计算机数控系统课件

第二章计算机数控系统CNC系统基本组成2.1CNC系统组成及功效2.2CNC系统硬件结构2.3CNC系统软件结构2.4PLC在CNC中应用2.5开放式数控系统2.6经典CNC系统介绍2.71计算机数控系统课件第1页面板控制单元主轴电机进给伺服电机电子手轮I/O模块I：INPUT，输入，指输入设备。O：OUTPUT，输出，指输出设备。机床控制面板CNC键盘驱动系统２.1概述2计算机数控系统课件第2页第一节CNC系统基本组成一.CNC系统基本组成与作用NC:电子管,晶体管,集成电路为特征CNC:小型计算机,微处理器,工控PC为特征软件数控系统.1.数控系统基本组成：CNC装置,PLC,输入\输出装置,主轴控制单元和主轴伺服电动机,伺服控制单元和进给伺服电动机,位置检测装置.2.数控系统作用接收信息并数字化,进行运算和处理,然后发出指令,使刀具实现相对运动,完成加工过程.3计算机数控系统课件第3页ＣＮＣ系统基本配置4计算机数控系统课件第4页CNC装置与传统数控装置ＮＣ相比，含有下述一些特点：1）灵活性：改变对应程序即可补充和开发新功效．2）可靠性：许多功效由软件来实现，硬件系统元件大为降低，系统可靠性大大改进．3）通用性：硬件系统采取模块结，依靠软件改变来满足大部分数控机床要求．4）易于实现许多复杂功效：刀具偏移，公英制转换，固定循环，插补功效，刀具补尝等．5）使用维修方便制转换：含有诊疗程序，降低维修时间；含有数控软件检验程序，给编程带来方便；含有对话编程、蓝图编程功效，使编程简便；可空运行检验程序是否正确．二、CNC系统特点：5计算机数控系统课件第5页第二节ＣＮＣ装置组成及功效一、CNC装置组成及作用１.CNC装置组成：１）CNC系统主要由数控程序、输入输出设备、CNC装置、PLC、主轴驱动和伺服驱动装置等组成。其关键是CNC装置。２）CNC装置由硬件和软件组成，CNC装置硬件除了含有普通计算机微处器(ＣＰＵ)、可编程只读存放器(ＥＰＲＯＭ)、随机存放器(ＲＡＭ)、总线、输入输出(Ｉ/Ｏ)接口外，还含有专用接口和部件，即位置控制器、信接口、手动数据输入(ＭＤＩ)接口和视频显示(ＣＲＴ)接口．所以，ＣＮＣ装置是一个专用计算机．6计算机数控系统课件第6页第二节ＣＮＣ装置组成及功效２.ＣＮＣ系统作用１）中央处理单元(ＣＰＵ)是ＣＮＣ关键，是实施对整个系统运算、控制和管理．２）存放器：存放数据、参数和程序等．只读存放器(ＲＯＭ、EPROM、EEPROM)和随机存放器(ＲＡＭ)．３）总线(ＢＵＳ):内部总线：Ｓ-100、ＭＵＬＴＩＢＵＳ、ＶＭＥ等；外部总线：串行总线(ＥＩＡＲＳ-２３２Ｃ)和并行总线(ＩＥＥＥ-４８８)两种．7计算机数控系统课件第7页第二节ＣＮＣ装置组成及功效按信息线性质分为以下三种：(１）数据总线ＤＡ:ＣＰＵ与外界传送数据通道，是双向线;(2)地址总线ＡＢ:确定传输数据存放地址，是单向总线；(３）控制总线ＣＢ：管理、控制信号传送，是单向总线．４）输入／输出接口：主要用来交换数控装置与外部之间往来信息．8计算机数控系统课件第8页第二节ＣＮＣ装置组成及功效交换信息有三类：开关量信号、模拟量信号、数字信号．其目标是：电平转换，功率放大；电气隔离；５）位置控制器：主要完成对数控机床进给运动坐标轴位置控制．６）ＭＤＩ/ＣＲＴ接口：完成手动数据输入和将信息显示在ＣＲＴ上．７）ＰＬＣ接口：完成ＰＬＣ与ＣＮＣ装置信息交换．9计算机数控系统课件第9页二．ＣＮＣ装置工作过程CNC系统工作流程１.程序流程10计算机数控系统课件第10页

二．ＣＮＣ装置工作过程（1）程序输入；（2）译码；（3）刀具赔偿；（4）进给速度处理；（5）插补运算处理；（6）I/O处理主要处理CNC系统与机床之间强电信号输入、输出和控制（如换刀、换档、冷却等）；（7）位置处理；（8）显示；（9）自诊疗处理。CNC系统工作过程是依靠软件在硬件支持下进行。11计算机数控系统课件第11页三．ＣＮＣ装置功效CNC系统功效包含：基本功效和选择功效。基本功效是CNC系统必备功效；选择功效可由供用户依据不一样机床工作特点和用途进行选择。12计算机数控系统课件第12页

主要功效以下：1.CNC系统基本功效⑴控制功效指CNC能够控制和能够联动控制进给轴数目。控制轴有：移动轴和回转轴；基本轴和附加轴。控制轴尤其是联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编程也越困难。13计算机数控系统课件第13页

⑵准备功效即G功效，用来指令机床动作方式，包含机床基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具赔偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等指令。14计算机数控系统课件第14页

⑶插补功效所谓插补功效指数控系统实现零件轮廓加工轨迹运算功效。即以最小迫近误差，沿着指定线段起点和终点在其之间进行数据点密化工作。普通CNC系统仅含有直线和园弧插补功效，而较为高档CNC系统备有抛物线插补、极坐标插补、正弦线插补、螺旋线及样条曲线插补等功效。插补运算方法常采取逐点比较法，数字积分法等。15计算机数控系统课件第15页

⑷进给功效即F功效，用来指令各轴进给速度，主要有以下三种：①切削进给速度每分钟刀具相对于工件进给量，单位为mm/min；②同时进给速度实现切削速度与进给速度同时，即主轴每转进给量，单位为mm/r，主要用于加工螺纹；16计算机数控系统课件第16页

③进给倍率

用于人工实时修调进给速度。即经过操作面板上进给倍率波段开关以每档10%间隔在0～200%之间对预先设定进给速度实现实时修调。⑸主轴功效即S功效，用于指定主轴转速，单位是r/min。17计算机数控系统课件第17页

⑹辅助功效即M功效，用于指令机床辅助操作功效，如主轴启停、正反转、冷却液泵通、断，刀库起、停等。⑺刀具功效及工作台分度功效刀具功效即T功效，用来选择刀具；工作台分度功效即B功效，用于分度工作台分度。18计算机数控系统课件第18页

⑻人机对话功效

CNC系统可配置9in单色或14in彩色CRT，经过软件和接口实现字符和图形显示。可显示程序、参数、各种赔偿量、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形、动态刀具轨迹等，以方便用户操作和使用。19计算机数控系统课件第19页

(9)自诊疗功效

CNC系统中设置有故障诊疗程序，以预防故障发生和扩大，在故障出现后，能够快速查明故障类型和部位，便于及时排除故障，降低故障停机时间。有CNC系统还能够进行远程通信诊疗。20计算机数控系统课件第20页

2.选配功效⑴赔偿功效包含刀具长度和半径赔偿功效，传动链误差赔偿功效，主要用于赔偿因刀具磨损或更换，传动丝杠螺距误差和反向间隙引发误差。21计算机数控系统课件第21页

⑵固定循环功效在数控加工过程中，有些加工工序如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等所需完成动作循环十分经典，而且是屡次重复进行，所以预先将这些经典循环动作编好程序，存放在存放器中，用G代码进行定义形成固定循环功效，在加工时可直接使用这类G代码，完成这些经典动作循环，大大简化编程工作。22计算机数控系统课件第22页

⑶通讯功效它是CNC系统与外界进行信息和数据交换功效。通常CNC系统都配有RS232C接口，设有缓冲存放器，可与上级计算机进行通信，传送零件加工程序，有还备有DNC接口，以利实现直接数控，更高档系统还能够与MAP（制造自动化协议）相连，接入工厂通信网络，实现FMS、CIMS等大制造系统集成要求。23计算机数控系统课件第23页

⑷自动在线编程功效有些CNC系统可按零件蓝图直接自动编程，操作或编程人员只需送入图样上简单几何数据等命令，就能自动生成加工程序。有CNC系统可进行在线人机对话式编程，并含有自开工序选择、自动刀具和切削条件选择等智能功效。

24计算机数控系统课件第24页思索题

1．何谓数控系统?NC系统与CNC系统有何区分?NC:电子管,晶体管,集成电路为特征硬件数控系统．CNC:小型计算机,微处理器,工控PC为特征软件数控系统.2CNC系统基本组成有哪些?

CNC装置,PLC,输入\输出装置,主轴控制单元和主轴伺服电动机,伺服控制单元和进给伺服电动机,位置检测装置

．25计算机数控系统课件第25页思索题3CNC系统功效有哪些?1）CNC系统基本功效

⑴控制功效⑵准备功效⑶插补功效⑷进给功效⑸主轴功效⑹辅助功效⑺刀具功效及工作台分度功效⑻人机对话功效(9)自诊疗功效2）CNC系统选配功效⑴赔偿功效⑵固定循环功效⑶通讯功效⑷自动在线编程功效26计算机数控系统课件第26页思索题4简述CNC系统工作过程。

1）程序输入；（2）译码；（3）刀具赔偿；（4）进给速度处理；（5）插补运算处理；（6）I/O处理主要处理CNC系统与机床之间强电信号输入、输出和控制（如换刀、换档、冷却等）；（7）位置处理；（8）显示；（9）自诊疗处理。27计算机数控系统课件第27页

第三节CNC系统硬件结构CNC系统基本硬件结构通常由微机基本系统、人机界面接口、通信接口、进给轴位置控制接口、主轴控制接口以及辅助功效(MST)控制接口等部分组成．28计算机数控系统课件第28页一、单微处理机结构和多微处理机结构1、单微处理机结构整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，经过分时处理方式来实现各种NC功效。主从结构，系统中只有一个CPU(称为主CPU)对系统资源有控制和使用权，其它带CPU功效部件，只能接收主CPU控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以取得所需数据。即它是处于以隶属地位，故称之为主从结构。第三节CNC系统硬件结构29计算机数控系统课件第29页2、多微处理机结构⑴在一个数控系统中有两个或两个以上微处理机，CPU之间采取紧耦合，有集中操作系统，经过总线仲裁器(由硬件和软件组成)来处理总线争用问题，经过公共存放器来进行信息交换。⑵特点：

能实现真正意义上并行处理，处理速度快，能够实现较复杂系统功效。

容错能力强，在某模块出了故障后，经过系统重组仍可断继续工作⑶结构形式：共享总线结构型、共享存放器结构型。第三节CNC系统硬件结构30计算机数控系统课件第30页从机床来控制信号输出到机床控制信号Ｉ/Ｏ(ＣＰＵ１)共享储存器插补(ＣＰＵ３)轴控制(ＣＰＵ４)ＣＲＴ(ＣＰＵ２)31计算机数控系统课件第31页FANUCBUS操作面板图形显示模块(CPU)通讯模块(CPU)自动编程模块(CPU)主存放器模块插补模块(CPU)PLC模块(CPU)位置控制模块(CPU)主轴控制模块CRT/MDII/O单元伺服驱动单元主轴单元FANUC15系统硬件结构第三节CNC系统硬件结构②共享总线型结构32计算机数控系统课件第32页第四节CNC系统软件结构一、ＣＮＣ装置软件与硬件功效界面１.ＣＮＣ装置由软件与硬件组成．２.硬件能完成功效用软件也能够完成．３.硬件处理速度快，但造价较高，实现复杂控制功能比较困难．４.软件设计灵活，适应性强，但处理速度较慢．５.较少且标准化程度较高软件，配以功效丰富软件组成ＣＮＣ装置，硬件设计好后基本不变，而；软件功效不停升级．33计算机数控系统课件第33页第四节CNC系统软件结构二、CNC系统软件组成

CNC系统软件是含有实时性和多任务性专用操作系统，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。操作系统管理软件控制软件零件程序管理显示处理输入输出管理机床输入输出位置控制故障诊疗处理插补运算主轴控制编译处理刀具赔偿......34计算机数控系统课件第34页第四节CNC系统软件结构三．ＣＮＣ装置软件特点和结构分类１.ＣＮＣ装置软件特点：１）多任务并行处理２）多重实时中止处理35计算机数控系统课件第35页

２、CNC装置软件结构分类当前CNC系统软件结构有以下几个：⑴前后台型结构

这种模式将系统软件划分为前台程序和后台程序.前台程序主要完成插补运算、位置控制、故障诊疗、PLC控制等实时性很强任务，它是个实时中止服务程序，以一定周期定时发生，中止周期普通小于10ms。

36计算机数控系统课件第36页

后台程序也称背景程序，用来完成显示、零件加工程序编辑管理、系统输入输出、插补预处理(译码、刀补处理、速度预处理)等弱实时性任务，它是一个循环运行程序，在其运行过程中，不停地定时被前台中止程序所打断。前后台程序运行关系见图２-3所表示

:37计算机数控系统课件第37页

图２-3前后台程序运行关系图38计算机数控系统课件第38页

前后台型结构特点:这种结构任务调度机制在前后台程序之间，前台程序是优先抢占式。在前、后台程序内部，各子任务则采取次序调度，无抢占机制，因而该结构实时性差，早期CNC系统大都采取这种结构。39计算机数控系统课件第39页

⑵中止型结构

这种结构除初始化程序外，整个系统各个任务模块分别安排在不一样级别中止服务程序中，由中止管理系统对各级中止服务程序实施调度管理，如图２-４所表示。40计算机数控系统课件第40页

图２-４中止型软件系统结构图41计算机数控系统课件第41页

中止型结构特点:该结构中任务调度机制均采取优先抢占调度，所以系统实时性好，但中止级别较多(最多可达8级)，模块关系复杂，耦合度大，不利于对系统维护和扩充。20世纪80至90年代初CNC系统大多采取这种结构。３）功效模块软件结构

每一模块都是一个微处理器系统，能够相互通信．42计算机数控系统课件第42页作业：１.ＣＮＣ系统关键是()．Ａ.程序Ｂ.输入／输出设备Ｃ.ＣＮＣ装置Ｄ.可编程控制器２．()是ＣＮＣ关键．Ａ.ＣＰＵＢ.存放器Ｃ.总线Ｄ.ＰＬＣ接口３.()属于ＣＮＣ装置基本功效．Ａ.插补功效Ｂ.补尝功效Ｃ.固定循环功效Ｄ．通信功效４.()属于ＣＮＣ装置辅助功效．Ａ.控制功效Ｂ.准备功效Ｃ.进给功效Ｄ.补尝功效43计算机数控系统课件第43页作业：二班５.对加工中心自动换刀管理是用()来控制．Ａ.PLCB.ATCC.APCD.CAM6.数据总线ＤＢ是()，地址总线ＡＢ是()．Ａ双向总线Ｂ单向总线Ｃ双向总线或单向总线Ｄ以上都不是７.低速辅助信息由()处理和输出．Ａ、CNCB、PLCC、NCD、以上都不是8.刀具赔偿包含刀具()Ａ长度赔偿Ｂ半径赔偿Ｃ长度赔偿和半径赔偿Ｄ以上都不是９.刀具功效用来选择刀具，用字母Ｔ及其后续()数字来表示．Ａ两位Ｂ两位或四位Ｃ四位Ｄ六位

44计算机数控系统课件第44页第五节ＰＬＣ在ＣＮＣ中应用一．可编程控制器：是一个用于工业环境，可储存和执行逻辑运算、次序控制、定时、计数和算术运算等特定功效用户指令，并能经过数字式或模拟式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程可编程数字控制系统．ＰＬＣ:可编程逻辑控制器ＰＩＣ:可编程接口控制器三班ＰＭＣ:可编程机器控制器ＰＳＣ:可编程次序控制器在数控领域内人们习惯称其为可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）或可编程机器控制器（ＰＭＣ）。45计算机数控系统课件第45页第五节ＰＬＣ在ＣＮＣ中应用１．ＰＬＣ在数控领域内分类：

１）内装型ＰＬＣ:是为数控设备次序控，制而设计制造专用ＰＬＣ，普通不能独立工作．

主轴驱动单元强电电路机床操作面板ＭＤＩ/ＣＲＴ面板辅助动作主轴驱动单元伺服驱动单元伺服驱动单元Ｉ/Ｏ电路ＰＬＣＣＮＣ46计算机数控系统课件第46页一班２）独立型ＰＬＣ:又称通用型ＰＬＣ，是独立于ＣＮＣ装置，其含有完备硬件和软件功效，能够独立完成要求控制任务．47计算机数控系统课件第47页二．ＰＬＣ在数控系统中应用１.ＰＬＣ、ＣＮＣ、机床间信息交换１）ＣＮＣＰＬＣ信号;2）ＰＬＣＣＮＣ信号;3）ＰＬＣ机床信号；４）机床ＰＬＣ信号;２.数控机床中ＰＬＣ功效１）主轴Ｓ功效;2)刀具Ｔ功效；３）辅助Ｍ功效．48计算机数控系统课件第48页第六、七节开放式数控系统和经典ＣＮＣ系统介绍从1952年世界上第一台数控机床诞生以来，数控技术经过几十年发展日趋完善，已由最初硬件数控（NC）经过计算机数控（CNC），发展到以微型计算机为基础数控（MNC)、直接数控（DNC）和柔性制造系统（FMS)等，并朝着更高水平发展。但伴随市场全球化发展，市场竞争空前激烈，对制造商所生产产品不但要求价格低,质量好，而且要求交货时间短，售后服务好，好要满足用户特殊需要，即要求产品含有个性化。而传统数控系统是一个专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展需要。新环境要求CNC深入向开放式控制系统转化。49计算机数控系统课件第49页开放式数控系统和经典ＣＮＣ系统介绍一．什么是开放式数控系统？当前还未形成统一定义，但普通认为认为开放式数控系统应含有以下特征：模块化：含有高度模块化特征。采取分布式控制标准。采取系统、子系统和模块分级式控制结构，其结构是可移植和透明。标准化：“开放”是在一定规范下开放，并非毫无约束开放。需要制订一个标准来约束各类机床控制器研发。可再次开发：应该允许用户进行第二次开发。依据需要可方便地实现重构、编辑，方便实现一个系统各种用途。台无关性：开放时体系结构中各模块相互独立，系统厂、机床厂及最终用户都能够很轻易地独立开发一系列专用功效和其它有个性模块。为此要有方便支持工具，控制程序设计按系统—子系统¬—模块三级进行，各模块接口协议要明确。50计算机数控系统课件第50页开放式数控系统和经典ＣＮＣ系统介绍适应网络操作方式：作为开放式控制器应该考虑到快速发展网络技术及其在工业生产领域应用。要含有一个很好通信和接口协议，一边各相对独立功效模块经过通信实现信息交换，满足实时控制需要。总之所谓开方式数控系统应是一个模块化、可重构、可扩充软硬件控制系统．51计算机数控系统课件第51页开放式数控系统和经典ＣＮＣ系统介绍二．开放式数控系统特点：１.可互操作性：２.可移植性：３.档次皆谊性：４.可互补性：三．经典ＣＮＣ系统介绍１．ＦＡＮＵＣ数控系统２．SIEMENS数控系统3．华中数控系统４．广州数控系统52计算机数控系统课件第52页１．ＦＡＮＵＣ数控系统日本FANUC企业数控系统含有高质量、高性能、全功效，适合用于各种机床和生产机械特点，在市场拥有率远远超出其它数控系统，主要表达在以下几个方面。（1）系统在设计中大量采取模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提升，而且便于维修、更换。字串5

（2）含有很强抵抗恶劣环境影响能力。其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％。（3）有较完善保护办法。FANUC对本身系统采取比很好保护电路。