數(shù)控技術(shù)第5章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

第五章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置CNC—ComputerizedNumericalControl定義：借助計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)完成數(shù)控要求的部分或者全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置的一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。也可解釋為：一種控制系統(tǒng)，它能自動(dòng)完成信息的輸入、譯碼、運(yùn)算，從而控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程。主要任務(wù)：存儲(chǔ)程序、完成插補(bǔ)、將計(jì)算結(jié)果輸出伺服系統(tǒng)，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)。5.1CNC系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)輸入/輸出裝置數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)控制裝置機(jī)床電器邏輯控制裝置機(jī)床本體數(shù)控程序等信息的輸入以及輸入內(nèi)容和系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示輸出識(shí)別和解釋數(shù)控程序，完成數(shù)據(jù)計(jì)算和邏輯判斷處理主軸和進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)控制接受數(shù)控裝置的開(kāi)關(guān)命令，完成主軸選速、起停和方向控制功能，換刀功能，冷卻、液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)控制功能以及其他機(jī)床輔助功能CNC系統(tǒng)的組成靈活性大：可改變和擴(kuò)展其功能。通用性強(qiáng)：硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展，改變軟件可適應(yīng)不同需求?？煽啃愿撸翰捎么笠?guī)模和超大規(guī)模集成電路；程序被檢查后才被調(diào)用，保證加工過(guò)程中的故障停機(jī)。功能強(qiáng)大：多功能、可以完成復(fù)雜零件的一次成形。使用維修方便：內(nèi)置自診斷程序，軟件檢查程序。CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入輸出裝置、機(jī)床電器邏輯控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置等組成。數(shù)控裝置：數(shù)控系統(tǒng)的核心輸入輸出裝置：用于控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，監(jiān)控?cái)?shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)行機(jī)床操作面板及機(jī)床機(jī)電控制/監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的邏輯處理和監(jiān)控，并為數(shù)控裝置提供機(jī)床狀態(tài)和有關(guān)應(yīng)答信號(hào)。機(jī)床電器邏輯控制裝置：接受數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)控輔助功能控制命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的順序控制。目前大多采用PLC控制。驅(qū)動(dòng)裝置：以軸為單位的獨(dú)立體，用以控制各軸的運(yùn)動(dòng)。5.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)總線式模塊化結(jié)構(gòu)的CNC。采用32位RISC（精簡(jiǎn)指令集）芯片、數(shù)學(xué)協(xié)處理器及閃爍存儲(chǔ)器等。多用于多軸控制的高擋數(shù)控機(jī)床。以單板或?qū)Ｓ眯酒澳０褰M成結(jié)構(gòu)緊湊的CNC。多用于中檔數(shù)控機(jī)床?；谕ㄓ糜?jì)算機(jī)（PC或IPC）基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的CNC?？沙浞掷猛ㄓ糜?jì)算機(jī)豐富的軟件資源，可隨計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行升級(jí)。前兩種CNC系統(tǒng)硬件需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，通用性較差，第三種硬件無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，改變軟件即可構(gòu)成不同CNC系統(tǒng)，通用性好。5.2.1常規(guī)CNC的硬件結(jié)構(gòu)只有一個(gè)微處理器，集中控制、分時(shí)處理數(shù)控裝置的各個(gè)任務(wù)。1.單微處理器結(jié)構(gòu)5.2.2單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)是指在系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器能控制系統(tǒng)總線、或主存儲(chǔ)器進(jìn)行工作的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前大多數(shù)CNC系統(tǒng)均采用多微處理器結(jié)構(gòu)。緊耦合結(jié)構(gòu)：兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器構(gòu)成的處理部件之間采用緊耦合（相關(guān)性強(qiáng)），有集中的操作系統(tǒng)，共享資源。松耦合結(jié)構(gòu)：兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器構(gòu)成的功能模塊之間采用松耦合（具有相對(duì)獨(dú)立性或相關(guān)性弱），有多重操作系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)并行處理。2.多微處理器結(jié)構(gòu)1）多微處理器CNC的典型結(jié)構(gòu)（1）共享總線結(jié)構(gòu)：通過(guò)總線連接系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊。主模塊控制系統(tǒng)總線，某一時(shí)刻只能有一個(gè)主模塊占用總線，各模塊通過(guò)仲裁電路判別各模塊的優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而共享總線資源。采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的相互連接和通信，每個(gè)端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問(wèn)。（2）共享存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)CNC管理模塊CNC插補(bǔ)模塊位置控制模塊PLC（PMC）模塊命令與數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊存儲(chǔ)器模塊2）多微處理器CNC的基本功能模塊定義：開(kāi)放式CNC系統(tǒng)必須具備不同應(yīng)用程序能協(xié)調(diào)地運(yùn)行于系統(tǒng)平臺(tái)上的能力，提供面向功能地動(dòng)態(tài)重構(gòu)工具，同時(shí)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化地應(yīng)用程序用戶界面。并具有以下特征?？苫ゲ僮餍裕翰煌瑧?yīng)用程序模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化地應(yīng)用程序接口運(yùn)行于系統(tǒng)平臺(tái)，不同模塊之間保持平等地相互操作能力?？梢浦残裕翰煌瑧?yīng)用程序模塊可運(yùn)行于不同供應(yīng)商提供的不同系統(tǒng)平臺(tái)上?？煽s放性：增加和減少系統(tǒng)功能僅僅表現(xiàn)為特定模塊單元的裝載與卸載?？上嗷ヌ娲裕翰煌阅芘c可靠性和不同功能能力的功能模塊可以相互替代。1.開(kāi)放式CNC的定義5.2.3開(kāi)放式CNC的硬件結(jié)構(gòu)2.基于PC（或IPC）開(kāi)放式CNC的硬件配置形式結(jié)構(gòu)：CNC與PC通過(guò)串行線連接。特點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，已有CNC幾乎不需改動(dòng)即可應(yīng)用。1）基于PC的有限開(kāi)放CNC（1）PC連接型CNC結(jié)構(gòu)：CNC內(nèi)部加裝PC，PC與CNC之間通過(guò)總線連接。特點(diǎn)：保持了CNC原有的性能、可靠性和功能，并且數(shù)據(jù)傳送快，系統(tǒng)響應(yīng)快。（2）PC內(nèi)藏型CNC結(jié)構(gòu)：通用PC機(jī)的擴(kuò)展槽中加入專(zhuān)用CNC卡。特點(diǎn)：CNC卡完成包括加工軌跡生成等幾乎所有CNC處理功能。充分保證系統(tǒng)性能，軟件通用性強(qiáng)，編程處理靈活。2）基于PC的可開(kāi)放CNC包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。應(yīng)用軟件：包括零件數(shù)控加工程序或其他輔助軟件。系統(tǒng)軟件：為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專(zhuān)用軟件。也稱(chēng)為控制軟件。系統(tǒng)軟件通常包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。5.3.1CNC系統(tǒng)軟件的組成5.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)功能：接收輸入的零件加工程序，將標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按照規(guī)定格式存放。主要包括輸入程序、譯碼程序和數(shù)據(jù)處理程序等組成，有些CNC系統(tǒng)還具有補(bǔ)償計(jì)算、為插補(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行的預(yù)計(jì)算。（1）輸入程序?qū)⒓庸こ绦蜃x入存放在程序存儲(chǔ)器中，或?qū)⒓庸こ绦驈某绦虼鎯?chǔ)器中讀出，送入緩沖區(qū)，以便譯碼用。（2）譯碼程序數(shù)控加工程序按零件加工順序記載著機(jī)床加工所需的各種信息，其中包括零件加工的軌跡信息（如幾何形狀和幾何尺寸等）(幾何數(shù)據(jù)）、工藝信息（如進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速等）（工藝數(shù)據(jù)）和開(kāi)關(guān)命令（如換刀、冷卻液開(kāi)/關(guān)等）（開(kāi)關(guān)功能）。1.輸入數(shù)據(jù)處理程序譯碼定義：將輸入的數(shù)控加工程序按照一定規(guī)則翻譯成為數(shù)控裝置中計(jì)算機(jī)能識(shí)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。譯碼功能：代碼的識(shí)別和功能代碼的解釋。

（3）數(shù)據(jù)處理程序包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能處理等。刀具半徑補(bǔ)償：將工件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心軌跡。速度計(jì)算：解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)。2.插補(bǔ)計(jì)算程序CNC系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，一邊插補(bǔ)運(yùn)算，一邊進(jìn)行加工。插補(bǔ)運(yùn)算的速度直接影響著機(jī)床的進(jìn)給速度。3.速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，確保預(yù)定的進(jìn)給速度。4.管理程序負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、處理、插補(bǔ)運(yùn)算等服務(wù)程序進(jìn)行調(diào)度管理。5.診斷程序在程序中發(fā)現(xiàn)故障，并指出故障問(wèn)題。1.CNC中軟、硬件界面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換CNC系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度慢；硬件處理速度快，但成本高，適應(yīng)性差。CNC中硬、軟件的分配比例由性能價(jià)格決定。CNC中硬、軟件界面隨著硬、軟件的水平和成本以及CNC所具有的性能不同而不同。CNC軟件勢(shì)必發(fā)展成為以操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的多層次的軟件結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，CNC軟件更穩(wěn)定，并且具有可重用性。5.3.2CNC的軟件結(jié)構(gòu)2.CNC系統(tǒng)的多任務(wù)并行處理與實(shí)時(shí)中斷處理CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性表現(xiàn)在其軟件必須完成管理和控制兩大任務(wù)。系統(tǒng)管理包括輸入、I/O處理、顯示、診斷；系統(tǒng)控制包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)、位置控制。CNC系統(tǒng)的并行性表現(xiàn)在其多任務(wù)必須協(xié)調(diào)工作。（1）并行處理定義：計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上相同或不同的工作。常采用資源重復(fù)、時(shí)間重疊和資源分時(shí)共享等方法。資源重復(fù)：用多套相同或不同的設(shè)備同時(shí)完成多種相同或不同的任務(wù)。時(shí)間重疊：根據(jù)流水處理技術(shù)，使得多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分，也稱(chēng)為資源重疊流水處理。資源共享：多個(gè)用戶按照時(shí)間順序使用同一套設(shè)備。CNC硬件通常采用資源重復(fù)并行處理方法。CNC軟件設(shè)計(jì)主要采用資源重疊的流水線處理和資源分時(shí)共享的并行處理方法。時(shí)間重疊流水處理CPU分時(shí)共享并行處理CNC中斷管理主要由硬件完成，系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。CNC系統(tǒng)的中斷類(lèi)型有以下幾種。外部中斷：主要有光電閱讀機(jī)讀孔中斷，外部監(jiān)控中斷和鍵盤(pán)及操作面板中斷。內(nèi)部定時(shí)中斷：主要有插補(bǔ)周期定時(shí)中斷和位置采樣定時(shí)中斷。硬件故障中斷：各種硬件故障檢閱裝置發(fā)出的中斷。程序性中斷：程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報(bào)警中斷。（2）實(shí)時(shí)中斷處理CNC軟件結(jié)構(gòu)由系統(tǒng)采用的中斷結(jié)構(gòu)決定。1）中斷型結(jié)構(gòu)模式除初始化程序外，將CNC的各功能模塊分別安排在不同級(jí)別的中斷程序中，無(wú)前后臺(tái)之分。通過(guò)中斷程序的優(yōu)先級(jí)由CPU響應(yīng)中斷。2）前、后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式將整個(gè)CNC軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序?yàn)閷?shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)幾乎全部實(shí)時(shí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、位置控制和數(shù)控機(jī)床開(kāi)關(guān)邏輯控制等實(shí)時(shí)功能。后臺(tái)程序，也稱(chēng)為背景程序，是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序的輸入、預(yù)處理和管理等任務(wù)。在后臺(tái)程序的循化運(yùn)行過(guò)程中，前臺(tái)實(shí)時(shí)中斷程序不斷的定時(shí)插入，兩者密切配合，共同完成零件的加工任務(wù)。3.常規(guī)CNC的軟件結(jié)構(gòu)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)軟件應(yīng)采用平臺(tái)技術(shù)、同一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和面向功能元（對(duì)象）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用軟件，以保證系統(tǒng)具有開(kāi)放的基本特征。1）開(kāi)放式CNC總體結(jié)構(gòu)分為兩部分：統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)和由各功能結(jié)構(gòu)單元對(duì)象組成的應(yīng)用軟件模塊（或系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu)）。4.開(kāi)放式CNC的軟件結(jié)構(gòu)2）系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)硬件由機(jī)床的功能需求決定。系統(tǒng)軟件分為系統(tǒng)核心（如操作系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、實(shí)時(shí)配置系統(tǒng)等）、可選的系統(tǒng)軟件（如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等）和標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序界面。操作系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、實(shí)時(shí)配置系統(tǒng)構(gòu)成了整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。（1）操作系統(tǒng)（2）通信系統(tǒng)（3）配置系統(tǒng)系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu)是用來(lái)精確描述功能元對(duì)象和功能模塊之間的關(guān)系，以及各模塊之間的關(guān)系；精確定義各模塊和各功能元對(duì)象的行為和屬性，以及模塊和功能元對(duì)象與系統(tǒng)平臺(tái)之間的界面，以保證不同供應(yīng)商提供的功能模塊在不同平臺(tái)之上的協(xié)調(diào)工作。5.系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu)1.零件程序的輸入手動(dòng)輸入和自動(dòng)輸入兩種。2.譯碼具體地說(shuō)，譯碼是將零件程序中的零件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等）、進(jìn)給速度信息（F代碼）和其他輔助信息（M、S、T代碼等）按照一定的語(yǔ)法規(guī)則解釋為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)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(zhuān)用區(qū)域。5.4CNC系統(tǒng)的控制原理與功能5.4.1CNC系統(tǒng)的控制原理3.刀具補(bǔ)償分為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。1）刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償在數(shù)控立式銑鏜床上，當(dāng)?shù)毒吣p或更換刀具使得Z向刀尖不在原初始加工的程編位置時(shí)，必須在Z向進(jìn)給中，通過(guò)伸長(zhǎng)或縮短1個(gè)偏置值e的方法來(lái)補(bǔ)償其尺寸變化，以保證加工的深度仍然達(dá)到原設(shè)計(jì)的要求。2）刀具半徑補(bǔ)償數(shù)控裝置使得刀具中心偏移零件輪廓一個(gè)指定的刀具半徑值。4.插補(bǔ)在一條已知起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線上自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作。5.位置控制在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值控制進(jìn)給電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確控制。6.速度控制1）脈沖增量插補(bǔ)方式的速度計(jì)算脈沖增量插補(bǔ)用于以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行元件的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。在開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中，進(jìn)給脈沖的頻率決定了坐標(biāo)軸的移動(dòng)速度。進(jìn)給脈沖的數(shù)量決定論坐標(biāo)軸的移動(dòng)位移。速度計(jì)算是根據(jù)程編F值確定脈沖頻率值。步進(jìn)電機(jī)每走一步，坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量δ。進(jìn)給速度F與脈沖頻率f之間的關(guān)系如下。兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度如下。合成進(jìn)給速度為2）數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)的速度計(jì)算（1）前加減速控制（2）后加減速控制CNC的信息流程圖1.軸控制功能CNC可同時(shí)控制的軸數(shù)，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)。2.準(zhǔn)備功能：G功能3.插補(bǔ)功能4.進(jìn)給功能切削進(jìn)給速度同步進(jìn)給速度快速進(jìn)給速度進(jìn)給倍率5.主軸功能：主軸轉(zhuǎn)速功能。5.4.2CNC控制器的功能6.輔助功能：M功能7.刀具功能和第二輔助功能8.補(bǔ)償功能刀具尺寸補(bǔ)償和程序段自動(dòng)轉(zhuǎn)接絲杠的螺距誤差相反向間隙或如熱變形補(bǔ)償。9.字符、圖形顯示功能10.自診斷功能11.通信功能12.人機(jī)交互圖形編程功能日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)德國(guó)SIMENS公司的SINUMERIK系列CNC系統(tǒng)華中數(shù)控系統(tǒng)（HNC）5.5典型數(shù)控系統(tǒng)謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH最易遭老板“炒”的15種員工廣東韋邦集團(tuán)李雙華有人在工作中出了問(wèn)題，于是首先想到的是換一家企業(yè)去工作，考慮的只是換一個(gè)環(huán)境而已，根本沒(méi)有反思自身的問(wèn)題?？墒牵瑩Q了工作環(huán)境問(wèn)題卻依然存在??！老板雖然換了，但他們考慮“炒魷魚(yú)”的因素是一致的。那么，老板眼中什么樣的人會(huì)被炒掉呢？這類(lèi)對(duì)象一般是剛剛參加工作不久的職場(chǎng)新鮮人，對(duì)突發(fā)事件往往措手不及，結(jié)果行動(dòng)常過(guò)分急躁，更甚者每次遇事每次如此，給老板留下不可調(diào)教的印象。01：不夠穩(wěn)重沉著喜歡夸夸其談，一旦需要實(shí)際操作時(shí)，往往發(fā)生許多困難，卻又找不出原因何在。02：理論與實(shí)際不能配合不能具體地評(píng)斷工作價(jià)值，往往分不清工作的目的是什么，是為了賺錢(qián)？還是為了立名？或是為了樂(lè)趣。給老板一種整個(gè)人渾渾噩噩的感覺(jué)。03：不夠成熟一旦出現(xiàn)失誤就無(wú)法釋?xiě)?，更無(wú)法從中領(lǐng)悟出正確的方法。04：對(duì)所犯的錯(cuò)誤耿耿于懷只看重眼前區(qū)區(qū)小事，無(wú)法透過(guò)現(xiàn)象去把握實(shí)質(zhì)，沒(méi)有主次之分，往往怡誤很多機(jī)會(huì)。05：斤斤計(jì)較，分不清主次自信有很好的工作能力，但稍微涉及工作以外的其他方面，就極度