計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)

1、4/23/2021 . 1 4/23/2021 . 2 4/23/2021 . 3 4/23/2021 . 4 4/23/2021 . 5 4/23/2021 . 6 4/23/2021 . 7 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng) 設(shè)備層設(shè)備層設(shè)備支持層設(shè)備支持層 接接 口口 人機(jī)控制人機(jī)控制 運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制 PMC 其他其他I/O 其他設(shè)備其他設(shè)備 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 顯示設(shè)備顯示設(shè)備 輸入輸入/ /出設(shè)備出設(shè)備 機(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測(cè)量機(jī)測(cè)量機(jī) . . 圖圖3-1 CNC3-1 CNC的一般性硬件結(jié)構(gòu)的一般性硬件結(jié)構(gòu) 4/23/2021 . 8 4/23/2021 . 9

2、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 管理軟件管理軟件控制軟件控制軟件 零零 件件 程程 序序 管管 理理 顯顯 示示 處處 理理 人人 機(jī)機(jī) 交交 互互 交交 互互 位位 置置 控控 制制 輸輸 入入 輸輸 出出 管管 理理 插插 補(bǔ)補(bǔ) 運(yùn)運(yùn) 算算 故故 障障 診診 斷斷 處處 理理 速速 度度 處處 理理 機(jī)機(jī) 床床 輸輸 入入 輸輸 出出 編編 譯譯 處處 理理 主主 軸軸 控控 制制 刀刀 具具 半半 徑徑 補(bǔ)補(bǔ) 償償 . 圖 3-2 CNC 軟件系統(tǒng)功能框圖 4/23/2021 . 10 4/23/2021 . 11 4/23/2021 . 12 4/23/2021 . 13 4/23/2021 . 1

3、4 4/23/2021 . 15 4/23/2021 . 16 4/23/2021 . 17 4/23/2021 . 18 4/23/2021 . 19 4/23/2021 . 20 4/23/2021 . 21 4/23/2021 . 22 4/23/2021 . 23 4/23/2021 . 24 4/23/2021 . 25 4/23/2021 . 26 4/23/2021 . 27 4/23/2021 . 28 4/23/2021 . 29 4/23/2021 . 30 4/23/2021 . 31 4/23/2021 . 32 4/23/2021 . 33 4/23/2021 . 3

4、4 4/23/2021 . 35 4/23/2021 . 36 I/O設(shè)備設(shè)備 計(jì)算機(jī)主板計(jì)算機(jī)主板 顯顯 示示 卡卡 功能模板功能模板m 功能模板功能模板1 電電 子子 盤盤 多功能卡多功能卡 位置控制板位置控制板n 位置控制板位置控制板1 PLC模塊模塊 主軸控制模板主軸控制模板 機(jī)床機(jī)床I/O 控制面板控制面板 速度控制單元速度控制單元1 速度控制單元速度控制單元n 功能驅(qū)動(dòng)功能驅(qū)動(dòng)1 功能驅(qū)動(dòng)功能驅(qū)動(dòng)m 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線（線（BUS） 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) CNC裝置裝置CNC系統(tǒng)系統(tǒng) 4/23/2021 . 37 4/23/2021 . 38 4/23/2021 . 39 4

5、/23/2021 . 40 4/23/2021 . 41 4/23/2021 . 42 4/23/2021 . 43 4/23/2021 . 44 4/23/2021 . 45 4/23/2021 . 46 4/23/2021 . 47 4/23/2021 . 48 4/23/2021 . 49 4/23/2021 . 50 4/23/2021 . 51 4/23/2021 . 52 4/23/2021 . 53 4/23/2021 . 54 4/23/2021 . 55 4/23/2021 . 56 4/23/2021 . 57 4/23/2021 . 58 4/23/2021 . 59 4

6、/23/2021 . 60 輸 入 預(yù)處理 位置檢測(cè) 插補(bǔ)運(yùn)算 位置控制 速度控制 伺服電機(jī) 程序 硬件 硬件 硬件 硬件 硬 件 軟件 軟件 軟件 軟件 軟件和硬件的功能界面 4/23/2021 . 61 4/23/2021 . 62 加工程序加工程序 譯譯 碼碼 譯碼緩沖區(qū)譯碼緩沖區(qū) 刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)處理 刀補(bǔ)緩沖區(qū)刀補(bǔ)緩沖區(qū) 速度預(yù)處理速度預(yù)處理 插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)緩沖區(qū) 插補(bǔ)處理插補(bǔ)處理 運(yùn)行緩沖區(qū)運(yùn)行緩沖區(qū) 伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng) 位控處理位控處理 位置反饋位置反饋 PLC控制控制 4/23/2021 . 63 4/23/2021 . 64 4/23/2021 . 65 D7 D6 D5 D4 D

7、3 D2 D1 D0 G00G00 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G01G01 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G02G02 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G03G03 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G90/G91G90/G91 0 0：G90G90；1 1：G91G91 G06G06 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 00：G40 ； 11：G40 01：G41 ； 10；G42 4/23/2021 . 66 4/23/2021 . 67 4/23/

8、2021 . 68 P Pe e(200,300)(200,300) P P0 0(72,148)(72,148) X X Y Y G41G41 G42G42 PPe e P”P”e e R R e P 4/23/2021 . 69 4/23/2021 . 70 L 4/23/2021 . 71 4/23/2021 . 72 f（）（） 插補(bǔ)輸出插補(bǔ)輸出 X X1 1Y Y1 1 指令位置指令位置 X X1 1新 新Y Y1 1新新 跟隨誤差跟隨誤差 X X3 3Y Y3 3 X X2 2新 新Y Y2 2新新 實(shí)際位置實(shí)際位置 反饋位置增量反饋位置增量 X X2 2、 、 Y Y2 2 X

9、X1 1舊 舊Y Y1 1舊舊 X X2 2舊 舊Y Y2 2舊舊 速度指令速度指令 VX、VY 圖圖3-16 位置控制轉(zhuǎn)換流程位置控制轉(zhuǎn)換流程 + + - + + + 4/23/2021 . 73 4/23/2021 . 74 4/23/2021 . 75 4/23/2021 . 76 4/23/2021 . 77 4/23/2021 . 78 4/23/2021 . 79 4/23/2021 . 80 譯碼譯碼 刀補(bǔ)刀補(bǔ) I/O 顯示顯示 初始化初始化 位置控制位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算 背景程序背景程序 4ms 8ms 16ms 中斷級(jí)別高中斷級(jí)別高 中斷級(jí)別低中斷級(jí)別低 4/23/20

10、21 . 81 0ms 4ms 8ms 12ms 16ms 位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算 背景程序 4/23/2021 . 82 4/23/2021 . 83 4/23/2021 . 84 4/23/2021 . 85 123123 2tt 空間空間 時(shí)間時(shí)間 順序處理順序處理 輸輸 出出 輸輸 出出 CPU1 時(shí)間時(shí)間 t+t tt 空間空間 111 333 2 22 輸輸 出出 輸輸 出出 輸輸 出出 CPU1 CPU2 CPU3 并行處理并行處理 4/23/2021 . 86 4/23/2021 . 87 4/23/2021 . 88 4/23/2021 . 89 4/23/2021 . 90 4

11、/23/2021 . 91 4/23/2021 . 92 4/23/2021 . 93 4/23/2021 . 94 4/23/2021 . 95 前臺(tái)程序前臺(tái)程序 故障處理故障處理 位置控制位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算 后臺(tái)程序后臺(tái)程序 譯譯 碼碼 刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)處理 速度預(yù)處理速度預(yù)處理 輸入輸入/輸出輸出 顯示顯示 中斷執(zhí)行中斷執(zhí)行 循環(huán)執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行 4/23/2021 . 96 4/23/2021 . 97 4/23/2021 . 98 初始化 中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件） 0級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 1 n 2 4/23/2021 . 99 4/2

12、3/2021 . 100 4/23/2021 . 101 RTOS 模塊（任務(wù)）模塊（任務(wù)）1 模塊（任務(wù)）模塊（任務(wù)）2 模塊模塊（任務(wù)）任務(wù)） 4/23/2021 . 102 4/23/2021 . 103 4/23/2021 . 104 4/23/2021 . 105 4/23/2021 . 106 4/23/2021 . 107 4/23/2021 . 108 4/23/2021 . 109 4/23/2021 . 110 4/23/2021 . 111 4/23/2021 . 112 %100* F FF r 4/23/2021 . 113 4/23/2021 . 114 4/23/

13、2021 . 115 4/23/2021 . 116 4/23/2021 . 117 4/23/2021 . 118 4/23/2021 . 119 4/23/2021 . 120 4/23/2021 . 121 偏差判別偏差判別 終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別 進(jìn)給輸出進(jìn)給輸出偏差計(jì)算偏差計(jì)算 終點(diǎn)到退出終點(diǎn)到退出 4/23/2021 . 122 (Xe，Ye) (Xm，Ym) Y 直線直線 X 4/23/2021 . 123 R X Y (Xm，Ym) 圓圓 弧弧 4/23/2021 . 124 Pe (Xe,Ye) L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) Yi Xi X Y O 4

14、/23/2021 . 125 Pe (Xe,Ye) L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) Yi Xi X Y O O mFL15/2 1 YYY tgXY XXX LX i1ii 1i1i ii1i i cos mtFL60/ 2 cos ee e e e YX X X Y tg 4/23/2021 . 126 2 XXX tgYX YYY LY i1ii 1i1i ii1i i cos 2 cos ee e e e YX Y Y X tg Pe (Xe,Ye) L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) Yi Xi X Y O O 4/23/2021 .

15、 127 4/23/2021 . 128 1 1 2 2 1 1 2 i ii iii iii iii LY XY R XXX YRXX YYY 整理得： Y X R L D C A Xi i G02 B Yi Pi i(Xi i,Yi i) Pi+1 i+1(Xi+1i+1,Yi+1i+1) Ym m i i O i i i 4/23/2021 . 129 i1ii 2 ii 2 1i ii1i 1i ii XXX YYRX YYY 2 X X R L Y 4/23/2021 . 130 4/23/2021 . 131 4/23/2021 . 132 4/23/2021 . 133 4/23

16、/2021 . 134 A B C” C B A G41 刀具刀具 G42 刀具刀具 編程軌跡編程軌跡 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 135 4/23/2021 . 136 A B C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 137 A B C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 138 A B C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 139 起刀點(diǎn)起刀點(diǎn) 刀補(bǔ)建立刀補(bǔ)建立 刀補(bǔ)進(jìn)行刀補(bǔ)進(jìn)行 刀補(bǔ)撤銷刀

17、補(bǔ)撤銷 編程軌跡編程軌跡 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 4/23/2021 . 140 +直線與園弧 +園弧與園弧 4/23/2021 . 141 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 編程軌跡編程軌跡 非加工側(cè)非加工側(cè) 加工側(cè)加工側(cè) 非加工側(cè)非加工側(cè) 編程軌跡編程軌跡 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 加工側(cè)加工側(cè) 4/23/2021 . 142 4/23/2021 . 143 4/23/2021 . 144 形式 轉(zhuǎn)接 夾角 矢量 刀補(bǔ)建立（G42）刀補(bǔ)撤消（G42） 直線 - 直線直線 - 圓弧直線 - 直線圓弧 - 直線 過渡 方式 180 o 縮 短 型 90o180o 伸 長(zhǎng) 型 90 o 插 入 型 r

18、 r r r r r r r r r r r 4/23/2021 . 145 刀 補(bǔ) 進(jìn) 行（G42） 直線 - 直線直線 - 圓弧圓弧 - 直線圓弧 - 圓弧 過渡 方式 180o 縮 短 型 90o180o 伸 長(zhǎng) 型 90o 插 入 型 r r r r r r r r 4/23/2021 . 146 c b aBA O C D E 4/23/2021 . 147 f e d B c b A O C D E a 4/23/2021 . 148 g h B f e d c b A O C D E a 4/23/2021 . 149 4/23/2021 . 150 A D CB C D B A 編程軌跡編程軌跡 刀具中刀具中 心軌跡心軌跡 過切削過切削 部分部分 發(fā)出報(bào)警程發(fā)出報(bào)警程 序段序段 刀具刀具 4/23/2021 . 151 cosCBBCCBBC 0CBBC A D CB C D B A 編程軌跡編程軌跡 刀具中刀具中 心軌跡心軌跡 過切削過切削 部分部分