文學研究表41數(shù)控系統(tǒng)的演變課件

第4章計算機數(shù)控(CNC)裝置本章主要內(nèi)容

4.1概述

4.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

4.3CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

4.4計算機數(shù)控中的PLC

4.5CNC裝置的接口電路第4章計算機數(shù)控(CNC)裝置14.1概述EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）所屬的數(shù)控標準化委員會的定義：“CNC是用一個存儲程序的計算機，按照存儲在計算機內(nèi)的讀寫存儲器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的部分或全部功能，在計算機之外的唯一裝置是接口”。ISO（國際標準化組織）的定義：“數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機床移動和加工零件”。數(shù)控系統(tǒng)的核心是完成數(shù)字信息運算、處理和控制的計算機，即數(shù)字控制裝置。

一、數(shù)控系統(tǒng)的定義4.1概述EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）所屬的數(shù)控標準2二、CNC技術(shù)的發(fā)展表4.1數(shù)控系統(tǒng)的演變分類世代誕生年代系統(tǒng)元件及電路構(gòu)成世界我國硬件數(shù)控NC第一代第二代第三代1952年1959年1965年1958年1965年1972年電子管、繼電器，模擬電路晶體管，數(shù)字電路（分立元件）集成數(shù)字電路計算機數(shù)控CNC第四代1970年1976年內(nèi)裝小型計算機，中規(guī)模集成電路第五代1974年1982年內(nèi)裝微處理器的NC字符顯示，故障自診斷

1979年1981年

1987年

1991年1995年

超大規(guī)模集成電路，大容量存儲器，可編程接口，遙控接口人機對話,動態(tài)圖形顯示,實時軟件精度補償,適應機床無人化運轉(zhuǎn)要求32位CPU，可控15軸，設(shè)定0.0001mm進給速度24m/min，帶前饋控制的交流數(shù)字伺服、智能化系統(tǒng)。利用RISC技術(shù)64位系統(tǒng)。微機開放式CNC系統(tǒng)。二、CNC技術(shù)的發(fā)展表4.1數(shù)控系統(tǒng)的演變分類世代誕生年代系3年代767778798081828384858687～9091CPU3000C/2901位片機16位微處理器32位微處理器64位伺服驅(qū)動直流模擬伺服交流模擬伺服交流數(shù)字伺服最小設(shè)定單位10.10.01進給速度高速、高精度型2.1m/min8.4m/min33.7m/min高速型15m/min60m/min快速9.6m/min15m/min24m/min60m/min240m/min擴充功能用軟件擴充數(shù)控功能、刀具補償，固定循環(huán)，存儲器運行用軟件充實人機接口，彩色顯示，會話編程，仿真32位CPU，高速、高精度加工，數(shù)字伺服，高速主軸，智能化開放系統(tǒng)表4·2數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)進步狀況

年代767778798081828384858687～9094表4·3數(shù)控系統(tǒng)的功能水平

項目低檔中檔高檔分辨率1010.1進給速度8-15m/min15-24m/min15-100m/min聯(lián)動軸數(shù)2-3軸2-4軸或3-5軸以上主CPU8位16位、32位甚至采用RISC的64位伺服系統(tǒng)步進電機、開環(huán)直流及交流閉環(huán)、全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)內(nèi)裝PLC無有內(nèi)裝PC，功能極強的內(nèi)裝PC，甚至有軸控制功能顯示功能數(shù)碼管,簡單的CRT字符顯示有字符圖形或三維圖形顯示通信功能無RC232C和DNC接口還可能有MAP通訊接口和聯(lián)網(wǎng)功能表4·3數(shù)控系統(tǒng)的功能水平項目低檔中檔高檔分辨率5CNC系統(tǒng)與傳統(tǒng)NC系統(tǒng)的區(qū)別在于：CNC系統(tǒng)附加一個計算機作為控制器的一部分。目前在計算機數(shù)控系統(tǒng)中所用的計算機已不再是小型計算機，而是微型計算機，用微機控制的系統(tǒng)稱為MNC系統(tǒng)，亦統(tǒng)稱為CNC系統(tǒng)，由于這二者的控制原理基本相同。CNC系統(tǒng)是由軟件和硬件組成的，硬件為軟件的運行提供了支持環(huán)境，軟件主要完成數(shù)控機床功能的實現(xiàn)?？刂栖浖菫橥瓿商囟–NC（或MNC）系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件（或系統(tǒng)程序）。

三、從CNC演變過程看數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與傳統(tǒng)NC系統(tǒng)的區(qū)別在于：CNC系統(tǒng)附加一個計算機6四、CNC裝置的組成和工作原理

數(shù)控技術(shù)CPURAMROM接口控制軟件順序程序硬件軟件伺服系統(tǒng)電機控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)測量反饋系統(tǒng)機床數(shù)控系統(tǒng)外圍技術(shù)基礎(chǔ)件配套件床身立柱工作臺刀架刀庫絲杠導軌工具系統(tǒng)編程技術(shù)管理技術(shù)四、CNC裝置的組成和工作原理數(shù)控技術(shù)CPURAMROM接7四、CNC裝置的組成和工作原理

CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設(shè)備

機床機器人測量機

......四、CNC裝置的組成和工作原理CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系8硬件結(jié)構(gòu):CPU，存儲器，總線、外設(shè)等。軟件結(jié)構(gòu)：是一種用于零件加工的、實時控制的、特殊的（或稱專用的）計算機操作系統(tǒng)。

系

統(tǒng)初始化系統(tǒng)控制軟件程序管理編輯存儲錄放管理軟件控制軟件輸入程序輸出程序顯示程序診斷程序譯碼程序補償計算速度控制插補程序位控程序圖4.1CNC軟件的構(gòu)成

硬件結(jié)構(gòu):CPU，存儲器，總線、外設(shè)等。系統(tǒng)初始化系9通過各種輸入方式，接受機床加工零件的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過CNC裝置譯碼，再進行計算機的處理、運算，然后將各個坐標軸的分量送到各控制軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大去驅(qū)動伺服電動機，帶動各軸運動。并進行實時位置反饋控制，使各個坐標軸能精確地走到所要求的位置。

簡要工作過程：

1）輸入：輸入內(nèi)容——零件程序、控制參數(shù)和補償數(shù)據(jù)。輸入方式——穿孔紙帶閱讀輸入、磁盤輸入、光盤輸入、手健盤輸入，通訊接口輸入及連接上級計算機的DNC接口輸入3.工作原理通過各種輸入方式，接受機床加工零件的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)102）譯碼：以一個程序段為單位，根據(jù)一定的語法規(guī)則解釋、翻譯成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)內(nèi)。3）數(shù)據(jù)處理：包括刀具補償，速度計算以及輔助功能的處理等。4）插補：插補的任務是通過插補計算程序在一條曲線的已知起點和終點之間進行“數(shù)據(jù)點的密化工作”。5）位置控制：在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給伺服電機。6）I/O處理：處理CNC裝置與機床之間的強電信號輸入、輸出和控制。7）顯示：零件程序、參數(shù)、刀具位置、機床狀態(tài)等。8）診斷：檢查一切不正常的程序、操作和其他錯誤狀態(tài)。

2）譯碼：以一個程序段為單位，根據(jù)一定的語法規(guī)則解釋、翻譯成11五、CNC裝置的主要功能和特點

1.數(shù)控裝置的主要功能（1）控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)（2）準備功能（G功能）（3）插補功能（4）主軸速度功能：主軸轉(zhuǎn)速的編碼方式、恒定線速度、主軸定向準（5）進給功能（F）1）切削進給速度2)同步進給速度3）快速進給速度4）進給倍率。（6）補償功能1）刀具長度、刀具半徑補償和刀尖圓弧的補償2）工藝量的補償（7）固定循環(huán)加工功能

五、CNC裝置的主要功能和特點1.數(shù)控裝置的主要功能12

4.1.4CNC裝置的主要功能和特點（8）輔助功能（M代碼）（9）字符圖形顯示功能（10）程序編制功能：手工編程、在線編程、自動編程（11）輸入、輸出和通訊功能（12）自診斷功能2.CNC數(shù)控裝置的特點1）靈活性大2）通用性強

3）可靠性高4）可以實現(xiàn)豐富、復雜的功能5）使用維修方便6）易于實現(xiàn)機電一體化4.1.4CNC裝置的主要功能和特點（8）輔助功能（M代134.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

4.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

144.2.1CNC裝置的硬件構(gòu)成

CNC的組成框圖結(jié)構(gòu)圖控制軟件（軟件功能）硬件電路（硬件功能）輸入裝置主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置可編程序控制器進給伺服單元進給驅(qū)動裝置機床本體CNC裝置進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)M.S.T輔助指令信號測量裝置（位置、速度）主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)MDI信息載體通信線路裝置編程器信息載體CAD/CAM系統(tǒng)輸出裝置顯示器打印機4.2.1CNC裝置的硬件構(gòu)成CNC的組成框圖結(jié)構(gòu)圖輸入15

CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：1、整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)

2、大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)3、單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)

4.2.2CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)

CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：4.2.2CNC裝置的16

CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：1、整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)

2、大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)3、單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)

4.2.2CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)

CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：4.2.2CNC裝置的17所謂整體式結(jié)構(gòu)是把CRT和MDI面板、機床操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機箱內(nèi)。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，但有時可能造成某些信號連線過長；分體式結(jié)構(gòu)通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內(nèi)，兩者之間用導線或光纖連接。許多CNC機床把操作面板也單獨作為一個部件，這是由于所控制機床的要求不同，操作面板相應地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝。CNC操作面板在機床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式和控制臺式等多種。1、整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)所謂整體式結(jié)構(gòu)是把CRT和MDI面板、機床操作面板以及功18大板式結(jié)構(gòu)的特點是，一個系統(tǒng)一般都有一塊大板，稱為主板。主板上裝有主CPU和各軸的位置控制電路等。其他相關(guān)的子板（完成一定功能的電路板），如ROM板、零件程序存儲器板和PLC板都直接插在主板上面，組成CNC系統(tǒng)的核心部分。大板結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可靠性高，價格低，有很高的性能/價格比，也便于機床的一體化設(shè)計。其缺點是：硬件功能不易變動，不利于組織生產(chǎn)；

總線模塊化的特點是將微處理機、存儲器、輸入輸出控制分別做成插件板（稱為硬件模塊），甚至將微處理機、存儲器、輸入輸出控制組成獨立微計算機級的硬件模塊，相應的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。硬軟件模塊形成一個特定的功能單元，稱為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠標準或工業(yè)標準，彼此可以進行信息交換。于是可以積木式組成CNC系統(tǒng)，使設(shè)計簡單，有良好的適應性和擴展性，試制周期短，調(diào)整維護方便，效率高。

2、大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)大板式結(jié)構(gòu)的特點是，一個系統(tǒng)一般都有一塊大板，稱為主板。主板19所謂單微處理器結(jié)構(gòu)是指只有一個CPU、采用集中控制分時方法處理數(shù)控的各個任務。中高檔的CNC裝置以多微處理機結(jié)構(gòu)為多。3、單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)CPUROMRAMIN接口OUT接口閱讀機

接口MDI/CRT

接口位置

控制其它接口總線單微處理器硬件結(jié)構(gòu)圖所謂單微處理器結(jié)構(gòu)是指只有一個CPU、采用集中控制分時方20①微處理器和總線微處理器負責運算、控制任務；總線為CPU與各組成部件、接口等之間的信息公共傳輸線，包括控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。②存儲器存儲器包括只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）以及CMOSRAM或磁泡存儲器等。其中只讀存儲器（ROM）負責存放數(shù)控機床的系統(tǒng)程序；隨機存儲器（RAM）負責存放運算的中間結(jié)果、需顯示的數(shù)據(jù)、運行中的狀態(tài)、標志信息等；CMOSRAM或磁泡存儲器負責存放加工的零件程序、機床參數(shù)、刀具參數(shù)等。③位置控制單元位置控制單元負責對數(shù)控機床的進給運動的坐標軸位置進行控制（包括位置和速度控制）。對主軸的控制一般只包括速度控制；對C軸位置控制包括位置和速度控制；對刀庫位置控制屬于簡易位置控制。進給軸位置控制的硬件一般由大規(guī)模專用集成電路位置控制芯片或位置控制模板完成。

3、單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)①微處理器和總線3、單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)21■多微處理機CNC裝置的結(jié)構(gòu)：1.主從結(jié)構(gòu)2.多主結(jié)構(gòu)3.分布式結(jié)構(gòu)4.多通道結(jié)構(gòu)

4.2.2CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)

■多微處理機CNC裝置的結(jié)構(gòu)：4.2.2CNC224.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

VSVS1.多微處理機CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點

性能價格比高（單CPU限制性能；而多CPU提高速度，擴展性能。）；采用模塊化結(jié)構(gòu)，良好的適應性和擴展性；硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)；可靠性高。4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)VSVS1.多微處234.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

VSVS1.多微處理機CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點

性能價格比高（單CPU限制性能；而多CPU提高速度，擴展性能。）；采用模塊化結(jié)構(gòu)，良好的適應性和擴展性；硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)；可靠性高。4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)VSVS1.多微處244.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

VSVS2.多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)分類

多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)為以PC為基礎(chǔ)的CNC類型。PC嵌入式NC：保持專用CNC，通過通信方式和PC相連，有一定開放性，但用戶無法介入系統(tǒng)的核心。如FANUC18i，16i，SIEMENS840，AB9360等系統(tǒng)。NC嵌入式PC：在標準的工業(yè)PC上安裝專用的運動控制卡，如美國DELTATAU公司PMAC-NC系統(tǒng)。軟件CNC：系統(tǒng)的所有功能通過工業(yè)PC來實現(xiàn)，用戶可以在DOS、WINDOWSNT平臺上利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，其性能價格比高，如華中數(shù)控系統(tǒng)，美國MDIS公司的OPENCNC，德國POWERAUTOMATION公司的PA8000NT等?；诂F(xiàn)場總線的PC控制：基于現(xiàn)場總線的PC系統(tǒng)是開放結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的主流。4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)VSVS2.多微處254.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

VSVS3.多微處理機CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)

總線互聯(lián)方式，典型的結(jié)構(gòu):共享總線型、共享存儲器型及混合型結(jié)構(gòu)。

（1）功能模塊

1）CNC管理模塊2）存儲器模塊3）CNC插補模塊4）位置控制模塊5）操作控制數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊6）PLC模塊4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)VSVS3.多微處264.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

VSVS（2）共享總線結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)與仲裁

主模塊與從模塊總線仲裁及其方式：串行方式和并行方式串行總線仲裁方式：優(yōu)先權(quán)的排列是按鏈接位置確定。并行總線仲裁方式：專用邏輯電路，優(yōu)先權(quán)編碼方案

模塊之間的通訊：公共存儲器

總線：STDbus（支持8位和16位字長）Multibus（Ⅰ型支持16位字長，Ⅱ型支持32位字長）S-100bus（可支持16位字長）VERSAbus（可支持32位字長）VMEbus（可支持32位字長）4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)VSVS（2）274.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

圖4.9串行總線仲裁連接方式主模塊1主模塊2主模塊3總線優(yōu)先權(quán)入總線優(yōu)先權(quán)出總線忙入忙出入忙出4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖4.9串行284.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

圖4.10并行總線仲裁連接方式主模塊1總線優(yōu)總線總線優(yōu)先權(quán)入忙先權(quán)出主模塊3入忙出譯器碼主模塊2入忙出優(yōu)先權(quán)編器碼…4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖4.10并294.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

（3）共享存儲器結(jié)構(gòu)

VS圖4.11MTC1的CNC裝置結(jié)構(gòu)框圖(16K)EPROM(16K)EPROM(56K)EPROM(2K)EAM(26K)RAM(2K)EAM512K512K(CRT)CPU2鍵盤(中央)CPU1(插補)CPU3串口和收發(fā)器CRTCCRT

字符發(fā)生器并行接口反饋脈沖處理反饋信號適配器機床接口模擬量接口RS232CXYZCW4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)（3）共享存儲304.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

（4）共享總線和共享存儲器型結(jié)構(gòu)

圖4.12FUNUC11的CNC裝置結(jié)構(gòu)框圖鍵盤紙帶機手搖盤PMC68000CAP8086+8087ROMRAM主CPU68000SSURS232RS232位控位控位控IOCBACROMRAMROMRAMRAMROM圖形顯示8087OPCCRT機床I/O坐標軸坐標軸主軸其中OPC–操作控制器；BAC–總線仲裁控制器；IOC–輸入輸出控制器；CAP–自動編程單元；SSU–系統(tǒng)支持單元；PMC–可編程機床控制器4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)（4）共享總線314.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

圖4.13雙端口存儲器結(jié)構(gòu)框圖圖4.13多CPU共享存儲器框圖端口1存儲控制邏輯地址和數(shù)據(jù)多路轉(zhuǎn)換器RAM共享存儲器I/O(CPU)CRT(CPU2)軸控制（COU4）插補(CPU3)端口2中斷控制從機床來的控制信號至機床的控制信號4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖4.13雙端324.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

VSVS（5）多通道結(jié)構(gòu)

通道結(jié)構(gòu)（ChannelStructure），即兩種以上程序的并行處理。2.多微處理機CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點

（1）計算處理速度高（2）可靠性高（3）有良好的適應性和擴展性（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)4.2.4多微處理機數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)VSVS（5）多通334.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)

VSVS一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，需要一種靈活（功能可組、可擴展、可添加）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，打破當前的“封閉式的”數(shù)控系統(tǒng)。體系開放化定義（IEEE）：具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其它的系統(tǒng)應用進行互操作的系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)特點：■系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標準化(Standardization)與多樣化(Diversification)和互換性Interchangeability)的特征■允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成構(gòu)造，應該是可移植的和透明的；4.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS一、開放式數(shù)控344.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS二、開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；標準化的人機界面：標準化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗；4.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS二、開放體系結(jié)354.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充能力、提供可供選擇的硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應用要求，給用戶提供一個方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到達到所要求的性能為止。另外用戶自身的技術(shù)訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；可減少產(chǎn)品品種，便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，增強市場供應能力和競爭能力。4.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS向用戶特殊要求364.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS三、開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)硬件配置單元軟件配置單元標準計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應用程序DOS(WINDOWS)實時多任務操作系統(tǒng)RTM應用程序接口NC構(gòu)件庫4.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS三、開放式數(shù)控374.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS

四、國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進展

1.幾大研究計劃美國：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)計劃歐共體：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)計劃日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計劃華中I型——基于IPC的CNC開放體系結(jié)構(gòu)航天I型CNC系統(tǒng)——基于PC的多機CNC開放體系結(jié)構(gòu)4.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS四、384.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS2.開放程度：1）CNC可以直接地或通過網(wǎng)絡運行各種應用軟件2）用戶操作界面的開放。3）NC內(nèi)核的深層次開放(①PC+實時硬插件；②PC+實時軟中斷)。3.開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：1）在控制系統(tǒng)技術(shù)，接口技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、執(zhí)行器技術(shù)、軟件技術(shù)五大方面開發(fā)出優(yōu)質(zhì)、先進、適銷的經(jīng)濟、合理的開放式數(shù)控系統(tǒng)。2）主攻方向是進一步適應高精度、高效率（高速）高自動化加工的需求。3）網(wǎng)絡化4.2.5開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)VSVS2.開放程度：394.2.6點位/直線控制的數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)VSVS1.點位/直線控制的一般概念（單軸數(shù)控）

用于鉆床、鏜床、機能簡單的車床

點位控制只控制刀具相對應于工件定位，由某一定位點向下一定點運動時不進行切削，對運動路徑?jīng)]有嚴格要求。

直線控制刀具沿坐標軸方向運動，并對工件進行切削加工。在加工過程中不但要控制切削進給的速度，還要控制運動的終點。4.2.6點位/直線控制的數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)VSVS1.點位/404.2.6點位/直線控制的數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)2.點位/直線數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)顯示進給脈沖發(fā)生器M、S、T寄存控制加減速及停止判斷伺服驅(qū)動機床測量輸入譯碼位置計數(shù)與比較F圖4.16點位/直線控制系統(tǒng)4.2.6點位/直線控制的數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)2.點位/直線數(shù)控414.3CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

4.3CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)424.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

1.CNC裝置軟件硬件的界面

圖4.17三種典型的軟硬件界面關(guān)系紙帶輸入插補準備插補位控紙帶輸入插補準備插補位控速控電機測量第一種第二種第三種硬件硬件軟件硬件硬件軟件軟件硬件硬件4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點1.CNC裝置軟件硬件的界面434.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS2.系統(tǒng)軟件的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)類型

系統(tǒng)軟件的組成：（管理和控制）

管理部分：輸入、I/O處理、通訊、顯示、診斷以及加工程序的編制管理等程序。

控制部分：譯碼、刀具補償、速度處理、插補和位置控制等軟件。

管理方式：單微處理機數(shù)控系統(tǒng)：前后臺型和中斷型的軟件結(jié)構(gòu)。多微處理機數(shù)控系統(tǒng)：將微處理機作為一個功能單元4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS2.系統(tǒng)軟件的內(nèi)容444.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

3.多任務并行處理

（1）CNC裝置的多任務性

圖4.18CNC裝置軟件任務分解圖4.19軟件任務的并行處理CNC裝置管理控制輸入顯示位控診斷I/O插補位控譯碼刀補速度處理輸入I/O處理顯示診斷通訊譯碼刀具補償速度處理位置控制插補4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點3.多任務并行處理圖4454.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS（2）并行處理

并行處理：是指計算機在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。并行處理的優(yōu)點是提高了運行速度。

并行處理的分類：“資源重復”，“時間重疊”和“資源共享”。

資源共享：根據(jù)“分時共享”的原則，使多個用戶按時間順序使用同一套設(shè)備。

時間重疊：根據(jù)流水線處理技術(shù)，使多個處理過程在時間上相互錯開，輪流使用同一套設(shè)備的幾個部分。4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS（2）并行處理464.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS1）資源分時共享并行處理（對單一資源的系統(tǒng)）在單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，可采用“資源分時共享”并行處理技術(shù)。資源分時共享——在規(guī)定的時間長度（時間片）內(nèi)，根據(jù)各任務實時性的要求，規(guī)定它們占用CPU的時間，使它們分時共享系統(tǒng)的資源?！百Y源分時共享”的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務的優(yōu)先級分配問題。其二：各任務占用CPU的時間長度，即時間片的分配問題。4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS1）資源分時共享并行處474.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS診斷I/O處理輸入插補準備顯示初始化插補位控鍵盤

中斷級別高中斷級別低資源（CPU）分時共享圖4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS診斷I/O輸入插補準備484.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS資源分時共享技術(shù)的特征在任何一個時刻只有一個任務占用CPU；在一個時間片（如8ms或16ms）內(nèi)，CPU并行地執(zhí)行了兩個或兩個以上的任務。因此，資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義，即從微觀上來看，各個任務還是逐一執(zhí)行的。4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS資源分時共享技術(shù)的特494.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS

2)并發(fā)處理和流水處理（對多資源的系統(tǒng)）

在多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，根據(jù)各任務之間的關(guān)聯(lián)程度，可采用以下兩種并行處理技術(shù)：若任務間的關(guān)聯(lián)程度不高，則可讓其分別在不同的CPU上同時執(zhí)行——并發(fā)處理；若任務間的關(guān)聯(lián)程度較高，即一個任務的輸出是另一個任務的輸入，則可采取流水處理的方法來實現(xiàn)并行處理。4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS2)并發(fā)處理和504.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS

流水處理技術(shù)的涵義流水處理技術(shù)是利用重復的資源（CPU），將一個大的任務分成若干個子任務(任務的分法與資源重復的多少有關(guān))，這些小任務是彼此關(guān)系的，然后按一定的順序安排每個資源執(zhí)行一個任務，就象在一條生產(chǎn)線上分不同工序加工零件的流水作業(yè)一樣。4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS流水處理技術(shù)的涵義514.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

流水處理技術(shù)示意圖

VSVS并行處理1231232tt空間時間順序處理輸出輸出CPU1時間t+△tt空間111333222輸出輸出輸出CPU1CPU2CPU34.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點流水處理技術(shù)示意圖VSVS并524.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

并發(fā)處理和流水處理的特征在任何時刻（流水處理除開始和結(jié)束外）均有兩個或兩個以上的任務在并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)處理和流水處理的關(guān)鍵是時間重疊，是以資源重復的代價換得時間上的重疊，或者說以空間復雜性的代價換得時間上的快速性。4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點并發(fā)處理和流水處理的特征在任534.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

3）并行處理中的信息交換和同步在CNC裝置中信息交換主要通過各種緩沖區(qū)來實現(xiàn)。各緩沖區(qū)數(shù)據(jù)交換和更新的同步是靠同步信號指針來實現(xiàn)的。

圖4.22CNC裝置通過緩沖區(qū)交換信息框圖紙帶緩沖存儲區(qū)譯碼緩沖存儲區(qū)插補緩沖存儲區(qū)插補工作存儲區(qū)插補輸出存儲區(qū)紙帶譯碼插補準備交換插補4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點3）并行處理中的信息交換和同步544.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

圖4.23紙帶讀寫同步說明--讀指針R--寫指針WMVSVS進口W=(W+1)Mod(M)寫第一個字符到紙帶緩沖寄存器(R-W)Mod(M)=2?出口停光電機進口出口啟動光電機R=(R+1)Mod(M)從紙帶緩沖存儲區(qū)讀出一個字符(R-W)Mod(M)=1?4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點圖4.23紙帶讀寫同步說明-554.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點

VSVS

4.實時中斷處理

（1）CNC系統(tǒng)的中斷類型

1）外部中斷：紙帶光電閱讀機中斷，外部監(jiān)控中斷和鍵盤操作面板輸入中斷。2）內(nèi)部定時中斷：插補周期定時中斷和位置采樣定時中斷。3）硬件故障中斷種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷。4）程序性中斷程序中出現(xiàn)的異常情況的報警中斷。

（2）CNC系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式

1）前后臺軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式2）中斷型軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式

背景程序初始化實施中斷程序4.3.1軟件結(jié)構(gòu)特點VSVS4.實時中斷處理背564.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理VSVS

1.零件程序的輸入

零件程序的輸入包括兩方面的內(nèi)容:1）從閱讀機、鍵盤輸入到零件程序存儲器。2）從零件程序存儲器將零件程序的程序段送入緩沖器（緩沖存儲區(qū)）。

圖4.25輸入過程閱讀機零件程序存儲器MDI鍵盤零件程序緩沖區(qū)MDI緩沖區(qū)譯碼4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理VSVS1.零件程序的輸入574.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理VSVS2.數(shù)據(jù)處理程序

數(shù)據(jù)處理程序又叫插補準備程序，包括譯碼、刀補（運動軌跡計算）、輔助功能處理和進給速度計算等部分。另外，還包括諸如換刀、主軸啟停、冷卻液開、閉等輔助功能。

（1）譯碼定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點、終點，直線和圓?。?、加工速度F和其它輔助信息（M.S.T）依照計算機能識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警。方法：解釋和編譯。內(nèi)容：整理和存放。1）不按字符格式的整理與存放方法。2）保留字符格式的整理與存放。4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理VSVS2.數(shù)據(jù)處理程序584.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理（2）刀具補償

定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。種類：長度補償和半徑補償。

1）B功能刀具半徑補償計算◆直線加工時刀具補償圖4.28直線刀具補償

VSVSYXA(x,y)A’(x’,y’)?y?xOO’?r4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理（2）刀具補償圖4.28直線594.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理◆圓弧加工時刀具半徑補償YO

圖4.29圓弧刀具半徑補償rXA′(x0′,Y0′)B′(xe′,Ye′)B(Xe,,ye)A(X0,,Y0)KRΔXΔYαα4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理◆圓弧加工時刀具半徑補償YO604.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理

*B功能刀具半徑不能處理尖角過渡問題

VSVS

圖4.30B刀補的交叉點和間斷點A’B’C”CBAG41刀具G42刀具編程軌跡刀具中心軌跡C’4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理*B功能刀具半徑不能處614.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理

2）C功能刀具半徑補償處理兩個程序段間轉(zhuǎn)接（即尖角過渡）的各種情況。圖4.31由NC到CNC刀補的改進措施工作寄存器AS輸出寄存器OS緩沖寄存器BS工作寄存器AS輸出寄存器OS緩沖寄存器BS刀具補償緩沖區(qū)CS工作寄存器AS輸出寄存器OSa)NC方式b)改進的NC方式c)CNC方式4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理2）C功能刀具半徑補償圖624.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理

圖G41直線與直線轉(zhuǎn)接情況VSVS縮短型縮短型插入型插入型伸長型4.3.2輸入和數(shù)據(jù)處理圖G41直線與634.3.3速度處理和加減速控制

VSVS

1.進給速度計算開環(huán)系統(tǒng):速度通過控制向步進電機輸出脈沖的頻率來實現(xiàn)。速度計算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進行插補加工速度計算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。

4.3.3速度處理和加減速控制VSVS1.進給速度計644.3.3速度處理和加減速控制

VSVS

（1）開環(huán)系統(tǒng)進給速度的計算

脈沖的頻率決定進給速度。

（4.7）為脈沖當量，單位：mm，則（4.8）兩軸聯(lián)動時，各坐標軸速度為:

合成速度（即進給速度）V為（4.9）

4.3.3速度處理和加減速控制VSVS654.3.3速度處理和加減速控制

（2）半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的速度計算:確定一個采樣周期的輪廓步長和各坐標軸的進給步長。直線插補速度計算：a)程序段投影

Lx=xe′-x0′Ly=ye′-y0′

b)直線方向余弦

cosα=Lx/Lcosβ=Ly/Lc)一個插補周期的步長（ΔL）ΔL=（1/60）F·Δt，速度F單位：mm/min，插補周期Δt單位：ms，

ΔL單位:μmd)各坐標軸在一個采樣插補周期的運動步長Δx=ΔL·cosα=Fcosα·Δt/60(μm)Δy=ΔL·sinα=Fsinα·Δt/60=ΔL·cosβ=Fcosβ·Δt/60(μm)VSVSYYOOXXXXYYA(X0,Y0)ABB(Xe,Ye)A′(X0′,Y0′)B′(Xe′,Ye′)A′B′βαLLXLY4.3.3速度處理和加減速控制（2）半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的664.3.3速度處理和加減速控制

VSVS圓弧插補時速度計算（插補原理不同，計算方法也不同）

步長分配系數(shù)（速度系數(shù)）

JIXYOAOEAi-1AiC(IO,JO)?Xi?YiαiαIi-1Ji-1R4.3.3速度處理和加減速控制VSVS圓弧插補時速度計674.3.3速度處理和加減速控制

VSVS2.進給速度控制

常用的控制方法：計時法

用于脈沖增量插補。時鐘中斷法用軟件控制每個時鐘周期內(nèi)的插補次數(shù)，達到速度控制的目的。積分法

4.3.3速度處理和加減速控制VSVS2.進給速度控制684.3.3速度處理和加減速控制

VSVS（1）程序計時法原理用途：點位直線控制系統(tǒng)。脈沖增量?？者\轉(zhuǎn)等待時間越短，發(fā)出進給脈沖頻率越高，速度就越快。每次插補運算后

的等待時間插補運算時間進給速度要求的進給脈沖間隔時間4.3.3速度處理和加減速控制VSVS每次插補運算后

694.3.3速度處理和加減速控制

VSVS（2）時鐘中斷法原理：求一種時鐘頻率，用軟件控制每個時鐘周期內(nèi)的插補次數(shù)。適用：脈沖增量插補原理（3）設(shè)置V/ΔL積分器方法DDA插補方法中，速度F代碼是用進給速度數(shù)（FRN）給定的。將FRN作為與坐標積分器串聯(lián)之速度積分器的被積函數(shù)，使用經(jīng)計算得到的累加頻率，可產(chǎn)生適當?shù)乃俣确e分器溢出頻率。將它作為坐標積分器的累加頻率，就能使DDA插補器輸出的合成速度保持恒定。4.3.3速度處理和加減速控制VSVS（2）時鐘中斷法704.3.3速度處理和加減速控制

VSVS3.數(shù)據(jù)采樣原理CNC裝置的加、減速控制加減速控制目的：保證機床在啟動或停止時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩

方法：插補前加減速控制插補后加減速控制

瞬時速度與穩(wěn)定速度V=THK/(60?1000)加減速曲線指數(shù)加減速線性加減速鐘形加減速S曲線加減速4.3.3速度處理和加減速控制VSVS3.數(shù)據(jù)采樣原理714.3.3速度處理和加減速控制

VSVS插補前加減速控制

插補后加減速控制

原理對合成速度（程編指令速度F）進行控制

對各運動坐標軸分別進行加減速控制

優(yōu)點不影響實際插補輸出的位置精度

不需預測減速點，在插補輸出為0時，開始減速，并通過一定的時間延遲逐漸靠近程序段終點。

缺點需預測減速點，這要根據(jù)實際刀具位置與程序段之間距離來確定，計算工作量大。

合成位置可能不準確，但這種影響只在加減速過程，進入勻速狀態(tài)后，這種影響就不存在了。

4.3.3速度處理和加減速控制VSVS插補前加減速控制724.3.4插補計算

VS主要算一個插補周期的ΔX，ΔY，以直線為例：1）ΔL%=ΔL*倍率

（ΔL%倍率后的每周期公式進給量）2）L1新=L1舊+ΔL%（L1新—上次插補點與程序段起點之間距離；L1舊—本次插補點與程序段起點之間距離）3）X3新=L1新cosα（X軸投影）y3新=L1新cosβ4）Δx2=X3新-X3舊（本次插補周期的輸出位置增量值）。

Δy2=y3新-y3舊本次插補點（x3舊，y3舊）Δx2Δy2上次插補點4.3.4插補計算VS主要算一個插補周期的ΔX，ΔY，734.3.5位置控制

VSVS任務：1）每個位置反饋采樣周期，將插補給定與反饋值進行比較，用差值去控制電機2）增量調(diào)整3）螺距補償，間隙補償插補速度單元位控電機速檢位檢4.3.5位置控制VSVS任務：插補速度單元位控電機速744.3.5位置控制

位置控制計算VSVS+++-插補輸出△X2△Y2指令位置X2新Y2新位控輸出△X3△Y3實際位置X1新Y1新反饋位置增量△X1、△Y1X2舊Y2舊X1舊Y1舊++4.3.5位置控制位置控制計算VSVS+++-插補輸出754.3.5位置控制

VSVS位置控制完成以下幾步計算：計算新的位置指令坐標值：X2新=X2舊+△X2；Y2新=Y2舊+△Y2；計算新的位置實際坐標值：X1新=X1舊+△X1；Y1新=Y1舊+△Y1計算跟隨誤差(指令位置值—實際位置值)：△X3=X2新-X1新；△Y3=Y2新-Y1新；4.3.5位置控制VSVS位置控制完成以下幾步計算：764.3.6故障診斷

VSVS方法1運行中診斷:1）代碼和檢查內(nèi)存2）格式檢查（奇、偶、補償指令、數(shù)據(jù)超限）3）雙向傳遞檢查4）清單檢驗，用打印機、CRT5）電壓溫度、速度檢測監(jiān)控2停機診斷有自診斷程序3通訊診斷由診斷中心進行，發(fā)出診斷程序。4.3.6故障診斷VSVS方法774.3.6故障診斷

遠程診斷技術(shù)VSVS狀態(tài)檢測服務器機床機床機床Internet異地專家診斷中心Web服務器4.3.6故障診斷遠程診斷技術(shù)VSVS狀態(tài)檢測服務器機784.4

數(shù)控機床PMC控制及應用舉例

4.4數(shù)控機床PMC控制及應用舉例

791數(shù)控機床的輔助功能和PMC控制2FANUC-0C/0D系統(tǒng)PMC3FANUC-0i系統(tǒng)PMC4FANUC系統(tǒng)PMC的功能指令5數(shù)控機床PMC控制及應用舉例本節(jié)主要內(nèi)容1數(shù)控機床的輔助功能和PMC控制本節(jié)主要內(nèi)容80數(shù)控機床的控制是由數(shù)控裝置和可編程序控制器協(xié)調(diào)配合共同完成的，其中數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、伺服位置控制等，即“位移”的控制；可編程序控制器主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有實現(xiàn)軌跡運動上的具體要求，它通過輔助控制裝置完成機床相應的開關(guān)動作，如刀具的更換、工件的裝夾、冷卻液的開／關(guān)、自動潤滑等一些輔助動作，即“順序”的控制。它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分信息送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。1數(shù)控機床的輔助功能和PMC控制數(shù)控機床的控制是由數(shù)控裝置和可編程序控制器協(xié)調(diào)配合共同完成的81包括可編程控制器控制系統(tǒng)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)。機床強電控制系統(tǒng)，除了對機床輔助運動和輔助動作(包括電動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、冷卻箱及潤滑油箱等)的控制外，還包括對保護開關(guān)、各種行程極限開關(guān)和操作盤上所有元件(包括各種按鍵、操作指示燈、波段開關(guān))的檢測和控制。在機床強電控制系統(tǒng)中，可編程控制器(PLC)可替代機床上傳統(tǒng)的強電控制中大部分機床電器，從而實現(xiàn)對潤滑、冷卻、氣動、液壓和主軸換刀等系統(tǒng)的邏輯控制。

一、機床強電控制系統(tǒng)包括可編程控制器控制系統(tǒng)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)。機床強電控制82國際電工委員會（IEC）1985年對可編程控制器所下定義為：可編程序控制器是數(shù)字運算電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下運用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用于存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等特定功能的用戶指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌漭o助設(shè)備都易于構(gòu)成一個工業(yè)控制系統(tǒng)，且它們所具有的全部功能易于應用的原則設(shè)計。

PLC的概念國際電工委員會（IEC）1985年對可編程控制器所下定義為：83可編程序控制器可分為兩類：一類是數(shù)控裝置（CNC）的生產(chǎn)廠家將CNC和PLC綜合起來而設(shè)計的“內(nèi)裝型”（Build-inType）PLC；另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，它們的輸入／輸出信號、接口技術(shù)規(guī)范、輸入／輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能均能滿足數(shù)控機床的控制要求，因此稱為“獨立型”（Sand-aloneType）PLC。由于在數(shù)控機床上普遍采用內(nèi)裝型PLC，有別于其它工業(yè)設(shè)備的獨立式PLC，其指令有自己的特殊性，故把PLC也稱為PMC（ProgrammableMachineController）。

PLC的分類可編程序控制器可分為兩類：一類是數(shù)控裝置（CNC）的生產(chǎn)廠家84PLC的組成與工作原理PLC的組成PLC的組成與工作原理PLC的組成85二、FANUC系統(tǒng)內(nèi)裝型PMC的分類:PMC—L/M：用于FANUC—OC/OD系統(tǒng)PMC-SA1：用于FANUC-Oi系統(tǒng)（B功能包）/OiMate系統(tǒng)PMC—SA3：用于FANUC—OiA系統(tǒng)（A功能包）PMC-SB7：用于FANUC-16i/18i/21i及OiB/OiC系統(tǒng)（A包）CNC系統(tǒng)、系統(tǒng)PMC及機床的信號關(guān)系:二、FANUC系統(tǒng)內(nèi)裝型PMC的分類:PMC—L/M：用于F861順序程序結(jié)束指令2定時器指令3計數(shù)器指令4譯碼指令5比較指令6常數(shù)定義指令7判別一致指令和邏輯與后傳輸指令8旋轉(zhuǎn)指令9數(shù)據(jù)檢索指令10變地址傳輸指令11代碼轉(zhuǎn)換指令12信息顯示指令4.4FANUC系統(tǒng)PMC的功能指令1順序程序結(jié)束指令4.4FANUC系統(tǒng)PMC的功能指871.數(shù)控機床工作狀態(tài)開關(guān)PＭC控制2.數(shù)控機床加工程序功能開關(guān)PＭC控制3.數(shù)控機床倍率開關(guān)PＭC控制4.數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)PＭC控制5.數(shù)控機床輔助功能代碼（Ｍ代碼）PＭC控制6定時器在數(shù)控機床報警燈閃爍電路的應用5數(shù)控機床PMC控制及應用舉例1.數(shù)控機床工作狀態(tài)開關(guān)PＭC控制5數(shù)控機床PMC控制及應881.數(shù)控機床工作狀態(tài)開關(guān)PＭC控制

(1)數(shù)控機床狀態(tài)開關(guān)5數(shù)控機床PMC控制及應用舉例1.數(shù)控機床工作狀態(tài)開關(guān)PＭC控制5數(shù)控機床PMC控制及89（2）數(shù)控機床狀態(tài)開關(guān)的功能編輯狀態(tài)(EDIT)：在此狀態(tài)下，編輯存儲到CNC內(nèi)存中的加工程序文件。

存儲運行狀態(tài)（MEM）:在此狀態(tài)下，系統(tǒng)運行的加工程序為系統(tǒng)存儲器內(nèi)的程序。

手動數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)（MDI）：在此狀態(tài)下，通過MDI面板可以編制最多10行的程序并被執(zhí)行，程序格式和通常程序一樣。

手輪進給狀態(tài)（HND）：在此狀態(tài)下，刀具可以通過旋轉(zhuǎn)機床操作面板上的手搖脈沖發(fā)生器微量移動。

（2）數(shù)控機床狀態(tài)開關(guān)的功能編輯狀態(tài)(EDIT)：在此狀態(tài)下90（2）數(shù)控機床狀態(tài)開關(guān)的功能機床返回參考點（REF）：在此狀態(tài)下，可以實現(xiàn)手動返回機床參考點的操作。通過返回機床參考點操作，CNC系統(tǒng)確定機床零點的位置。DNC狀態(tài)（RMT）：在此狀態(tài)下，可以通過閱讀機（加工紙帶程序）或RS-232通信口與計算機進行通信，實現(xiàn)數(shù)控機床的在線加工。

手動連續(xù)進給狀態(tài)（JOG）：在此狀態(tài)下，持續(xù)按下操作面板上的進給軸及其方向選擇開關(guān)，會使刀具沿著軸的所選方向連續(xù)移動。

（2）數(shù)控機床狀態(tài)開關(guān)的功能機床返回參考點（REF）：在此狀91（3）狀態(tài)開關(guān)PMC控制梯形圖（3）狀態(tài)開關(guān)PMC控制梯形圖922.數(shù)控機床加工程序功能開關(guān)PＭC控制(1)數(shù)控機床加工程序功能開關(guān)2.數(shù)控機床加工程序功能開關(guān)PＭC控制(1)數(shù)控機床加工程93機床鎖?。涸谧詣舆\行狀態(tài)下，按下機床操作面板上的機床鎖住開關(guān)，執(zhí)行循環(huán)起動時，刀具不移動，但是顯示器上每個軸運動的位移在變化，就象刀具在運動一樣。

程序輔助功能的鎖?。撼绦蜻\行時，禁止執(zhí)行M、S和T指令，和機床鎖住功能一起使用,檢查程序是否編制正確。程序的空運轉(zhuǎn)：在自動運行狀態(tài)下，按下機床操作面板上的空運行開關(guān)，刀具按參數(shù)（各軸快移速度）中指定的速度移動，而與程序中指令的進給速度無關(guān)。程序單段運行：按下單程序段方式開關(guān)進入單程序段工作方式。在單程序段方式中按下循環(huán)起動按鈕后，刀具在執(zhí)行完程序中的一段程序后停止。通過單段方式一段一段地執(zhí)行程序，仔細檢查程序。(2)數(shù)控機床程序功能開關(guān)的作用機床鎖?。涸谧詣舆\行狀態(tài)下，按下機床操作面板上的機床鎖住開94程序再起運行：該功能用于指定刀具斷裂或者公休后重新起動程序時，將要起動程序段的順序號，從該段程序重新起動機床。也可用于高速程序檢查。程序的重新起動有兩種重新起動的方法：P型和Q型（由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定）。程序段跳過：在自動運行狀態(tài)下，當操作面板上的程序段選擇跳過開關(guān)接通時，有斜杠（/）的程序段被忽略。程序選擇停：在自動運行時，當加工程序執(zhí)行到M01指令的程序段后也會停止。程序循環(huán)起動運行：在存儲器方式(MEM)、DNC運行方式(RMT)或手動數(shù)據(jù)輸入方式（MDI）下，若按下循環(huán)起動開關(guān)，則CNC進入自動運行狀態(tài)并開始運行,同時機床上的循環(huán)起動燈點亮。程序進給暫停：自動運行期間進給暫停開關(guān)按下時，CNC進入暫停狀態(tài)并且停止運行，同時，循環(huán)起動燈滅。(2)數(shù)控機床程序功能開關(guān)的作用程序再起運行：該功能用于指定刀具斷裂或者公休后重新起動程序時95(3)數(shù)控機床加工程序功能開關(guān)的PMC控制梯形圖

(3)數(shù)控機床加工程序功能開關(guān)的PMC控制梯形圖963.數(shù)控機床倍率開關(guān)PＭC控制

進給倍率開關(guān)主軸倍率開關(guān)快移倍率開關(guān)(1)數(shù)控機床倍率開關(guān)3.數(shù)控機床倍率開關(guān)PＭC控制進給倍率開關(guān)主軸倍率開關(guān)快移97(2)數(shù)控機床倍率開關(guān)的作用進給速度倍率開關(guān):通過進給倍率開關(guān)選擇百分比（%）來增加或減少編程進給速度。主軸速度倍率開關(guān):使加工程序中指令的主軸速度S值乘以0％～254％的倍率?？煲票堵书_關(guān):數(shù)控機床無論自動運行快移速度還是手動快移速度是在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定各軸的快移速度（倍率100%的速度），而加工程序中無需指定。自動運行中的快速移動包括所有的快速移動，如固定循環(huán)定位、自動參考位置返回等，而不僅僅是G00移動指令。手動快速移動也包含了參考位置返回中的快速移動。通過快速移動倍率信號可為快速移動速度施加倍率，快速移動速度倍率為F0、25%、50%和100%，其中F0由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定各軸固定進給速度。(2)數(shù)控機床倍率開關(guān)的作用進給速度倍率開關(guān):通過進給倍率98（3）數(shù)控機床進給速度倍率和點動速度的PMC控制梯形圖

（3）數(shù)控機床進給速度倍率和點動速度的PMC控制梯形圖994.數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)PＭC控制

數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的電氣控制要求（1）首次開機時，自動潤滑15秒（2.5秒打油、2.5秒關(guān)閉）。（2）機床運行時，達到潤滑間隔固定時間（如30分鐘）自動潤滑一次，而且潤滑間隔時間用戶可以進行調(diào)整（通過PMC參數(shù)）。（3）加工過程中，操作者可根據(jù)實際需要還可以進行手動潤滑（通過機床操作面板的潤滑手動開關(guān)控制）。（4）潤滑泵電動機具有過載保護，當出現(xiàn)過載時，系統(tǒng)要有相應的報警信息。（5）潤滑油箱油面低于極限時，系統(tǒng)要有報警提示（此時機床可以運行）。4.數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)PＭC控制

數(shù)控機床潤滑系統(tǒng)的電氣控100潤滑系統(tǒng)電氣控制線路

潤滑系統(tǒng)電氣控制線路101潤滑系統(tǒng)PMC控制梯形圖

潤滑系統(tǒng)PMC控制梯形圖1025.數(shù)控機床輔助功能代碼（Ｍ代碼）PＭC控制M00(程序停):中斷程序執(zhí)行的功能。程序段內(nèi)的動作完成后，主軸及冷卻停止。這以前的狀態(tài)信息被保護，按循環(huán)起動按鈕時可重新起動程序運行。M01(程序選擇停):只要操作者接通機床操作面板上的選擇停按鈕，就可進行與程序停相同的動作。選擇停按鈕斷開時，此指令被忽略。M02(程序結(jié)束):是指示加工程序結(jié)束指令。在完成該程序段的動作后，主軸及冷卻停止，控制裝置和機床復位。M30(程序結(jié)束):是指示加工程序結(jié)束指令。在完成該程序段的動作后，主軸及冷卻停止，控制裝置和機床復位。程序自動回到程序的頭。M03、M04、M05:主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)及主軸停止指令。M07、M08、M09:冷卻液1、2打開及冷卻液關(guān)指令。M98、M99:子程序調(diào)用及子程序結(jié)束指令。M19、M29:主軸定向停和剛性攻絲指令。5.數(shù)控機床輔助功能代碼（Ｍ代碼）PＭC控制M00(程序停103系統(tǒng)M代碼控制時序圖

系統(tǒng)M代碼控制時序圖104輔助功能M代碼PMC控制

輔助功能M代碼PMC控制1056定時器在數(shù)控機床報警燈閃爍電路的應用6定時器在數(shù)控機床報警燈閃爍電路的應用1064.5CNC裝置的接口電路

4.5CNC裝置的接口電路

1074.5.1概述

VSVS

CNC裝置與下列設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送和信息通訊：1.數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備2.外部機床控制面板3.通用的手搖脈沖發(fā)生器4.進給驅(qū)動線路和主軸驅(qū)動線路

RS-232C接口工業(yè)局部網(wǎng)絡通訊接口通訊協(xié)議

4.5.1概述VSVSCNC裝置與下列設(shè)備進行數(shù)1084.5.2鍵盤輸入及接口VSVS

4.5.2鍵盤輸入及接口VSVS1094.5.3顯示器及接口VSVS操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器；它是數(shù)控機床特有部件。4.5.3顯示器及接口VSVS操作面板1104.5.4機床開關(guān)量及接口數(shù)控機床上的接口規(guī)范

第Ⅰ類與驅(qū)動命令有關(guān)的連接電路傳送的信息是數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動單元（即速度控制環(huán)）、伺服電機、位置檢測和速度檢測之間的控制信息及反饋信息，屬于數(shù)字控制及伺服控制第Ⅱ類數(shù)控系統(tǒng)與檢測系統(tǒng)和測量傳感器間的連接電路第Ⅲ類電源及保護電路由數(shù)控機床強電線路中的電源控制電路構(gòu)成。第Ⅳ類通斷信號和代碼信號連接電路是數(shù)控系統(tǒng)與外部傳送的輸入輸出控制信號大多通過PLC傳送數(shù)控機床“接口”：是指數(shù)控系統(tǒng)與機床電氣控制設(shè)備（由繼電器、接觸器組成的強電）之間的電氣連接部分。4.5.4機床開關(guān)量及接口數(shù)控機床上的接口規(guī)范第Ⅰ類與1114.5.4機床開關(guān)量及接口2.數(shù)控機床上的輸入、輸出接口電器

輸入/輸出信號的種類：1.直流數(shù)字輸入/輸出信號2.直流模擬輸入/輸出信號:用于進給坐標軸和主軸的伺服控制（或其它接收、發(fā)送模擬信號的設(shè)備）3.交流輸入/輸出信號直流模擬信號：用于直接控制功率執(zhí)行器件。4.5.4機床開關(guān)量及接口2.數(shù)控機床上的輸入、輸出接口電1124.5.5串行通訊及接口通訊現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進行信息交換外，一般都具有用通訊方式進行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：串行方式或并行方式。通訊規(guī)則（procedure）或通訊協(xié)議（protocol）

異步協(xié)議和同步協(xié)議異步串行接口標準：RS-232C/20mA電流環(huán)和RS-422/RS-4494.5.5串行通訊及接口通訊現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入1134.5.6網(wǎng)絡通訊及接口MAP（ManufacturingAutomationProtocol）：制造自動化協(xié)議。是美國GM公司發(fā)起研究和開發(fā)的應用于工廠車間環(huán)境的通用網(wǎng)絡通訊標準。特點：1）網(wǎng)絡為總線結(jié)構(gòu)，采用適于工業(yè)環(huán)境的令牌通行網(wǎng)絡訪問方式。2）采用了適應工業(yè)環(huán)境的技術(shù)措施，提高了可靠性3）具有較完善的明確而針對性強的高層協(xié)議，以支持工業(yè)應用。4）具有較完善的體系和互連技術(shù)，使網(wǎng)絡易于配置和擴展。低層可配最小MAP（只配數(shù)據(jù)鏈路層、物理層和應用層），高層次應用可配備完整的MAP（包括7層協(xié)議）。5）針對CIM需要開發(fā)的?，F(xiàn)場總線:計算機網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)結(jié)合的產(chǎn)物，在集散式控制系統(tǒng)（DCS）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。4.5.6網(wǎng)絡通訊及接口MAP（Manufacturin114綜合聯(lián)線

Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接

系統(tǒng)模塊與系統(tǒng)連接的伺系統(tǒng)，及外圍部件綜合聯(lián)線Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接系統(tǒng)模塊115數(shù)控系統(tǒng)與主軸單元的連接及控制信號系統(tǒng)提供兩種控制方式１）串行主軸接口：系統(tǒng)與主軸間采用串行電纜通訊２）模擬主軸接口：系統(tǒng)向主軸單元提供指令電壓及其他控制指令，主軸單元向系統(tǒng)輸出其狀態(tài)Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接數(shù)控系統(tǒng)與主軸單元的連接及控制信號系統(tǒng)提供兩種控制方式１116串行主軸接口：系統(tǒng)與主軸間采用串行電纜通訊

Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接串行主軸接口：Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接117模擬主軸的接口及信號

Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接主板的接口，插針的定義模擬主軸的接口及信號Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接118模擬主軸的接口電纜連接Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接模擬主軸的接口電纜連接Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連119數(shù)字伺服的原理

數(shù)字伺服方框圖（位置控制）

Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接數(shù)字伺服的原理數(shù)字伺服方框圖（位置控制）Fanuc-0i120數(shù)字伺服的原理

伺服放大器方框圖

Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接數(shù)字伺服的原理伺服放大器方框圖Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)121伺服連接Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接插頭插座連接伺服連接Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接插頭插122I/O連接

內(nèi)裝I/O卡上的接口CB104、CB105、CB106、CB107四個接口連接操作面板及機床的輸入和輸出，這些地址有確定的含義，在PMC編程時要使用到。輸入輸出接口插針及地址對應表

Fanuc-0ib系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件連接插座號I/O連接內(nèi)裝I/O卡上的接口CB104、CB105、CB123二、SINUMERIK802D系統(tǒng)的組成（1）硬件的組成：①PCU(面板控制裝置):1臺用于控制最多4個坐標軸和一個主軸，并帶有圖形顯示，軟鍵和PC卡插槽模塊。②KB(鍵盤)：水平或垂直安裝方式可選③MCP(機床控制面板)二、SINUMERIK802D系統(tǒng)的組成（1）硬件的組成：124④PP72/48(Profibus輸入/輸出)：72點數(shù)字輸入，48點數(shù)字輸出?？膳?塊

⑤SIMODRIVE611UE伺服驅(qū)動器

電源模塊

功率模塊

④PP72/48(Profibus輸入/輸出)：72點125整流電抗器控制模塊（單軸模塊和雙軸模塊）整流電抗器控制模塊（單軸模塊和雙軸模塊）126主軸電機（1PH7)⑥伺服進給電機

（1FT6或1FK7帶1VPP正弦波編碼器）主軸電機（1PH7)⑥伺服進給電機

（1FT6或1FK7帶1127⑦選件：

?8MBPCMICA存貯卡

?RS232隔離器

?過電壓保護器

?濾波器

?脈沖電阻模塊⑦選件：

?8MBPCMICA存貯卡

?RS232128①引導軟件，用于啟動系統(tǒng)。

②HMI軟件(人機通訊)，包含所有操作功能。

③NCK軟件(數(shù)控核心)，包含所有NC功能，控制最多帶四個進給軸和一個主軸的NC通道。

④PLC軟件(可編程邏輯控制器)，循環(huán)執(zhí)行內(nèi)裝PLC用戶程序。①引導軟件，用于啟動系統(tǒng)。

②HMI軟件(人機通訊)，包含129①24VDC電源接口(X8)：

3芯端子式插座（插頭上已標明24V，0V和PE）

②PROFIBUS總線接口(X4)：

9芯孔式D型插座

③COM1(X6)：

9芯孔式D型插座。COM2不用。

④手輪1到3接口(X14/X15/X16)：

15芯孔式D型插座。

手輪電纜插頭管腳定義（15芯針式D型插頭）：①24VDC電源接口(X8)：

3芯端子式插座（插頭130（2）輸入輸出模塊PP72/48的接口

輸入輸出模塊PP72/48模塊可提供72個數(shù)字輸入和48個數(shù)字輸出。每個模塊具有三個獨立的50芯插槽,每個插槽中包括了24位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出（輸出的驅(qū)動能力為0.25安培，同時系數(shù)為1）。802D系統(tǒng)最多可配置2塊PP模塊。（2）輸入輸出模塊PP72/48的接口

輸入輸出模131①24VDC電源接口(X1)：

3芯端子式插頭（插頭上已標明24V，0V和PE）

②PROFIBUS(X2）：

9芯孔式D型插座

③X111,X222,X333：

50芯扁平電纜