計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

1、上海中華職業(yè)技學(xué)院機(jī)電學(xué)科組 數(shù)控加工技術(shù)第五講 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)課程名稱數(shù)控加工技術(shù)課時(shí)2序 號(hào)1授課班級(jí)日期教學(xué)方式講 授課題第二章 數(shù)控機(jī)床各組成部分的結(jié)構(gòu)及其控制原理第一節(jié) 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)任課教師黃 暉教學(xué)主要內(nèi)容、目的、要求、重點(diǎn)與難點(diǎn)、復(fù)習(xí)、提問、備注、布置作業(yè)等教 學(xué) 主 要 內(nèi) 容cnc系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)，cnc系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，cnc系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，cnc系統(tǒng)的控制原理：（一）零件程序的輸入，（二）譯碼，（三）刀具補(bǔ)償，（四）速度控制，（五）插補(bǔ)計(jì)算1目 的要 求1、了解cnc系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)2、熟悉cnc系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)3、理解cnc系統(tǒng)的基本工作過程重 點(diǎn)cnc系統(tǒng)的硬件和

2、軟件結(jié)構(gòu)，cnc系統(tǒng)的控制原理。難 點(diǎn)cnc系統(tǒng)的控制原理：刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)計(jì)算。作 業(yè)備注對(duì)cnc系統(tǒng)的控制原理內(nèi)容要注意啟發(fā)學(xué)生，避免枯燥。教學(xué)過程及內(nèi)容：一、cnc系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)cnc系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其組成框圖如圖2-1所示。計(jì)算機(jī)（軟件功能） 硬件電路（硬件功能）伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床指令輸入圖2-1 cnc系統(tǒng)的組成框圖根據(jù)上述組成框圖，cnc系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：（1）靈活性（2）通用性（3）可靠性（4）數(shù)控功能多樣化（5）使用維護(hù)方便二、cnc系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（一）cnc系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1、數(shù)控裝置：數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能的實(shí)現(xiàn)。數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按cnc

3、裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和功能模塊（小板）結(jié)構(gòu)；按cnc裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)；按cnc裝置中微處理器的個(gè)數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。（1）大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)cnc系統(tǒng)的cnc裝置由主電路板、位置控制板、pc板、圖形控制板、附加i/o板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)。功能模塊結(jié)構(gòu)（2）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，以集中控制、分時(shí)處理數(shù)控裝置的各個(gè)任務(wù)。圖2-2是單微處

4、理器結(jié)構(gòu)圖。多微處理器結(jié)構(gòu)隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的增加、數(shù)控機(jī)床的加工速度的提高，單微處理器數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足要求，因此，許多數(shù)控系統(tǒng)采用了多微處理器的結(jié)構(gòu)。若在一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器，每個(gè)微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進(jìn)行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲(chǔ)器與i/o接口，每個(gè)微處理器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。如圖2-3所示的數(shù)控系統(tǒng)帶有4個(gè)cpu。目前使用的多微處理器系統(tǒng)有三種不同的結(jié)構(gòu)，即主從式結(jié)構(gòu)、總線式多主cpu結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。2、輸入/輸出裝置3、驅(qū)動(dòng)裝置4機(jī)床電器邏輯控制裝置上述四部分之間通過i/o接口互連。（二）cnc系統(tǒng)硬件各基本組成部分的功能1、微處理器

5、（cpu）和總線：（1）微處理器：有運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算?？刂破鲗⒋鎯?chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，向cnc裝置各部分按順序發(fā)出操作的控制信號(hào)，并接受執(zhí)行部件的反饋消息，從而決定下一步操作指令。（2）總線：是cpu和各組成部件、接口之間信息的公共傳輸線。2、存儲(chǔ)器：用于存放程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)。3、位置控制器：將經(jīng)過插補(bǔ)運(yùn)算得到的控制信號(hào)送往位置控制單元。4、可編程控制器（plc）：利用邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)機(jī)床的順序控制，在數(shù)控機(jī)床上替代傳統(tǒng)機(jī)床強(qiáng)電的繼電器邏輯控制。三、cnc系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)（一）cnc系統(tǒng)軟件的組成cnc軟件分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。1、cnc系統(tǒng)軟件：是為實(shí)現(xiàn)cn

6、c系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專用軟件，也叫控制軟件，存放在計(jì)算機(jī)eprom內(nèi)存中。一般包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。（1）輸入數(shù)據(jù)處理程序它接收輸入的零件加工程序，將標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，或?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行預(yù)計(jì)算。通常，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項(xiàng)內(nèi)容。 輸入程序譯碼程序數(shù)據(jù)處理程序（2）插補(bǔ)計(jì)算程序cnc系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點(diǎn)、終點(diǎn)等進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，分別向各坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖。這個(gè)過程稱為插補(bǔ)運(yùn)算。進(jìn)給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)工

7、作臺(tái)或刀具作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。cnc系統(tǒng)是一邊插補(bǔ)進(jìn)行運(yùn)算，一邊進(jìn)行加工，是一種典型的實(shí)時(shí)控制方式，所以，插補(bǔ)運(yùn)算的快慢直接影響機(jī)床的進(jìn)給速度，因此應(yīng)該盡可能地縮短運(yùn)算時(shí)間，這是編制插補(bǔ)運(yùn)算程序的關(guān)鍵。（3）速度控制程序速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保預(yù)定的進(jìn)給速度。在速度變化較大時(shí)，需要進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失步。（4）管理程序管理程序負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算等為加工過程服務(wù)的各種程序進(jìn)行調(diào)度管理。管理程序還要對(duì)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。（5）診斷程序診斷程序的功能是在程序運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的

8、故障，并指出故障的類型。也可以在運(yùn)行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（cpu、存儲(chǔ)器、接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。（二）cnc系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)較常見的cnc軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟件結(jié)構(gòu)。1、前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)將整個(gè)cnc系統(tǒng)軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。2、中斷型軟件結(jié)構(gòu)四、數(shù)控系統(tǒng)的基本工作過程（一）零件程序的輸入1、輸入內(nèi)容：零件程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。2、輸入方式：存儲(chǔ)方式、nc方式（二）譯碼所謂譯碼，指的是將輸入的數(shù)控加工程序段按一定規(guī)則翻譯成數(shù)控裝置中的計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并按約定的格式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。（三）刀具補(bǔ)償經(jīng)過譯碼后得到的數(shù)據(jù)，還不能直接用于插補(bǔ)控制，要通過刀具補(bǔ)償計(jì)算，將編程輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡的數(shù)據(jù)才能用于插補(bǔ)。刀具補(bǔ)償分為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。（四）進(jìn)給速度在零件數(shù)控程序中，f指令設(shè)定了進(jìn)給速度。速度控制的任務(wù)是為插補(bǔ)提供必要的速度信息。由于各種cnc系統(tǒng)采用的插補(bǔ)法不同，所以速度控制計(jì)算方法也不相同。（五）插補(bǔ)零件程序經(jīng)過譯碼、刀補(bǔ)計(jì)算和速度計(jì)算后，緊接著就是插補(bǔ)和位控，其中插補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。數(shù)控加工程序中，一般都已知運(yùn)動(dòng)軌跡的起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)和軌跡的曲線方程。另外，還要根據(jù)機(jī)床參數(shù)和工藝要求給出刀具長(zhǎng)度、刀具半徑和主軸轉(zhuǎn)速、