数控系统(CNC系统).doc

容济摩托车点火器数控系统（系统）参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17ec577.html一、 系统的基本构成 系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。由于采用了计算机，使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现，大大提高了系统的性能和可靠性。 系统的控制过程是根据输入的信息，进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。 系统由硬件和软件组成，软件和硬件各有不同的特点。软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。 的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分的数控功能。二、 系统的硬件结构 系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。早期的 系统和现有的一些经济型 系统采用单微处理器结构。随着系统功能的增加，机床切削速度的提高，单微处理器结构已不能满足要求，因此许多 系统采用了多微处理器结构，以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展，以及适应计算机网络化及形成和 的更高要求，使系统向更高层次发展。单微处理器结构图 系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构，即采用一个微处理器来集中控制，分时处理系统的各个任务。某些 系统虽然采用了两个以上的微处理器，但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器，它占有总线资源，其他微处理器作为专用的智能部件，不能控制系统总线，也不能访问存储器，是一种主从结构，故也被归入单微处理器结构中。单微处理器结构的 系统由计算机部分（及存储器）、位置控制部分、数据输入输出等各种接口及外围设备组成。 系统硬件的组成框图可参见图。（） 计算机部分计算机部分由微处理器 及存储器（、）等组成。微处理器执行系统程序，首先读取加工程序，对加工程序段进行译码、预处理计算等，然后根据处理后得到的指令，对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制；它还将辅助动作指令通过可编程控制器（）发给机床，同时接收由返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。（） 位置控制部分位置控制部分又分为位置控制和速度控制两大单元。位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内的位移量，并产生伺服电动机速度指令发往速度控制单元。速度控制单元还接收速度反馈信号，用速度指令与反馈信号的差值来控制伺服电动机，使其以恒定速度运转。位置控制单元根据接收到的实际位置反馈信号，来修正速度指令，实现机床运动的准确控制。（） 数据输入输出接口与外围设备数据输入输出接口与外围设备是数控系统与操作者之间信息交换的桥梁。例如，通过纸带阅读机或设备，可以将零件加工程序送入系统，并可实现其他手动操作；通过 显示器或穿孔机可得到零件加工程序或其他信息。多微处理器结构在多微处理器结构中，由两个或两个以上的微处理器来构成处理部件。各处理部件之间通过一组公用地址和数据总线进行连接，每个微处理器共享系统的公用存储器或 接口，分担系统的一部分工作，从而将在单微处理器结构的系统中顺序完成的工作转变为多微处理器的并行、同时完成的工作，因而大大提高了整个系统的处理速度。多微处理器结构的 系统大都采用模块化结构，微处理器、存储器、输入输出控制等可分别做成硬件模块，相应的软件也是模块化结构，固化在硬件中。软硬件模块形成一个具有特定功能的单元，称为功能模块。功能模块之间有明确定义的固定接口，按工厂或工业标准制造，于是可以组成积木式的 系统。如果某一个模块出了故障，其他模块仍能照常工作，可靠性高。 系统一般有种基本功能模块，若需要扩充功能，还可以再增加相应的功能模块。（）管理模块该功能模块执行管理和组织整个 系统工作过程的职能，例如，系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统出错的识别和处理、系统软硬件故障诊断等。（）插补模块这个模块对零件加工程序进行译码、刀具补偿、坐标位移量计算等插补前的预处理工作，然后按规定的插补类型的轨迹坐标，通过插补计算为各个坐标轴提供位置给定值。（） 位置控制模块该模块将插补后的坐标位置指令值与位置检测单元反馈回来的位置实际值进行比较，并进行自动加减速、回基准点、伺服驱动系统滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压，去驱动进给电动机。（） 模块该模块对零件加工程序中的开关功能和由机床送来的信号进行逻辑处理，实现各功能和操作方式之间的联锁，例如，机床电器的起停、刀具交换、回转台分度等。（） 数据输入输出和显示模块这里包含零件加工程序、参数和数据、各种操作命令的输入（如通过纸带阅读机、键盘或上级计算机等）和输出（如通过穿孔机、打印机）、显示（如通过 显示器、液晶显示器等）所需要的各种接口电路。（） 存储器模块这是程序和数据的主存储器，也可以是功能模块间传递数据用的共享存储器。图是一个具有多微处理器结构系统的典型框图。其中有四个微处理模块，在主处理器的统一管理下分担不同的控制任务。每个微处理器都有各自的存储器及控制程序，当需要占用总线及其他公共资源（如存储器、 设备）时，需申请占用总线，由主处理器按各个微处理器的优先级决定谁有权使用系统总线。图中微处理器均为位的。图 多微处理器结构 系统的典型框图微处理器 为主处理器，主要处理与外围设备之间的输入输出，同时负责系统总线的管理和任务调配。微处理器完成零件加工程序的译码、预处理计算，负责刀具补偿、工作循环和子程序的管理工作。微处理器完成直线和圆弧插补以及位置控制。微处理器实现可编程序控制器的功能。此外，还有主存储器模块、操作面板显示模块等。三、 系统的软件结构 系统的软件是为了实现 系统各项功能而编制的专用软件，称为系统软件。在系统软件的控制下，系统对输入的加工程序自动进行处理并发出相应的控制指令。系统软件由管理软件和控制软件两部分组成。管理软件包括零件加工程序的输入输出、 处理、系统的显示和诊断；控制软件可完成从译码、刀具补偿、速度处理到插补运算和位置控制等方面的工作。这两大部分通常是同时工作的。 系统是一个大的多重中断系统，其中断管理主要由硬件完成，而系统软件的结构则取决于系统的中断结构。 系统的中断来源有多种，主要有外部中断、内部中断、硬件故障中断、程序性中断等。有两种类型的软件结构，一种是前后台型结构，一种是中断型结构。前后台型结构（） 工作原理在前后台型结构的 系统中，整个系统软件分为两大部分，即前台程序和后台程序。前台程序是一个实时中断服务程序，承担了几乎全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位置控制、机床相关逻辑和监控等，就好像是前台表演的演员。后台程序是一个循环执行程序，一些实时性要求不高的功能，如输入译码、数据处理等插补准备和管理工作等均由后台程序承担，就好像配合演员演出的舞台背景，因此又称背景程序。在背景程序循环运行的过程中前台的实时中断程序不断定时插入，二者密切配合，共同完成零件加工任务。（） 工作特点前后台型结构对微处理器的运行速度和指令功能要求较高，一般适合单微处理器集中式控制的数控系统。中断型结构（） 工作原理图所示为中断型系统软件结构原理图。中断型 系统软件结构中，除了初始化程序外，整个系统是一个中断控制系统。所有各种功能的子程序（如工件程序的输入、编辑、译码、数据处理、插补和伺服控制等功能）均被安排成优先级别不同的中断服务程序。（） 工作特点中断型软件结构采用模块化结构，便于修改和扩充，编制较为方便。更重要的是这种结构便于向多微处理器数控系统发展。四、 系统可执行的功能及其特点 系统可执行的功能 系统的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是必备的数控功能；选择功能是图 中断型系统软件结构原理图可供用户根据机床特点和工作用途进行选择的功能。（） 基本功能系统的基本功能有以下几方面：） 控制功能控制功能主要反映系统能够控制以及能够同时控制的轴数（即联动轴数）。如数控车床一般为两根联动轴（轴、轴），数控铣床以及加工中心一般需要根或 根以上的控制轴。控制轴数越多，特别是联动轴数越多，系统就越复杂，编制其系统软件也越复杂。）准备功能准备功能（ 功能）是指定机床动作方式的功能。主要有基本移动、程序暂停、坐标平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、基准点返回、公英制转换和绝对值增量值转换等指令。 代码的使用有模态（续效）和非模态（一次性）两种。） 插补功能插补功能指系统可以实现的插补加工线型的能力，如直线插补、圆弧插补和其他二次曲线与多坐标插补能力。） 进给功能进给功能包括切削进给、同步进给、快速进给、进给倍率等。它反映刀具进给速度，一般用代码直接指定各轴的进给速度。） 刀具功能刀具功能用来选择刀具，用 和它后面的位或位数字表示。） 主轴功能主轴功能就是指定主轴转速、转向的功能，用 代码指定转速，例如可表示为。主轴的转向要用（正向）、（反向）指定。） 辅助功能辅助功能也称 功能，用来规定主轴的起停和转向、切削液的接通和断开、刀库的起停、刀具的更换、工件的夹紧或松开等。） 字符显示功能 系统可通过软件和接口在 显示器上实现字符显示，如显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置和故障信息等。） 自诊断功能 系统有各种诊断程序，在故障出现后可迅速查明故障类型和部位，减少因故障引起的停机时间。（） 选择功能系统的选择功能有以下几方面：） 补偿功能系统可以备有补偿功能，对加工过程中由于刀具磨损或更换以及机械传动的丝杠螺距误差和反向间隙所引起的加工误差予以补偿。 系统的存储器中存放着刀具长度或半径的相应补偿量，加工时按补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。） 固定循环功能该功能是指 系统为常见的加工工艺所编制的、可以多次循环加工的功能。固定循环使用前，要由用户选择合适的切削用量和重复次数等参数，然后按固定循环约定的功能进行加工。用户若需编制适用于自己的固定循环，可借助用户宏程序功能。） 图形显示功能图形显示功能一般需要高分辨率的 显示器。某些 系统可配置英寸彩色 显示器，能显示人机对话编程菜单、零件图形、动态刀具轨迹等。） 通信功能 系统通常备有 接口，有的还备有 接口，设有缓冲存储器，可以按数控格式输入，也可以按二进制格式输入，进行高速传输。有的系统还能与制造自动协议相连，进入工厂通信网络，以适应、的要求。） 人机对话编程功能人机对话编程功能不但有助于编制复杂零件的程序，而且可以方便编程。如蓝图编程只要输入图样上简单表示几何尺寸的命令，就能自动生成加工程序。对话式编程可根据引导图和说明的显示编制，并具有工序、刀具、切削条件等的自动选择的智能功能；用户宏编程使未受过 训练的人也能很快进行编程。 系统的特点（） 灵活通用系统硬件多数采用模块化结构，易于扩展，通过变换软件还可以满足被控设备的各种不同要求。接口电路的标准化大大方便了生产厂家和用户，用一种系统就可以满足多种数控设备的要求。（） 数控功能多样化系统利用计算机很强的运算能力，可以实现许多复杂的数控功能。如在线自动编程、加工过程的图形模拟、故障诊断、机器人控制以及使数控机床并入计算机网络等。（） 使用可靠、维修方便由于采用大容量存储器存放零件程序，无需纸带阅读机直接参与加工，大大减少了故障率。另外，因为许多功能由软件实现，硬件所需元器件数目大为减少，提高了系统的性能和可靠性，特别是采用大规模和超大规模集成电路，集成度提高，硬件所需元器件数目进一步减少，系统的可靠性更为提高。 系统的诊断程序可以提示故障部位，从而减少了维修的停机时间。其零件编辑功能对于编制程序十分方便，零件程序编好后能够显示程序，甚至可以通过空运行显示出刀具轨迹，检验程序的正确性。（） 易于实现机电一体化由于 系统具有很强的通信功能，便于与、 和系统进行通信联络。同时硬件元器件数目的减少及大规模集成电路的采用，使 系统结构更加紧凑，可与机床结合在一起。五、 系统常见故障分析电源接通后， 灯常亮， 系统不能被起动 系统操作面板上的 指示灯是 系统与操作者之间最直接的交流媒介， 系统的工作状态可通过指示灯直接反映出来，观察 指示灯是判断系统正常运行和是否有故障的最直接手段。正常情况下，按下系统起动按钮的最初内， 指示灯频繁闪亮，然后熄灭，系统起动完成。如果 指示灯常亮，则系统不能被起动， 显示器也往往没有显示。可以考虑下述几方面原因：（） 硬件模块故障，需更换模块；（） 模块中有跨接棒接错，需重接到正确位置；（） 存储器模块故障，需更换模块；（） 印刷总线板损坏，需更换总线板；（） 机床数据错误，需调整数据；（）