數(shù)控技術(shù)第八講

1、金成柱 主講 聯(lián)系電話：86878554,數(shù)控技術(shù),第四章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置,4.1 概 述,4.1.1 CNC系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將 其譯碼，從而使機(jī)床移動(dòng)和加工零件。,4.1.2 CNC系統(tǒng)的組成,CNC系統(tǒng)由除機(jī)床本體以外的程序輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 裝置、可編程控制器(PLC)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)及位置檢測裝置 等組成。,4.1.3 CNC裝置的組成和工作原理,CNC裝置的簡要工作過程,4.1.4 CNC裝置的主要功能和特點(diǎn),1)切削進(jìn)給速度；2）同步進(jìn)給速度；3）快速進(jìn)給速度；4）進(jìn)給倍率；,常用的外設(shè)是紙帶閱讀機(jī)、紙帶穿

2、孔機(jī)、盒式磁帶機(jī)、軟磁盤驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)。這些設(shè) 備多數(shù)為串行方式傳送信息，所以通常與CNC裝置的RS-232接口連接。,DNC是Direct Numerical Control或Distributed Numerical Control的簡稱，意為直接數(shù)字控制或分布數(shù)字控制。DNC最早的含義是直接數(shù)字控制，其研究開始于本世紀(jì)六十年代。它指的是將若干臺(tái)數(shù)控設(shè)備直接連接在一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)上，由中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)NC程序的管理和傳送。當(dāng)時(shí)的研究目的主要是為了解決早期數(shù)控設(shè)備(NC)因使用紙帶輸入數(shù)控加工程序而引起的一系列問題和早期數(shù)控設(shè)備的高計(jì)算成本等問題。七十年代以后，隨著數(shù)控機(jī)床(CNC)技術(shù)的不斷發(fā)

3、展，數(shù)控系統(tǒng)的存貯容量和計(jì)算速度都大為提高，DNC的含義由簡單的直接數(shù)字控制發(fā)展到分布式數(shù)字控制。它不但具有直接數(shù)字控制的所有功能，而且具有系統(tǒng)信息收集、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視以及系統(tǒng)控制等功能。八十年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和CIMS技術(shù)的發(fā)展，DNC的內(nèi)涵和功能不斷擴(kuò)大，與六、七十年代的DNC相比已有很大區(qū)別，它開始著眼于車間的信息集成，針對車間的生產(chǎn)計(jì)劃，技術(shù)準(zhǔn)備，加工操作等基本作業(yè)進(jìn)行集中監(jiān)控與分散控制，把生產(chǎn)任務(wù)通過局域網(wǎng)分配給各個(gè)加工單元，并使之信息相互交換。而對物流等系統(tǒng)可以在條件成熟時(shí)再擴(kuò)充，既適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)率，又節(jié)省了成本。,2 CNC裝置的特點(diǎn),4.2 CN

4、C裝置的硬件結(jié)構(gòu),4.2.1 CNC裝置的硬件構(gòu)成,CNC裝置除了與普通計(jì)算機(jī)一樣具有CPU、存儲(chǔ)器、總線、輸入/輸出接口外， 還有專門適用于數(shù)控機(jī)床各執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)位置控制的位置控制器。,4.2.2 CNC裝置的體系結(jié)構(gòu),4.2.3 單微處理機(jī)數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu),1、微處理器和總線,微處理器主要完成運(yùn)算和控制兩方面的任務(wù)。 運(yùn)算任務(wù)是完成一系列的數(shù)據(jù)處理工作：譯碼、刀補(bǔ)計(jì)算、軌跡計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算和 位置控制的給定值與反饋值的比較運(yùn)算等。 控制任務(wù)主要包括：內(nèi)部控制、對零件加工程序輸入、輸出的控制，對機(jī)床加工現(xiàn)場 狀況信息的記憶控制；內(nèi)部控制功能，用于CNC裝置內(nèi)各功能部件的動(dòng)作以及各部件間 的協(xié)

5、調(diào)；輸入、輸出控制，用于保持對外聯(lián)系和機(jī)床的控制狀態(tài)信息的輸入和輸出。,2、存儲(chǔ)器,CNC裝置中的存貯器包括只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）兩類。 系統(tǒng)程序放在EPROM中，由CNC裝置生產(chǎn)廠家固化，即使斷電，系統(tǒng)程序也不會(huì)丟失； 該程序只能被CPU讀出，不能寫入；必要時(shí)經(jīng)刪除后再重寫。 運(yùn)算中間結(jié)果、需顯示的數(shù)據(jù)、運(yùn)行中的狀態(tài)、標(biāo)志信息等存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中。 它可以隨時(shí)讀出和寫入，斷電后信息就消失。 加工的零件程序、機(jī)床參數(shù)、刀具參數(shù)存放在有后備電池的CMOS RAM中，或者存在 磁泡存儲(chǔ)器中，這些信息在這種存儲(chǔ)器中能被隨機(jī)讀出，還可以根據(jù)操作需要寫入或 修改，斷電后信息仍保

6、留。,3、位置控制單元,4.2.4 多微處理機(jī)數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu),(2)共享總線結(jié)構(gòu),CRT/MDI,操作面板，圖形 顯示模塊（CPU),通訊模塊 （CPU),自動(dòng)編程模塊 （CPU),主存儲(chǔ)器模塊,CNC插補(bǔ)模塊 （CPU),PLC功能模塊 （CPU),位置控制模塊 （CPU),主軸控制模塊,主軸放大器 及電機(jī),伺服放大器 及電機(jī),I/O單元,多CPU共享總線結(jié)構(gòu)框圖,并行總線仲裁方式中，要配備專用邏輯電路來解決主模塊的優(yōu)先權(quán)問題， 通常采用優(yōu)先權(quán)編碼器。這種結(jié)構(gòu)模塊之間的通訊，主要依靠存儲(chǔ)器來 實(shí)現(xiàn)。大部分采用公共存儲(chǔ)器方式，公共存儲(chǔ)器直接插在系統(tǒng)總線上， 有總線使用權(quán)的主模塊能訪問。,共

7、享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)配置靈活，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低， 不足之處：會(huì)引起競爭，使信息傳輸效率低，總線一旦出現(xiàn)故障，會(huì)影響全局。,CPU1為中央處理器，其任務(wù)是數(shù)控程序的編制、譯碼、刀具和機(jī)床參數(shù)的 輸入。此外，作為主處理器，它還控制CPU2和CPU3，并與之交換信息。 CPU2為CRT顯示處理器，它的任務(wù)是根據(jù)CPU1的指令和顯示數(shù)據(jù)，在顯示 緩沖區(qū)中組成一副畫面數(shù)據(jù)，通過CRT控制器、字符發(fā)生器和移位寄存器，將顯 示數(shù)據(jù)串行送到視頻電路進(jìn)行顯示。此外它還定時(shí)掃描鍵盤和倍率開關(guān)狀態(tài)，并 送CPU1進(jìn)行處理。 CPU3為插補(bǔ)處理器。插補(bǔ)控制程序，存儲(chǔ)在16K的EPROM存儲(chǔ)器中，它完成的

8、工作是插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、機(jī)床輸入/輸出接口和RS232C接口控制。 MTC1數(shù)控裝置中的公用存儲(chǔ)器，是通過CPU1分別向CPU2（或CPU3）發(fā)出總線 請求保持信號(hào)HOLD，才被占用的。此時(shí)CPU2或CPU3處于保持狀態(tài)，CPU1與公用 存儲(chǔ)器進(jìn)行信息交換。信息交換結(jié)束，CPU1撤銷HOLD信號(hào)，CPU1釋放公用存儲(chǔ)器 ，CPU2和CPU3回復(fù)對公用存儲(chǔ)器的控制權(quán)。CPU1對CPU2和CU3的控制是通過中斷實(shí)現(xiàn)的。,4.2.5 開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu),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(kuò) 展、可添加）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，打破當(dāng)前的“封閉式的”數(shù)控

9、系統(tǒng)。 體系開放化定義（IEEE）： 具有在不同的工作平臺(tái)上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其它的系統(tǒng) 應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。 開放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)： 系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成 構(gòu)造，應(yīng)該是可移植的和透明的；,二、開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點(diǎn) 向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計(jì)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(fèi)用將大大降

10、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(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面：標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)消耗； 向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)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(yīng)用要求，給用戶提供一個(gè)方法，從低級(jí)控制器開始，逐步提高，直到達(dá)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(qiáng)市場供應(yīng)能力和競爭能力。,第一種是以PC作為傳統(tǒng)CNC的前端接口。 在CNC上插入一塊專門開發(fā)的個(gè)人計(jì)算機(jī)模板，原來的CNC進(jìn)行實(shí)時(shí)控制， 而由PC進(jìn)行非實(shí)時(shí)性控制，這種模式的柔性有限，而且NC的內(nèi)