计算机数控系统课件

计算机数控系统3．1计算机数控(CNC)系统的基本概念计算机数控(computerizednumericalcontrol，简称CNC)系统是用计算机控制加工功能数值控制的系统。CNC系统根据计算机内存中存储的控制程序，执行部分或全部数值拓能，由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。3．2微处理器数控(MNC)系统的组成大多数CNC装置现在都采用微处理器构成的计算机装置，故也可称微处理器数控(MNC)。MNC一般由中央处理单元(CPU)和总线、内存(ROM，RAM)、输入偷出(I／0)电路及相应的外部设备、PLC、主轴控制单元、速度进给控制单元等组成。3.2.1中央处理单元(CPU)和总线(BUS)

CPU是微型计算机的核心，由运算器、控制器和内寄存器组组成。它对系统内的部件及操作进行统一的控制，按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。

3.2.2存储器(memory)

(1)概述

内存用于存储系统软件(管理软件和控制软件)和零件加工程序等，并将运算的中随和处理后的结果(资料)存储起来。

(2)半导体内存的分类

3.2.3输入偷出(I／O)接口电路及相应的外部设备

(1)I／O接口(2)外部I／O设备及I／O接口(3)机床的I／O控制信道3．3CNC系统的硬件结构

3．3．1单微处理机与多微处理机结构

1．单微处理机结构

2．多微处理机结构

(1)多微处理机的结构特点

(2)多微处理机CNC装置的结构分类3.3.2大板式结构与功能模块式结构

1.

大板式结构大板式结构CNC系统的CNC装置有电路板、位置控制板、PLC板、图形控制板和电源单位元组成。2.功能模块式结构在采用功能模块式结构的CNC装置中，整个CNC装置按功能划分为模块，硬件和软件的设睬用模块化设计方法，即每个功能模块被做成尺寸相同的印刷电路板(称功能模块)，而相应麒块的控制软件也模块化。3．4CNC系统的软件

3．4．1CNC系统软件的组成与功能1．输入程序2．译码程序

(1)代码的识别

(2)功能代码的译码3.数据处理程序

(1)刀具半径补偿的概念（2）刀具半径补偿中执行程序段的工作方式

(3)C功能刀县半径补偿4.插补计算程序5．伺服(位置)控制软件6.输出程序7.管理程序8．诊断程序3．4．2CNC系统软件的特点和结构

1．CNC系统软件的特点

(1)多任务并行处理

(2)多重实时中断处理2．CNC系统软件结构的分类

(1)前后台型结构

(2)多重中断型结构

(3)功能模块软件结构3．5CNC系统的工作过程

3．5．1CNC系统的数据段历程

3.5.2CNC系统自动工作时的总体流程

3．6运动轨迹的插补原理

1．直线插补2．曲线插补3．NC与CNC插补3．6．2运动轨迹插补的方法

1．脉冲增量法(标准脉冲插补referencepulse)——行程标量插补2．资料采样法(sampleddata)——时间标量插补3．软件/硬件相配合的两级插补法3．6．3逐点比较法

1．逐点比较法的腺理2．逐点比较法I象限直线插补3．逐点比较法I象限逆圆插补4．插补象限和圆弧走向处理5．逐点比较法的应用

3．6．4DDA法——数字积分法

1.DDA法的原理2.数字积分直线插补3.数主积分法圆弧插补

4.DDA法插补象限与圆弧走向的处理

5.DDA法的应用3.6.5数据采样法

1．插补周期与位置控制周期

2．插补周期与精度、速度之间的关系3．资料采样法直线插补

4．资料采样法圆弧插补

(1)基本原理

(2)算法实现

(3)终点判别

(4)误差分析

3．7进给运动的误差补偿3．7．1机床加工零件误差的来源(1)齿隙或间隙在齿轮传动系统中，齿轮间隙是引起传动误差的一个主要原因。

(2)螺距误差开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。

(3)热变形误差。

(4)机床构件的扭曲与变形传动轴或丝杠在扭矩作用下的扭曲变形引起无效运动，造成加工件的偏差。

(5)机床溜板的摩擦在数控机床中干摩擦是不允许的，因为干摩擦会导致爬行现象。

(6)刀具的长度改变数控机床在加工同一零件的过程中要更换刀具，而刀具由于经常使用会磨损。

3．7．2螺距误差补偿1．螺距误差补偿的原理

2．螺距误差补偿的方法

3．螺距误差补偿的步骤

(1)安装高精度位移测量装置。

(2)编制简单的程序，在整个行程上顺序定位于一些位置点上。所选点的数目及距离则受数控系统的限制。

(3)记录运动到这些点的实际精确位置。

(4)将各点处的误差标出，形成不同指令位置处的误差表。

(5)多次测量，取平均值。

(6)将该表输入数控系统，数控系统将按此表进行补偿。3．7．3反向间隙误差补偿1.失动。这样反向问隙误差补偿的原理2.反向间隙误差补偿的软件流程

3.7.4热变形补偿1.列表形式这种方法是对各变量（温度、力等）以适当将间距取值，实测出不同变量只是机床要工作位置的定位误差曲线，确定补偿点，从而列出误差修正表（或矩阵）存入计算机内。2.函数形式这种方法是通过理论分析或实测误差数据建立误差数学模型，将误差函数表达式存人计算机。根据机床现在的坐标位置和实测变量值，由误差函数式实时求出其误差修正量，进行误差补偿。这种方法是对各变量（温度、力等）以适当将间距取值，实测出不同变量只是机床要工作位置的定位误差曲线，确定补偿点，从而列出误差修正表（或矩阵）存入计算机内。3．7．5其他因素引起的误差补偿1．摩擦力与切削力产生的弹性间隙2．位置环跟随误差3．伺服刚度3．8辅助功能与PLC3．8．1可编程序控制器在机床数控中的应用

1．PLC的应用类型

(1)开关逻辑控制类型(2)闭环过程控制类型(3)组成多级控制系统类型(4)控制机器人类型(5)组合数字控制类型2．CNC系统中的PLC(1)内装型PLC(built-in-type)(2)独立型PLC(stand-alone-type)3．8．2M，S，T功能的实现

1．M功能的实现2．S功能的实现3.T功能的实现3．9FANUC一0系统介绍3.9．1FANUC—O系统的硬件结构1．大板结构图

F0系列是由(1)主控制印刷电路板(主CPU等)、(2)存储器板、(3)伺服位置板、(4)PMC—L／M板、(5)图形显示控制板、(6)I／O接口板、(7)电源单元板、(8)附加I／O板等共8部分组成。2．所采用微机的特点

3．9．2FANUC—O系统的软件结构

FANUC一0采用多重中断系统，与本章前面所讲相关内容基本相同，

FANUC一0的插补方法采用软件粗插补配合硬件DDA精插补的方法，3．9．3FANUC一0系统的伺服结构FANUC一0系统采用