数控系统(一).ppt

第2章数控系统,本章内容：1.CNC的组成、工作过程、功能与特点2.CNC的硬件结构3.CNC系统的软件结构4.CNC系统的插补原理,2.1数控系统的总体结构和各部分功能2.1.1数控系统的总体结构,数控系统的工作过程：数控机床加工零件，首先必须将被加工零件的几何数据和工艺数据按规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所编写程序指令输入到机床的数控系统中，数控系统再将程序（代码）进行译码、数据处理、插补运算，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信息和指令，驱动机床各运动部件，控制所需要的辅助运动，最后加工出合格零件。这些信息和指令包括：各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量、各状态的控制信号。,数控系统的结构（FANUC-6MB）,CNC系统的组成及特点,CNC是在NC的基础上发展起来的，其部分或全部控制功能通过软件来实现。只要更改控制程序，无需更改硬件电路，就可改变控制功能。因此，CNC系统在通用性、灵活性、使用范围等诸方面具有更大的优越性。,CNC系统的组成,CNC数控系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制系统、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，习惯上称为CNC系统。CNC系统由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件硬件便无法工作，二者缺一不可。,CNC系统的组成,（1）CNC系统硬件的层次结构由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。,CNC系统硬件的层次结构,CNC系统的组成,（2）CNC系统软件的功能结构CNC系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。其结构框图如图所示。,操作系统,管理软件,控制软件,零,件,程,序,管,理,显,示,处,理,人,机,交,互,交,互,位,置,控,制,输,入,输,出,管,理,插,补,运,算,故,障,诊,断,处,理,速,度,处,理,机,床,输,入,输,出,编,译,处,理,主,轴,控,制,刀,具,半,径,补,偿,.,.,CNC系统的组成,（3）CNC硬件软件的作用和相互关系CNC系统的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。CNC系统的硬件和软件构成了CNC系统的系统平台，如图所示。,CNC系统的组成,CNC系统的工作原理,CNC系统在其硬件环境支持下，按照系统监控软件的控制逻辑，对输入、译码、刀具补偿、速度规划、插补、位置控制、IO口处理、显示和诊断等方面进行控制。（1）输入数据处理程序输入数据处理程序接收输入的零件加工程序，将其用标准代码表示的加工指令和数据进行编译、整理，按所规定的格式存放。有些系统还要进一步进行刀具半径偏移的计算，或为插补运算和速度控制等进行一些预处理。,CNC系统的工作原理,输入数据处理程序一般包括下面三项内容：输入译码数据处理,CNC系统的工作原理,（2）插补运算及位置控制程序插补运算程序完成CNC系统中插补器的功能，即实现坐标轴脉冲分配的功能。脉冲分配包括点位、直线以及曲线三个方面。插补运算的结果输出，经过位置控制部分(这部分工作既可由软件完成，也可由硬件完成)控制伺服系统运动，控制刀具按预定的轨迹加工。位置控制的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。,CNC系统的工作原理,（3）速度控制程序编程所给的刀具移动速度是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标方向的分速度。速度控制程序的目的就是控制脉冲分配的速度，即根据给定的速度代码(或其他相应的速度指令)，控制插补运算的频率，以保证按预定速度进给。速度控制可以用两种方法实现：一种是用软件方法，如程序计数法实现；另一种用定时计数电路由外部时钟计数，运用中断方法来实现。,CNC系统的工作原理,（4）系统管理程序为数据输入、处理及切削加工过程服务的各个程序均由系统管理程序进行调度，因此，它是实现CNC系统协调工作的主体软件。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。水平较高的管理程序可使多道程序并行工作。有的管理程序还安排进行自动编程工作，或对系统进行必要的预防性诊断。,CNC系统的工作原理,（5）诊断程序诊断程序可以在运行中及时发现系统的故障，并指示出故障的类型。也可以在运行前或发生故障后，检查各种部件(接口、开关、伺服系统)的功能是否正常，并指出发生故障的部位。还可以在维修中查找有关部件的工作状态，判别其是否正常，对于不正常的部件给予显示，便于维修人员能及时处珲。,CNC系统的特点,（1）具有灵活性和通用性CNC系统的功能大多由软件实现，且软硬件采用模块化的结构，使系统功能的修改、扩充变得较为灵活。CNC系统其基本配置部分是通用的，不同的数控机床仅配置相应的特定的功能模块，以实现特定的控制功能。,（2）数控功能丰富插补功能：二次曲线、样条、空间曲面插补补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口编程功能：G代码、篮图编程、部分自动编程功能。,（3）可靠性高CNC系统采用集成度高的电子元件、芯片是可靠性的保证。许多功能由软件实现，使硬件的数量减少。丰富的故障诊断及保护功能(大多由软件实现)，从而可使系统的故障发生的频率和发生故障后的修复时间降低。,（4）使用维护方便操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可进行正确操作。编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模拟仿真功能。维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，关键部件的定期检查等)，数控机床的自诊断功能，可迅速实现故障准确定位。,（5）易于实现机电一体化数控系统控制柜的体积小(采用计算机，硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，硬件的不断减小)，使其与机床在物理上结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作。,1基本功能（数控系统都应具备）控制功能，准备功能，插补功能，进给功能，主轴功能，辅助功能，刀具管理功能，显示功能2扩展功能补偿功能，自诊断功能、固定循环功能，通信功能，人机对话编程功能，图形显示功能等,数控系统的功能,硬件软件几种典型的软硬件界面的划分,计算机数控系统由硬件和软件组成，数控系统软件和硬件的功能界面：,哪些功能由软件来实现，哪些功能由硬件来实现，或怎样确定软件和硬件在数控系统中所承担的任务。四种功能界面的划分，代表了不同时期的数控系统产品。数控系统发展的趋势是软件承担的任务越来越多。这主要是由于计算机的运算处理能力不断增强，使软件运行的速度大大提高的结果。这种趋势并不是一成不变的，随着电子技术的发展，硬件的成本也在不断降低，如果硬件的制造可以做到象软件一样灵活，能够根据特殊需求，专门制做的时候，硬件所担负的功能还会逐步增加。,2.2数控系统的硬件结构,1、单处理器结构单微处理器数控系统由于其结构简单，价格低，在经济型数控系统中应用广泛。在单微处理器结构中，整个系统由一个微处理器来完成数据存储和处理、插补运算、输入输出控制、显示等功能,并对其进行控制和处理。采用集中控制、分时处理的控制方式。单个微处理器通过总线与存储器、输入输出接口及其它接口相连，构成整个CNC系统。某些CNC系统