計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)課件

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

第一節(jié)、概述第二節(jié)、MNC系統(tǒng)的構(gòu)成第三節(jié)、CNC的硬件結(jié)構(gòu)第四節(jié)、CNC系統(tǒng)軟件第五節(jié)、運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)原理第六節(jié)、輔助功能與ＰＬＣ第七節(jié)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的誤差補(bǔ)償?shù)谝还?jié)概述一、基本概念：1NC

硬件數(shù)控:即由硬件電路來完成插補(bǔ)的數(shù)控動(dòng)作，出現(xiàn)的年代：1952~19652CNC

計(jì)算機(jī)數(shù)字控制:由硬件和軟件共同完成數(shù)控的功能，具有柔性。1974年以后二、構(gòu)成及各部分的功能：1、構(gòu)成

1）輸入裝置:

完成程序,參數(shù)等信息的輸入

MDI

信息載體2)輸出裝置:完成打印,穿孔顯示等3)通信線路:實(shí)現(xiàn)串行通訊及網(wǎng)絡(luò)功能4)CNC:

完成與外圍設(shè)備聯(lián)系,控制系統(tǒng)各部分功能5)PLC:

完成機(jī)床的順序控制,換刀,APC等6)主軸單元:

接受CNC的指令,控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋向7)速度單元:

接收CNC的指令,控制各伺服軸的動(dòng)作2、各部分的功能第二節(jié)、MNC系統(tǒng)的構(gòu)成一、概念:

采用微處理器構(gòu)成的數(shù)控裝置稱為MNC二、組成:

中央單元(CPU)

總線BUS

存儲(chǔ)器(RAM,ROM)

I/O接口電路

PLC主軸單元速度控制單元等三、各部分介紹:1CPU;BUSCPU:

由運(yùn)算器、控制器、內(nèi)部寄存器構(gòu)成衡量CPU的兩個(gè)因素:1）位數(shù)

2）速度

作用:對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部工件及操作進(jìn)行統(tǒng)一控制,按照程序中指令的要求進(jìn)行各種運(yùn)算,使系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)整體.BUS:

總線,信息公共通路的總稱物理導(dǎo)線分為:地址總線(DB)

數(shù)據(jù)總線(AB)

控制總線(CB)2存儲(chǔ)器:

作用:①存放系統(tǒng)軟件,零件程序參數(shù)等

②存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果

分類:

RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)既可讀入也可寫出,用來存放①程序②參數(shù)③中間結(jié)果①②均應(yīng)保持。ROM:只讀存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)軟件又分為:EPROM、E2ROM、閃存。3I/O接口電路:

功能:

外設(shè)不能直接與存儲(chǔ)器進(jìn)行通訊,需要通過CPU對(duì)

I/O接口的讀寫操作來完成外設(shè)與存儲(chǔ)器之間的信息交換

（1）系統(tǒng)的I/O接口：系統(tǒng)的接口常采用串行接口,其定義:通訊的發(fā)送方和接受方之間的數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根線上完成的.每次以一個(gè)二進(jìn)制“0”“1”

為最小單位進(jìn)行傳輸.優(yōu)點(diǎn):價(jià)格便宜,簡(jiǎn)化通訊設(shè)備,可通過電話線進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸缺點(diǎn):傳輸速度慢.協(xié)議:為保證數(shù)據(jù)傳輸正確,通訊雙方遵循某種約定的規(guī)程(異步通訊規(guī)程)

以一幀作為一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單位

每一幀包含:起始位,數(shù)據(jù)位,奇偶校驗(yàn)停止位

格式如下:

信號(hào)無傳輸:表明線路上無數(shù)據(jù)傳輸

起使傳輸:發(fā)送方任意時(shí)刻將線路上的邏輯1狀態(tài)拉至0,發(fā)出一個(gè)空號(hào).表明線路上發(fā)送方要傳輸數(shù)據(jù),將接受方受到空信號(hào)開始準(zhǔn)備與發(fā)送方同步,并希望收到隨后的數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)傳輸:表示一個(gè)字符或一個(gè)代碼等

奇偶校驗(yàn):保證每一幀傳輸?shù)恼_性

停止位:可選擇1,1.5,2,保證每幀傳輸時(shí)間相等及同步

波特率:每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù):300,600,1200,2400,4800,96009針接口RS23225針接口DCD載波檢測(cè)1.保護(hù)地RXD接受數(shù)據(jù)2.TXDTXD發(fā)送數(shù)據(jù)3.RXDDTC數(shù)據(jù)終端就緒4.RTS信號(hào)地SGD5.CTSDSR數(shù)據(jù)設(shè)備就緒6.DSRRTS請(qǐng)求發(fā)送7.SGDCTS清除發(fā)送8.DCDRI指令結(jié)束20.DTR常用的硬件連接：加入圖片

PC--------------CNC

保護(hù)地-------------12---------------------23---------------------35---------------------7（2）機(jī)床的I/O通道：微機(jī)與機(jī)床的連接電路：aI/O電路的功能特點(diǎn)：①傳送信息可靠。

②進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換、D/A—A/D。

③抗干擾性。bI/O控制器構(gòu)成：I/O接口、光電隔離、信息轉(zhuǎn)換等組成、典型接口①輸入電路：

②輸出裝置：

繼電器輸出電路：適用于速度要求不高，但負(fù)載電流較大的場(chǎng)合晶體管輸出電路：上一頁下一頁

③光電隔離的作用：

一、分類：

1、按微處理器分類；單微處理器：只有一個(gè)CPU、采用集中控制分時(shí)方法處理數(shù)控的各個(gè)任務(wù)。缺點(diǎn)：①不易進(jìn)行功能的擴(kuò)展和提高。

②處理速度低、數(shù)控功能差。多CPU：

單CPU的彌補(bǔ)：增加浮點(diǎn)協(xié)處理器、8086+8087硬件分擔(dān)插補(bǔ)采用全智能化的CRT、PLC部件。

。兩個(gè)及兩個(gè)以上的CPU組成的CNC稱為多微處理機(jī)系統(tǒng)。。模塊分為帶CPU的主模塊和不帶CPU的從模塊。。特點(diǎn)：1、性能價(jià)格比高

2、采用模塊化結(jié)構(gòu)，良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性

3、硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。

4、可靠性高。第三節(jié)、CNC的硬件結(jié)構(gòu)

多CPU結(jié)構(gòu)分類：共存儲(chǔ)器

以存儲(chǔ)器為中心，各模塊工作時(shí)，通過優(yōu)先接受使用請(qǐng)求，使用完成要撤消，釋放存儲(chǔ)器。

共總線

以總線為中心，各模塊工作時(shí)，僅有一個(gè)模塊可占用總線，多個(gè)請(qǐng)求時(shí)由總線仲裁器來裁決。2、按照電路板結(jié)構(gòu)分：

1）大板結(jié)構(gòu)：主電路板是大板，其他電路板是小印刷電路板，它們插在電路板的插槽內(nèi)一塊構(gòu)成

CNC裝置，F(xiàn)ANUC-C,0等

2）模塊化結(jié)構(gòu)：控制單元母版框架，各功能模塊，軟件硬件的設(shè)計(jì)成模塊化

特點(diǎn)：各功能塊功能獨(dú)立，便于開發(fā)同一功能的系列產(chǎn)品，維修維護(hù)方便二、典型數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)：

1、fanuc-6M系統(tǒng)的硬件介紹2、

SIN840C系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)：一組成與功能：CNC系統(tǒng)軟件：管理軟件

程序的輸入輸出顯示通信

控制軟件

譯碼刀具補(bǔ)償速度處理插補(bǔ)運(yùn)算位置控制等各程序簡(jiǎn)介：1輸入程序：

①把零件程序經(jīng)緩沖器到存儲(chǔ)

②把存儲(chǔ)的程序讀入緩沖器記錄垂直校驗(yàn)：每個(gè)程序數(shù)必須有偶數(shù)行代碼否則以空格代替水平奇偶：

每行代碼中1的個(gè)數(shù)必須為偶數(shù)（ISO）或奇數(shù)（EIA）第四節(jié)、

CNC系統(tǒng)軟件各程序簡(jiǎn)介：2譯碼程序：進(jìn)行代碼的識(shí)別，及功能代碼的解譯

①代碼識(shí)別是指將讀入代碼按內(nèi)部碼地址的不同進(jìn)行處理

②功能處理是指將代碼識(shí)別的結(jié)果按功能再分類，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序例如：N50G90G01X106.Y-60.F46M05;3數(shù)據(jù)處理：對(duì)功能代碼進(jìn)行預(yù)處理

任務(wù)：①刀具半徑補(bǔ)償，速度計(jì)算，輔助功能的處理其中：刀具半徑補(bǔ)償：將零件的輪軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心的軌跡。

速度代碼：

確定加工數(shù)據(jù)數(shù)的速度。

輔助加工的處理：

指順序程序的處理，設(shè)置接口信號(hào)。數(shù)據(jù)的處理為插補(bǔ)程序做準(zhǔn)備，稱為預(yù)計(jì)算。各程序簡(jiǎn)介：4插補(bǔ)計(jì)算程序：作用是對(duì)加工軌跡的細(xì)化。早期：全部由硬件來完成，由硬件來實(shí)施完成速度及位置的分配?，F(xiàn)在：軟件插補(bǔ)+硬件插補(bǔ)由軟件完成粗插補(bǔ)，將整個(gè)軌跡分成幾個(gè)大段，再由硬件執(zhí)行各段的細(xì)化。5伺服控制軟件：作用：將位置指令（周期內(nèi)4ms）轉(zhuǎn)化為速度指令。原理：①系統(tǒng)4ms計(jì)算一次指令值Dc讀一次Df值

②通過計(jì)數(shù)器計(jì)算出△D=Dc-Df,③（ΔD*Kd）/4s為速度。各程序簡(jiǎn)介：6輸出程序：將數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)、伺服處理的結(jié)果輸出至對(duì)應(yīng)的接口電路7管理程序：管理：數(shù)據(jù)的輸入、處理及切削加工處理主板、時(shí)鐘信號(hào)、故障信號(hào)管理為主程序，執(zhí)行周期較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)程序靠中斷完成8診斷程序：對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的軟件，硬件進(jìn)行診斷，對(duì)故障做出相應(yīng)的報(bào)警提示例如：編程、超程、伺服、PLC等各程序簡(jiǎn)介：二、CNC軟件的特點(diǎn)：

1多任務(wù)并行處理：多個(gè)任務(wù)，多個(gè)程序共用運(yùn)行。2多重實(shí)時(shí)中斷處理：理解P90圖：中斷是指終止現(xiàn)行程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一程序。待另一程序處理完畢后、再繼續(xù)執(zhí)行原程序，多重中斷：按中斷的級(jí)別排隊(duì)。實(shí)時(shí)：是指在確定的有限時(shí)間里對(duì)外部產(chǎn)生的隨機(jī)事件作出響應(yīng)。并完成響應(yīng)和處理。三、典型數(shù)控軟件的工作過程：見中斷優(yōu)先級(jí)（1）開機(jī)后，系統(tǒng)首先進(jìn)入初始化程序。進(jìn)行硬、軟件初始狀態(tài)的設(shè)置。隨后進(jìn)入中斷第一級(jí)，進(jìn)行CRT顯示及ROM檢查。（2）PLC控制能夠檢測(cè)出機(jī)床選擇的操作方式，處理完成后轉(zhuǎn)入機(jī)床的方式處理方式：JOGSTOPHANDLE進(jìn)行工件原點(diǎn)及對(duì)刀。

MDI可進(jìn)行機(jī)床參數(shù)、刀具參數(shù)和數(shù)控程序的處理。選擇“MEM〃按循環(huán)啟動(dòng)按鈕則自動(dòng)運(yùn)行零件程序。第五節(jié)、運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)原理一、插補(bǔ)的概念：

理解插補(bǔ)的前提：數(shù)控機(jī)床刀具軌跡不是連續(xù)的，因?yàn)樗菙?shù)字量1沿著規(guī)定的輪廓、在輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)密化、即“插入〃“補(bǔ)上〃運(yùn)動(dòng)中間點(diǎn)的坐標(biāo)。通常把這個(gè)過程稱為插補(bǔ)。分直線插補(bǔ)和曲線插補(bǔ)，2

軟、硬件插補(bǔ)：（1）硬件（數(shù)字）電路來完成插補(bǔ)；（2）由軟件來完成插補(bǔ)功能稱為軟件插補(bǔ)。（3）軟+硬二、逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法：

逐點(diǎn)即每一個(gè)脈沖當(dāng)量為一個(gè)點(diǎn)。用于沒有反饋的開環(huán)系統(tǒng)。1概念：是一種逐點(diǎn)計(jì)算、判別偏差，并糾正逼近理論軌跡的一種方法。在插補(bǔ)過程中，每走一步要完成以下四節(jié)拍。（1）偏差判別：判別當(dāng)前點(diǎn)偏離理論點(diǎn)的位置。

（2）進(jìn)給控制：確定進(jìn)給坐標(biāo)及進(jìn)給方向，并產(chǎn)生移動(dòng)。（3）新偏差計(jì)算：進(jìn)給后到達(dá)新位置，計(jì)算出新的偏差作為下一次判別的依據(jù)。（4）終點(diǎn)判別：查詢是否到達(dá)終點(diǎn)。2.在Ⅰ相限直線插補(bǔ)的基本原理

（1）偏差的判別

OE為理論軌跡：N”、N’為動(dòng)點(diǎn)：當(dāng)N在OE上時(shí)：Yi/Xi=Ye/Xe

即XeYi-XiYe=0當(dāng)N”在OE上方時(shí)：Yi/Xi＞Ye/Xe

即XeYi-XiYe＞0令F=XeYi-XiYe則：當(dāng)F=0時(shí)，在直線上當(dāng)F＞0時(shí)，N（Xi，Yi）在OE上方當(dāng)F＜0時(shí)，N（Xi，Yi）在OE下方（2)坐標(biāo)進(jìn)給當(dāng)Fm≥0時(shí)，向X走一步。當(dāng)Fm＜0時(shí)，向Y走一步

（3）新偏差計(jì)算Fm≥0，時(shí)下一點(diǎn)：Ym+1=Xm+1Ym+1=Ym新偏差：Fm+1=Ym+1×Xe-Xm+1×Ye=YmXe-（Xm+1）Ye=FM-Ye當(dāng)Fm＜時(shí)，F(xiàn)下一點(diǎn)Xm+1=XmYm+1=Ym+1Fm+1=Fm+Xe

（4）終點(diǎn)判別：根據(jù)刀具沿X、Y軸所走的總步數(shù)判別是否達(dá)到終點(diǎn)第六節(jié)、輔助功能與ＰＬＣ

一概念：

以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置，它一般以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能夠完成邏輯,順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能。二作用：

1開關(guān)量的控制

2閉環(huán)過程控制

3多級(jí)控制系統(tǒng)

4控制機(jī)器人類型

5組合數(shù)字控制三ＣＮＣ中的ＰＬＣ：ＣＮＣ的工作包括：ＮＣ位置控制、ＰＬＣ順序控制ＣＮＣ中的ＰＬＣ介于ＣＮＣ與ＭＴ之間，其分類；1內(nèi)裝式：指ＰＬＣ內(nèi)含在ＣＮＣ裝置內(nèi)，從屬于ＣＮＣ裝置，并與ＣＮＣ裝置集于一體，內(nèi)裝式既可以單獨(dú)使用一個(gè)ＣＰＵ，也可與ＣＮＣ共同一個(gè)ＣＰＵ。例如ＦＡＮＵＣ系