数控系统基本组成.ppt

1、本节摘要：本节主要介绍数控机床数控系统的组成、分类、硬件和软件的特点和功能。数控系统的组成数控系统是数控机床的核心部分，是整个数控机床的操作中心和控制中心，其性能直接决定了数控机床的整体性能。数控系统的硬件组成：数控系统的硬件包括微机基础系统、人机对话接口、通信接口、进给轴控制接口、主轴控制接口和辅助控制接口。a，4、a，5，计算机数控系统框图，a，6，基本微机系统，通常由中央处理器(数据操作存储器、输入/输出接口、定时器、中断控制器等组成。a，7，存储器，图2-6半导体存储器的分类，a，8，输入/输出接口(input/output interface)，a，9，数控系统的人机接口，人机接口包

2、括以下四个部分：键盘(MDl):用于编程加工程序和输入参数等。显示器：用于显示程序、数据和处理信息。操作面板：用于操作机床。手动脉冲发生器：机床由手动控制。a，10，华中数控系统操作面板，a，11，广州数控系统操作面板，a，12，a，13，a，14，手脉冲发生器，a，15，通讯接口。一般来说，数控系统都有标准的RS232C串行通信接口，因此连接外围设备和上位机很方便。a、16、进给轴控制界面，实现进给轴的位置控制，包括进给速度控制、插补运算和位置闭环控制三个方面。插值方法分为参考脉冲法和数据采样法。参考脉冲法是每次以脉冲的形式将数控系统的插补结果提供给位置控制单元。这种插补方法进给速度低，控制

3、精度低，主要用于开环数控系统。a，17，主轴控制界面，主轴s功能可分为三类：无级变速、步进变速和分段无级变速。当数控机床装有主轴驱动装置时，系统主轴控制接口的模拟输出可用于无级变速；否则，需要MST接口来实现无级变速。为了提高低速输出扭矩，现代数控机床大多采用分段无级变速。主轴位置反馈主要用于切线功能、主轴停止功能和主轴速度监控。18、MST控制接口，数控系统的MST功能是通过开关输入和输出接口完成的(除S模拟输出外)。数控系统要执行的MST功能通过开关输出接口发送到高压箱，机床和高压侧的信号通过开关输入接口发送到数控系统。由于多功能开关控制的逻辑关系复杂，在数控机床中广泛使用可编程控制器来实

4、现多功能开关功能。在现代数控系统中，可编程逻辑控制器(PLC)用来实现开关量及其逻辑关系的控制。计算机简化了可编程序控制器。为了满足顺序控制的要求，PLC省略了计算机的一些数字运算功能，加强了逻辑运算功能。它是介于继电器控制和计算机控制之间的自动控制装置。可编程逻辑控制器最大的特点是其输入和输出之间的逻辑关系由软件决定，因此在改变控制逻辑时，只有控制程序可以修改，这是一种灵活的逻辑控制装置。此外，可编程控制器可以控制比RLC更多的开关，并可以实现复杂的控制逻辑。硬件电路的减少大大提高了控制系统的可靠性。数控设备中有两种可编程控制器：内置可编程控制器和独立可编程控制器。内置可编程控制器是指数控装

5、置中包含可编程控制器，可编程控制器与数控功能模块之间的信号传输在数控装置内部实现，而可编程控制器与机床之间的信号传输通过输入/输出接口电路实现，如图4-25所示。a，20，上部：内置可编程逻辑控制器右侧：独立可编程逻辑控制器，a，21，2。数控系统的软件组成，是为实现数控系统的各种功能而编制的专用软件输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序和管理程序诊断程序。a，22，输入数据处理程序，其接收输入部件处理程序，解码并处理由标准代码表示的处理指令和数据，并以指定的格式存储它们。a、23、插补运算程序，数控系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的类型、起点、终点等。根据运算结果，向每个坐标轴

6、发送进给脉冲，这称为插值运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应运动，完成程序规定的加工任务。a，24，速度控制程序，速度控制程序根据给定的速度值控制插值操作的频率，从而保证预定的进给速度。当速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而导致驱动系统失步。管理程序，负责调度和管理服务于加工过程的各种程序，例如数据输入、数据处理和插值操作。管理程序还应该处理由面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断。a、26、诊断程序，诊断程序的功能是及时发现系统故障并指出故障类型。您还可以检查系统的主要部件(中央处理器、存储器、接口、开关、伺服系统等)的功能是否正常。)运行前或故障发生后是

7、否正常，并指出故障位置。单微处理器系统的数控装置的特点是整个数控装置只有一个中央处理器，通过中央处理器对整个系统的资源(包括内存和总线)进行集中管理和控制，并通过分时处理实现各种数控功能。在一些数控设备中，虽然有两个或更多的中央处理器，但只有一个中央处理器有权控制和使用系统资源。该中央处理器称为主中央处理器，其他中央处理器(称为从中央处理器)无权控制和使用系统资源，只能接受主中央处理器的控制命令和数据，或者向主中央处理器发送请求信号以获取所需数据，从而完成一定的辅助功能。这种结构被称为主从结构，也可以归类为单机结构。a，28，多微处理器系统的组成，其中两个或多个具有中央处理器的功能部件可以控制

8、和使用系统资源(内存和总线)。它们分为多主结构和分布式结构。多主机结构意味着具有中央处理器的功能组件紧密耦合，集中式操作系统使用总线仲裁器解决总线争用并通过公共存储器交换系统信息。a，29，1多微处理器系统的特点，(1)计算速度快，(2)可靠性高，(3)适应性和扩展性好，(4)硬件易于组织大规模生产，a，30，2。多微处理器系统的基本功能模块，(1)数控管理模块(2)存储模块(3)数控插补模块(4)位置控制模块(5)操作和控制数据输入/输出和显示模块(6)可编程逻辑控制器模块，多微处理器数控设备的典型结构，31，3，(1)共享总线结构(2)共享存储结构，32，数控软件的特点和关键技术，(1)数

9、控设备的多任务，图4-11数控设备的任务和分类框图，33。这些任务有的可以按顺序执行，有的必须同时执行，如：(1)显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员能及时了解机床的运行状态；(2)在加工过程中，为了使加工过程连续，必须同时进行解码、刀具补偿、插补和位置控制。a，34，(2)多任务并行处理的实现1)资源分时，图4-12分时多任务处理方案，a，35，2.2数控系统的分类、性能指标和功能，2.2.1数控系统的分类就系统硬件和软件组成及其结构形式而言，当今世界上各种数控系统大致可分为以下四种类型3360。1.传统专用数控系统。这种数控系统的硬件由数控系统制造商开发，具有很强的专用性。经过长时间的

10、使用，然而，由于它采用完全封闭的体系结构，它往往存在以下缺点：用户的应用、维护和操作人员的培训完全依赖于数控系统制造商，系统维护成本高；系统功能的扩展和更新完全取决于公司的技术水平，周期相对较长；大量商用的廉价通用软件和硬件不能用于特殊的数控系统，而且它们的功能相对单一。一、37、2.PC机嵌入开放式数控系统，采用数控结构。与传统的专用数控系统相比，这种数控系统在结构上具有一定的开放性，功能强大。然而，系统的软硬件结构非常复杂，系统价格非常昂贵。一般来说，中小型数控机床制造商没有财力购买它。数控系统是一个开放式数控系统，采用嵌入式PC机结构。该数控系统的硬件部分由运动控制卡和开放式PC机组成，具有很强的运动控制和PLC控制能力。开放性能更好，而且便于功能的提高。系统的控制功能主要由运动控制卡实现。当机床硬件发生变化时，只需修改相应的控制软件，系统性价比相对较高，能够满足大多数数控机床制造商的需求。a，39，4。全软件开放式数控系统，这是最新的开放式数控系统，所有数控功能(包括插补、位置控制等。)都是通过计算