前言

FANUC的新一代NGC(NEXT GENERATION CONTROLLERS) 数控系统(以下简称为NGC系列)包括3个系列：

1) 0i系列：高可靠性和高性能价格比的CNC， 该系列包括FS0i/0i Mate-MODEL C；

2) 16i系列：适合于各种数控机床的高速、高精、纳米CNC，该系列包括FS16i/18i/21i-MODEL B；

3) 30i系列：适合于先进、复合、多轴、多通道、纳米CNC，该系列包括 FS30i/31i/32i- MODEL A。

这三个系列的CNC数控系统是FANUC公司新近开发的数控系统。涵盖低端到高端， 并配合开发各种规格的高性能、高精度的旋转和直线移动的伺服电机（包括传感器）、伺服放大器和作为维修、调试的应用工具软件的“操作指南”、“伺服指南”、 “TURN MATE i”等，构成了完整的系列。

图1 FANUC新一代NGC数控系统

这些系列的数控系统主要特点为：

表1

一、可以满足从低端到高端的需要

从一般的车床、铣床、加工中心、磨床到功能齐全的复杂、先进的复合、高精、高速和高效、多轴联动、多工位、多通道数控机床等，都能满足，也可以适应从金切机床到冲压成形机床的不同品种的需要。FANUC的NGC系列低端CNC为FS0i/0i Mate-MODEL C，是非常小型化的高可靠性、高性能价格比的数控系统。其中FS0i - MODEL C最多可以进行4轴控制，它的功能以功能包形式划分为A、B两种，以便更适合不同机床的档次，比如对A功能包，可以用于模具加工。而FS0i Mate-MODEL C，最多可以控制3轴，并具有操作工具“操作指南0i ”及“TURN MATE i”。

比较FANUC在80年代开发的0C系列，0i具有更快的速度。以上表1为这两种系统分辨率和快速进给率的比较：

从表1可以看出，0C、0D；0i、16i是在两种同样的硬件平台下对数控功能进行增减 而开发出来的，在同样的分辨率下，NGC系列具有更快的快速进给率，也就是它具有更快的处理能力，因而可以获得更高的速度，更高的精度。即使在NGC系列的最低端产品0i-C也比0C具有更快的处理能力。NGC系列最高端产品30i在系统分辨率为1nm时，最高速度可达到1m/min。

二、采用最新的硬件技术

NGC的30i系列采用了最新的超高速微处理器。另外，CNC内部的总线也实现了高速化的处理，因而大幅度提高了构成系统的CNC处理器、PMC处理器、数字伺服处理器之间的数据传输速度。

对16i和30i系列，把CNC系统的数控功能板安装在显示器背面，这种显示器一体型的CNC使系统变成其厚度只有60mm超小型、超薄型的控制装置，大幅节省了机床的CNC系统安装空间，从而也为机床的小型化做出了贡献。另外，还为用户开发了显示器和CNC控制装置相互分离的显示器分离型CNC。与以往的CNC相比，在最大配置时，节省了二分之一的安装的空间。

对30i系列，为了提高系统的操作性，显示器采用了15英寸的宽屏彩色液晶显示器，该装置具有1024点×768点，将丰富多彩的信息显示在屏幕上。另外，除了在液晶显示器的下面配备的横排软键外，还在液晶显示器的旁边新设了竖排软键。利用横竖两排软键，可方便地进行屏幕操作。

显示器前面还配置了一个PCMCIA接口。在这种情况下，使用微型闪存卡，可以将存储卡完全插入CNC控制装置进行DNC的运行。作为用来将各类数据输入到CNC中的键盘，新设立了与PC机的键盘相同排列的QWERTY（标准的传统键盘）。由于可以像操作PC机一样地输入数据，熟悉PC机操作的用户可以驾轻就熟地操作CNC。CNC的显示器除了15英寸彩色显示器外，还备有10.4、8.4、7.2英寸彩色显示器。另外，备有标准机床操作面板，允许用户对不同的机床按键进行自定义。

NGC系列采用高速光缆FSSB将CNC与多个伺服放大器串行联接，FANUC串行伺服总线 FSSB，传送速度比以往提高2倍以上。1根光缆最多可以控制16轴伺服电机。采用高速DSP和高速FSSB传送伺服控制信号，实现31.25μs的伺服电路控制周期。由于采用光缆传送信号，速度高；同时大大减少了连接的电缆，因此也大大提高了可靠性。

表2 16i系列的控制轴数

三、多轴、多通道的数控系统

NGC系列新开发的16i系列，轴数有了明显的增加，表2是16i系列的轴数，其中括弧内为旧16i系列的轴数据。

NGC系列中30 i系列的规格如表3，该系列具有先进的扩展功能，可实现对10个路径、32个伺服轴和8个主轴的控制，可用于各种大型机床，复合机床和自动车床。使用一台CNC就可以实现机床制造厂所要求的具有特殊的复合控制技术的多路径，多轴的机床控制。该系统也适用于多轴和多路径车床和高效自动车床，龙门或需要多坐标轴的多头机床，需要巨大推力的有许多直线电机驱动的机床。

表3 30i系列的规格

为了要独立地控制32个伺服轴和8个主轴，每个轴都要对单独的名称进行命名，该系列轴的名称字符可扩展到3个字符，使用此功能就可以实现与机床规格和路径号相匹配的轴的名称进行编程。

5轴加工是一种先进的加工。NGC系列中，FS16 i-MODEL B， FS18 i-MODEL B5， FS30 i-MODEL A， FS31 i-MODEL A5；均可以进行5轴加工。5轴加工机床的配置大致可分为“刀具旋转型”、“转台旋转型”、“混合型”（刀具/转台均旋转）。每种型式具有不同的配置。因此以上系统的5轴加工功能，不管是哪种机械配置，都可以与之对应。NGC系列具有丰富的5轴加工功能，这些功能主要为：

1) 用于5轴加工的刀具中心点位置控制：5轴加工机床的加工程序在大多数情况下以小程序块指定，许多用户希望以简便而较少的程序段来编制复杂的加工轮廓。根据这个需求，可采用5轴加工的刀具中心位置控制功能。不管刀具的方向怎么变换，刀尖的路径以及速度都按照程序指定的路径及速度进行自动控制。它除了与“直线插补命令”对应外，还与“圆弧插补命令”对应。程序指令格式除了“指定旋转轴的角度的方法”外，还 有“指定刀具的倾斜度的方法”。在旋转轴的机械配置和刀具轴名称不同的机床上，也可以相同的程序进行加工。

2) 倾斜面加工命令：在对工件上的某个倾斜面进行钻孔或铣槽等形状加工时，通过指定加工面为XY平面，编程工作就会变得很简单。倾斜面加工命令可以实现这种指定方式，同时，不需要指定刀具的方向，就可以使刀具以垂直于倾斜的加工面的方式自动地定位刀 具。这个功能使在倾斜的加工面上的编程变得很简单。

3) 用于5轴加工的手动进刀：通过手轮、JOG和增量进给，可以轻而易举地使刀具沿着斜面 移动，或使刀具沿着斜面的刀具方向移动，或者在保持刀尖位置的情况下改变刀具的移动方向。这样，也就减轻了操作人员对准备作业的负担。

4) 5轴加工用的刀具半径补偿，可以在垂直于刀具方向的补偿平面上针对指令路径在右/左侧进行刀具半径补偿。

由专用的处理器和最新的专用的LSI组成的PMC，对大量的顺序控制进行高速处理。

可以在1台PMC上执行最多3个路径各自独立的梯形程序。每个梯形程序具有其自身独立的数据区，因而可以进行具有较高独立性的模块化程序的开发。可以分别创建用于装载轴控制和外围设备控制的梯形程序，并对其自由地进行添加和修改。可以根据每个用户的机床配置，简单地进行梯形程序的开发，实现机床的系统化。此外，由于不需要用于外围设备控制的外部PLC，因而可以减低系统成本。

图2 纳米插补方框图

四、具有丰富的高精、高速功能

1) 纳米插补：纳米插补产生以纳米为单位的指令给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令平滑，因而也就提高了加工表面的平滑性。通过将“纳米插补”应用于所有插补，无论是铣削加工还是车削加工，均可实现纳米级别的高质量加工。此外，除了伺服控制外，“纳米插补”还可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻丝等主轴功能。纳米插补的方框图如图2；其中HRV是“高反应矢量”控制的意义。

2) AI纳米轮廓控制功能：该功能不需要选择专用的硬件，就可以在直线插补和圆弧插补时进行纳米插补。

3) AI纳米高精度控制：使用高速的RISC处理器，以相应于机床性能的最佳进给率，在纳米插补下进行加工。为了使平滑的运动有效，可对机床的各个轴因不同惯量产生不同的偏差进行分别的加速度设定；这样可以起到以下作用：达到多程序段的平滑加减速。由判别所指令的形状进行自动进给率控制；在允许的加速度范围内对每个轴的进给率进行控制；为避免产生轨迹的误差进行插补前的加减速。

4) 加速度控制：防止由于加工形状的突然变化而产生的加速度的急剧变化，从而引起的冲击和振动，这个功能可以提高加工表面的质量，减少加工时间。

5) NURBS插补：NURBS (Non Uniform Rational B-Spline)是一种自由曲线；当采用CAD设计模具时，NURBS被广泛地用来表示自由曲线。NGC系列的16i和30i支持对NURBS曲线的编程。对于模具所需要复杂曲线的加工，最可行的是将定义CAD设计的自由曲线的函数指令给CNC控制系统。于是开发出NURBS插补的方法。允许用较少的程序段定义出由大量短直线段组成的程序。减轻了数据流的瓶颈。NURBS在用CAD进行模具设计时，自由曲线(或自由曲面)得到了广泛的应用。NURBS是自由曲线(或自由曲面)的一种形式。它除了具有整个曲线平滑的特征(1次、2次可导)外，还能表现出曲线和样条曲线所不能表现出的如椭圆、抛物线、双曲线那样的二次曲线和直线。而且，由于其表示方程式为多项式的组合，所以具有可局部地变更曲线的性能。NURBS已经在CAD中得到普及。NURBS使用控制点、节点矢量、权三个变量来表达自由曲线。如果采用该三个变量指令NC零件程序，则NC在内部生成NURBS曲线；CNC进行NURBS插补，并沿着该NURBS曲线平滑驱动机床。使加工的工件形状非常接近CAD设计的几何形状。NURBS有如下的优点：

（1）由于NURBS曲线近似小直线段，所以误差很小，精度很高。

（2）与以小线段近似的曲线比较，CNC的零件程序大大缩短。不必要以高速下载零件程序到CNC系统，而且工件的表面非常平滑。

（3）配备64位的RISC时，段处理时间可减少。

（4）进行高精加工时，进给率自动控制：在拐角自动进行加减速，进给率自动控制使之不超过机床允许的加速度率。

该系列CNC精密地按NURBS曲线插补，于是加工出的零件近似于CAD设计的几何形状。NURBS插补也支持5轴联动。