CNC裝置的構(gòu)成與原理

1、本章重點(diǎn)：（1）了解CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及基本原理，正確理解CNC系統(tǒng)軟件功能以及CNC系統(tǒng)工作過程。（2）了解機(jī)床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制要求，熟練掌握步進(jìn)電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、主軸電機(jī)的工作原理、特性，正確理解交流變頻調(diào)速控制的工作原理。（3）熟練掌握光柵、光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器的原理與應(yīng)用。第一節(jié) CNC裝置的構(gòu)成與原理一、CNC裝置的構(gòu)成CNC裝置由硬件和軟件兩大部分組成。二、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)1.單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置，由于只有一個微處理器，因此多采用集中控制，分時處理的方式完成數(shù)控的各項任務(wù)。單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置分為專用型CNC裝置和通用型CNC裝置。專用型CNC裝置的

2、硬件是由制造廠專門設(shè)計和制造的，因此不具有通用性。通用型CNC裝置指的是采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)（如工業(yè)PC機(jī)）構(gòu)成的CNC裝置。（1）微處理器和總線微處理器CPU由運(yùn)算器及控制器兩大部分組成。運(yùn)算器對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，控制器則是將存儲器中的程序指令進(jìn)行譯碼，并向CNC裝置各部分順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號，并且接收執(zhí)行部件的反饋信息，從而決定下一步的命令操作?？偩€是CPU與各組成部件、接口等之間的信息公共傳輸線?？偩€由地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三總線組成。（2）存儲器CNC裝置的存儲器包括只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存儲器（RAM）兩類。 CNC裝置的系統(tǒng)程序存放在只讀存儲器EPROM之中

3、。零件加工程序、機(jī)床參數(shù)、刀具參數(shù)等存放在有后備電池的 RAM中，斷電后，信息仍被保留。數(shù)控中各種運(yùn)算的中間結(jié)果，需顯示的信息、數(shù)據(jù)，運(yùn)行中的狀態(tài)，標(biāo)志信息等均放在隨機(jī)存儲器RAM中，它可以隨時讀出和寫入，斷電后，信息就消失。（3）位置控制器它主要用來控制數(shù)控機(jī)床各進(jìn)給坐標(biāo)軸的位移量，需要隨時把插補(bǔ)運(yùn)算所得的各坐標(biāo)位移指令與實(shí)際檢測的位置反饋信號進(jìn)行比較，并結(jié)合有關(guān)補(bǔ)償參數(shù)，適時地向各坐標(biāo)伺服驅(qū)動控制單元發(fā)出位置進(jìn)給指令，使伺服控制單元驅(qū)動伺服電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。位置控制是一種同時具有位置控制和速度控制兩種功能的反饋控制系統(tǒng)。（4）PLCPLC是用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床強(qiáng)電的繼電器邏輯控制，利用PLC的邏輯運(yùn)

4、算功能實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量的控制。（5）MDI/CRT接口MDI接口即手動數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)據(jù)通過操作面板上的鍵盤輸入。CRT接口是在CNC軟件配合下，在顯示器上實(shí)現(xiàn)字符和圖型顯示。近年來已開始出現(xiàn)平板式液晶顯示器（LCD）。（6）I/O接口CNC裝置與機(jī)床之間的來往信號通過I/O接口電路來傳送。（7）通信接口該接口用來與外設(shè)進(jìn)行信息傳輸，如上一級計算機(jī)、其他CNC等。2. 多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器CNC裝置多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個微處理器分管各自的任務(wù)，形成特定的功能單元。多微處理器CNC裝置一般采用緊耦合結(jié)構(gòu)（有集中的操作系統(tǒng)，共享資源）和松耦合結(jié)構(gòu)（有多重操作系統(tǒng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)并行處理）。多微處

5、理器CNC裝置具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性，且結(jié)構(gòu)緊湊，可使故障對系統(tǒng)的影響降到最低限度，其運(yùn)算速度有了很大的提高，因此更適合于多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。三、標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)1. 軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）多任務(wù)并行處理1）CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性在許多情況下，管理和控制的某些工作必須同時進(jìn)行。在單CPU數(shù)控系統(tǒng)中，其軟件結(jié)構(gòu)采用前后臺型和中斷型的軟件結(jié)構(gòu)；而在多CPU數(shù)控系統(tǒng)中，通常是各個CPU分別承擔(dān)一項任務(wù)，然后通過它們之間相互通信、協(xié)調(diào)工作來完成控制。2）CNC系統(tǒng)的多任務(wù)并行處理并行處理是指計算機(jī)在同一時刻完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。（2）實(shí)時中斷處理1）

6、前、后臺軟件結(jié)構(gòu)的中斷模式前臺程序是一個實(shí)時中斷服務(wù)程序，它完成全部的實(shí)時功能，如插補(bǔ)、位置控制等；而后臺程序即背景程序，其實(shí)質(zhì)是一個循環(huán)運(yùn)行程序，它完成管理及插補(bǔ)準(zhǔn)備等功能。2）中斷型軟件結(jié)構(gòu)的中斷模式除了初始化程序之外，系統(tǒng)軟件中所有任務(wù)模塊均被安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中。2. CNC系統(tǒng)軟件的工作過程（1）輸入CNC系統(tǒng)中的零件加工程序，一般是通過鍵盤、磁盤或紙帶閱讀機(jī)等方式輸入的。（2）譯碼譯碼就是將輸入的零件程序翻譯成本系統(tǒng)所能識別的語言。（3）數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理即預(yù)計算，通常包括刀具長度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償、進(jìn)給速度換算和機(jī)床輔助功能處理等。（4）插補(bǔ)運(yùn)算在實(shí)際的CNC系統(tǒng)中，常采用軟件粗插補(bǔ)，硬件精插補(bǔ)。（5）位置控制將插補(bǔ)計算的指令位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電動機(jī)。（6）輸出完成伺服控制，反向間隙、絲杠螺距補(bǔ)償處理及M、S、T輔助功能，還完成CNC與PLC之