數(shù)控系統(tǒng)的組成PPT課件

第二講數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理 武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系周蘭 數(shù)控機(jī)床與使用維修 本講主要內(nèi)容 CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理刀具半徑補(bǔ)償原理 引言 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種包含計(jì)算機(jī)在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng) 它是一種位置控制系統(tǒng) 主要用于控制刀具和工件之間的相對(duì)位置 數(shù)控系統(tǒng)的主要工作過(guò)程是根據(jù)輸入的信息 加工程序 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 刀具長(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償 和插補(bǔ)運(yùn)算 確定刀具或工件的運(yùn)動(dòng)軌跡 從而獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡信息 為了適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化的需要以及網(wǎng)絡(luò) 遠(yuǎn)程控制的需要 CNC通常備有RS232 RS422串行通信接口 高檔CNC還具有DNC或MAP接口 有些生產(chǎn)廠家還紛紛采用MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) 一 CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成可以用下面的框圖表示 硬件構(gòu)成 1 微機(jī)部分 是CNC的核心 主要由CPU 存儲(chǔ)器和接口電路組成 CPU由運(yùn)算器和控制器組成 運(yùn)算器 ALU 主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和輯運(yùn)算 其電路結(jié)構(gòu)如圖所示 運(yùn)算器工作原理圖 硬件構(gòu)成 2 寄存器用于存放操作數(shù) 累加器除存放運(yùn)算操作數(shù)外 在連續(xù)運(yùn)算中 還用于存放中間結(jié)果和最后結(jié)果 寄存器和累加器中的部分?jǐn)?shù)據(jù)均從存儲(chǔ)器中取得 累加器的最后結(jié)果也存放到存儲(chǔ)器中 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器有多個(gè)寄存器 如8個(gè) 16個(gè) 32個(gè)等 稱(chēng)為通用寄存器組 設(shè)置通用寄存器組可以減少訪問(wèn)存儲(chǔ)器的次數(shù) 提高運(yùn)算速度 控制器從存儲(chǔ)器中依次取出組成程序的指令 經(jīng)過(guò)譯碼后向數(shù)控系統(tǒng)各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號(hào) 使指令得以執(zhí)行 它一方面向各部件發(fā)出執(zhí)行任務(wù)的命令 另一方面又接受執(zhí)行部件的反饋信息 其電路結(jié)構(gòu)如圖示 控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 硬件構(gòu)成 3 外圍設(shè)備主要包括操作面板 鍵盤(pán) 顯示器 光電閱讀機(jī) 紙帶穿孔機(jī)和外部存儲(chǔ)器等 操作面板 由于不同數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作不同 所配備的操作面板是不同的 一般操作面板具有如下按鈕和開(kāi)關(guān) 進(jìn)給軸手動(dòng)控制按鈕 用于手動(dòng)調(diào)整時(shí)移動(dòng)各坐標(biāo)軸 主軸啟停與主軸倍率選擇按鈕 用于主軸的啟停與正 反轉(zhuǎn)以及主軸調(diào)速 自動(dòng)加工啟停按鈕 用于自動(dòng)加工過(guò)程的啟動(dòng)于停止 條件程序段選擇開(kāi)關(guān) 用于條件程序段是否執(zhí)行 倍率選擇開(kāi)關(guān) 用于選擇進(jìn)給速度的倍率及點(diǎn)動(dòng)量 另外還有一些狀態(tài)指示等 報(bào)警裝置等 硬件構(gòu)成 4 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的控制 包括速度和位移的控制以及它們反饋裝置的控制 軟件構(gòu)成 1 輸入數(shù)據(jù)處理程序 接受加工程序 對(duì)程序進(jìn)行譯碼 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 加工程序給定的是待加工工件的輪廓 而實(shí)際上 應(yīng)該控制刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡 這就存在一個(gè)輪廓轉(zhuǎn)換的問(wèn)題 只要告訴系統(tǒng)所使用的刀具并將刀具相應(yīng)的參數(shù)輸入系統(tǒng)中 該轉(zhuǎn)換工作由輸入數(shù)據(jù)處理程序自動(dòng)完成 軟件構(gòu)成 2 插補(bǔ)程序 根據(jù)加工程序所提供的加工信息 如曲線的種類(lèi) 直線 圓弧或其它曲線 起終點(diǎn) 直線的起點(diǎn) 終點(diǎn) 圓弧的起點(diǎn) 終點(diǎn)及圓心 加工方向 順時(shí)針 逆時(shí)針 對(duì)這些信息進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算 決定每一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)的移動(dòng)方向及步長(zhǎng) 以及曲線與曲線之間如何過(guò)渡等 軟件構(gòu)成 3 速度控制程序 根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率 保證預(yù)定的進(jìn)給速度 并能根據(jù)反饋值的正與負(fù)自動(dòng)地調(diào)節(jié)速度的大小 軟件構(gòu)成 3 速度控制程序 根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率 保證預(yù)定的進(jìn)給速度 并能根據(jù)反饋值的正與負(fù)自動(dòng)地調(diào)節(jié)速度的大小 管理程序 負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)處理 插補(bǔ)運(yùn)算等各種程序進(jìn)行調(diào)度管理 對(duì)諸如面板命令 時(shí)鐘信號(hào) 故障信號(hào)等引起的中斷進(jìn)行處理 子程序的調(diào)用 共享資源的分時(shí)享用等 診斷程序 通過(guò)識(shí)別程序中的一些標(biāo)志符來(lái)判斷故障的類(lèi)型和所在地 二 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理 1 數(shù)控系統(tǒng)工作原理框圖 程序的輸入 分為手動(dòng)輸入和自動(dòng)輸入兩種方式 手動(dòng)輸入通常用鍵盤(pán)輸入 自動(dòng)輸入可用穿孔紙帶 磁帶或用通訊的方式 譯碼 主要是將標(biāo)準(zhǔn)程序格式翻譯成便于計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的格式 高級(jí)語(yǔ)言 機(jī)器語(yǔ)言 三 刀具半徑補(bǔ)償 補(bǔ)償?shù)念?lèi)型 分為左補(bǔ)償和右補(bǔ)償兩種情形 刀具半徑左補(bǔ)償 沿著加工方向 當(dāng)?shù)毒呶挥诠ぜ髠?cè)時(shí) 稱(chēng)刀具半徑左補(bǔ)償 加工時(shí)用G41指令調(diào)用 刀具半徑右補(bǔ)償 沿著加工方向 當(dāng)?shù)毒呶挥诠ぜ覀?cè)時(shí) 稱(chēng)刀具半徑右補(bǔ)償 加工時(shí)用G42指令調(diào)用 刀具半徑補(bǔ)償圖例 刀具補(bǔ)償?shù)牟襟E 刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕?刀具由起刀點(diǎn)以進(jìn)給速度接近工件 刀具中心在法線方向與待加工工件偏離一刀具半徑 偏置方向由G41及G42確定 刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)行 一旦建立刀補(bǔ) 刀具始終偏離工件輪廓一定距離 直到取消刀補(bǔ)為止 刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜∠?刀具撤離工件 回到退刀點(diǎn) 取消刀具半徑補(bǔ)償 退刀點(diǎn)應(yīng)位于零件輪廓之外 可以與起刀點(diǎn)相同 也可以不相同 刀具半徑補(bǔ)償圖例 刀具半徑補(bǔ)償示例 O0010N10G98G40G21 程序初始化 N20T0101 轉(zhuǎn)1號(hào)刀 執(zhí)行1號(hào)刀補(bǔ) N30M03S1000 主軸按1000r rain正轉(zhuǎn) N40G00X0 0Z10 0 快速點(diǎn)定位 N50G42G01X0 0Z0 0F100 刀補(bǔ)建立 N60X40 0 N70Z 18 0 刀補(bǔ)進(jìn)行 N80X80 0 N90G40G00X85 0Z10 0 刀補(bǔ)取消 N100G28U0W0 返回參考點(diǎn) N110M30 3 刀具半徑補(bǔ)償原理 1 基本思想 刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算就是根據(jù)零件輪廓和刀具半徑值計(jì)算出刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡 對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 工件輪廓主要是直線和圓弧或?qū)⑵渌喞脴O限的方法轉(zhuǎn)換成直線或圓弧 對(duì)直線輪廓而言 刀補(bǔ)中心軌跡是一條平行于工件輪廓且與輪廓等長(zhǎng)的直線 用兩點(diǎn) 起點(diǎn) 終點(diǎn) 即可決定其直線方程 對(duì)圓弧輪廓而言 刀補(bǔ)中心輪廓應(yīng)是一條與工件輪廓同心且包角相同的一段圓弧 用刀補(bǔ)圓弧的起點(diǎn) 終點(diǎn)坐標(biāo)及圓弧半徑即可決定該圓弧方程 3 刀具半徑補(bǔ)償原理 2 切直線時(shí)刀補(bǔ)的計(jì)算 設(shè)上段程序加工完成后 刀具中心位于O 現(xiàn)需計(jì)算刀補(bǔ)后直線終點(diǎn)的坐標(biāo) X Y 設(shè)終點(diǎn)刀具半徑偏置矢量投影坐標(biāo)為 X Y 則有左邊的表達(dá)式 此為第一象限的公式 其它象限公式僅為符號(hào)差別 3 刀具半徑補(bǔ)償原理 3 切圓弧刀補(bǔ)計(jì)算 設(shè)上段程序加工完成后 刀具中心位于 設(shè)在兩坐標(biāo)軸上的投影為 X Y 則有左邊的表達(dá)式 實(shí)際上 無(wú)論是直線加工 還是圓弧加工 對(duì)于具備刀具半徑功能的系統(tǒng) 這種復(fù)雜的計(jì)算都由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)完成 用戶只需根據(jù)工件輪廓進(jìn)行編程即可 C刀具補(bǔ)償原理 1 上面討論的是單段輪廓的刀補(bǔ)情況 通常工件輪廓由多段曲線組成 如直線與直線 直線與圓弧 圓弧與圓弧 圓弧與直線等 這就存在一個(gè)輪廓交接處如何過(guò)渡的問(wèn)題 C刀具補(bǔ)償能自動(dòng)地處理兩段程序之間的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接 編程人員完全按工件輪廓編程 C刀具補(bǔ)償原理 2 圖例給出了左刀補(bǔ)和右刀補(bǔ)時(shí)輪廓過(guò)渡處的處理情形 從圖可以看出 輪廓過(guò)渡時(shí) 為了避免過(guò)切或間斷 需要采用縮短 延長(zhǎng)或插入的方式 C刀具補(bǔ)償原理圖 1 C刀具補(bǔ)償原理圖 2 C刀具補(bǔ)償原理 3 數(shù)控系統(tǒng)的工作方式C刀具補(bǔ)償是在插補(bǔ)和控制的間隙進(jìn)行刀補(bǔ)計(jì)算的 通過(guò)設(shè)置多個(gè)緩存 采用流水作業(yè)的方式才能提高計(jì)算速度 滿足高速加工的需要 如圖所示 C功能刀補(bǔ)計(jì)算流水作業(yè)框圖 思考與練習(xí) 數(shù)控系