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1、第五講 計算機數(shù)控系統(tǒng)課程名稱數(shù)控加工技術(shù)課時2序 號1授課班級日期教學方式講 授課題第二章 數(shù)控機床各組成部分的結(jié)構(gòu)及其控制原理第一節(jié) 計算機數(shù)控系統(tǒng)任課教師黃 暉教學主要內(nèi)容、目的、要求、重點與難點、復習、提問、備注、布置作業(yè)等教 學 主 要 內(nèi) 容CNC系統(tǒng)的組成與特點,CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu),CNC系統(tǒng)的控制原理:(一)零件程序的輸入,(二)譯碼,(三)刀具補償,(四)速度控制,(五)插補計算1目 的要 求1、了解CNC系統(tǒng)的組成與特點2、熟悉CNC系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)3、理解CNC系統(tǒng)的基本工作過程重 點CNC系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu),CNC系統(tǒng)的控制原理。難 點CN

2、C系統(tǒng)的控制原理:刀具補償、插補計算。作 業(yè)備注對CNC系統(tǒng)的控制原理內(nèi)容要注意啟發(fā)學生,避免枯燥。教學過程及內(nèi)容:一、CNC系統(tǒng)的組成與特點CNC系統(tǒng)由硬件和軟件組成,其組成框圖如圖2-1所示。計算機(軟件功能) 硬件電路(硬件功能)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床指令輸入圖2-1 CNC系統(tǒng)的組成框圖根據(jù)上述組成框圖,CNC系統(tǒng)有如下特點:(1)靈活性(2)通用性(3)可靠性(4)數(shù)控功能多樣化(5)使用維護方便二、CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)(一)CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1、數(shù)控裝置:數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心,其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能的實現(xiàn)。數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按CNC裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)

3、構(gòu)和功能模塊(小板)結(jié)構(gòu);按CNC裝置硬件的制造方式,可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機式結(jié)構(gòu);按CNC裝置中微處理器的個數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。(1)大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)的CNC裝置由主電路板、位置控制板、PC板、圖形控制板、附加I/O板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版,其它電路板是小板,插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計算機的結(jié)構(gòu)。功能模塊結(jié)構(gòu)(2)單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)在單微處理器結(jié)構(gòu)中,只有一個微處理器,以集中控制、分時處理數(shù)控裝置的各個任務(wù)。圖2-2是單微處理器結(jié)構(gòu)圖。多微處理器結(jié)構(gòu)隨著數(shù)控系統(tǒng)功能

4、的增加、數(shù)控機床的加工速度的提高,單微處理器數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足要求,因此,許多數(shù)控系統(tǒng)采用了多微處理器的結(jié)構(gòu)。若在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器,每個微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進行連接,共享系統(tǒng)的公用存儲器與I/O接口,每個微處理器分擔系統(tǒng)的一部分工作,這就是多微處理器系統(tǒng)。如圖2-3所示的數(shù)控系統(tǒng)帶有4個CPU。目前使用的多微處理器系統(tǒng)有三種不同的結(jié)構(gòu),即主從式結(jié)構(gòu)、總線式多主CPU結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。2、輸入/輸出裝置3、驅(qū)動裝置4機床電器邏輯控制裝置上述四部分之間通過I/O接口互連。(二)CNC系統(tǒng)硬件各基本組成部分的功能1、微處理器(CPU)和總線:(1)微處理器:有運算器

5、和控制器組成。運算器主要對數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算??刂破鲗⒋鎯ζ髦械闹噶钸M行譯碼,向CNC裝置各部分按順序發(fā)出操作的控制信號,并接受執(zhí)行部件的反饋消息,從而決定下一步操作指令。(2)總線:是CPU和各組成部件、接口之間信息的公共傳輸線。2、存儲器:用于存放程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)。3、位置控制器:將經(jīng)過插補運算得到的控制信號送往位置控制單元。4、可編程控制器(PLC):利用邏輯運算實現(xiàn)機床的順序控制,在數(shù)控機床上替代傳統(tǒng)機床強電的繼電器邏輯控制。三、CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)(一)CNC系統(tǒng)軟件的組成CNC軟件分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。1、CNC系統(tǒng)軟件:是為實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件,也叫控制軟

6、件,存放在計算機EPROM內(nèi)存中。一般包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。(1)輸入數(shù)據(jù)處理程序它接收輸入的零件加工程序,將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理,并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算,或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常,輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內(nèi)容。 輸入程序譯碼程序數(shù)據(jù)處理程序(2)插補計算程序CNC系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù),如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結(jié)果,分別向各坐標軸發(fā)出進給脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動工作臺或刀具作相應(yīng)的運動,完成程序規(guī)定的加工

7、任務(wù)。CNC系統(tǒng)是一邊插補進行運算,一邊進行加工,是一種典型的實時控制方式,所以,插補運算的快慢直接影響機床的進給速度,因此應(yīng)該盡可能地縮短運算時間,這是編制插補運算程序的關(guān)鍵。(3)速度控制程序速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率,以保預定的進給速度。在速度變化較大時,需要進行自動加減速控制,以避免因速度突變而造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。(4)管理程序管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過程服務(wù)的各種程序進行調(diào)度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。(5)診斷程序診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障,并指出故障的類型。也可以在運行前或故

8、障發(fā)生后,檢查系統(tǒng)各主要部件(CPU、存儲器、接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng)等)的功能是否正常,并指出發(fā)生故障的部位。(二)CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)較常見的CNC軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺型軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟件結(jié)構(gòu)。1、前后臺型軟件結(jié)構(gòu)前后臺型軟件結(jié)構(gòu)將整個CNC系統(tǒng)軟件分為前臺程序和后臺程序。2、中斷型軟件結(jié)構(gòu)四、數(shù)控系統(tǒng)的基本工作過程(一)零件程序的輸入1、輸入內(nèi)容:零件程序、控制參數(shù)和補償數(shù)據(jù)等。2、輸入方式:存儲方式、NC方式(二)譯碼所謂譯碼,指的是將輸入的數(shù)控加工程序段按一定規(guī)則翻譯成數(shù)控裝置中的計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式,并按約定的格式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。(三)刀具補償經(jīng)過譯碼后得到的數(shù)據(jù),還不能直接用于插補控制,要通過刀具補償計算,將編程輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡的數(shù)據(jù)才能用于插補。刀具補償分為刀具長度補償和刀具半徑補償。(四)進給速度在零件數(shù)控程序中,F(xiàn)指令設(shè)定了進給速度。速度控制的任務(wù)是為插補提供必要的速度信息。由于各種CNC系統(tǒng)采用的插補法不同,所以速度控制計算方法也不相同。(五)插補零件程序經(jīng)過譯碼、刀補計算和速度計算后,緊接著就是插補和位控,其中插補是數(shù)控系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。數(shù)控加工程序中,一般都已知運動軌跡的起點坐標、終點坐標和軌跡的曲線方程。另外,還要根據(jù)機床參數(shù)和工藝要求給出刀具長度、刀具半徑和主軸轉(zhuǎn)速、

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