第三章计算机数控系统

1、天津中德职业技术学院T I A N J I N教案教师亍教案中德培训中心课程班级学期上课日期11课时21累计课时教师审签1课程类型专业基础课课程名称第-章：计算机数控系统（章、节）第一节概述第二节MNC系统的构成教学目的一.了解数控系统在数控机床中的作用二.掌握数控系统的组成，各部件的作用要求三.了解MNC系统的构成教学重点数控系统的组成,各部件的作用教学难点数控系统的组成,各部件的作用主要教具设备教材、教学课件、多媒体设备材料课后记第三章计算机数控系统第一节概述一、基本概念:1 NC1952-19652 CNC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:计算机数字控制：由硬件和软

2、件共同完成数控的功能，具有柔 性。1974年以后、构成及各部分的功能:1、构成MDI 信息awe -嚼制编强器一上机总一CAD/CAM系城亠itWtiffl栓削墟a«CMC聂比CPLC)CNC系统的组成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信息载体完成打印,穿孔显示等实现串行通讯及网络功能完成与外围设备联系，控制系统各部分功能完成机床的顺序控制,换刀,APC等接受CNC的指令，控制主轴电机的转速及旋向2）输出装置:3）通信线路:4）CNC:5）P LC:6）主轴单元:7）速度单元:接收CNC的指令，控制各伺服轴的动作第二节、MNC系统的构成、概念：采用微处理器

3、构成的数控装置称为 MNC1、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VBJl fllfl樑艳制la揪 作用： 存放系统软件，零件程序参数等hwoso I-W>nHIRamI IIAllDMChID91-INLT_嵐cfi IIPs 叶低til床惇M图3.2.1徽处理器数整系扰的组成三、各部分介绍：1 CPU; BUSCPU:由运算器、控制器、内部寄存器构成 衡量CPU的两个因素：位数速度作用: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

4、物理导线分为：地址总线(DB)数据总线(AB)控制总线(CB)2存储器: 存储运算的中间结果分类：图3.2,2半导体存储器的分类RAM随机存储器）既可读入也可写出，用来存放 程序 参数中间结果 均具备保持功能ROM只读存储器，存放系统软件 又分为：EPROM E2 ROM闪存。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：.每次以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 一个二进制的“ 0” “ 1”为最小单位进行传输.优点：价格便宜,

5、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,

6、9600 联接:PC9针接口 DCD RXD TXD DTCRS232载波检测 接受数据 发送数据 数据终端就绪 信号地SGD DSR RTS CTS RI数据设备就绪请求发送 清除发送 指令结束CNC25针接口1. 保护地2. TXD3. RXD4.RTS5.CTS6.DSR7.SGD8.DCD20.DTR常用的硬件连接图：加入图片PCCNC保护地122335778短接、45短接1 46短接6820短接(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：传送信息可靠。 进行信息的转换、 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、D/A A/D。

7、典型接口输入电路:WI槪点输II丄 7t7.+24Vto点输人的接收电路讲解各元件的作用。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。CNC 装 S +24 V图3.2,10继电器输出电路晶体管输出电路:光电隔离的作用:刖AJ禹遐!U!人出G*Mi辱irS阿管输出hnxsoiiBSfi*筑槪jn 阳32U儿神常川兄也偶剳的鮎福囑挥天津中德职业技术学院教师教案教案课程班级学期上课日期1课时21累计课时教师审签1课程类型专业基础课课程名称 （章、节）第三章 第三节CNC的硬件结构教学目的要求一. 了解硬件分类二. 了解典型数控系统的硬件结构，各部件的作用教学重点硬件的分类教

8、学难点典型数控系统的硬件结构，各部件的作用主要教具设 备材 料教材、教学课件、多媒体设备课后记第三节、CNC的硬件结构、分类：1、按微处理器分类；1）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：不易进行功能的扩展和提高。处理速度低、数控功能差。2）多CPU单CPU的弥补：1）增加浮点协处理器、8086+80872）硬件分担插补3）采用全智能化的CRT、PLC部件。模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。 特点：两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。1、性能价格比高 单CPU限制性能 多提高速度，扩展性能。、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性

9、 、硬件易于组织规模生产。、可靠性高。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。iS3.li多徹处共皐序ifff络禅曲制凍S柄杞i】FaNK BU 耳iwra”词3 33.3劣»机共戦践姑构冋'系列懈）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

10、功能独立，便于开发同一功能的系列产品，维修维 护方便、典型数控系统的硬件结构：1、fanUC-6M系统的硬件介绍远帝syi議机,谬麼忡 制单朮 7：轴亍时UN I主印制板您卩 LkROMRAM速度控Y轴建度控制单兀X耦11CNIfPWwTBf?nZtrFnL茁品市 r一D"TI1CAV I位鬥輕制 I J0« X v/z z/p coTcoenioUca o a a 中中中 JCHX2附加抽控制匚 K1vuieRttfUfl KOMISPMfe应刹r旃控制板口 TTIEsS5!4前CNIC17RS-232C第，辆何AR电和机 FACIl/ASRCLAMD 锻 CRT_ CI

11、4Mllcis严頂岀*绘14 時扑猪址津畢粘.kl«别也数罠掘输止 fCri4Ua单元Tcds"机陈烬a th图 3,3.5 FANUC CNC 6MB2、SIN840C系统的硬件结构：SM Mr<Tv 胚g?fcw-Tfu-mx-txi叨附、谜严/ *-«/斛 K<nmXAUff丄«/AC AUsmommudMuuJI u 站 =5? 耐 >4*n iz*.-*Hwul i5sr吸''權呷BTKHIt*册Hffil "Himn>e2AO輪u *HttflMDI NCWS>盟：LjB匕 =hS1!n

12、：aae<tfll«M2tlo XIWMOAI4Nc“nx7*»»圈336 SINVMERIK 840C功储横块代系统田天津中德职业技术学院教师教案教案课程班级学期上课日期课时21累计课时教师审签1课程类型专业基础课课程名称 （章、节）第三章 第四节：CNC系统的软件教学目的要求一. 了解CNC系统软件的组成二. 了解CNC系统软件各部分的作用三. 了解典型数控系统软件的工作过程教学重点CNC系统软件各部分的作用教学难点CNC系统软件各部分的作用主要教具 设备材料教材、教学课件、多媒体设备课后记第四节CNC 系统软件一 组成与功能：CNC 系统软件管理软件控

13、制软件程序的输入输出显示通信译码刀具补偿速度处理插补运算位置控制等各程序简介：1 输入程序：记录垂直校验： 把零件程序经缓冲器到存储 把存储的程序读入缓冲器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）2 译码程序：进行代码的识别，及功能代码的解译代码识别是指将读入代码按内部码地址的不同进行处理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;3 数据处理：对功能代码进行预处理任务：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

14、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。 A位置b速度。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， 再由硬件执行个数的细化。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：系统4ms计算一次指令值De读一次Df值通过计数器计算出 D=Dc-Df, 3( D*Kd) /4 s 为速度。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

15、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：PLC等对系统内的软件，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、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。三、典型数控软件的工作过程： 见中断优先级P90(1) 开机后，系统首先进入初始化程序。进行硬、软件初始

16、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。天津中德职业技术学院教师教案教案课程班级学期上课日期课时1累计课时教师审签1课程类型专业基础课课程名称 （章、节）第三章 第五节：运动轨迹的插补原理教学目的要求一 掌握插补的概念二.了解逐点比较法的原理教学重点逐点比较法的原理教学难点逐点比较法的原理主要教具设 备材 料教材、教学课件、多媒体设备课后记第五

17、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： 硬件(数字)电路来完成插补；由软件来完成插补功能称为软件插补。 软+硬二、 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。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

18、生移动。计算出新的偏差作为下一次判别的依3、新偏差计算：进给后到达新位置， 据。4、终点判别：查询是否到达终点。2.在I相限直线插补的基本原理期3上丄I型Hi动点 百钱之问的梵系(1)偏差的判别 OE为理论轨迹：N”、N'为动点：当N在0E上时：Yi/Xi=Ye/Xe 即 XeYi-XiYe=0当N ”在OE上方时：Yi )在0E上方Yi )在0E下方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 , 当 FV 0 时，N (Xi ，(2) 坐标进给X 土_止 走 步。丫走一

19、步当FmA 0时，向 当Fmv0时，向(3) 新偏差计算Fm> 0,时下一点：Ym+1=Xm+1Ym+1=Ym 新偏差：Fm+1=Ym+1 X Xe-Xm+1 x Ye=YmXe- (Xm+1) Ye=FM-Ye 当Fmv时，F下一点Xm+1=XmYm+1=Ym+1Fm+1=Fm+Xe终点判别：根据刀具沿X、丫轴所走的总步数判别是否达到终点(4)程序框图：见课本P101讲解过程举例：加工下图的直线，直线的起点坐标为坐标原点，终点坐标为(10,5),使用逐点比较法对该线段进行插补，并画出插补轨迹解：根据前面的理论，加工完该线段刀具沿x,y轴应走N=10+5=15一33.6.7逐点比较礒举例

20、插补的运算过程如下表，再根据该表画出插补轨迹14»1 Rit (ft Art 1fflati+B41甘0;n.A/w h51* tfV, i 0- 5 - ” if»0- I - L<X2/;二 n1 fKi-r-i-tS* Ifl'S/"I * 1 2< W11；-J!>0卜X“y y,=5-5-0/-24- 1 .3< W；4r.- « .VP = F( -F.*i5套 'I "J*- 1 mhCN5卜.=一 S<G4 rm* * A.- lo-s八7 4 1 =站ijb/, s>fl1

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