第四章 數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

第四章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)第1頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月一、CNC主要功能及組成主要功能：位置控制：刀具與工件的相對位置及軌跡控制（即程序編制中的G代碼功能）。功能控制：主要是開關(guān)量控制信號處理（即程序編制中的M代碼功能）。信號處理：系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號的分析處理（信號檢測和處理）。系統(tǒng)組成：輸入輸出設(shè)備、CNC裝置、伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測裝置、輔助機(jī)能驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)控系統(tǒng)軟件。4-1概述2024/3/232第2頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-1概述二、CNC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)系統(tǒng)柔性好、通用性強(qiáng)不同于NC(硬線數(shù)控)，CNC軟件結(jié)構(gòu)變更性強(qiáng)，功能易于拓展。易于實(shí)現(xiàn)多功能CNC豐富的指令系統(tǒng)可進(jìn)行高次曲線插補(bǔ)、刀補(bǔ)、多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制和在線編程等。系統(tǒng)可靠性高大部分功能由軟件實(shí)行，減少了硬件出錯(cuò)率。維修方便采用模塊化結(jié)構(gòu)并配有自診斷軟件。通信功能強(qiáng)通常配有RS232C或DNC接口，便于實(shí)現(xiàn)DNC、FMS、CIMS等系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)通訊；圖形編程功能具有人機(jī)交互圖形自動(dòng)編程功能。2024/3/233第3頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器一、檢測元件的作用與分類作用：檢測工作臺或絲杠的直線位移（角位移）和線速度（角速度）并形成反饋控制主要技術(shù)指標(biāo)：可靠性、抗干擾性、分辨率、響應(yīng)速度等分辨率：位移檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量分辨率選擇：測量系統(tǒng)的分辨率應(yīng)比加工精度高一個(gè)數(shù)量級檢測系統(tǒng)的選擇：

大型機(jī)床：速度響應(yīng)要高

中小型和高精度機(jī)床：以滿足精度要求為主分類2024/3/234第4頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/235第5頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器二、旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：由定子和轉(zhuǎn)子組成的旋轉(zhuǎn)式小型交流電機(jī)，如圖2024/3/236第6頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理：根據(jù)互感原理工作，平行時(shí)互感最大，副邊感應(yīng)電動(dòng)勢最大；垂直時(shí)互感為零，副邊感應(yīng)電動(dòng)勢最小，如圖。4-2位移、速度、位置傳感器副邊繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸與定子繞組磁軸平行時(shí)，即＝90o時(shí)，互感電壓最大：2024/3/237第7頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式鑒相方式鑒幅方式定子和轉(zhuǎn)子空間結(jié)構(gòu)1）鑒相方式正弦繞組和余弦繞組分別加上幅值相同、頻率相同、相位相差90o的正弦交流電壓：2024/3/238第8頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2）鑒幅方式正弦繞組和余弦繞組分別加上頻率相同、相位相等、幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交變電壓：4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/239第9頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月三、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)：相當(dāng)于展開的多級旋轉(zhuǎn)變壓器，見圖4-6。4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2310第10頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2.感應(yīng)同步器工作原理相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)變壓器的原理如圖4-2位移、速度、位置傳感器1）鑒相方式正弦繞組和余弦繞組分別加上幅值相同、頻率相同、相位相差90o的交流電壓：分別在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓：2024/3/2311第11頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器鑒相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2024/3/2312第12頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器2）鑒幅方式正弦繞組和余弦繞組分別加上頻率相同、相位相等、幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交變電壓：2024/3/2313第13頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月鑒幅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2314第14頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月3.感應(yīng)同步器的特點(diǎn)安裝：定尺與滑尺之間的間隙應(yīng)控制在0.25±0.05mm范圍內(nèi)，間隙變化控制范圍0.01mm。特點(diǎn)：精度高測量范圍大環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)維護(hù)簡單、壽命長4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2315第15頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月光柵是將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給CNC裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制的檢測裝置，是等節(jié)距的透光和不透光的刻線均勻相間排列構(gòu)成的光學(xué)元件。光柵4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2316第16頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月光柵線位移傳感器2024/3/2317第17頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月注塑光學(xué)光柵2024/3/2318第18頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月

精度高,可達(dá)1μm,工作原理利用光的透射和衍射現(xiàn)象,可測直線或轉(zhuǎn)角。非接觸測量，抗干擾能力強(qiáng)，但對環(huán)境要求高。一、光柵的構(gòu)造1.光柵尺的構(gòu)造和種類標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床活動(dòng)部件上指示光柵安裝在讀數(shù)頭內(nèi)光柵2024/3/2319第19頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月

光柵長光柵圓光柵2024/3/2320第20頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月四、光柵測量裝置光柵的工作原理組成：長光柵（標(biāo)尺光柵）、短光柵（指示光柵）、狹縫、光學(xué)鏡和光電管，見圖4-10。4-2位移、速度、位置傳感器圖4.10光柵結(jié)構(gòu)圖2024/3/2321第21頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器光柵：刻有刻線的光學(xué)玻璃柵距：光柵上相鄰兩刻線間的距離工作原理：莫爾條紋的工作原理圖4-112024/3/2322第22頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月莫爾條紋具有以下特征：（1）莫爾條紋的正（余）弦變化規(guī)律（2）莫爾條紋平均誤差的作用莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成，對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用，能在很大程度上消除誤差的影響。（3）莫爾條紋的光學(xué)放大作用若ω=0.01mm，θ=0.01rad，W=1mm，莫爾條紋就放大了100倍。（4）莫爾條紋的移動(dòng)與光柵移動(dòng)成比例：在兩光柵沿刻線的垂直方向作相對移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋在刻線方向移動(dòng)。兩光柵相對移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾條紋也同步移動(dòng)一個(gè)間距。固定點(diǎn)上的光強(qiáng)則變化一周。而且在光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)方向也隨之反向。4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2323第23頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月光柵測量裝置分光讀數(shù)頭垂直入射讀數(shù)頭反射讀數(shù)頭光柵檢測裝置電路四倍頻細(xì)分方向辨別4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2324第24頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月光電脈沖編碼器2024/3/2325第25頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月五、脈沖編碼器功能：角位移測量特點(diǎn)：非接觸式檢測、驅(qū)動(dòng)力小、檢測速度快分類：增量式編碼器和絕對式編碼器兩種增量式編碼器組成：光源、光電盤、光電接收元件工作原理：

信號處理：信號接收、放大、整形及反饋

方向辨別：DA、DB空間相差90o

基準(zhǔn)脈沖：由DC產(chǎn)生缺點(diǎn)：停電或停機(jī)后，無法找到原始位置4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2326第26頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器增量式編碼器2024/3/2327第27頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-2位移、速度、位置傳感器絕對式編碼器分類：機(jī)械式、光電式、磁電式組成及原理：編碼盤、信號產(chǎn)生元件、信號接收元件0101111001100111100010011010101111001101111100000001001000110100202122232024/3/2328第28頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月六、速度傳感器（自學(xué)）測速發(fā)電機(jī)

特點(diǎn)：輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格的成線性關(guān)系輸出電勢與轉(zhuǎn)速比的斜率大脈沖編碼器的使用編碼器+定時(shí)器七、位置傳感器（自學(xué)）

特點(diǎn)：不同于位移傳感器，該傳感器僅用于定位測量接觸式位置傳感器接近式位置傳感器4-2位移、速度、位置傳感器2024/3/2329第29頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置一、概述伺服系統(tǒng)的組成伺服驅(qū)動(dòng)電路：信號的轉(zhuǎn)換（D/A）和放大

伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)：信號和能量的轉(zhuǎn)化輸出（電—機(jī)）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：信號和能量傳遞作用：接收數(shù)控系統(tǒng)的指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)位置和運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確控制分類：開環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)2024/3/2330第30頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月1.開環(huán)伺服系統(tǒng)組成：步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理：4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2331第31頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)1）無位移檢測裝置，控制精度低2）結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整、成本低。主要技術(shù)指標(biāo)1）定位精度可達(dá)±0.02mm2）脈沖當(dāng)量可達(dá)0.01mm3）最高進(jìn)給速度低于6m/min應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及機(jī)床數(shù)控化改造4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2332第32頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于步進(jìn)電機(jī)

步距角：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)指令脈沖，轉(zhuǎn)子相應(yīng)的轉(zhuǎn)角

脈沖當(dāng)量：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)指令脈沖，工作臺相應(yīng)的位移

轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向的決定因素：脈沖頻率、脈沖數(shù)和通電相序。

主要類型：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2333第33頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成：伺服單元、伺服電機(jī)、位移檢測裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等工作原理：圖4-314-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2334第34頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：1）設(shè)有位移檢測裝置，控制精度高2）調(diào)試維護(hù)困難、成本較高主要技術(shù)指標(biāo):1）定位精度可達(dá)±0.002mm2）檢測分辨率可達(dá)0.001mm3）最高進(jìn)給速度可達(dá)14m/min應(yīng)用：加工中心及中、高檔數(shù)控機(jī)床4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2335第35頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)：采用線位移檢測元件對工作臺位移直接進(jìn)行測量反饋。特點(diǎn)：控制精度高、安裝調(diào)試?yán)щy半閉環(huán)：采用角位移檢測元件對電機(jī)軸或滾珠絲杠的角位移進(jìn)行測量反饋。特點(diǎn)：控制精度相對較低、安裝調(diào)試方便4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2336第36頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選用1）精度要求：定位精度、重復(fù)定位精度、加工精度2）響應(yīng)速度：跟蹤指令信號的速度3）調(diào)速范圍：最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比Rn=nmax/nmin4）低速轉(zhuǎn)距特性:低速時(shí)轉(zhuǎn)距輸出能力關(guān)于定位精度和重復(fù)定位精度1）定位精度：移動(dòng)件到達(dá)指令位置的準(zhǔn)確度2）重復(fù)定位精度：移動(dòng)件在任意定位點(diǎn)的定位一致性4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2337第37頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）一）步進(jìn)電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)及特性1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理工作原理演示4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2338第38頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月通電方式三相雙三拍：(正轉(zhuǎn))AB

BC

CA

AB(反轉(zhuǎn))AC

CB

BA

AC三相六拍：(正轉(zhuǎn))

A

AB

B

BC

C

CA

A(反轉(zhuǎn))

A

AC

C

CB

B

BA

A三相單三拍：(正轉(zhuǎn))ABC

A(反轉(zhuǎn))A

CBA4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2339第39頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月m相步進(jìn)電機(jī)通電方式m相單m拍：例ABC

D

E

Am相雙m拍：例AB

BC

CD

DEEAAB或ABC

BCD

CDE

DEAEABABCm相2m拍：例A

AB

B

BC

C

CDDDEEEAA或AB

ABC

BC

BCD

CD

CDEDEDEA

EAEABAB三種通電方式的特點(diǎn)：單m拍：每次一相通電,切換瞬間失去自鎖力矩易失步,在平衡位置易振蕩雙m拍：每次同時(shí)有二相通電,切換瞬間仍有一相保持通電,運(yùn)行穩(wěn)定2m拍：步距角小一半，切換瞬間仍有一相保持通電，運(yùn)行穩(wěn)定4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2340第40頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)（橫向視圖）工作原理演示4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2341第41頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)（縱向視圖）4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2342第42頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的主要特性1）步距角和靜態(tài)步距誤差步距角：m:線圈相數(shù)z:轉(zhuǎn)子齒數(shù)q:2m拍q=2，其它q=1步距誤差：實(shí)際步距角與理論步距角之差一般為10`2）輸出扭矩：必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)距3）最高啟動(dòng)、停止脈沖頻率：步進(jìn)電機(jī)所能接受的最高啟、停脈沖頻率，此值必須大于負(fù)載實(shí)際啟、停所需的脈沖頻率。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2343第43頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4）連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率：步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行所能接受的最高工作頻率，此值必須大于步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的最高工作頻率。5）步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩步進(jìn)運(yùn)行：當(dāng)脈沖間隔大于步進(jìn)電機(jī)的過渡過程時(shí)，電機(jī)呈步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)低頻振蕩：當(dāng)脈沖頻率接近步進(jìn)電機(jī)的固有頻率時(shí)，將產(chǎn)生振蕩（必要時(shí)可設(shè)可調(diào)阻尼器）4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2344第44頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月二）開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用傳動(dòng)計(jì)算傳動(dòng)比直線進(jìn)給4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2345第45頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：α為步進(jìn)電機(jī)的步距角δ為系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量i為傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比圓周進(jìn)給傳動(dòng)比4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2346第46頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的選用輸出轉(zhuǎn)距：通常取ML/Mjmax=0.2～0.5步距角：步距角與系統(tǒng)應(yīng)匹配，即應(yīng)滿足脈沖頻率：應(yīng)與系統(tǒng)要求的啟動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行頻率匹配轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：應(yīng)滿足以下匹配條件式中：JM步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量脈沖頻率：所選步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率要滿足負(fù)載要求，即：所選步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的最高脈沖頻率要高于負(fù)載連續(xù)運(yùn)行要求的脈沖頻率，所選步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行的最高脈沖頻率要高于負(fù)載啟動(dòng)運(yùn)行要求的脈沖頻率。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2347第47頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月三）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)環(huán)形分配器作用：對步進(jìn)電機(jī)線圈的通電相序進(jìn)行分配種類：硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種軟件環(huán)分器：通電相序狀態(tài)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)并采用軟件查表方式進(jìn)行控制特點(diǎn)：節(jié)省了環(huán)分器硬件，但軟件運(yùn)行效率低，用于速度要求不高處4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2348第48頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月硬件環(huán)分器：通電相序狀態(tài)由硬件邏輯功能完成特點(diǎn)：需要專用硬件資源，運(yùn)行效率高。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2349第49頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月功率放大器（驅(qū)動(dòng)電源）作用：將數(shù)控系統(tǒng)輸出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的強(qiáng)電信號。種類：單電壓驅(qū)動(dòng)電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2350第50頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月提速（限流）電阻Rc：改變時(shí)間常數(shù)，提高響應(yīng)速度續(xù)流二極管D：用于功率晶體管的過電壓保護(hù)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、效率低、能耗高，發(fā)熱大、工作穩(wěn)定性差。應(yīng)用：小功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單電壓驅(qū)動(dòng)電路4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2351第51頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)速度快、高頻驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、功耗低。應(yīng)用：大（中）型功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)高低壓驅(qū)動(dòng)電路4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2352第52頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、功耗低、噪聲大。應(yīng)用：大（中）型功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2353第53頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月四）提高步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)精度的措施存在的問題

無位移檢測元件，定位精度主要取決于傳動(dòng)精度改善措施間隙補(bǔ)償：在換向時(shí)通過附加脈沖進(jìn)行補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償：采用機(jī)械樣板或附加脈沖進(jìn)行補(bǔ)償反饋補(bǔ)償：通過檢測器進(jìn)行系統(tǒng)誤差檢測，周期性地發(fā)出補(bǔ)償脈沖。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2354第54頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月三、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一）直流伺服電機(jī)小慣量直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)子為光滑無槽的鐵芯，線圈由粘合劑粘結(jié)。2）長徑比大、慣量小。性能特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，約為普通直流電機(jī)的1/10，快速響應(yīng)性好。2）電樞反應(yīng)小，換向性好，電機(jī)時(shí)間常數(shù)?。ㄖ挥袔缀撩耄?。3）由于轉(zhuǎn)子無槽，結(jié)構(gòu)均衡性好，低速平穩(wěn)性好。4）最大扭矩為額定值的10倍，過載能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：由于慣量小，必須配齒輪減速葙，才能拖動(dòng)負(fù)載。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2355第55頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月寬調(diào)速（大慣量）直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量大，響應(yīng)特性由大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保證性能特點(diǎn)：輸出轉(zhuǎn)矩大不需齒輪減速箱即可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。過載能力強(qiáng)轉(zhuǎn)子熱容量大，過載能力強(qiáng)（過載轉(zhuǎn)矩可達(dá)5～10倍）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好電流過載能力強(qiáng)、瞬時(shí)加速轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。調(diào)速范圍寬且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速調(diào)速范圍寬，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。易于調(diào)試由于慣量大，受負(fù)載影響小，可不加負(fù)載調(diào)試。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2356第56頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月二）直流伺服電機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速

（電機(jī)電勢常數(shù)）

調(diào)壓恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：調(diào)節(jié)Ua，保持φ和Ra不變

（Cm為轉(zhuǎn)矩常數(shù)）調(diào)磁恒功率調(diào)速：調(diào)節(jié)φ，保持Ua和Ra不變

（φ↑n↓T↑）調(diào)速方法的選擇：進(jìn)給系統(tǒng)一般選用調(diào)壓恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2357第57頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月直流伺服電機(jī)的可控硅調(diào)速三相半波反并聯(lián)可控硅調(diào)速4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2358第58頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月直流伺服電機(jī)脈寬調(diào)速（PWM）系統(tǒng)脈寬調(diào)制器：產(chǎn)生幅值恒定、寬度可變的矩形脈沖信號圖4-47晶體管脈寬信號放大器：信號放大和正反轉(zhuǎn)控制圖4-484-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2359第59頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)1）開關(guān)頻率高2）波紋系數(shù)小3）頻率較寬4）可在高峰值電流下工作4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2360第60頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月三）直流伺服電機(jī)閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)2024/3/2361第61頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)2024/3/2362第62頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月四、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、無電刷、可靠性高、維護(hù)方便。種類：永磁式同步交流伺服電機(jī)和感應(yīng)式異步交流伺服電機(jī)永磁式同步交流伺服電機(jī)特點(diǎn)與直流伺服電機(jī)相比，同等功率下，電機(jī)外形尺寸減小1/2，重量減輕60%，轉(zhuǎn)子慣量減至1/5（減小4/5）感應(yīng)式交流伺服電機(jī)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、過載能力強(qiáng)，與永磁式交流伺服電機(jī)相比，效率低、體積大、轉(zhuǎn)子熱損耗大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱直接影響系統(tǒng)性能。應(yīng)用：目前數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)多采用永磁式交流伺服電機(jī)。4-3伺服驅(qū)動(dòng)裝置2024/3/2363第63頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置4.4.1CNC裝置的硬件組成2024/3/2364第64頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月CNC數(shù)控裝置與普通計(jì)算機(jī)一樣，具有CPU、存儲器、總線、外設(shè)等，不過它的外設(shè)不是打印機(jī)、繪圖機(jī)等，而是其它輸出接口及后續(xù)裝置，其中最主要的是輸出伺服運(yùn)動(dòng)指令推動(dòng)數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。1.中央處理器單元(CPU)CPU是CNC裝置的核心，具有執(zhí)行計(jì)算和控制功能的能力。一般由運(yùn)算器、控制器和暫存寄存器組成。CNC中常用的CPU有8位、16位、32位和64位，如：Intel公司的8086、80186、80286、80386和80486；Motorola公司的6800、68000、68020、68030和68040；Zilog公司的Z80、Z8000、Z80000等。4-4數(shù)控裝置2024/3/2365第65頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2.總線（BUS）總線是傳送數(shù)據(jù)或交換信息的公共通道，在CPU內(nèi)部一般采用三總線結(jié)構(gòu)，即地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）。3.存儲器（Memory）存儲器用來存儲系統(tǒng)軟件、零件加工程序以及運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)和處理后的結(jié)果，其類型有：<1>系統(tǒng)軟件存儲器：ROM<2>工件參數(shù)存儲器：RAM<3>零件加工程序存儲器:CMOSRAM4-4數(shù)控裝置2024/3/2366第66頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.輸入/輸出（I/O）接口電路及相應(yīng)的外部設(shè)備用來交換數(shù)控裝置和外部的信息，MDI/CRT接口完成手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入和將信息顯示在CRT上。<1>I/O接口外設(shè)與CPU之間的聯(lián)絡(luò)電路。<2>外部I/O設(shè)備及I/O接口<3>機(jī)床的I/O控制通道5.位置控制部分位置控制部分是CNC裝置的一個(gè)重要組成部分，它包括對主軸驅(qū)動(dòng)的控制，以便完成速度控制，通過伺服系統(tǒng)提供功率、扭矩的輸出；還包括對進(jìn)給坐標(biāo)的控制，以便完成位置控制，通過伺服系統(tǒng)提供恒扭矩。4-4數(shù)控裝置2024/3/2367第67頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.3數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)1.單微處理器結(jié)構(gòu)所謂的單微處理器結(jié)構(gòu)數(shù)控裝置是以一個(gè)CPU(中央處理器)為核心,CPU通過總線與存儲器和各種接口相連接,采取集中控制、分時(shí)處理的工作方式,完成數(shù)控加工的各項(xiàng)任務(wù)。有的CNC裝置雖然有兩個(gè)以上的微處理機(jī)(如做浮點(diǎn)運(yùn)算的協(xié)處理器、以及管理鍵盤的CPU等),但其中只有一個(gè)微處理器能控制總線,其它的CPU屬于輔助的專用智能部件,不能控制總線,不能訪問主存儲器.它們組成主從結(jié)構(gòu),故被歸類為單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)中.單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)中包括了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu):微處理器和存儲器、總線、接口等。4-4數(shù)控裝置2024/3/2368第68頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2.多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置由兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器構(gòu)成處理部件，每個(gè)微處理器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分工作，從而將單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置中順序完成的工作轉(zhuǎn)變?yōu)槎辔⑻幚砥鹘Y(jié)構(gòu)CNC裝置中并行、同時(shí)完成的工作，因而大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的處理速度。CNC裝置的多CPU結(jié)構(gòu)方案多種多樣，它是隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展而變化的。多微處理機(jī)互連方式有：總線互連、環(huán)形互聯(lián)、交叉開關(guān)互聯(lián)、多級開關(guān)互聯(lián)和混合交換互聯(lián)等。多微處理機(jī)的CNC裝置一般采用總線互聯(lián)方式，典型的結(jié)構(gòu)有共享總線型、共享存儲器型以及它們的混合型結(jié)構(gòu)等。多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)。4-4數(shù)控裝置2024/3/2369第69頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）多微處理器CNC裝置的功能模塊：多微處理機(jī)CNC裝置的結(jié)構(gòu)采用模塊化技術(shù)，設(shè)計(jì)和制造了緊耦合的許多功能組件電路或功能模板。CNC裝置中包括哪些模塊可根據(jù)具體情況合理安排，一般由下面幾種功能模塊組成。1）CNC管理模塊這是實(shí)現(xiàn)管理和組織整個(gè)CNC系統(tǒng)工作的功能模塊，如系統(tǒng)的初始化、中斷管理、總線仲裁、系統(tǒng)出錯(cuò)的識別和處理、系統(tǒng)軟硬件的診斷等功能由該模塊完成。4-4數(shù)控裝置2024/3/2370第70頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2）存儲器模塊該模塊存放程序和數(shù)據(jù)，為主存儲器。每個(gè)CPU控制模塊中還有局部存儲器，主存儲器模塊是各功能模塊間數(shù)據(jù)傳送的共享存儲器。3）CNC插補(bǔ)模塊該模塊完成零件持續(xù)的譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量的計(jì)算和進(jìn)給速度處理等插補(bǔ)前的預(yù)處理，然后進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，為各坐標(biāo)軸提供位置給定值。4-4數(shù)控裝置2024/3/2371第71頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4）位置控制模塊插補(bǔ)后的坐標(biāo)位置給定值與位置檢測器測得的位置實(shí)際值進(jìn)行比較，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加減速、回到基準(zhǔn)點(diǎn)、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補(bǔ)償，最后得到速度控制的模擬電壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)給伺服電機(jī)。這些工作都由位置控制模塊完成。5）數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊零件程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)，各種操作命令的輸入、輸出、顯示所需要的各種接口電路。4-4數(shù)控裝置2024/3/2372第72頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月6）PLC模塊零件程序中的開關(guān)功能和由機(jī)床來的信號等在這個(gè)模塊中作邏輯處理，實(shí)現(xiàn)各功能和操作方式之間的連鎖、機(jī)床電氣設(shè)備的啟/停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的計(jì)數(shù)等。隨著CNC裝置的功能、結(jié)構(gòu)的不同，功能模塊的多少和劃分也不同。如果要擴(kuò)充功能，則再增加相應(yīng)的模塊即可。4-4數(shù)控裝置2024/3/2373第73頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）多微處理機(jī)CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1）計(jì)算處理速度高多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)微處理機(jī)完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨(dú)立執(zhí)行程序、并行運(yùn)行，比單微處理機(jī)提高了計(jì)算處理速度。它適應(yīng)多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求，由于系統(tǒng)共享資源，性能價(jià)格比也較高。2）可靠性高由于系統(tǒng)中每個(gè)微處理機(jī)分管各自的任務(wù)，形成若干模塊，插件模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)影響減到最小。共享資源省去了重復(fù)機(jī)構(gòu)，不但降低造價(jià)，也提高了可靠性。4-4數(shù)控裝置2024/3/2374第74頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月3）有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性多微處理機(jī)的CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)。可將微處理機(jī)、存儲器、輸入/輸出控制組成獨(dú)立微計(jì)算機(jī)級的硬件模塊，相應(yīng)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此可以進(jìn)行信息交換?？梢苑e木式組成CNC裝置，使設(shè)計(jì)簡單，有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。4-4數(shù)控裝置2024/3/2375第75頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)一般硬件是通用的，容易配置，只要開發(fā)新的軟件就可構(gòu)成不同的CNC裝置，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，保證質(zhì)量，形成批量。4-4數(shù)控裝置2024/3/2376第76頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.3CNC裝置的工作內(nèi)容1）輸入2）譯碼3）刀具補(bǔ)償4）進(jìn)給速度處理5）插補(bǔ)6）位置控制7）I/O處理8）顯示9）診斷4-4數(shù)控裝置2024/3/2377第77頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.4CNC硬件設(shè)計(jì)一）CNC系統(tǒng)對微機(jī)的要求及選擇CNC系統(tǒng)對微機(jī)的要求較完善的中斷系統(tǒng)足夠的內(nèi)存一定數(shù)量的I/O通道高可靠性CNC系統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)總線工業(yè)控制機(jī)：模塊化結(jié)構(gòu)、可靠性高、用戶可自由配置，應(yīng)用廣泛。單片機(jī)專用系統(tǒng)：可靠性高，價(jià)格便宜，用于經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床中。4-4數(shù)控裝置2024/3/2378第78頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月二）MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)4-4數(shù)控裝置MCS-51引腳2024/3/2379第79頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月功能I/O口：P0、P1、P2、P3共4個(gè)8位口控制總線（CB）：、ALE、、RESET、P3第2功能地址總線（AB）：P2(高8位)+P0(低8位)=16位數(shù)據(jù)總線（DB）：由P0提供8位數(shù)據(jù)總線電源及時(shí)鐘：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2雙重功能口：P0口即作8位數(shù)據(jù)線，又作低8位地址線P3口即可作輸入輸出口，又可作控制總線4-4數(shù)控裝置2024/3/2380第80頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月MCS-51系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則1）程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨(dú)立編制2）外圍擴(kuò)展芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址3）片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器尋址范圍216=64K字節(jié)地址譯碼方法1)線選法概念：直接用地址線進(jìn)行外圍芯片片選。圖4-54地址譯碼表4-3優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：地址空間利用不夠充分，芯片之間地址不夠連續(xù)。4-4數(shù)控裝置2024/3/2381第81頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置線選法地址譯碼2024/3/2382第82頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2）全地址譯碼概念：采用譯碼器譯碼，保證空間的充分利用和地址的連續(xù)性4-4數(shù)控裝置全地址譯碼優(yōu)點(diǎn)：地址連續(xù)，尋址空間大缺點(diǎn)：硬件電路要增加譯碼器說明：數(shù)控系統(tǒng)一般采用全地址譯碼2024/3/2383第83頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月三）數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器的擴(kuò)展關(guān)于RAM和ROM訪問：由于兩者獨(dú)立編址，地址空間完全重復(fù)，必須建立訪問機(jī)制。對RAM的訪問：使用、控制線和MOVX指令操作對ROM的訪問：使用控制線和MOVC指令操作操作時(shí)序圖圖4-56存儲器擴(kuò)展電路圖4-574-4數(shù)控裝置2024/3/2384第84頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置操作時(shí)序2024/3/2385第85頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置存儲器擴(kuò)展電路2024/3/2386第86頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月四）顯示器與鍵盤接口電路設(shè)計(jì)LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理分類：

按通電方式分：共陰極和共陽極按顯示方式分：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示結(jié)構(gòu)：七段組合共陰極和共陽極顯示器結(jié)構(gòu)如下圖4-4數(shù)控裝置2024/3/2387第87頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置LED顯示器結(jié)構(gòu)2024/3/2388第88頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置動(dòng)態(tài)顯示電路2024/3/2389第89頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵盤的工作原理種類：獨(dú)立式按鍵和行列式按鍵

獨(dú)立式按鍵：如圖

4-4數(shù)控裝置2024/3/2390第90頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置行列式按鍵：如圖

2024/3/2391第91頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月顯示器鍵盤組合電路由于LED顯示器和鍵盤都采用循環(huán)掃描工作方式，將二者進(jìn)行組合可節(jié)省I/O端口，在控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

4-4數(shù)控裝置2024/3/2392第92頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月五）I/O接口電路設(shè)計(jì)數(shù)控CNC中常用I/O接口芯片：可編程并行接口：Intel8255、Intel8155可編程串行接口：Intel8251鍵盤顯示器專用接口芯片：8279可編程定時(shí)器：8253鎖存器：74LS373、74LS273A/D、/DA轉(zhuǎn)換器：0809、0832在圖4-57基礎(chǔ)上增加I/O接口芯片的系統(tǒng)擴(kuò)展電路如圖4-634-4數(shù)控裝置2024/3/2393第93頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置系統(tǒng)擴(kuò)展電路2024/3/2394第94頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月以上是I/O接口芯片應(yīng)用的一般情況，以下重點(diǎn)討論機(jī)床信號與微機(jī)接口信號（強(qiáng)電與弱電）的匹配與抗干擾問題。接點(diǎn)輸入電路接點(diǎn)：按鈕、繼電器、接近開關(guān)等接點(diǎn)輸入電路：用于將按鈕、繼電器、接近開關(guān)等的接點(diǎn)輸入信號轉(zhuǎn)換為CPU所需的TTL電平信號無源接點(diǎn)：設(shè)備側(cè)無信號源圖4-65（a）有源接點(diǎn)：設(shè)備側(cè)有信號源圖4-65（b）接點(diǎn)濾波器實(shí)例：圖4-65（c）4-4數(shù)控裝置2024/3/2395第95頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置無源接點(diǎn)有源接點(diǎn)2024/3/2396第96頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置接點(diǎn)濾波器實(shí)例2024/3/2397第97頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月接點(diǎn)抖動(dòng)的消除：濾波與整形

4-4數(shù)控裝置

按鍵類接點(diǎn)2024/3/2398第98頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置小信號接點(diǎn)2024/3/2399第99頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)電（接觸器）接點(diǎn)4-4數(shù)控裝置2024/3/23100第100頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月接點(diǎn)輸出電路接點(diǎn)輸出電路：用于將CPU輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為控制繼電器、指示燈所需的節(jié)點(diǎn)輸出一般情況：功率晶體管驅(qū)動(dòng)圖4-69（a）高開關(guān)頻率：光耦和雙向可控硅組成的固態(tài)繼電器圖4-69（b）零交叉電路：零伏觸發(fā)。即當(dāng)交流電壓變到零伏附近時(shí)，電路接通，然后由觸發(fā)電路給出可控硅器件的觸發(fā)信號。4-4數(shù)控裝置2024/3/23101第101頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置六）數(shù)控系統(tǒng)CNC實(shí)例2024/3/23102第102頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)系統(tǒng)：8031（A）：鍵盤、顯示、手動(dòng)按鈕等控制管理。8031（B）：插補(bǔ)、電機(jī)控制、輔助機(jī)能等的程序運(yùn)行控制管理。鍵盤顯示接口：并行接口8155，鍵盤顯示專用接口8279按鈕控制：并行接口8255輔助機(jī)能與電機(jī)控制：鎖存器273、光耦TLP521-4、驅(qū)動(dòng)器MC1413輸入控制：光耦TLP521-4、緩沖器2454-4數(shù)控裝置2024/3/23103第103頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-4數(shù)控裝置273、TLP521-4、MC1413、245等芯片引腳圖4-712024/3/23104第104頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5.1數(shù)控系統(tǒng)軟件組成4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23105第105頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月管理軟件（監(jiān)控軟件）：用于系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測并提供基本操作管理?？刂栖浖河糜诩庸こ绦虻膱?zhí)行，控制機(jī)床運(yùn)行。CNC軟件的功能：1.零件程序的輸入CNC的輸入主要指零件程序的輸入，一般通過紙帶閱讀機(jī)及鍵盤進(jìn)行，現(xiàn)代CNC裝置也可通過DMA和通訊接口由上級中心計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備輸入。紙帶閱讀機(jī)和鍵盤輸入大都采用中斷方式，由相應(yīng)的中斷服務(wù)程序完成。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23106第106頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2.譯碼處理譯碼程序的功能是將輸入的加工程序翻譯成系統(tǒng)能識別的語言。譯碼程序是以程序段為單位對信息進(jìn)行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線和圓?。?、加工速度F和其它輔助信息（M、S、T）依照計(jì)算機(jī)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(cuò)誤立即報(bào)警。譯碼是任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要執(zhí)行輸入程序必須經(jīng)過的一個(gè)步驟。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23107第107頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月<1>代碼的識別<2>功能代碼的譯碼字符0123456789內(nèi)部碼00H01H02H03H04H05H06H07H08H09H字符NGXYZIJKFM內(nèi)部碼10H11H12H13H14H15H16H17H18H19H字符LF/CR－DEL內(nèi)部碼20H21H22H

4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23108第108頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月譯碼過程實(shí)例：N010G02X20Y20I20J0F100LF數(shù)控程序轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)部碼過程。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23109第109頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月3.刀具補(bǔ)償經(jīng)過譯碼后的程序段數(shù)據(jù)不能直接用于插補(bǔ)程序，要經(jīng)過刀具補(bǔ)償計(jì)算，將編程時(shí)工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。刀具補(bǔ)償有長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償，長度補(bǔ)償計(jì)算比較簡單，這里主要介紹刀具半徑補(bǔ)償?shù)能浖?jì)算方法。刀具半徑補(bǔ)償不是編程人員完成的，是由CNC裝置系統(tǒng)軟件中的刀補(bǔ)程序完成，編程人員只是在零件程序中指明刀具半徑，左刀補(bǔ)（G41）、或是右刀補(bǔ)（G42）、或撤消刀補(bǔ)（G40）就可以了。刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行過程分為刀補(bǔ)建立、刀補(bǔ)進(jìn)行和刀補(bǔ)撤消三個(gè)步驟，目前，刀補(bǔ)在指定的二維坐標(biāo)平面進(jìn)行補(bǔ)償較為普遍。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23110第110頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.進(jìn)給速度處理進(jìn)給速度的計(jì)算因系統(tǒng)不同，方法有很大差別。在開環(huán)系統(tǒng)中，坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)速度是通過控制向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)的，速度計(jì)算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值；在半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工，速度計(jì)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。5.插補(bǔ)運(yùn)算6.位置控制4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23111第111頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5.2CNC系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)1.CNC系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)<1>多任務(wù)：數(shù)控加工時(shí)，CNC裝置要完成許多任務(wù)。在多數(shù)情況下，管理和控制的某些工作必須同時(shí)進(jìn)行。例如:為使操作人員能及時(shí)地了解CNC裝置的工作狀態(tài)，管理軟件中的顯示模塊必須與控制軟件同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)在插補(bǔ)加工運(yùn)行時(shí)，管理軟件中的零件程序輸入模塊必須與控制軟件同時(shí)運(yùn)行；而當(dāng)控制軟件運(yùn)行時(shí)，其本身的一些處理模塊也必須同時(shí)運(yùn)行。例如：為了保證加工過程的連續(xù)性，即刀具在各程序之間不停刀，譯碼、刀具補(bǔ)償和速度處理模塊必須與插補(bǔ)模塊同時(shí)運(yùn)行，而插補(bǔ)程序又必須與位置控制程序同時(shí)進(jìn)行。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23112第112頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月<2>并行處理：并行處理是指計(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性質(zhì)相同或不相同的工作。并行處理的優(yōu)點(diǎn)是提高了運(yùn)行速度。并行處理分為“資源重復(fù)”并行處理方法，“時(shí)間重疊”并行處理方法和“資源共享”并行處理方法。<3>資源分時(shí)共享：在單CPU的CNC裝置中，主要采用CPU分時(shí)共享的原則來解決多任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行。各任務(wù)何時(shí)占用CPU及各任務(wù)占用CPU時(shí)間的長短，是首先要解決的兩個(gè)時(shí)間分配問題，在CNC裝置中，各任務(wù)占用CPU是用循環(huán)輪流和中斷優(yōu)先相結(jié)合的辦法來解決。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23113第113頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月<4>資源重疊流水處理：流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊，即在一段時(shí)間間隔內(nèi)不是處理一個(gè)子過程，而是處理兩個(gè)或更多的子過程。<5>多重實(shí)時(shí)中斷處理：CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的另一個(gè)特點(diǎn)是實(shí)時(shí)中斷處理。CNC系統(tǒng)程序以零件加工為對象，每個(gè)程序有許多子程序(子過程)，它們按預(yù)定的順序反復(fù)執(zhí)行，各步驟間關(guān)系十分密切，有許多子程序?qū)崟r(shí)性很強(qiáng)，這就決定了中斷成為整個(gè)系統(tǒng)不可少的重要組成部分。CNC系統(tǒng)的中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)決定了軟件結(jié)構(gòu)。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23114第114頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月2.CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)<1>前后臺型軟件結(jié)構(gòu)適用于單微處理器CNC裝置。前臺程序?yàn)閷?shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)了幾乎全部實(shí)時(shí)功能；后臺程序主要用來完成準(zhǔn)備工作和管理工作，是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行程序。<2>多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)中斷型軟件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是除了初始化程序之外,根據(jù)各控制模塊實(shí)時(shí)的要求不同，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各種任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，整個(gè)軟件就是一個(gè)大的多重中斷系統(tǒng)。其管理的功能主要通過各級中斷服務(wù)程序之間的相互通訊來解決，多用于多微處理器CNC裝置。4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件2024/3/23115第115頁，課件共141頁，創(chuàng)作于2023年2月4-5數(shù)控系統(tǒng)軟件4.5.3管理模塊程序設(shè)計(jì)管理程序包括：系統(tǒng)初始化、鍵盤分析與顯示、程序讀入、指令分析、系統(tǒng)診斷等.系統(tǒng)的初始化作用：對CPU及其有