第三章数控系统结构介绍.ppt

第三章CNC系统的结构和控制方法，另一方面，CNC系统的定义和结构定义从自动控制的观点出发，CNC系统是一种位置、速度(也包括电流)控制系统，本质上是以多致动器(各运动轴)的位移量、速度为控制对象，进行协调运动的自动控制系统，是专用的框图，CNC系统的功能，1 .控制功能控制轴有移动轴和旋转轴，基本轴和追加轴。 可以通过轴的联动加工轮廓轨迹。 一般的数控车床为双轴控制，只需双轴联动即可。一般的数控铣床为三轴控制，需要三轴联动或多轴联动的一般的加工中心为多轴控制，三轴联动。 控制轴数越多，特别是同时控制的轴数越多，CNC系统要求的功能越强，并且CNC系统也变得复杂，程序制作也变得困难。 2 .几何参数CNC设定的最小设定单位插值方式控制轴数，3 .准备功能P4准备功能也称为g指令代码，是指定机床运动方式的功能，包含基本移动、平面选择、坐标设定、刀具修正、固定循环等指令。 点式加工机，例如钻床、冲压盘等，需要点移动控制系统。 在轮廓控制的加工机床，例如车床、铣床、加工中心等，需要2个以上的进给坐标与控制系统联动。 4、进给功能根据加工技术的要求，CNC系统的进给功能用f指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。 (1)以每分钟切削进给速度的毫米数指定刀具的进给速度。 例如，100毫米/分钟。 关于旋转轴，表示每分钟的角度。 (2)同步进给速度是由主轴每转的毫米数规定的进给速度，例如0.02mm/r。 只有主轴上装有位置编码器的NC机床才能指定同步进给速度，用于切削螺纹的编程。 (3)在进给倍率操作面板上设置进给倍率开关，可以使倍率在0200%之间变化，每段为10%间隔。 通过使用倍率开关，无需修正程序就能改变进给速度，在尝试零件时随时可以改变进给速度，在发生事故时随时可以停止进给。 5 .主轴功能指定主轴转速的功能(1)转速的编码方式一般由s指令代码指定。 r/min(2)指定一定线速度的该功能保证车床和磨床对工件端面质量和直径不同的外圆的加工具有相同的切削速度。 mm/min(3)主轴的对位停止该功能使主轴在半径方向的某个位置正确停止，具有自动交换功能的机床必须选择具有该功能的CNC装置。 6 .辅助功能辅助功能指定主轴的启动、停止和转向而使用的切削液的开闭刀具库的启动和停止等，一般是对开闭量的控制。 各型号的数控装置的辅助功能大不相同，多数是定制的。 7 .工具功能工具功能用于选择所需的工具。 8 .修正功能修正功能根据CNC系统存储器中输入的修正量，根据编程轨迹再计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，加工符合要求的工件。 修正功能主要有(1)刀具尺寸修正、刀具长度修正、刀具半径修正、刀尖圆弧修正等种类。 这些功能可以补偿刀具磨损和更换时的正确对位，简化编程。 (2)预先检测丝杠的螺距误差补偿和背隙补偿或热变形补偿丝杠的螺距误差和背隙，输入CNC系统，通过实际加工进行补偿，提高NC机床的加工精度。 9 .文字、图形显示功能CNC控制器可以配置单色或彩色CRT或LCD，通过软件和硬件接口实现文字和图形的显示。 通常，可以显示程序、参数、各种修正量、坐标位置、故障信息、人机对话框菜单、零件图形、刀具实际移动轨迹的坐标等。 10 .为了防止故障的发生，在故障发生后迅速确定故障的类型和部位，减少停机时间，CNC系统中设有各种各样的诊断程序。根据CNC系统设定的诊断程序不同，诊断的级别也不同。 诊断程序通常可以包含在系统程序中，作为在系统运行中进行检查和诊断的服务程序，也可以在系统运行前或故障后进行诊断，寻找故障的地方。 某些CNC可以进行远程通信诊断。 另外，为了满足柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )的需要，CNC装置通常具有RS232C通信接口，还包括DNC接口。 CNC还能够经由制造自动化协议(MAP )访问工厂通信网络。 12 .交互式图形编程功能为了进一步提高NC机床的编程效率，制作NC程序，特别是复杂部件的NC程序，使用计算机辅助编程，特别是图形来进行自动编程，并对其进行编程因此，现代的CNC系统要求人与人的交互图形编程功能。 具有这种功能的CNC系统可以直接基于零件图创建程序。 也就是说，程序员只需发送图案上简单显示的几何尺寸，就能自动计算所有交点、接点、中心坐标，制作加工程序。 有些CNC系统可以根据向导图和显示说明交互编程，具有智能功能，如自动工序选择、工具和切削条件的自动选择。 有些CNC系统还具有用户宏功能(例如日本FANUC系统)。 这些功能有助于没有接受CNC编程专业训练的机械工人迅速制定程序。 从外部特征来看，NC系统的配置包括CNC系统的大部分硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)。 由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程逻辑控制器、主轴驱动装置、进给驱动装置构成。现在CNC的硬件结构广泛采用多种CPU结构，80年代以后出现了基于个人电脑(PC )的CNC结构。 从结构上看，现代CNC是一种主要负责NC加工程序处理、插值、伺服、进给控制等NC主流的处理和控制的PLC :主要负责NC设备和其他辅助设备的开关量控制MMC :在CNC中负责人机界面和外部通信任务的机构另外，计算机数字控制系统的硬件结构，根据控制功能的复杂性，可分为单处理器结构和多处理器结构，根据基板的结构特征，可分为大板结构和模块结构。 根据整体安装结构的特点，一体结构和分体结构根据CNC装置的硬件制造方式，专用型结构和电脑型结构，CNC装置的硬件结构，一体结构是CRT和MDI面板， 在同一壳体内安装了由操作面板和功能模块板构成的电路基板等的分体结构将CRT、MDI面板、操作面板等作为一个部件，将由功能模块构成的电路基板安装在一个壳体内，两者之间用引线和光纤连接。 按照整体安装结构的特征分类，CNC装置硬件的制造方式分类，专用型结构由各制造商专门设计和制造。 电脑式结构以工业PC为CNC装置的支撑平台，机床制造商根据NC的需要，插入控制卡和NC软件，构成CNC装置。 大板结构一个系统通常有大板，被称为主板。 主板上搭载了主CPU和各轴的位置控制电路等。 将其他相关子板(完成了一定功能的电路板)直接插入ROM板、零件程序存储板和PLC板上，以构成CNC系统的核心部分，并按电路板的结构特征进行分类，模块结构可以是CPU、存储器、 输入输出控制分别作为卡板(称为硬件模块)，构成CPU、存储器、输入输出控制独立的微计算机级的硬件模块，对应的软件也是模块结构，固定在硬件模块上。单处理器结构的初始CNC系统和当前的一些经济的CNC系统，一般采用单CPU结构多处理器结构多CPU结构，能够满足NC机床的高进给速度、高加工精度和多种复杂功能的要求。 多用于高级、全功能型的CNC机床，控制功能的复杂性、单微处理器的硬件结构图、单处理器的计算机控制、单微处理器的结构：微处理器(运算、控制)、总线、存储器、接口微处理器CPU的运算器、控制器配置运算器包括算术逻辑运算、寄存器、堆栈总线：具有一定信号意义的物理读取数据总线(双向线)地址总线(单向线)控制总线(单向线)的可重写只读存储器(EPROM ) :系统程序随机存储器(RAM ) :运算的中间结果、应显示的数据、运行中的状态、带标志信息备份电池的CMOSRAM或磁盘存储器：加工后的零件程序、机床参数、工具参数等I/O (输入/输出)中间1 .进行必要的电隔离2 .电平转换和功率放大，MDI/CRT接口，位置控制模块速度控制，位置反馈，要求：无过冲，无滞后，抗噪声性强。 控制机床进给运动的坐标轴位置。 主轴控制一般仅包括速度控制。 刀具库位置控制(简易位置控制) c轴位置控制：位置和速度控制、可编程控制器、内置型是为了实现机床的顺序控制而设计制造的。 独立型是以技术规范、功能和参数满足数控机床要求的独立零件。 通信接口、单微处理器的数控装置：以一个CPU (中央处理器)为核心，CPU通过总线连接到存储器和各种接口，采用集中控制、时分处理工作方式，完成数控加工的各任务。 结构特点：一个微处理器完成所有功能总线结构简单，功能容易限制，多处理器计算机控制，多处理器计算机控制允许CNC系统中有两个以上的CPU控制系统总线和主存储器的工作容错性高，在某模块发生故障后，也可以通过系统重建继续工作。 常见的是以下六个基本功能模块，如果想扩展功能，可以添加对应的模块。 1.cnc管理模块具有管理和组织整个CNC系统的业务流程的功能。 例如：系统初始化、中断管理、总线裁决、系统错误的识别和处理、系统软件/硬件诊断等。 可以进行工件加工程序的解码、刀具修正、坐标位移量计算、进给速度处理等插值前的预处理。 2.CNC内插模块对所提供的内插类型和轨迹坐标进行内插计算，在各坐标轴上计算位置指令值。 3 .位置控制模块将插值的坐标位置指令值与从位置检测单元反馈的实际位置值进行比较，进行自动加减速、回归基准点、伺服系统的滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压，驱动进给电动机。 caka、caya、caya、caya、caya、caya、caya、caya。caya、caya、caya、caya、caya。caya、caya、caya。caya、caya。caya、caya、caya、cay 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓在该结构共享多处理器CNC设备的典型结构1 )总线结构的CNC系统中，只有主模块有权控制系统总线，并且，当多个主模块请求同时使用总线时，只有一个主模块在某一时间点占用总线。 总线仲裁机构在各主模块竞争总线时，判断各模块的优先级的高低。 串行总线仲裁方式链路位置并行总线仲裁方式3354专用逻辑电路、优先代码方式、共享总线结构的优点结构简单，系统组合灵活、成本较低、可靠性较高的共享总线结构的缺点总线是系统的“瓶颈”，系统总线发生故障时2 )共享存储器结构在该结构中，采用多端口存储器来实现各CPU间的相互连接和通信，各端口中有数据、地址、控制线的组。 访问冲突通过多控制逻辑电路来解决。 功能复杂，如果CNC系统要求增加CPU的数量，则会出现共享存储器冲突的信息传送块，从而降低系统效率并且难以扩展功能。 多处理器的结构特点，1 .性能价格比高2 .采用模块结构，具有良好的适应性和扩展性3 .硬件容易在组织规模上生产。 4 .有很高的可靠性。 1、计算机数字控制系统的硬件和软件接口、CNC系统的软件结构和控制、计算机数字控制装置的数据转换过程、CNC系统的软件结构和控制， CNC装置的软件特征： CNC系统的多任务性CNC系统软件的任务：管理和控制，并行处理：计算机在同一时间或同一时间间隔完成性质相同或不同的两种以上的工作，加工时CNC为了在同一时间间隔完成两种以上的工作，通常， 1 .资源时分共享2 .资源重复流水处理、计算机数字控制器的数据转换流程、t=t1 t2 t3 t4、实时中断处理、CNC系统的多任务性和实时性成为系统整体不可或缺的重要组成部分。 CNC系统的中断管理主要由硬件进行，系统的中断结构决定了系统软件的结构。 (1)外部中断。 主要有纸带光电读取机的读取孔的中断、外部监视的中断(紧急停止、测定器的设置等)和键盘操作面板的输入的中断。 前两个中断要求很高的实时性，这两个中断通常被放在高优先级，键盘和操作面板的输入中断被放在低优先级。 在一些系统中，还可以通过查询处理。 (2)内部定时中断。 主要有内插周期时间中断和位置采样时间中断。 在一些系统中，这两个时序的中断是一个。 但是，处理时，总是在处理位置控制后再处理插值运算。 (3)硬件故障中断。 这是来自各种硬件故障检测装置的中断，包括内存错误、计时器错误、插值运算超时。 (4)程序性的中断。 这是程序中发生的各种异常状况的警报中断，例如各种溢出、清零等。 前后台型软件结构、构成：后台程序、后台程序实时中断服务程序，实现插值、伺服、机床监视等实时功能的后台程序.软件结构、构成：后台程序、后台程序完成解码、数据处理等非实时任务，也称为后台程序，管理软件和插值准备在此处在后台程序执行中，持续实时中断程序，与后台程序结合，执行部件加工任务这种前台式软件结构通常适用于单处理器集中控制，对CPU的性能要求很高。中断型软件的结构、特征：除了初始化程序，整个系统软件的各个功能模块根据实时性被安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件是一个很大的多重中断系统。 系统的管理功能主要通过各级的中断服务程序间的通信来实现。系统管理主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现，通信方式主要有以下种类：设置软件中断服务程序自身的链接配置标志，最后在0上显示处理。 1 )一组出口状态词和一组复位0组1两种情况： a .其他中断根据需要设置第一级中断请求，在执行对应的出口状态词b .有第一级中断的出口子处理时设置出口状态词的另一位。 当某个号码的