计算机数控系统课件

计算机数控系统

第一节、概述第二节、MNC系统的构成第三节、CNC的硬件结构第四节、CNC系统软件第五节、运动轨迹的插补原理第六节、辅助功能与ＰＬＣ第七节、进给运动的误差补偿第一节概述一、基本概念：1NC

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：1952~19652CNC

计算机数字控制:由硬件和软件共同完成数控的功能，具有柔性。1974年以后二、构成及各部分的功能：1、构成

1）输入装置:

完成程序,参数等信息的输入

MDI

信息载体2)输出装置:完成打印,穿孔显示等3)通信线路:实现串行通讯及网络功能4)CNC:

完成与外围设备联系,控制系统各部分功能5)PLC:

完成机床的顺序控制,换刀,APC等6)主轴单元:

接受CNC的指令,控制主轴电机的转速及旋向7)速度单元:

接收CNC的指令,控制各伺服轴的动作2、各部分的功能第二节、MNC系统的构成一、概念:

采用微处理器构成的数控装置称为MNC二、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三、各部分介绍:1CPU;BUSCPU:

由运算器、控制器、内部寄存器构成衡量CPU的两个因素:1）位数

2）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:

作用:①存放系统软件,零件程序参数等

②存储运算的中间结果

分类:

RAM(随机存储器)既可读入也可写出,用来存放①程序②参数③中间结果①②均应保持。ROM:只读存储器，存放系统软件又分为:EPROM、E2ROM、闪存。3I/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: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.每次以一个二进制“0”“1”

为最小单位进行传输.优点:价格便宜,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:300,600,1200,2400,4800,96009针接口RS23225针接口DCD载波检测1.保护地RXD接受数据2.TXDTXD发送数据3.RXDDTC数据终端就绪4.RTS信号地SGD5.CTSDSR数据设备就绪6.DSRRTS请求发送7.SGDCTS清除发送8.DCDRI指令结束20.DTR常用的硬件连接：加入图片

PC--------------CNC

保护地-------------12---------------------23---------------------35---------------------7（2）机床的I/O通道：微机与机床的连接电路：aI/O电路的功能特点：①传送信息可靠。

②进行信息的转换、D/A—A/D。

③抗干扰性。bI/O控制器构成：I/O接口、光电隔离、信息转换等组成、典型接口①输入电路：

②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晶体管输出电路：上一页下一页

③光电隔离的作用：

一、分类：

1、按微处理器分类；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：①不易进行功能的扩展和提高。

②处理速度低、数控功能差。多CPU：

单CPU的弥补：增加浮点协处理器、8086+8087硬件分担插补采用全智能化的CRT、PLC部件。

。两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。。模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。。特点：1、性能价格比高

2、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性

3、硬件易于组织规模生产。

4、可靠性高。第三节、CNC的硬件结构

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。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：各功能块功能独立，便于开发同一功能的系列产品，维修维护方便二、典型数控系统的硬件结构：

1、fanuc-6M系统的硬件介绍2、

SIN840C系统的硬件结构：一组成与功能：CNC系统软件：管理软件

程序的输入输出显示通信

控制软件

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：

①把零件程序经缓冲器到存储

②把存储的程序读入缓冲器记录垂直校验：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）第四节、

CNC系统软件各程序简介：2译码程序：进行代码的识别，及功能代码的解译

①代码识别是指将读入代码按内部码地址的不同进行处理

②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：N50G90G01X106.Y-60.F46M05;3数据处理：对功能代码进行预处理

任务：①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。各程序简介：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，再由硬件执行各段的细化。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：①系统4ms计算一次指令值Dc读一次Df值

②通过计数器计算出△D=Dc-Df,③（ΔD*Kd）/4s为速度。各程序简介：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：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、PLC等各程序简介：二、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（1）开机后，系统首先进入初始化程序。进行硬、软件初始状态的设置。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：JOGSTOPHANDLE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。第五节、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：（1）硬件（数字）电路来完成插补；（2）由软件来完成插补功能称为软件插补。（3）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。1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，并产生移动。（3）新偏差计算：进给后到达新位置，计算出新的偏差作为下一次判别的依据。（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

（1）偏差的判别

OE为理论轨迹：N”、N’为动点：当N在OE上时：Yi/Xi=Ye/Xe

即XeYi-XiYe=0当N”在OE上方时：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，Yi）在OE上方当F＜0时，N（Xi，Yi）在OE下方（2)坐标进给当Fm≥0时，向X走一步。当Fm＜0时，向Y走一步

（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×Xe-Xm+1×Ye=YmXe-（Xm+1）Ye=FM-Ye当Fm＜时，F下一点Xm+1=XmYm+1=Ym+1Fm+1=Fm+Xe

（4）终点判别：根据刀具沿X、Y轴所走的总步数判别是否达到终点第六节、辅助功能与ＰＬＣ

一概念：

以微处理器为基础的通用型自动控制装置，它一般以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑,顺序，计时，计数和算术运算等功能。二作用：

1开关量的控制

2闭环过程控制

3多级控制系统

4控制机器人类型

5组合数字控制三ＣＮＣ中的ＰＬＣ：ＣＮＣ的工作包括：ＮＣ位置控制、ＰＬＣ顺序控制ＣＮＣ中的ＰＬＣ介于ＣＮＣ与ＭＴ之间，其分类；1内装式：指ＰＬＣ内含在ＣＮＣ装置内，从属于ＣＮＣ装置，并与ＣＮＣ装置集于一体，内装式既可以单独使用一个ＣＰＵ，也可与ＣＮＣ共同一个ＣＰＵ。例如ＦＡＮＵＣ系