計算機數(shù)字控制系統(tǒng)

1、計算機數(shù)字控制系統(tǒng)計算機數(shù)字控制系統(tǒng)2 1. 微處理器數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)裝微處理器，字符顯示、故障自診斷。第五代：分6個階段： 2. 超大規(guī)模集成電路，大容量存儲器，有可編程和遙控接口。 3. , 動態(tài)圖形顯示, 實施軟件精度補償, 適應(yīng)于機床的無人化要求。 4. 32位CPU, 可控15軸, 分辨率達 0. 1m, 進給速度24m/min, 可帶前饋控制的交流數(shù)字伺服, 智能化系統(tǒng)。 5. 64位系統(tǒng)。 6. 微機開放式CNC系統(tǒng)。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)3二、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成二、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成 圖3-1 數(shù)孔系統(tǒng)的硬件組成框圖計算機數(shù)字控制系統(tǒng)4 計算機數(shù)控系統(tǒng)的硬件由微型機、外部設(shè)備、位置控制

2、和位置檢測、輸入輸出接口和操作面板組成。 (一) 微型機 微型機是CNC裝置的核心, 主要由微處理器、存儲器、輸入輸出通道及聯(lián)系這三者的總線（數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線）等組成。 微處理器是微型算機中的運算器及控制部件，它是微型機的核心，稱為中央處理單元（CPU）。 內(nèi)存儲器（內(nèi)存）是微型機存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它與CPU直接交換信息，內(nèi)存儲器分為只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)5 （二）外部設(shè)備 微機數(shù)控系統(tǒng)的外部設(shè)備包括人機通信設(shè)備，輸入、輸出設(shè)備和外存儲器等。 輸入設(shè)備有鍵盤、紙帶輸入機（光電閱讀機）。 輸出設(shè)備有打印機、記錄儀、數(shù)碼顯示管和CRT顯示器、

3、紙帶穿孔機。（三）輸入、輸出通道（又稱接口） 輸入、輸出通道是微型機與機床之間的聯(lián)系通道，通過它微型機向機床發(fā)送控制命令，并從機床上讀取加工信息。（四）操作面板 它是操作人員用來與微機數(shù)控系統(tǒng)進行“對話”的設(shè)備。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)6 三、數(shù)控系統(tǒng)軟件 數(shù)控系統(tǒng)軟件是根據(jù)機床零件加工的實際需要而編寫的控制程序?？刂栖浖话阌幸韵聨讉€部分組成： （一）初始化程序 初始化是在數(shù)控裝置合上電源以后，自動地對各有關(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)，對有關(guān)寄存器、存儲單元設(shè)置常數(shù)或清零。 （二）輸入數(shù)據(jù)處理程序 輸入數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤斎氲牧慵庸こ绦蛴脴藴蚀a表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行翻譯、處理成為計算機能識別的語言。它具有

4、輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理三種功能。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)7 (1) 輸入。向CNC裝置輸入零件加工程序、控制參數(shù)和補償數(shù)據(jù)。 （2）譯碼。將零件的輪廓信息和其他的輔助信息等翻譯成計算機內(nèi)部能識別的語言。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，如發(fā)現(xiàn)語法錯誤便立即報警。 （3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補償、速度計算以及輔助功能的處理等。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)8 （三）插補運算及位置控制程序 插補的任務(wù)是通過插補計算程序在已知有限信息的基礎(chǔ)上進行“數(shù)據(jù)點的密化”工作，即在起點和終點之間插入一些中間點。 （四）速度控制程序 速度控制程序的目的就是控制脈沖分配的速度，即根據(jù)給定的速度代碼，控制插補

5、運算的頻率，以保證各軸按預定的速度運行。 位置控制程序的主要任務(wù)是在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電機，進而控制工作臺或刀具的位移。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)9 （五）系統(tǒng)管理程序 為數(shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務(wù)的各個程序均由系統(tǒng)管理程序進行調(diào)度，因此他是實現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。 （六）診斷程序 診斷是指CNC系統(tǒng)利用內(nèi)裝診斷程序進行自診斷，主要有啟動診斷和在線診斷兩種。 啟動診斷是指CNC系統(tǒng)在每次從通電至正常運行狀態(tài)前，診斷程序通過掃描自動檢查系統(tǒng)硬件、軟件及有關(guān)外設(shè)是否正常 在線診斷程序是指在系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)中，診斷程序在線掃描檢查

6、CNC系統(tǒng)本身以及各外設(shè)。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會停止。 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)10四、微型機數(shù)控系統(tǒng)的特點（1）較高的維修性和高可靠性；（2）環(huán)境適應(yīng)性強；（3）控制的實時性；（4）較完善的輸入輸出通道；（5）較豐富的軟件；（6）適當?shù)挠嬎憔群瓦\動精度。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)11 插補原理插補原理 插補是指在一條已知起點和終點的曲線上進行數(shù)據(jù)點的密化。 目前常用的插補方法有：脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補兩類。一、脈沖脈沖插補 脈沖增量插補為行程增量插補。其特點是每次插補結(jié)束僅產(chǎn)生一個行程增量，以一個個脈沖的方式輸出，每插補運算一次，最多給每一軸一個進給脈沖。脈沖增量插補算法主要應(yīng)用在開環(huán)數(shù)控系

7、統(tǒng)中。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)12脈沖增量插補常用的方法有：1. 逐點比較法及其改進法；2. 數(shù)字積分法及其改進法；3. 數(shù)字脈沖乘法器法。（一）逐點比較法 其基本思想是：走一步看一步；每走一步都要將加工點的瞬時坐標與給定軌跡相比較，決定下一步的走向。 它是以折線來逼近直線或圓弧曲線的。 1. 逐點比較法直線插補(1) 直線插補的原理計算機數(shù)字控制系統(tǒng)13 如下圖所示加工第一象限直線段: 起點為原點O，終點為A（Xe，Ye），加工點為m（Xm，Ym）則點m相對于直線OA有如圖所示的三種情況。eXmXeYmXeXmYeXeYmXmY eYmXeXmYmF 令令， 作為直線插補的偏差判別式： 若Fm=0

8、，表明m點在直線OA上； 若Fm0，表明m點在直線OA上方;若Fm0，表明m點在直線OA下方。A(Xe,Ye)YXm(Xm,Ym)mmO圖3-2 直線插補的原理圖計算機數(shù)字控制系統(tǒng)14 若Fm0，應(yīng)向+X方向走一步，新形成的坐標為： 若Fm0，應(yīng)向+Y方向走一步,新形成的坐標為：Xm+1=Xm+1， Ym+1=YmA(Xe,Ye)YXm(Xm,Ym)mmO圖4-2 直線插補的原理圖eYmFeYmXeXmYmF 111新偏差為：Xm+1=Xm， Ym+1=Ym+1eXmFmF 1新偏差為：計算機數(shù)字控制系統(tǒng)15 綜上所述，逐點比較直線插補分四步： 1) 偏差判別：判別Fm的正負號； 2) 坐標進

9、給：控制X或Y坐標進給一步； 3) 新偏差計算： Fm+1； 4) 終點判別：執(zhí)行進給的步數(shù)是否等于要求進給的總步數(shù)。開始Xe，YeX=0，Y=0，F(xiàn)m=0Jm=Xe+YeFm0+X向走一步+Y向走一步Fm+1= Fm-YeXm+1= Xm +1Fm+1= Fm+XeYm+1= Ym +1Jm= Jm -1Jm =0結(jié)束YYNN 圖3-3 直線插補的框圖計算機數(shù)字控制系統(tǒng)16 例1：插補第一象限直線段OA，起點為坐標原點，終點為Xe=5，Ye=3OAYX 圖3-4 直線OA的插補運算過程計算機數(shù)字控制系統(tǒng)17序號偏差判別坐標進給新偏差計算終點判別1F0=0+ XF1=F0-Ye=0-3=-3J

10、1= J0-1=8-1=72F10+ XF3=F2-Ye=2-3=-1J3= J2-1=6-1=55F40+ XF5=F4-Ye=4-3=1J5= J4-1=4-1=36F50+ XF6=F5-Ye=1-3=-2J6= J5-1=3-1=27F60+ XF8=F7-Ye=3-3=0J8= J7-1=1-1=0得得，時時，時時，解解：根根據(jù)據(jù)式式8350000011 JF)FXFF()FYFF(YXXYFmemmmemmememm4F30+ YF4=F3+Xe=-1+5=+4J4= J3-1=5-1=4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)18OAYX 圖3-4 直線OA的插補運算過程計算機數(shù)字控制系統(tǒng)19（2）不

11、同象限的直線插補計算L1Fm0, +XFm 0, +YY圖3-5 不同象限的直線插補原理圖偏差計算公式：Fm0時Fm+1=Fm-YeFm0時Fm+1=Fm+XeL2Fm0, +YFm 0, -XL3Fm0, -XFm 0, -YL4Fm0, -YFm 0, +XX計算機數(shù)字控制系統(tǒng)20 2. 2.逐點比較法圓弧插補逐點比較法圓弧插補 圓弧插補的逐點比較法與直線插補步驟一樣，流程圖也一樣，只是偏差判別函數(shù)Fm不同。22222RmymxRmRmF 若Fm=0，表明m點在圓弧上;若Fm0，表明m點在圓弧外;m(Xm, Ym)A(Xp, Yp)B(Xe,Ye)XYRRm圖3-6 圓弧插補的原理圖（1）

12、插補原理計算機數(shù)字控制系統(tǒng)21若Fm0，應(yīng)向+Y方向走一步, Ym+1=Ym+1, Xm+1=Xm12221211 mXmFRmYmXmFm(Xm, Ym)A(Xp, Yp)B(Xe,Ye)XYRRm圖3-6 圓弧插補的原理圖12221211 mYmFRmYmXmF 終點判別：用X, Y方向應(yīng)走的總步數(shù)之和JM。pYeYpXeXMJ 每走一步減1，直至減為0即至終點。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)22 例2：插補第一象限逆時針圓弧AB，起點坐標X0=6 ， Y0=0終點坐標為Xe=0 ， Ye=6。OBYXA圖3-7 例2計算機數(shù)字控制系統(tǒng)23序號偏差判別坐標進給新偏差終點判別01 23 45678910

13、1112計算坐標F0=0-X1112001 XFFJ1=J0-1=11X1=5, Y1=0F10+YJ2=J1-1=101012112 YFFX2=5, Y2=1F20+YJ3=J2-1=9X3=5, Y3=2712223 YFFF30+YJ4=J3-1=8X4=5, Y4=3212334 YFFF40-XJ6=J5-1=6X6=4, Y6=4412556 XFFF60-XJ8=J7-1=4X8=3, Y8=5212778 XFFF80-XJ10=J9-1=2X10=2, Y10=64129910 XFFF100-XJ11=J10-1=1X11=1, Y11=6112101011 XFFF11

14、0-XJ12=J11-1=0X12=0, Y12=6012111112 XFFF0=0X0=6, Y0=0J0=12計算機數(shù)字控制系統(tǒng)24OBXYA圖3-7 例2計算機數(shù)字控制系統(tǒng)25YFm0, -YFm 0, +X 圖3-8 順圓插補原理圖Fm0, +XFm 0, +YFm0, +YFm 0, -XXFm0, -XFm 0, -Y計算機數(shù)字控制系統(tǒng)26YFm0, -XFm 0, +Y 圖3-9 逆圓插補原理圖Fm0, -YFm 0, -XFm0, +XFm 0, -YXFm0, +YFm 0, +X計算機數(shù)字控制系統(tǒng)27 3. 3.逐點比較法特點逐點比較法特點 進給速度平穩(wěn)，可以方便地實現(xiàn)直

15、線、圓弧、拋物線等曲線的插補；插補精度較高，插補誤差不超過一個脈沖當量；改進后的逐點比較法插補誤差不超過半個脈沖當量。(二) 數(shù)字積分法 數(shù)字積分法又稱數(shù)字微分分析法DDA ，是在數(shù)字積分器的基礎(chǔ)上建立起來的一種插補算法。其優(yōu)點是易于實現(xiàn)多坐標聯(lián)動，較容易地實現(xiàn)二次曲線、高次曲線的插補，并具有運算速度快、應(yīng)用廣泛等特點。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)28 設(shè)函數(shù)Y=f（t），如下圖求出曲線下面t0到tn區(qū)間的面積，一般應(yīng)用下面的積分公式： 1. 數(shù)字積分器的工作原理圖3-10 數(shù)字積分插補原理圖Ot2t1titi+1tntYY1Y2YiYi+1YnY=f(t)t nttYdtS0 若把自變量的積分區(qū)間等分

16、成許多有限的小區(qū)間t，這樣,求積分面積就轉(zhuǎn)化成求有限個小區(qū)間面積之和，即 1010nitiyniiSS計算機數(shù)字控制系統(tǒng)29 數(shù)學運算時, t一般取最小單位“1”，即一個脈沖周期，則 10niiyS 這樣，函數(shù)的積分運算變成了變量的求和運算，當所選取的積分間隔t足夠小時這種替代所引起的誤差將不超過許用值。12月19日計算機數(shù)字控制系統(tǒng)30 數(shù)字積分器通常由函數(shù)寄存器、累加器和與門等組成，數(shù)字積分器結(jié)構(gòu)框圖見圖3-11。 其工作過程為：每來一個ti脈沖，與門打開一次，將函數(shù)寄存器中的函數(shù)值送累加器里累加一次，令累加器的容量為一個單位面積，當累加和超過累加器的容量一個單位面積時，便發(fā)出溢出脈沖，這

17、樣累加過程中產(chǎn)生的溢出脈沖總數(shù)就等于所求的總面積，也就是所求積分值。與門函數(shù)值寄存器累加器計數(shù)器Sti圖3-11 數(shù)字積分器結(jié)構(gòu)框圖 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)31 設(shè)有一直線OA, 起點為O，終點A的坐標為 Xe, Ye，直線方程為： 對上式求導得：eXeYdtdxdtdy /2. 直線插補XeXeYY 由上式得:ekYdtdYekXdtdX ,YOXXA(Xe, Ye)Y圖3-11 直線積分插補得原理圖對上述兩式積分得： )(2),(1tFdtekYYtFdtekXX計算機數(shù)字控制系統(tǒng)32 設(shè)動點在原點的時間為t0, 到達終點A(Xe, Ye)的時間為tn， 則上式可變?yōu)椋篨=kXe1Y=kYe1

18、 100niitekXeXnttdtekX 100niitekYeYnttdtekY 選擇k時主要考慮每次的增量X或Y不大于1，即knnk11 取ti=1，則計算機數(shù)字控制系統(tǒng)33 如果存放Xe，Ye寄存器的位數(shù)是N，對應(yīng)最大允許數(shù)字量為2N-1（各位均為1），所以Xe，Ye最大寄存數(shù)值為2N-1，則NNNekk)(kkX21121112 取取 因n=1/k，故累加次數(shù)n=2N。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)34X函數(shù)寄存器JVX與門X累加器JRXY函數(shù)寄存器JVY與門Y累加器JRYtXY圖3-12 平面直線的插補框圖 每個坐標軸的積分器由累加器和被積函數(shù)寄存器組成，被積函數(shù)寄存器存放終點坐標值，每經(jīng)過一

19、個時間間隔t，將被積函數(shù)值向各自的累加器中累加，當累加結(jié)果超出寄存器容量時，就溢出一個脈沖。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)35 例3 設(shè)有一直線OE，如圖3-13所示起點坐標O(0，0)，終點坐標為A(4，3)，累加器和寄存器的位數(shù)為3位，其最大可寄存數(shù)值為7（J8時溢出）。若用二進制計算，起點坐標O（000，000），終點坐標E(100，011)，J1000時溢出。試采用DDA法對其進行插補。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)36XYOA 1 2 3 44 3 2 1圖3-13 例3計算機數(shù)字控制系統(tǒng)37累加次數(shù) ( t) X積分器 Y積分器 終點 計數(shù)器 JE JVX JRX X JVY JRY Y 0 4 0 3

20、0 0 100 011 000 1 4 0+4=4 3 0+3=3 1 100 000+100=100 011 000+011=011 001 2 4 4+4=8+0 1 3 3+3=6 2 100 100+100=1000 011 011+011=110 010 3 4 0+4=4 3 6+3=8+1 1 3 100 000+100=100 011 110+011=1001 011 4 4 4+4=8+0 1 3 1+3=4 4 100 100+100=1000 011 001+011=100 100 表3 DDA直線插補運算過程計算機數(shù)字控制系統(tǒng)385 4 0+4=4 3 4+3=7 5

21、100 000+100=100 011 100+011=111 101 6 4 4+4=8+0 1 3 7+3=8+2 1 6 100 100+100=1000 011 110 7 4 0+4=4 3 2+3=5 7 100 000+100=100 011 111 84 4+4=8+0 1 3 5+3=8+0 1 8 100 100+100=1000 011 101+011=1000 1000 010+011=101111+011=1010計算機數(shù)字控制系統(tǒng)39XYOA 1 2 3 44 3 2 1圖3-13 例3計算機數(shù)字控制系統(tǒng)40 3. 3. 圓弧插補圓弧插補 以第一象限逆時針圓弧插補為

22、例來論述插補的原理。圓的方程為：022222 dtdYYdtdXXRYX求求導導得得：XvdtdXYvdtdYYXdtdXdtdY ，式中：式中：/由上式得:ikXdtdYikYdtdX ,式中：k常數(shù)。 圖3-14 積分圓弧插補的原理圖XYRA(X0, Y0)Pi(Xi, Yi)B(Xe, Ye)vXvYP計算機數(shù)字控制系統(tǒng)41 設(shè)起點A對應(yīng)的時間為t0，并取t0=0，終點時間為tn，對上式進行積分得： nttniitiXkYeYdtiXknttniitiYkXeXdtiYk01000100 DDA圓弧插補與DDA直線插補有所不同, 在直線插補時, 被積函數(shù)寄存器的數(shù)值為常數(shù)(Ye, Ye)

23、; 而在圓弧插補時, 寄存器中存的是X、Y坐標的瞬時值, 所以當寄存器中有溢出時, 需要及時修正寄存器中的Xi 和Yi值。 圖3-15 積分圓弧插補的原理圖XYRA(X0, Y0)Pi(Xi, Yi)B(Xe, Ye)vXvYP計算機數(shù)字控制系統(tǒng)42 例4 設(shè)有第一象限順圓AB，如圖3-16所示，起點A(0，5)，終點B（5，0），所選寄存器位數(shù)n=3。若用二進制計算，起點坐標A（000，101），終點坐標B（101，000），試用DDA法對此圓弧進行插補。 A(0,5) 4 2 35 4 Y O 1 2 3 X B(5,0) 5 1 圖3-16 例4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)43表4 DDA圓弧插補

24、運算過程累加次數(shù) (t) X積分器 Y積分器 JVX JRX X JEX JVY JRY Y JEY 0 5 0 5 0 0 5 101 101 000 000 101 1 5 0+5=5 5 0 0 0 0 5 101 000+101=101 101000 000+000=000 101 2 5 5+5=8+2 1 4 0 00 0 5 101 101+101=1010 100 000 101 1 001 000+000=000計算機數(shù)字控制系統(tǒng)443 5 5+2=7 4 1 1 5 101 101010111 100 001 001000001 101 4 5 5+7=8+4 1 3 1

25、1+1=2 5 101 1011111100 011 001 001001010 101 2 010 5 5 5+4=81 1 2 2 2+2=4 5 101 1011001001 010 010 010010100 101 3 011 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)456 5 5+1=6 2 3 3+4=7 5 101 101001110 010 011 011100111 101 7 5 5+6=8+3 1 1 3 3+7=8+2 1 4 101 1011101011 001 011 0111111010 100 4 4 100 100 8 4 4+3=7 1 4 4+2=6 4 100 100011

26、111 001 100 100010110 100 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)4612 2 5 5+4=8+1 1 1 010 101 101+100=1001 001 1 001 13 1 5 5+1=6 1 001 101 101001110 001 14 1 5 5+6=8+3 1 0 001 101 101+110=1011 000 0 000 15 0 5 停 止 101 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)47 A(0,5) 4 2 35 4 Y O 1 2 3 X B(5,0) 5 1 圖圖3-16 例4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)48 數(shù)據(jù)采樣插補又稱為時間分割法，它是根據(jù)程編進給速度F，將給定輪廓曲線按插補周期

27、T分割為插補進給段，即用一系列首尾相連的微小線段來逼近給定曲線。每經(jīng)過一個插補周期就進行一次插補計算，算出下一個插補點。 插補周期越長，插補計算誤差越大，插補周期應(yīng)盡量選得小一些。 采樣是指由時間上連續(xù)信號取出不連續(xù)信號，對時間上連續(xù)的信號進行采樣，就是通過一個采樣開關(guān)K后，在采樣開關(guān)的輸出端形成一連串的脈沖信號。這種把時間上連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變成時間上離散的脈沖系列的過程稱為采樣過程。 二、數(shù)據(jù)采樣法插補計算機數(shù)字控制系統(tǒng)49(一) 兩軸聯(lián)動直線插補原理 設(shè)要加工圖3-17所示直線OE，起點在坐標原點O(0, 0)，終點為E(Xe, Ye)，直線與X軸夾角為，則有E(Xe, Ye)AXYOXY圖3

28、-17 直線插補原理圖eeXYtg 211tgcos XtgxXYYcosfXee 式中f為已計算出的一次插補進給量。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)50（二）圓弧插補 圓弧插補，需先根據(jù)指令中的進給速度F，計算出輪廓步長f，再進行插補計算。以弦線逼近圓弧，就是以輪廓步長為圓弧上相鄰兩個插補點之間的弦長，由前一個插補點的坐標和輪廓步長，計算后一插補點，實質(zhì)上是求后一插補點到前一插補點兩個坐標軸的進給量X, Y。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)51 圖中A(Xi,Yi )為當前點，B(Xi+1,Yi+1）為插補后到達的點，AB弦是圓弧插補時在一個插補周期的步長f。O B(Xi+1,Yi+1) A(Xi,Yi) G Y YX

29、 M H X 圖3-18 圓弧插補原理圖i22121)XX(RYY)YY(fcosfXiiiiiii = i+ /2計算機數(shù)字控制系統(tǒng)52 刀具補償原理刀具補償原理 二、刀具補償?shù)脑硪?、基本概?在輪廓加工過程中，考慮刀具的半徑，或加工后仍需要留一定的加工余量，需要時刀具的中心偏離零件的實際輪廓，這一過程稱為刀具補償。刀具補償一般分為刀具長度補償和刀具半徑補償。銑刀主要是刀具半徑補償；鉆頭只需長度補償；車刀需要兩坐標長度補償和刀具半徑補償。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)53 三 、刀具半徑補償算法 刀具半徑補償計算：根據(jù)零件尺寸和刀具半徑值計算出刀具中心軌跡。對于一般的CNC裝置，所能實現(xiàn)的輪廓僅限于直

30、線和圓弧。刀具半徑補償分B功能刀補與C功能刀補。 (一) B功能刀補計算 B功能刀補能根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進行刀具半徑補償，不能解決程序段之間的過渡問題，編程人員必須先估計刀補后可能出現(xiàn)的間斷點和交叉點等情況，進行人為處理。 1. 直線刀具補償計算 對直線而言，刀具補償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標值。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)54 在圖3-19中已知O和A點的坐標, 求出A的坐標22eyexeryexex 22eyexerxeyey OO),(eeyxA),(eeyxAyxr 圖3-19 直線刀具補償YXYYYXXXeeee 22eeeYXYrsinrX 2

31、2eeeYXXrcosrY 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)55 2. 圓弧刀具半徑補償計算Rerxexex Reryeyey ),(eyexB)0, 0(yxA),(eyexB )0, 0(yxA XYRr圖3-20 圓弧刀具半徑插補 已知A、B、A點的坐標, 求出B的坐標。 對于圓弧而言，刀具補償后的刀具中心軌跡是一個與圓弧同心的一段圓弧。只需計算刀補后圓弧的起點坐標和終點坐標值。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)56 （二）（二）C刀具半徑補償?shù)毒甙霃窖a償 1. 基本概念 采用直線或圓弧過渡， 直接由數(shù)控系統(tǒng)求出刀具中心軌跡交點的刀具半徑補償方法稱為C功能刀具補償，簡稱C刀補。 B刀補采用讀一段，算一段，再走一段的控

32、制方法，這樣，無法預計到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本程序段加工軌跡的影響。 C功能刀具補償是為解決這一問題提出的。 C功能刀補更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動處理兩個程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動在轉(zhuǎn)接點處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點情況。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)57 2. C刀具補償?shù)牡毒哐a償?shù)幕驹O(shè)計思想基本設(shè)計思想 工作寄存區(qū)AS存放正在加工的程序段信息； 刀補緩沖區(qū)CS存放下一個加工程序段的信息； 緩沖寄存區(qū)BS存放再下一個加工程序段的信息；輸出寄存區(qū)OS存放進給伺服系統(tǒng)的控制信息； 當系統(tǒng)啟動后，第一段程序首先被讀入 BS ，算出其編程軌跡后送入CS暫存

33、； 第二段程序讀入 BS ，算出其編程軌跡，修正CS中的第一段編程軌跡。之后，將第一段編程軌跡由CS送入AS，第二段編程軌跡由BS送入CS。緩沖寄存區(qū)BS刀補緩沖區(qū)CS工作寄存區(qū)AS輸出寄存區(qū)OS 圖3-21 隨后CPU將AS中的內(nèi)容送到OS進行插補運算；同時CPU又命令把第三段程序讀入BS，重復上述處理過程。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)58 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 從CNC系統(tǒng)實用的微機及結(jié)構(gòu)來分，CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。經(jīng)濟型CNC系統(tǒng)采用單微處理器結(jié)構(gòu)。而為滿足數(shù)控機床的高進給速度、高加工精度和實現(xiàn)許多復雜功能的要求則采用多微處理器結(jié)構(gòu)。一、單微處理器結(jié)構(gòu) 該CNC裝

34、置中只有一個微處理器，因此多采用集中控制，分時處理的方式完成數(shù)控機床的各項任務(wù)。單微處理器CNC裝置組成框圖如下圖所示。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)59總線CPUEPROMRAMMDI/CRT接口PLC紙帶閱讀機接口I/O接口位置控制穿孔機、電傳機接口通信接口數(shù)控面板CRT紙帶閱讀機紙帶穿孔機電傳機機床速度控制單元M圖3-22 單微處理器CNC裝置組成框圖計算機數(shù)字控制系統(tǒng)60 單微處理器CNC裝置組成硬件的作用 微處理器 微處理器是CNC裝置的核心，由于所有數(shù)控功能都由一個CPU來完成，因此CNC裝置的功能受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。為了提高處理速度，增強數(shù)控功能，常采

35、用以下措施： 采用協(xié)處理器； 由硬件完成一部分插補工作； 采用帶有微處理器的PLC和CRT等智能部件。 一般CNC裝置通常采用16位或32位微處理器芯片?，F(xiàn)在的CNC裝置都采用64位微處理器芯片。 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)612. 總線 總線是由物理導線構(gòu)成，從功能上說，一般可以分為三組。 (1)數(shù)據(jù)線：這一組線為各部件之間傳輸數(shù)據(jù)，線的根數(shù)與傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，它總是并行地一次傳送n位寬度的一個字，采用單向線。 (2)地址線：其上傳輸?shù)氖堑刂沸盘枺c數(shù)據(jù)線結(jié)合使用，以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源或目的地，采用單向線。 (3)控制線：其上傳輸?shù)氖枪芾砜偩€的某些控制信號，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制、中斷復位

36、及各種確認信號，采用單向線。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)62 3. 存儲器 存儲器是用來存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序的。 (1) CNC裝置的系統(tǒng)程序存放在只讀存儲器EPROM中，即使斷電，程序也不會丟失。常用的EPROM有：2716、2732、2764、27128、27256、27010等。 (2) 運算的中間結(jié)果存放在隨機存儲器RAM中，它可以隨機讀寫，但斷電后信息隨即消失。 (3) 零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)存放在有后備電池的 RAM中，或是磁泡存儲器中，能隨機讀取，操作或修改并且斷電后，信息仍保存。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)634. PLC PLC用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機床強電繼電器邏輯控制。通過程序進行邏輯運算來實現(xiàn)M

37、、S、T功能的譯碼與控制。 PLC有內(nèi)裝型和獨立型兩種。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一個部件，可以共享CNC裝置的CPU，也可以配置單獨的CPU。獨立型PLC完全獨立于CNC裝置，本身具有完備的硬件（CPU、ROM、RAM等）和軟件，可以獨立完成規(guī)定的控制任務(wù)。5. 位置控制 CNC裝置中的位置控制模塊和速度控制單元、位置檢測及反饋控制等組成位置環(huán)。位置環(huán)主要用于軸進給的坐標位置控制，包括工作臺的前后左右移動、主軸箱的移動及繞某一直線坐標軸的旋轉(zhuǎn)運動等。軸控制性能的高低對數(shù)控機床的加工精度、表面粗糙度和加工效率影響極大。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)646. I/O接口 對CNC裝置來說，由機床向CNC傳送的信號稱為輸入信號，由CNC向機床傳送的信號稱為輸出信號。輸入輸出信號的主要類型有：直流數(shù)字、模擬輸入信號，直流數(shù)字、模擬輸出信號；交流輸入信號，交流輸出信號。 直流模擬信號用于進給坐標軸和主軸的伺服控制或其它接收、發(fā)送模擬量信號的設(shè)備。交流信號用于直接 控制功率執(zhí)行器件。接口電路的主要任務(wù)： 進行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。 為防止噪聲引起誤動作，對CNC和機床之間的信號進行電氣隔離。 采用模擬量傳送時，在CNC和機床電氣設(shè)備之間要接入D/A