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第三章 计算机数控系统

第三章 计算机数控系统. 第一节 、 概述. 第二节、 MNC 系统的构成. 第三节、 CNC 的硬件结构. 第四节 、 CNC 系统软件. 第五节 、 运动轨迹的插补原理. 第六节、辅助功能与ＰＬＣ. 第七节、进给运动的误差补偿. 第一节 概述. 一、基本概念：. 1 NC 硬件数控 : 即由硬件电路来完成插补的数控动作，出现的年代： 1952~1965 2 CNC 计算机数字控制 : 由硬件和软件共同完成数控的功能，具有柔性。 1974 年以后. 二、构成及各部分的功能：. 1 、构成. 2 、各部分的功能.

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第三章 计算机数控系统

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  1. 第三章 计算机数控系统 第一节、概述 第二节、MNC系统的构成 第三节、CNC的硬件结构 第四节、 CNC系统软件 第五节、运动轨迹的插补原理 第六节、辅助功能与ＰＬＣ 第七节、进给运动的误差补偿

  2. 第一节 概述 一、基本概念： 1 NC硬件数控:即由硬件电路来完成插补的数控动作，出现的年代：1952~1965 2 CNC计算机数字控制: 由硬件和软件共同完成数控的功能，具有柔性。 1974年以后

  3. 二、构成及各部分的功能： 1、构成

  4. 2、各部分的功能 1）输入装置:完成程序,参数等信息的输入 MDI 信息载体 2)输出装置: 完成打印,穿孔显示等 3)通信线路: 实现串行通讯及网络功能 4)CNC:完成与外围设备联系,控制系统各部分功能 5)PLC:完成机床的顺序控制,换刀,APC等 6)主轴单元:接受CNC的指令,控制主轴电机的转速及旋向 7)速度单元:接收CNC 的指令,控制各伺服轴的动作

  5. 第二节、MNC系统的构成 一、概念:采用微处理器构成的数控装置称为MNC 二、组成:中央单元(CPU) 总线BUS 存储器(RAM, ROM) I/O接口电路 PLC 主轴单元 速度控制单元等

  6. 三、各部分介绍: 1 CPU; BUS CPU:由运算器、控制器、内部寄存器构成 衡量CPU的两个因素: 1） 位数 2）速度 作用:对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程序 中指令的要求进行各种运算,使系统成为一个有机整体. BUS:总线,信息公共通路的总称 物理导线分为: 地址总线(DB) 数据总线(AB) 控制总线(CB)

  7. 2 存储器: 作用: ① 存放系统软件,零件程序参数等 ② 存储运算的中间结果 分类:

  8. RAM(随机存储器) 既可读入也可写出,用来存放 ① 程序 ② 参数 ③中间结果 ①②均应保持。 ROM: 只读存储器， 存放系统软件 又分为: EPROM、E2 ROM、闪存。

  9. 3 I/O 接口电路: 功能:外设不能直接与存储器进行通讯,需要通过CPU对 I/O接口的读写操作来完成外设与存储器之间的信 息交换 （1）系统的I/O接口：系统的接口常采用串行接口,其 定义: 通讯的发送方和接受方之间的数据信息的传 输是在单根线上完成的.每次以一个二进制“0”“1” 为最小单位进行传输. 优点:价格便宜,简化通讯设备,可通过电话线进行长距离 传输 缺点:传输速度慢. 协议:为保证数据传输正确,通讯双方遵循某种约定的规 程(异步通讯规程) 以一帧作为一个数据传输单位

  10. 每一帧包含: 起始位,数据位,奇偶校验停止位 格式如下: 信号无传输: 表明线路上无数据传输 起使传输: 发送方任意时刻将线路上的逻辑1状态拉至0,发出 一个空号.表明线路上发送方要传输数据,将接受 方受到空信号开始准备与发送方同步,并希望收到 随后的数据. 数据传输: 表示一个字符或一个代码等 奇偶校验: 保证每一帧传输的正确性 停止位: 可选择1,1.5,2,保证每帧传输时间相等及同步 波特率: 每秒传输的二进制位数: 300,600,1200,2400,4800,9600

  11. 9针接口 RS232 25针接口 DCD 载波检测 1.保护地 RXD 接受数据 2.TXD TXD 发送数据 3.RXD DTC 数据终端就绪 4.RTS 信号地 SGD 5.CTS DSR 数据设备就绪 6.DSR RTS 请求发送 7.SGD CTS 清除发送 8.DCD RI 指令结束 20.DTR

  12. 常用的硬件连接： 加入图片 PC--------------CNC 保护地-------------1 2---------------------2 3---------------------3 5---------------------7

  13. （2）机床的I/O通道：微机与机床的连接电路：（2）机床的I/O通道：微机与机床的连接电路： a I/O电路的功能特点：① 传送信息可靠。 ② 进行信息的转换、D/A—A/D。 ③ 抗干扰性。 b I/O控制器构成：I/O接口、光电隔离、信息转换等组成、

  14. 典型接口 ① 输入电路：

  15. ② 输出装置： 继电器输出电路：适用于速度要求不高，但负载电流较大 的场合

  16. 晶体管输出电路： 上一页 下一页

  17. ③ 光电隔离的作用：

  18. 第三节、CNC的硬件结构 • 一、分类： • 1、按微处理器分类； • 单微处理器：只有一个CPU、采用集中控制分时方法处理数控的各 • 个任务。 • 缺点：① 不易进行功能的扩展和提高。 • ② 处理速度低、数控功能差。 • 多CPU： • 单CPU的弥补： • 增加浮点协处理器、8086+8087 • 硬件分担插补 • 采用全智能化的CRT、PLC部件。 • 。两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。 • 。模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。 • 。特点：1、性能价格比高 • 2、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性 • 3、硬件易于组织规模生产。 • 4、可靠性高。

  19. 多CPU结构分类： 共存储器以存储器为中心，各模块工作时，通过优先接受使 用请求，使用完成要撤消， 释放存储器。 共总线以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占 用总线，多个请求时由总线仲裁器来裁决。

  20. 2、按照电路板结构分： 1）大板结构： 主电路板是大板，其他电路板是小印刷电 路板，它们插在电路板的插槽内一块构成 CNC装置， FANUC-C,0等 2）模块化结构：控制单元母版框架，各功能模块，软件硬 件的设计成模块化 特点：各功能块功能独立，便于开发同一功能的 系列产品，维修维护方便

  21. 二、典型数控系统的硬件结构： 1、fanuc-6M系统的硬件介绍

  22. 2 、SIN840C系统的硬件结构：

  23. 一 组成与功能： CNC系统软件 ：管理软件程序的输入 输出 显示 通信 控制软件译码 刀具补偿 速度处理 插补运算 位置控制等

  24. 第四节、CNC系统软件 各程序简介： 1输入程序：①把零件程序经缓冲器到存储 ②把存储的程序读入缓冲器 记录垂直校验：每个程序数必须有偶数行代码否则 以空格代替 水平奇偶：每行代码中1的个数必须为偶数 （ISO）或奇数（EIA）

  25. 各程序简介： 2译码程序：进行代码的识别，及功能代码的解译 ①代码识别是指将读入代码按内部码地址的不 同进行处理 ②功能处理是指将代码识别的结果按功能再分 类，转入相应 的功能程序 例如：N50 G90G01 X106.Y-60.F46M05;

  26. 各程序简介： 3 数据处理：对功能代码进行预处理 任务：①刀具半径补偿，速度计算，辅助功能的处理 其中：刀具半径补偿：将零件的轮轨迹转化为刀具中 心的轨迹。 速度代码：确定加工数据数的速度。 辅助加工的处理：指顺序程序的处理，设置接口信号。 数据的处理为插补程序做准备，称为 预计算。

  27. 各程序简介： 4 插补计算程序：作用是对加工轨迹的细化。 早期：全部由硬件来完成，由硬件来实施完成速度及位置 的分配。 现在：软件插补+硬件插补 由软件完成粗插补，将整个轨迹分成几个大段，再 由硬件执行各段的细化。 5 伺服控制软件： 作用：将位置指令（周期内4ms）转化为速度指令。 原理：①系统4ms计算一次指令值Dc读一次Df值 ② 通过计数器计算出△D=Dc-Df, ③（ΔD*Kd）/4 s为速度。

  28. 各程序简介： 6输出程序： 将数据处理、插补、伺服处理的结果输出至对应的接口电路 7管理程序： 管理：数据的输入、处理及切削加工 处理主板、时钟信号、故障信号 管理为主程序，执行周期较长，实时程序靠中断完成 8诊断程序： 对系统内的软件，硬件进行诊断，对故障做出相应的报警提示 例如：编程、超程、伺服、PLC等

  29. 二、CNC软件的特点： 1多任务并行处理：多个任务，多个程序共用运行。 2多重实时中断处理：理解P90图： 中断是指终止现行程序转去执行另一程序。待另一程序处理完毕后、再继续执行原程序， 多重中断：按中断的级别排队。 实时：是指在确定的有限时间里对外部产生 的随机事件作出响应。并完成响应和 处理。

  30. 三、典型数控软件的工作过程：见中断优先级 （1）开机后，系统首先进入初始化程序。进 行硬、软件初始状态的设置。随后进入 中断第一级，进行CRT显示及ROM检查。 （2）PLC控制能够检测出机床选择的操作方式， 处理完成后转入机床的方式 处理方式：JOG STOP HANDLE 进行工件 原点及对刀。 MDI可进行机床参数、刀具参数和数控程序的 处理。 选择 “MEM〃按循环启动按钮则自动运行零 件程序。

  31. 第五节、运动轨迹的插补原理 一、插补的概念： 理解插补的前提：数控机床刀具轨迹不是连续的，因为 它是数字量 1 沿着规定的轮廓、在轮廓的起点和终点之间一定的算法进行数据点密化、即“插入〃“补上〃运动中间点的坐标。通常把这个过程称为插补。分直线插补和曲线插补， 2软、硬件插补： （1）硬件（数字）电路来完成插补； （2）由软件来完成插补功能称为软件插补。 （3）软+硬

  32. 二、逐点比较插补法： 逐点即每一个脉冲当量为一个点。用于没有反馈的 开环系统。 1 概念：是一种逐点计算、判别偏差，并纠正逼近理论 轨迹的一种方法。在插补过程中，每走一步要 完成以下四节拍。 （1）偏差判别：判别当前点偏离理论点的位置。 （2）进给控制：确定进给坐标及进给方向，并产生移动。 （3）新偏差计算：进给后到达新位置，计算出新的偏差 作为下一次判别的依据。 （4）终点判别：查询是否到达终点。

  33. 2.在Ⅰ相限直线插补的基本原理 （1）偏差的判别 OE为理论轨迹： N”、N’为动点： 当N在OE上时： Yi/Xi=Ye/Xe 即XeYi-XiYe=0 当N”在OE上方时： Yi/Xi＞Ye/Xe 即XeYi-XiYe＞0 令F=XeYi-XiYe 则：当F=0时，在直线上 当F＞0时，N（Xi ，Yi）在OE上方 当F＜0时，N（Xi ，Yi）在OE下方

  34. （2)坐标进给 当Fm≥0时，向X走一步。 当Fm＜0时，向Y走一步 （3）新偏差计算 Fm≥0，时下一点： Ym+1=Xm+1 Ym+1=Ym 新偏差：Fm+1=Ym+1×Xe-Xm+1×Ye =YmXe-（Xm+1）Ye =FM-Ye 当Fm＜时，F下一点 Xm+1=Xm Ym+1=Ym+1 Fm+1=Fm+Xe （4）终点判别：根据刀具沿X、Y轴所走的总步数判别是否达到终点

  35. 第六节、辅助功能与ＰＬＣ 一 概念：以微处理器为基础的通用型自动控制装置， 它一般以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑,顺序，计时，计数和算术运算等功能。 二 作用：1开关量的控制 2闭环过程控制 3多级控制系统 4控制机器人类型 5组合数字控制

  36. 三 ＣＮＣ中的ＰＬＣ： ＣＮＣ的工作包括：ＮＣ位置控制、ＰＬＣ顺序控制 ＣＮＣ中的ＰＬＣ介于ＣＮＣ与ＭＴ之间，其分类； 1内装式：指ＰＬＣ内含在ＣＮＣ装置内，从属于ＣＮＣ装置，并与ＣＮＣ装置集于一体，内装式既可以单独使用一个ＣＰＵ，也可与ＣＮＣ共同一个ＣＰＵ。例如ＦＡＮＵＣ系统 2独立式ＰＬＣ：通用ＰＬＣ完全独立于ＣＮＣ装置，具备完备的软件和硬件，能够独立完成ＣＮＣ系统所要求的控制任务。例如：ＳＩＥＭＥＮＳ　ＳＩＮ８４０Ｃ

  37. 四、PLC在数控机床控制的基本功能 1、Ｍ、Ｓ、Ｔ的实现： Ｍ代码：便于理解指令的执行过程 段前辅助功能：Ｉ：０３，０４ 段后辅助功能：Ａ：０５，０９ 段内辅助功能：Ｃ：Ｍ０６ 执行：当ＣＮＣ译码另件程序遇到指令时，将内码送入Ｆ１５１ 例：ＭＯ7　Ｆ１５１ ０００００１１１ 2 Ｓ实现：早期ＰＬＣ实现Ｓ功能，现在由数控实现Ｓ主轴 3 Ｔ功能：由ＰＬＣ实现选刀与换刀控制，换刀有固定换刀和随机换 刀两种 １）固定换刀：刀具从哪来还放到哪去，刀具号与刀套号位置是固定 的刀具交换后，旧刀还方回原位 ２）随机换刀：取刀与还刀与刀套号无关，换刀时从刀库取走新刀 后，刀库不动，旧刀方回原处。修改刀套表数据须 有刀具管理数据：刀套表

  38. 一 进给运动的误差来源: 1齿隙或间隙: 2螺距误差: 3热变行误差: 等: 第七节、进给运动的误差补偿 二 误差补偿方法: 1、齿隙.间隙的补偿方法有：1）程序补偿 2）参数补偿 2 螺距补偿：通过检测,找出在全行程各点的误差分布,将误 差分布以参数的形式输入系统来进行补偿. 3热变形误差：（列表法） 在不同的温度时测出定位误差曲线，存入表格，在运行中根据检测位置和该温度下该位置的偏差量来确定坐标点的修正量。

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