计算机数控装置.ppt

1,复习,1数控机床的组成2数控机床的控制对象3数控机床的基本工作原理4现代数控技术及发展5数控机床的分类6数控机床的特点,2,第二章计算机数控装置,本章主要介绍计算机数控（CNC）装置的组成结构和工作原理。,本章内容,1计算机数控装置的组成结构,2数控加工程序的输入,3数控加工程序的预处理,3,2.1计算机数控装置的组成结构,计算机数控装置（CNC）是面向机床数控而设计的专用计算机系统，它以计算机为核心，数控功能通过软件实现，具有很好的灵活性和通用性。与一般微机相比，面向工业环境，可靠性、抗干扰性强，工作稳定。CNC数控装置的组成结构分为硬件结构和软件结构。,4,2.1计算机数控装置的组成结构,1.CNC装置的硬件结构,专用型数控系统：软硬件都是针对数控机床应用专门设计的；便于现场操作和安装，可靠性、抗干扰性较强。基于个人计算机的数控系统：在通用微机上加装运动控制卡、I/O接口卡并运行CNC系统软件就可构成；成本低，通用性强。,CNC装置的物理结构,CNC装置的逻辑结构,单CPU结构,多CPU结构,5,2.1计算机数控装置的组成结构,（1）单CPU结构,采用一个CPU来集中控制，分时处理数控的各个任务。,EPROM,RAM,MDI/CRT接口,PLC,串行通信及网络接口,数控面板,CRT,纸带阅读机接口,I/O接口,穿孔机、电传机接口,位置控制,纸带阅读机,机床,速度控制,纸带穿孔机,电传机,M,CPU,6,2.1计算机数控装置的组成结构,（2）多CPU结构,采用多个CPU来分别控制CNC装置的各个功能模块，以实现多个控制任务的并行处理和执行，从而大大提高整个系统的处理速度。多CPU结构一般采用共享总线的互连方式。,系统总线,CNC管理模块（CPU）,主存储器模块,插补模块（CPU）,PLC控制模块（CPU）,MDI/CRT人机接口模块（CPU）,位置控制模块（CPU）,7,2.1计算机数控装置的组成结构,a.CNC管理模块,管理和组织整个CNC系统的工作，完成系统的初始化、中断管理、总线仲裁、系统出错的识别和处理、系统软硬件的诊断等功能。,b.插补模块,完成零件程序的译码、刀具尺寸补偿、坐标位移量的计算和进给速度处理等预处理过程，然后进行插补计算，为各个坐标轴提供位置给定值。,c.位置控制模块,将坐标位置给定值与实际值进行比较，进行自动加减速、回基准点、伺服系统滞后量的监视和漂移补偿等处理，最后输出速度控制的模拟电压信号，经过伺服驱动装置使进给电动机运转。,多CPU结构CNC装置的各个功能模块,8,2.1计算机数控装置的组成结构,d.PLC控制模块,对零件程序中的辅助开关功能和来自机床的开关信号等进行逻辑处理，实现各功能操作方式之间的连锁控制。例如机床电气设备的启停，刀具转换，转台分度，工件数量和运转时间的计数等。,e.人机接口模块,用于操作控制以及数据的输入、输出和显示，包括零件程序、参数和数据、各种操作命令的输入与输出，显示所需要的加工信息等。,f.主存储器模块,用来存放程序和数据，也可作为各功能模块间数据传输的共享存储器。,9,2.CNC装置的软件结构,21计算机数控装置的组成结构,CNC装置的软件是为了完成CNC系统各项功能而设计的专门软件，又称系统软件，其作用是使CNC装置对输入的加工程序进行处理并发出相应的控制命令。系统软件包括管理软件和控制软件两大部分。系统管理软件：包括I/O、诊断、显示等软件。系统控制软件：包括译码、刀具补偿、速度处理、插补运算和位置控制等软件。,10,21计算机数控装置的组成结构,CNC系统是一个多任务的实时控制系统。根据具体加工控制的需要，在很多情况下，CNC装置的多个功能模块必须同时运行。CNC系统对实时性的要求非常高，比如插补和位置控制模块，就要求必须及时的给出插补结果才能保证加工过程的连续性。因此，CNC系统必须采用多任务并行处理技术和实时中断处理技术。CNC软件结构可分为前后台型结构和多重中断型结构两种结构形式。,2.CNC装置的软件结构,11,21计算机数控装置的组成结构,（1）前后台型结构系统软件分为前台程序和后台程序。前台程序：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、与机床相关的逻辑控制和监控功能等。前台程序是实现系统实时控制的核心，一般通过定时中断来启动。后台程序：是一个顺序循环执行的程序，主要完成一些实时性要求不高的功能，如程序输入、译码、刀具补偿计算等插补前的准备工作和系统管理工作。主要功能是插补前的准备和管理调度。,2.CNC装置的软件结构,12,自动单段,21计算机数控装置的组成结构,（1）前后台型结构,开始,初始化,工作方式,键盘服务程序,加工服务程序,手动操作服务程序,键盘,手动,后台程序结构,2.CNC装置的软件结构,13,21计算机数控装置的组成结构,（1）前后台型结构,插补和位置控制中断服务程序流程图,2.CNC装置的软件结构,14,21计算机数控装置的组成结构,（2）中断型结构中断型结构的系统软件除了初始化程序之外，还将CNC各个模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，优先级别高的程序可以中断优先级别低的程序，系统软件本身就是一个大的多重中断系统。,2.CNC装置的软件结构,15,3.零件加工程序的处理过程,21计算机数控装置的组成结构,每一个加工程序段都是按照输入译码刀具补偿进给速度处理插补位置控制这样的顺序进行处理的。,步骤：（1）输入（2）译码（3）刀具补偿（4）进给速度处理（5）插补（6）位置控制,16,1.输入装置,22数控加工程序的输入,所编制的数控程序可以写在纸上，存储在磁盘中或是记忆在大脑里。这些纸、磁盘等都称为外部存储介质。根据外部存储介质的不同，可以选用不同的输入装置。常用的输入装置有MDI键盘、纸带阅读机、串行通信接口、以太网接口等。,17,1.输入装置,22数控加工程序的输入,用于手工输入不太复杂的零件程序。MDI键盘有两种：编码键盘和非编码键盘,（1）MDI键盘,编码键盘：本身包括有产生键码的硬件电路，每按下一键，键盘的硬件逻辑电路自动识别并提供被按键的编码。结构简单、使用方便，被广泛应用于数控系统中。非编码键盘：其工作原理是先对所有行加低电平，来判断有无按键按下，如果没有就不必继续判断，如果有，再用逐行加低电平的方法来确定被按下按键的具体位置。,18,1.输入装置,22数控加工程序的输入,读键盘程序流程图,（1）MDI键盘,非编码式键盘,19,1.输入装置,22数控加工程序的输入,早期的数控系统所用的输入装置，用来读入以穿孔纸带为介质的零件程序。,（2）纸带阅读机,工作原理：采用光电转换技术，将纸带上记录的信息转换成相应的电信号，经过放大、整形后送入数控装置。,20,1.输入装置,22数控加工程序的输入,能够方便的与计算机相连，进行点对点通信，实现零件程序和参数的传送。广泛应用的标准是RS-232C标准。它是美国电子工业协会（EIA）颁布的数据通信推荐标准。RS-232C标准规定使用有25根插针的DB型连接器，并规定了其中21个插针的功能。在微机和数控系统中，RS-232C接口有25针和9针两种，实际只使用其中的8个引脚。异步串行通信中，以字符为单位进行传送，字符与字符之间没有固定的时间间隔要求。传输时，每个字符前都要有一位起始位，接着是58位数据位，具体位数依字符编码类型而定，随后是一位奇偶校验位，最后是12位终止位。计算机与数控机床之间通信时，需要专门的软件。,（3）串行通信接口,21,2.数控加工程序的输入过程,22数控加工程序的输入,通过输入装置输入到数控系统的程序段，一般先存放在MDI缓冲器或零件程序缓冲器中，然后在根据控制要求将其传送到零件程序存储器中，或者直接译码执行。,22,2.数控加工程序的输入过程,22数控加工程序的输入,在自动译码执行零件程序时，根据译码程序段的来源不同，有四种输入工作方式。a.纸带工作方式b.存储器工作方式c.DNC工作方式DNC是直接数字控制的简称，通过微机中的零件程序直接控制机床的加工过程。一般用于较长程序的复杂零件和模具的加工。d.键盘工作方式又叫MDA或MDI方式，即手动数据输入自动执行。可以直接用键盘输入程序段并立即执行，通常用于机床的调整。,（1）输入工作方式,23,2.数控加工程序的输入过程,22数控加工程序的输入,零件程序编码可分为外码和内码。a.外码零件程序的外部存储编码，记录在纸带等存储介质上。为防止记录、传输过程中出错，必须有校验位。为保证互换性，格式必须统一。国际上规定了ISO和EIA两种标准格式。b.内码零件程序的内部存储编码，可靠性高，不需要校验位。在CNC内部以统一的格式存放，通常可按照ASC码格式存放，也可由CNC研制者自行定义内码格式，以便更有规律性、易用性。,（2）零件程序的存储编码,24,23数控加工程序的预处理,预处理主要包括数控加工程序的译码、运动轨迹的刀补计算和速度处理三个部分。数控加工程序需要译码的原因：虽然程序段已转换为内码形式存储在零件程序缓冲器中，但还是不便于后续处理，这是因为：a.书写格式不统一；b.各坐标值是BCD码形式，不便于刀补和插补计算；c.仅含有本段程序信息，不包含历史数据，对后续程序的处理不利。,25,23数控加工程序的预处理,译码，就是将输入的数控加工程序段按一定的规则翻译成统一的数据格式，并按约定的格式存放在指定的译码结果缓冲器中。译码的过程：就是从零件程序缓冲器（或MDI缓冲器）中逐个读入字符，识别出文字码和数字码，根据文字码所代表的功能确定目标地址，将数字码进行代码转换后，送到相应的译码结果缓冲器单元中，并进行语法检查和错误诊断。译码工作主要包括代码识别和功能代码的译码两大部分。,26,1.代码识别,23数控加工程序的预处理,27,2.功能代码的译码,23数控加工程序的预处理,N代码译码子程序的流程图，如右图所示。,28,3.译码结果缓冲器的格式,不同的CNC系统，其编程格式各不相同，针对某个具体的CNC系统，译码结构缓冲器的规模和格式是固定不变的。它含有所有