扭矩增大約30%。

·PLC功能 有些機床不僅需要數控系統以實現精確的定位或軌跡控制，而且希望系統具有可編程邏輯控制器(PLC)的功能，以實現開關量的邏輯控制。當然，用數控系統+ PLC控制器可以實現上述要求，但畢竟又費錢又麻煩。如果數控系統本身帶有PLC功能，而且PLC部分的編程又采用大家習慣的梯形圖編程，那將是用戶所歡迎的。

·VMOS驅動技術 影響系統可靠性的一個重要因素是步進電機驅動電源。采用功率晶體三極管的驅動電源線路復雜，功耗大，特別是由于晶體管的二次擊穿問題，導致了大功率晶體管驅動電源的可靠性差。VMOS管沒有二次擊穿問題，線路簡單，功耗小，開關速度高，可靠性大大提高。所以一個好的系統應具有VMOS驅動技術。

3 系統的可靠性

看一臺系統的可靠性如何，應注意以下五個方面。

1) 系統設計 作為一個工業控制微機，系統設計應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) 生產條件 系統生產規范，具有嚴格的元器件篩選、老化、檢驗、測試能力。整機在出廠前要在45℃的溫度下連續運行48h不出問題，如此等等才能保證系統可靠。
3) 驅動技術 采用先進的VMOS驅動技術，要比大功率晶體管驅動可靠得多。
4) 刀架控制器 電動刀架控制器采用軟件控制，要比有觸點的繼電器開關邏輯控制可靠得多。
5) 結構設計 國內的系統通常有兩個通風口，一個口進風，一個口出風，風從系統內穿過。這種結構使系統在風冷的同時，也給系統內部帶來了灰塵、油煙、切屑之類。這樣的系統使用久了，很難不出毛病。一臺設計優良的系統應使系統機箱內具有正氣壓，或者讓冷卻風從系統體外經過，即采用所謂體外冷卻方式。

4 如何選擇一臺經濟型數控系統

·系統要可靠 采用上述的可靠性判別方法來判斷或從該生產廠家的老用戶處打聽使用情況。

·系統性能要滿足需求 系統插補速度低了，生產率上不去；系統螺紋技術不過關，會造成多頭螺紋車削分度時刀具碰到尾頂針或工件軸肩，高速車削時主軸轉速上不去，大導程螺紋車不了，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，既可能形成加工刀痕又降低生產率；如果需要步進電機在低頻區 (200Hz左右對于0.01mm的脈沖當量，200Hz頻率相當于120mm/min的速度)工作又不丟步，細分技術是最佳的選擇；沒有自動對刀技術，多把刀具車削時十分麻煩；沒有閉環技術，精密加工時精度不能保證；沒有PLC功能，邏輯控制無法實現等，這些都隨用戶的需求而定。

·銷售單位的技術服務能力 數控系統是工業控制微機，它是在比較惡劣的環境下工作的，很難保證不壞。另外，它又是一種技術密集性產品，用戶在掌握使用前有一個熟悉的過程。因此技術服務的好壞，對數控系統的正常使用十分重要。

·生產單位的技術開發能力 數控系統無論在硬件或軟件方面都在不斷地發展和完善。沒有技術開發能力，將來系統就無法升級換代，無法滿足用戶的進一步要求。

·性能價格比 在考慮上述四個方面以后，再來考慮價格問題才比較全面。這就是所謂的性能價格比問題。單純地看價格，不看性能，不看可靠性，不看技術服務和技術開發能力，其結果可能是適得其反。