第二章 數(shù)控系統(tǒng)(6、7節(jié))

1、數(shù)控機(jī)床與編程寧波大學(xué)工學(xué)院2013.2第二章第二章 數(shù)控系統(tǒng)及工作原理數(shù)控系統(tǒng)及工作原理 CNC硬件構(gòu)成（圖）硬件構(gòu)成（圖）CNC系統(tǒng)的主要功能：系統(tǒng)的主要功能：接受輸入裝置輸入的加工信接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理、計(jì)算、發(fā)出各種控制命令即輸出相應(yīng)息，經(jīng)處理、計(jì)算、發(fā)出各種控制命令即輸出相應(yīng)的指令脈沖，以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。的指令脈沖，以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。第六節(jié)第六節(jié) CNC裝置裝置1. CPU 中央處理器中央處理器Central Processing Unit 2. 總線總線 BUS3. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 RAM EPROM4. 輸入輸出接口輸入輸出接口 I/O

2、5. 手動(dòng)輸入與顯示器手動(dòng)輸入與顯示器 MDI/CRT/LCD6. 位置控制單元與速度控制單元位置控制單元與速度控制單元7. PLC Programmable Logic Controller8. 紙帶閱讀機(jī)紙帶閱讀機(jī)CNC裝置的硬件構(gòu)成裝置的硬件構(gòu)成CNC系統(tǒng)的硬件組成系統(tǒng)的硬件組成 CNC裝置的軟件是為實(shí)現(xiàn)裝置的軟件是為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)的各項(xiàng)功能而系統(tǒng)的各項(xiàng)功能而編制的專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件。由管理軟件和控制編制的專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件。由管理軟件和控制軟件兩大部分組成。軟件兩大部分組成。CPU的作用微型處理器CPU由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器的功能：數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯?/p>

3、功能：將存儲(chǔ)器中的程序指令進(jìn)行譯碼。繼而向CNC裝置的執(zhí)行部件發(fā)出控制信號(hào)。接收?qǐng)?zhí)行部件的反饋信息。微處理器（CPU）主要擔(dān)負(fù)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)控制任務(wù)。數(shù)據(jù)處理包括：譯碼、刀補(bǔ)、速度處理。實(shí)時(shí)控制包括：插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、各種輔助功能控制。存儲(chǔ)器EPROM 可編程只讀存儲(chǔ)器，又稱程序存儲(chǔ)器，可編程只讀存儲(chǔ)器，又稱程序存儲(chǔ)器，用于存放用于存放CNC裝置的系統(tǒng)程序，其上的內(nèi)容只能由裝置的系統(tǒng)程序，其上的內(nèi)容只能由CNC裝置的生產(chǎn)廠家寫入（固化），它只能由裝置的生產(chǎn)廠家寫入（固化），它只能由CPU讀出，一般不能寫入新內(nèi)容。讀出，一般不能寫入新內(nèi)容。RAM 隨即存儲(chǔ)器，又稱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存放

4、用隨即存儲(chǔ)器，又稱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存放用戶編寫的加工程序和加工運(yùn)算的結(jié)果。戶編寫的加工程序和加工運(yùn)算的結(jié)果。CRT Cathode Ray Tube LCD Liquid Crystal DisplayMDI Manual Date InputPLC 數(shù)控系統(tǒng)中利用可編程控制器的邏輯運(yùn)算功能實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量的控制。CNC控制過程： 根據(jù)輸入的信息即加工程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡信息，繼而輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的零件。一、數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)一、數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu) （一）大板式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)（一）大板式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu) （二）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)（二）單微處理器結(jié)構(gòu)

5、和多微處理器結(jié)構(gòu) 單微處理機(jī)CNC結(jié)構(gòu)圖圖 2 -4 4 主 從 式 多 微 處 理 器 硬 件 結(jié) 構(gòu) 示 意主 存 儲(chǔ) 器主C P UI/O接 口從C P U從 存 儲(chǔ) 器從I/OI/O接 口從 存 儲(chǔ) 器從C P U從I/O主I/O 并 行 系 統(tǒng) 總 線（ 如 ：S T D、P C I等 ）圖 2-45 分 布 式 多 微 處 理 器 硬 件 結(jié) 構(gòu) 示 意存 儲(chǔ) 器CPU1I/O接 口模 塊 1系 統(tǒng) 總 線通 信 接 口CPU2通 信 接 口模 塊 2系 統(tǒng) 總 線模 塊 1模 塊 1通 信 鏈 路（ 串 行 總 線 、 局 部 網(wǎng) 絡(luò) ）存 儲(chǔ) 器I/O接 口（3 3）多主結(jié)構(gòu)）

6、多主結(jié)構(gòu)多主結(jié)構(gòu)的多微處理器CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上主CPU及其功能模塊對(duì)系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)，這些功能模塊之間采用緊耦合，即采用總線互連方式，有集中的操作系統(tǒng)，可共享資源。多個(gè)主CPU之間通過總線仲裁器來解決并行總線的爭用問題，通過公共存儲(chǔ)器來交換信息。典型的有共享總線結(jié)構(gòu)、共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。 圖2-46 共享總線多主結(jié)構(gòu)硬件示意局部存儲(chǔ)器局部總線CPU1總線仲裁局部I/O 系統(tǒng)總線局部I/O總線仲裁CPU2局部總線局部存儲(chǔ)器局部存儲(chǔ)器局部總線CPU3總線仲裁局部I/O主模塊1主模塊2主模塊3全局存儲(chǔ)器全局I/O從模塊1從模塊2圖 2-47 FANUC 15系 統(tǒng) 硬 件 結(jié) 構(gòu)自 動(dòng)

7、編 程 模 塊 （ 帶CPU)位 置 控 制 模 塊 （ 帶CPU) 通 信 模 塊（ 帶CPU) PLC模 塊（ 帶CPU) 操 作 面 板圖 形 顯 示 模 塊 （ 帶CPU) 插 補(bǔ) 模 塊（ 帶CPU)主 軸 控 制 模 塊主 存 儲(chǔ) 器 模 塊I/O單 元主 軸 單 元伺 服 驅(qū) 動(dòng) 單 元CRT/M DIFANUC BUS(系 統(tǒng) 總 線 ）圖2-48 MTC1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)鍵盤顯示CPU中央CPU串口和收發(fā)器RAM(2K) (512)EPROMRAM(512)EPROM插補(bǔ)CPUCRT控制器CRT 字符發(fā)生器插補(bǔ)CPU模擬量輸出機(jī)床接口X Y Z C W反饋脈沖處理反饋信號(hào)收發(fā)器R

8、AMEPROM（三）專用型結(jié)構(gòu)和通用型結(jié)構(gòu)（三）專用型結(jié)構(gòu)和通用型結(jié)構(gòu) （四）封閉式結(jié)構(gòu)、（四）封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入嵌入NC式結(jié)構(gòu)、式結(jié)構(gòu)、NC嵌入嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開放式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)和軟件型開放式結(jié)構(gòu) 5開放式體系結(jié)構(gòu)的定義開放式體系結(jié)構(gòu)的定義 二、二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu) 圖2-49 CNC裝置的任務(wù)分解管 理輸入 I/O 處 理顯示通信診斷插補(bǔ)位置控制速度處理刀具補(bǔ)償譯碼控 制CNC裝置任務(wù)顯示控制診斷輸入I/O譯碼刀具補(bǔ)償速度處理位控插補(bǔ) 圖2-50 CNC裝置各任務(wù)之間的并行處理關(guān)系（二）（二）CNC裝置的軟件特點(diǎn)裝置的軟件特點(diǎn) a) 順 序 處 理圖 2-51 時(shí)

9、間 重 疊 流 水 處 理空 間時(shí) 間輸 出輸 出b) 流 水 處 理t1t1t1t11243134224313421t1t1t1t1t1t1t1t1輸 出輸 出時(shí) 間空 間N1N2N2N12431輸 出N3（三）（三）CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu) 圖2-52 前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)示意輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備高中斷優(yōu)先級(jí)低診斷顯示I/O處理背景程序 前臺(tái)程序（中斷服務(wù)程序）故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算輔助功能處理中斷返回中斷返回中斷返回返回中斷中斷返回圖 2-53 7360CNC系 統(tǒng) 軟 件 結(jié) 構(gòu) 框 圖保 存 現(xiàn) 場(chǎng)位 置 控 制面 板 掃 描面 板 輸 出插 補(bǔ)PLC程 序返 回返 回保 存 現(xiàn) 場(chǎng)

10、存 入 字 符恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)保 存 現(xiàn) 場(chǎng)返 回開 始系 統(tǒng) 初 始 化等 待 緊 停 復(fù) 位M CU總 清方 式 選 擇等 待 循 環(huán) 起 動(dòng)狀 態(tài) 檢 查恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)存 入 字 符恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)鍵 盤自 動(dòng) /單 段手 動(dòng)數(shù) 據(jù) 段 執(zhí) 行 程 序 ；讀 程 序 段 到 緩 沖 區(qū) ；譯 碼 ， 處 理 ， 傳 送 ；等 待 段 完 成循 環(huán) 停 處 理M 30M 02自 動(dòng)10.24m s定 時(shí) 中 斷閱 讀 機(jī) 中 斷鍵 盤 中 斷背 景 程 序增 量 點(diǎn) 動(dòng) ；連 續(xù) 點(diǎn) 動(dòng) ；回 參 考 點(diǎn) ；設(shè) 置 零 點(diǎn) ；閱 讀 機(jī) 復(fù) 位 ；測(cè) 試 方 式 ；CRT顯 示操 作 命 令

11、；M DI段 執(zhí) 行 ；數(shù) 據(jù) 輸 入 ；CRT顯 示前 臺(tái) 程 序圖 2-54 多 重 中 斷 型 軟 件 結(jié) 構(gòu) 示 意開 始系 統(tǒng) 初 始 化0級(jí)中斷服務(wù)程序0級(jí)中 斷1級(jí)中 斷1級(jí)中斷服務(wù)程序2級(jí)中斷服務(wù)程序2級(jí)中 斷n級(jí)中 斷n級(jí)中斷服務(wù)程序中 斷 管 理 系 統(tǒng) （ 硬 件 +軟 件 ）三、典型三、典型CNCCNC系統(tǒng)簡介系統(tǒng)簡介 作 業(yè)第二章第二章 數(shù)控系統(tǒng)及工作原理數(shù)控系統(tǒng)及工作原理 第七節(jié)第七節(jié) CNCCNC系統(tǒng)中的可編程控制器（系統(tǒng)中的可編程控制器（PLCPLC） 圖2-55 PLC程序執(zhí)行過程n點(diǎn)輸入m點(diǎn)輸出輸入端子梯形圖程序輸入映像寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存電路輸出端

12、子輸入采樣階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段二、二、PLC在在CNC系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用 其它輸入、輸出設(shè)備進(jìn)給電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)裝置PLC數(shù)控操作面板機(jī)床操作面板 I/O接口電路主軸電動(dòng)機(jī)輔助裝置電動(dòng)執(zhí)行器位移與速度檢測(cè)裝置主軸調(diào)速強(qiáng)電控制部分驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)給伺服CNC裝置圖2-56 具有內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)框圖CNC裝置核心部分其它輸入、輸出設(shè)備進(jìn)給電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)裝置PLC機(jī)床操作面板 I/O接口電路主軸電動(dòng)機(jī)輔助裝置電動(dòng)執(zhí)行器位移與速度檢測(cè)裝置主軸調(diào)速強(qiáng)電控制部分驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)給伺服CNC裝置圖2-57 具有獨(dú)立型PLC的CNC系統(tǒng)框圖 I/O接口電路數(shù)控操作面板 I/O接口電路PLC裝置CNC裝置核心部分3 3在在CNCCNC系統(tǒng)中系統(tǒng)中PLCPLC的應(yīng)用特點(diǎn)的應(yīng)用特點(diǎn) 圖 2-58 高 級(jí) 程 序 和 低 級(jí) 程