數(shù)控技術(shù)第4章

第4章

計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.1CNC系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

EIA(美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì))所屬的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的定義:“CNC是用一個(gè)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的讀寫存儲(chǔ)器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的部分或全部功能，在計(jì)算機(jī)之外的唯一裝置是接口”。

ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)的定義:“數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床移動(dòng)和加工零件”。

4.1.1CNC系統(tǒng)的定義與結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕從自動(dòng)控制的角度來(lái)看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量、速度為控制對(duì)象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

從外部特征來(lái)看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕控制單元主軸電機(jī)進(jìn)給伺服電機(jī)電子手輪I/O模塊機(jī)床控制面板CNC鍵盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕程序輸入設(shè)備輸出設(shè)備CNC裝置PLC位置檢測(cè)器進(jìn)給電機(jī)機(jī)床主軸電機(jī)主軸控制單元速度控制單元2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

CNC系統(tǒng)平臺(tái)硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設(shè)備機(jī)床機(jī)器人測(cè)量機(jī)

......2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

CNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)；

硬件和軟件的構(gòu)筑方式稱為CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)的重要性：直接關(guān)系到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、更新、擴(kuò)展以及使用、維護(hù)的效率、成本。

學(xué)習(xí)了解CNC體系結(jié)構(gòu)的目的：指導(dǎo)設(shè)計(jì)開發(fā)；有助于對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的了解、分析、評(píng)估、選用、維護(hù)、診斷。硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

美國(guó)艾倫?勃蘭特雷公司二十世紀(jì)70年代中期生產(chǎn)的7360系統(tǒng)，是世界上第一個(gè)CNC系統(tǒng)，是該公司于1971年公布的。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕7360系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)鍵盤CRT閱讀機(jī)穿孔機(jī)DNC主控計(jì)算機(jī)主控制面板輔助控制面板工業(yè)處理機(jī)I/O多路接口位置反饋直流開關(guān)輸入接口直流電磁驅(qū)動(dòng)接口主軸伺服入出接口機(jī)床伺服輸出調(diào)速環(huán)節(jié)MRIRAM處理機(jī)前面板2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；它是數(shù)控機(jī)床特有部件。安裝形式：吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺(tái)式2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.1.2CNC系統(tǒng)的軟件輸入數(shù)據(jù)處理程序插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序速度控制程序系統(tǒng)管理程序診斷程序方法

1運(yùn)行中診斷:1）代碼和檢查內(nèi)存

2）格式檢查（奇、偶、補(bǔ)償指令、數(shù)據(jù)超限）

3）雙向傳遞檢查

4）清單檢驗(yàn)，用打印機(jī)、CRT5）電壓溫度、速度檢測(cè)監(jiān)控2停機(jī)診斷有自診斷程序3通訊診斷由診斷中心進(jìn)行，發(fā)出診斷程序。接收輸入的零件加工程序，對(duì)用標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行翻譯/整理，按所規(guī)定的格式存放。輸入譯碼數(shù)據(jù)處理根據(jù)合成速度計(jì)算各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向的分速度?？刂泼}沖分配的速度，即控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率。對(duì)數(shù)據(jù)輸入、處理及加工過程服務(wù)等各個(gè)子程序進(jìn)行調(diào)度商業(yè)化的CNC裝置多數(shù)配有自診斷程序。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.1.3計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)靈活性通用性可靠性易于實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的功能使用維修方便只要改變系統(tǒng)軟件，就可改變和擴(kuò)展其功能，補(bǔ)充新技術(shù)，延長(zhǎng)硬件結(jié)構(gòu)的使用期硬件有多種通用的模塊化結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化,用大規(guī)模和特大規(guī)模通用和專用集成電路如高次曲線插補(bǔ)、動(dòng)靜態(tài)圖形顯示等功能CNC的診斷程序使維修非常方便2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.2計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：■單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)■PC數(shù)控系統(tǒng)■多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)

主從結(jié)構(gòu)多主結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)4.2.1CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成特點(diǎn)系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU(主CPU)處于主導(dǎo)地位，對(duì)系統(tǒng)資源有控制和使用權(quán)，其他CPU處于從屬地位，只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的帶CPU的功能部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制和使用權(quán)。模塊間采用緊耦合。整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的帶CPU的功能模塊，每個(gè)模塊有獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，模塊間采用松耦合。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.2.2單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)CPUROMRAMIN接口OUT接口閱讀機(jī)

接口MDI/CRT

接口位置

控制其它接口總線單微處理器硬件結(jié)構(gòu)圖以一個(gè)CPU（中央處理器）為核心，CPU通過總線與存儲(chǔ)器和各種接口相連接，采取集中控制、分時(shí)處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個(gè)任務(wù)微處理器、存儲(chǔ)器、總線、接口等。接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、數(shù)控技術(shù)中的控制單元部件和接口電路，如位置控制單元、可編程控制器（PLC）、主軸控制單元、穿孔機(jī)和紙帶閱讀機(jī)接口，以及其它選件接口等2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕微處理器CPU總線EPROMRAM程序輸入/輸出I/O接口位置控制器MDI/CRT可編程控制器通信接口經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.2.3多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)多微處理機(jī)CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）性能價(jià)格比高（2）可靠性高（3）有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)在多微處理機(jī)組成的CNC裝置中可以根據(jù)具體情況合理劃分功能模塊：1）CNC管理模塊2）存儲(chǔ)器模塊3）CNC插補(bǔ)模塊4）位置控制模塊5）操作控制數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊6）PLC模塊2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕其他外圍設(shè)備I/O接口輔助功能CPU|輸入端|輸出端可編程控制器

CNC插補(bǔ)模塊|位置控制模塊|幾何處理其他功能管理模塊存儲(chǔ)器多微處理機(jī)CNC系統(tǒng)并聯(lián)數(shù)據(jù)總線4.2.3多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕典型的結(jié)構(gòu):共享總線型、共享存儲(chǔ)器型及混合型結(jié)構(gòu)4.2.3多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)多微處理機(jī)共享總線結(jié)構(gòu)框圖所有主、從模塊都插在配有總線插座的機(jī)柜內(nèi)，共享嚴(yán)格設(shè)計(jì)定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線的作用是把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能?？偩€：

STDbus（支持8位和16位字長(zhǎng)）

Multibus（Ⅰ型支持16位字長(zhǎng)，Ⅱ型支持32位字長(zhǎng)）

S-100bus（可支持16位字長(zhǎng)）

VERSAbus（可支持32位字長(zhǎng)）

VMEbus（可支持32位字長(zhǎng)）只有主模塊有權(quán)控制使用系統(tǒng)總線。由于某一時(shí)刻只能由一個(gè)主模塊占有總線，必須要有仲裁電路來(lái)裁決。結(jié)構(gòu)與仲裁總線仲裁及其方式：串行方式和并行方式串行總線仲裁方式：優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置確定。并行總線仲裁方式：專用邏輯電路，優(yōu)先權(quán)編碼方案模塊之間的通訊：公共存儲(chǔ)器2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕串行總線仲裁連接方式主模塊1主模塊2主模塊3總線優(yōu)先權(quán)入總線優(yōu)先權(quán)出總線忙入忙出入忙出優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置決定的。某個(gè)主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不占用總線時(shí)，才可使用總線，同時(shí)通知它后面優(yōu)先權(quán)較低的主模塊不得使用總線。FANUC系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕并行總線仲裁連接方式主模塊1總線優(yōu)總線總線優(yōu)先權(quán)入忙先權(quán)出主模塊3入忙出譯器碼主模塊2入忙出優(yōu)先權(quán)編器碼…要配置專用邏輯電路來(lái)解決主模塊的判優(yōu)問題，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方案2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖多CPU共享存儲(chǔ)器框圖端口1存儲(chǔ)控制邏輯地址和數(shù)據(jù)多路轉(zhuǎn)換器RAM共享存儲(chǔ)器I/O(CPU)CRT(CPU2)軸控制（COU4）插補(bǔ)(CPU3)端口2中斷控制從機(jī)床來(lái)的控制信號(hào)至機(jī)床的控制信號(hào)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)解決訪問沖突美國(guó)GE公司的MTC1-CNC系統(tǒng)采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理機(jī)之間的互聯(lián)和通信2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕7M系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)CRT/MDI操作面板模塊(CPU)通信模塊(CPU)自動(dòng)編程模塊(CPU)主存儲(chǔ)器模塊通信模塊(CPU)I/O單元驅(qū)動(dòng)伺服單元主軸單元PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊FANUCBUS2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.2.4PC數(shù)控系統(tǒng)（開放式數(shù)控系統(tǒng)）隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，需要一種靈活（功能可組、可擴(kuò)展、可添加）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，打破當(dāng)前的“封閉式的”數(shù)控系統(tǒng)。硬件配置單元軟件配置單元標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應(yīng)用程序DOS(WINDOWS)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTM應(yīng)用程序接口NC構(gòu)件庫(kù)開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕國(guó)內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進(jìn)展幾大研究計(jì)劃美國(guó)：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)計(jì)劃歐共體：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)計(jì)劃日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計(jì)劃華中I型——基于IPC的CNC開放體系結(jié)構(gòu)航天I型CNC系統(tǒng)——基于PC的多機(jī)CNC開放體系結(jié)構(gòu)開放程度：1）CNC可以直接地或通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行各種應(yīng)用軟件2）用戶操作界面的開放。3）NC內(nèi)核的深層次開放(①PC+實(shí)時(shí)硬插件；②PC+實(shí)時(shí)軟中斷)。開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：1）在控制系統(tǒng)技術(shù)，接口技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、執(zhí)行器技術(shù)、軟件技術(shù)五大方面開發(fā)出優(yōu)質(zhì)、先進(jìn)、適銷的經(jīng)濟(jì)、合理的開放式數(shù)控系統(tǒng)。2）主攻方向是進(jìn)一步適應(yīng)高精度、高效率（高速）高自動(dòng)化加工的需求。3）網(wǎng)絡(luò)化2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕SKY數(shù)控銑床系統(tǒng)框圖2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕I/O設(shè)備計(jì)算機(jī)主板顯示卡功能模板m功能模板1存儲(chǔ)器多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模塊主軸控制模板機(jī)床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅(qū)動(dòng)1功能驅(qū)動(dòng)m…………系統(tǒng)

總線（BUS）標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)華中數(shù)控I型CNC系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕運(yùn)動(dòng)控制卡運(yùn)動(dòng)控制是控制技術(shù)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以微處理器、DSP為核心，綜合硬件設(shè)計(jì)、軟件編程、運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)、控制算法分析、實(shí)時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)等功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、位移、速度、加速度、力和力矩的自動(dòng)控制，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、食品、紡織、醫(yī)療衛(wèi)生以及家用電氣等眾多領(lǐng)域。高性能運(yùn)動(dòng)控制卡是各類專用數(shù)控系統(tǒng)快速開發(fā)的支撐技術(shù)。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕DeltaTauPMACI型多軸運(yùn)動(dòng)控制卡(PCI)數(shù)控系統(tǒng)DeltaTauPMACI型多軸運(yùn)動(dòng)控制卡(PC104)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)4.3.1CNC軟硬件組合類型紙帶輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備插補(bǔ)位控軟件硬件硬件第一種介質(zhì)輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備插補(bǔ)位控硬件硬件介質(zhì)輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備插補(bǔ)位控速控電機(jī)測(cè)量軟件硬件軟件硬件第二種第三種2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.5CNC系統(tǒng)的輸入及數(shù)據(jù)處理

1.零件程序的輸入

零件程序的輸入包括兩方面的內(nèi)容:1）從U盤、鍵盤輸入到零件程序存儲(chǔ)器。

2）從零件程序存儲(chǔ)器將零件程序的程序段送入緩沖器（緩沖存儲(chǔ)區(qū)）。4.5.1CNC系統(tǒng)的輸入2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕存數(shù)過程取數(shù)過程磁盤（U盤）零件程序零件程序緩沖器零件程序存儲(chǔ)器零件程序存儲(chǔ)器零件程序緩沖器譯碼2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕閱讀機(jī)零件程序存儲(chǔ)器MDI鍵盤零件程序緩沖區(qū)MDI緩沖區(qū)譯碼磁盤2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.5.2輸入數(shù)據(jù)處理輸入數(shù)據(jù)處理程序又叫插補(bǔ)準(zhǔn)備程序，主要任務(wù)有3項(xiàng)：譯碼、刀具補(bǔ)償（運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算）和進(jìn)給速度計(jì)算。另外，還包括諸如換刀、主軸啟停、冷卻液開、閉等輔助功能。譯碼程序是一個(gè)翻譯，即把零件程序段的信息按一定規(guī)則翻譯成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并按系統(tǒng)規(guī)定的格式存放在譯碼結(jié)果緩沖器（DS）中刀具補(bǔ)償包括刀具半徑補(bǔ)償和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，目的是將零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡，減輕程編工作量。刀具補(bǔ)償后刀具中心軌跡的數(shù)據(jù)存放在刀補(bǔ)緩沖器（CS）中速度計(jì)算主要解決加工運(yùn)動(dòng)中的速度問題。速度處理因插補(bǔ)方式而異，對(duì)于脈沖增量插補(bǔ)方式主要是計(jì)算輸出脈沖的頻率；對(duì)于數(shù)字采樣插補(bǔ)方式則需根據(jù)程編速度計(jì)算出采樣周期內(nèi)的位移量(L)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)處理的結(jié)果存放在系統(tǒng)工作緩沖器（AS）中數(shù)據(jù)流動(dòng)過程

零件程序

緩沖器

BS

零件結(jié)果

緩沖器

DS

刀補(bǔ)處理

緩沖器

CS

系統(tǒng)工作

緩沖器

AS

插補(bǔ)工作

寄存器

OS

譯碼

刀具補(bǔ)償

速度計(jì)算

傳送

2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕加工程序譯碼刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理插補(bǔ)處理位置處理伺服驅(qū)動(dòng)刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS運(yùn)行緩沖區(qū)OSPLC控制譯碼緩沖區(qū)DS位置反饋插補(bǔ)緩沖區(qū)AS2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（1）譯碼

定義：譯碼程序是以程序段為單位對(duì)信息進(jìn)行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)，直線和圓弧）、加工速度F和其它輔助信息（M.S.T）依照計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法檢查，若發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤立即報(bào)警。方法：解釋和編譯。內(nèi)容：代碼識(shí)別、各功能代碼的譯碼字符EIA碼ISO碼內(nèi)部代碼字符EIA碼ISO碼內(nèi)部代碼020H30H00HX37HB9H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11H0BHA5H22H2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕經(jīng)代碼識(shí)別設(shè)立了各功能代碼的標(biāo)志后，就可以分別對(duì)各功能碼進(jìn)行處理了。對(duì)于不同的CNC系統(tǒng)來(lái)說，編程格式是有各自的規(guī)定的?？蓪⒆g碼結(jié)果緩沖器設(shè)計(jì)與零件程序段格式相對(duì)應(yīng)。對(duì)于16位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)來(lái)說：功能地址碼只要一個(gè)單元就夠了。坐標(biāo)值等以二進(jìn)制數(shù)存放數(shù)據(jù)的功能字，需準(zhǔn)備二個(gè)單元。MA～MC，GA～GG是考慮到了CNC系統(tǒng)允許一個(gè)程序段中同時(shí)出現(xiàn)不止一個(gè)準(zhǔn)備功能（G代碼）和輔助功能（M代碼）而設(shè)置的。在此沒有必要為每一種G代碼或M代碼準(zhǔn)備一個(gè)單元，因?yàn)槟承〨代碼或M代碼是不允許同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)程序段中的，即是互相排斥的。例如，G00，G01，G02，G03和G33是不可能在同一程序段中出現(xiàn)的，否則將是編程出錯(cuò)。如果將G代碼（M代碼）整理分組，把不能同時(shí)出現(xiàn)在同一程序段的G代碼（M代碼）歸為一組，就可以縮小緩沖器容量，還能查出編程錯(cuò)誤。地址碼字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)存放形式N1二——十進(jìn)制X2二進(jìn)制Y2二進(jìn)制Z2二進(jìn)制I2二進(jìn)制J2二進(jìn)制K2二進(jìn)制F2二進(jìn)制S2二進(jìn)制T1二——二進(jìn)制MA1特征字MB1特征字GA1特征字GB1特征字GC1特征字GD1特征字GE1特征字GF1特征字GG1特征字組號(hào)G代碼功能GAG00定位（快速進(jìn)給）G01直線插補(bǔ)（切削進(jìn)給）G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G33(G32)螺紋切削GBG04暫停GDG40取削刀具補(bǔ)償G41刀具半徑補(bǔ)償（刀具在工件左側(cè)）G42刀具半徑補(bǔ)償（刀具在工作右側(cè)）GCG28自動(dòng)返回參考點(diǎn)G29自動(dòng)離開參考點(diǎn)GEG80取消固定循環(huán)G81~89固定循環(huán)GFG90絕對(duì)值輸入方式G91增量值輸入方式GGG92工作坐標(biāo)系設(shè)立2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕譯碼程序2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.5刀具補(bǔ)償原理編制零件加工程序時(shí)，零件的尺寸信息取自零件輪廓線，但是實(shí)際切削時(shí)，CNC系統(tǒng)通過控制刀具中心實(shí)現(xiàn)加工軌跡，切削時(shí)是使用刀尖或刀刃邊緣完成，這樣就需要在刀具中心與刀具切削點(diǎn)之間進(jìn)行位置偏置，從而使數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象由刀具中心變換到刀尖或刀刃邊緣。這種變換的過程就稱之為刀具補(bǔ)償。刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.5.1刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償假設(shè)刀頭半徑RS=0，這時(shí)可采用刀具長(zhǎng)度測(cè)量裝置測(cè)出理論刀尖點(diǎn)P相對(duì)于刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo)XPF和ZPF，并存入刀具參數(shù)表中

XPF=XPXZPF=ZPZ

2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.5.2刀具半徑補(bǔ)償將編程時(shí)工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù),刀具半徑補(bǔ)償方法主要分：B刀具半徑補(bǔ)償C刀具半徑補(bǔ)償

B功能刀具半徑補(bǔ)償不能處理尖角過渡問題ABC外輪廓加工內(nèi)輪廓加工轉(zhuǎn)接輪廓加工A’B’C”C’刀具2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕B功能刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算◆直線加工時(shí)刀具半徑補(bǔ)償VSVSYXA(x,y)A’(x’,y’)?y?xOO’?r2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕◆圓弧加工時(shí)刀具半徑補(bǔ)償YO圓弧刀具半徑補(bǔ)償rXA′(x0′,Y0′)B′(xe′,Y

e′)B(Xe,,ye)A(X0,,Y0)KRΔXΔYαα2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕C功能刀具半徑補(bǔ)償處理兩個(gè)程序段間轉(zhuǎn)接（即尖角過渡）的各種情況

CSASOSDSCNCASOSNCASOSDS改進(jìn)NCC刀具補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)思想緩沖寄存器：DS存放再下一個(gè)程序段刀補(bǔ)緩沖區(qū)：CS存放下一個(gè)的程序段工作寄存器：AS存放正在加工的程序段輸出寄存器：OS存放運(yùn)算結(jié)果為伺服系統(tǒng)的控制信息2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

刀具半徑補(bǔ)償是在譯碼之后進(jìn)行，譯碼譯出一段并不立即進(jìn)行刀補(bǔ)，譯出的若是下一段，則對(duì)本段進(jìn)行刀補(bǔ)，而正在插補(bǔ)加工的是上一段。rrPiPi-1rrPi+1

CNC系統(tǒng)專門設(shè)立了刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS.

刀補(bǔ)過程:2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕DS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-11Pi-1rPirrPi2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕rrPiPi-1rDS緩沖寄存器PiCS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-1Pi-1DS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-12/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕DS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PiDS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器6PiPi+1Pi+2Pi-1Pi+1PiPi-1Pi+1rPi+1rrPiPi-1rPi+22/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程分為三個(gè)步驟：1）刀補(bǔ)建立——刀具從起刀點(diǎn)接近工件過程中，根據(jù)G41或G42所指定的刀補(bǔ)方向，控制刀具中心軌跡相對(duì)原來(lái)的編程軌跡的法線方向伸長(zhǎng)或縮短一個(gè)刀具半徑值的距離。2）刀補(bǔ)進(jìn)行——控制刀具中心軌跡始終垂直偏移編程軌跡一個(gè)刀具半徑值的距離。3）刀補(bǔ)撤消——在刀具撤離工作表面返回到起刀點(diǎn)的過程中，根據(jù)刀補(bǔ)撤消前G41或G42的情況，控制刀具中心軌跡相對(duì)原來(lái)的編程軌跡法線方向伸長(zhǎng)或縮短一個(gè)刀具半徑值的距離。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕程序段間轉(zhuǎn)接情況分析180°＜＜360°90°≤＜180°0°＜＜90°直線與直線直線與圓弧圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接方式：依據(jù)前后兩段軌跡的連接方式分為縮短型伸長(zhǎng)型插入型據(jù)前后兩段軌跡的矢量夾角和刀補(bǔ)方向分為轉(zhuǎn)接類型：轉(zhuǎn)接角為兩個(gè)相鄰零件輪廓段交點(diǎn)處在工件側(cè)的夾角2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕刀補(bǔ)建立示意圖a）縮短型b）伸長(zhǎng)型c）插入型刀補(bǔ)進(jìn)行示意圖a）縮短型b）伸長(zhǎng)型c）插入型

刀補(bǔ)撤消示意圖a）縮短型b）伸長(zhǎng)型c）插入型2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕方向矢量和刀具半徑矢量為了便于對(duì)各種編程情況進(jìn)行綜合分析，從中找出內(nèi)在規(guī)律來(lái)，C刀補(bǔ)計(jì)算過程中均采用矢量方法進(jìn)行（1）方向矢量與運(yùn)動(dòng)方向一致的單位矢量，用ld表示2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

刀具半徑矢量與方向矢量a）左刀補(bǔ)b）右刀補(bǔ)（2）刀具半徑矢量指加工過程中始終垂直于編程軌跡，且大小等于刀具半徑值，方向指向刀具中心的矢量。用設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)于X軸的傾角為，直線的方向矢量為ld，刀具半徑為r，刀具半徑矢量為rd

=Xd

i+Ydj，sin

=Yl

cos=Xl

規(guī)定左刀補(bǔ)（G41）時(shí)r＞0，右刀補(bǔ)（G42）時(shí)r＜0：2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕C伸長(zhǎng)型轉(zhuǎn)接：OKJBDAFYGXC插入型轉(zhuǎn)接：JBC’DOFKXYAG縮短型轉(zhuǎn)接：OBADCFJKGYX2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕轉(zhuǎn)接類型的判別XYA(X0,Y0)B(X1,Y1)C(X2,Y2)sin

=sgn

(r)(Y2X1X2Y1)/(d1d2)

cos

=(Y2Y1+X2X1)/(d1d2)

縮短型條件：伸長(zhǎng)型條件：插入型條件：2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.5.3刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算運(yùn)用矢量方法求出刀補(bǔ)軌跡上的各個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)坐標(biāo)值。分：直線接直線直線接圓弧圓弧接直線圓弧接圓弧2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（1）直線接直線Xsl=X1rYl2

Ysl=Y1+rX

l2刀補(bǔ)建立Xsl=X1rYl1

Ysl=Y1+rX

l1刀補(bǔ)撤銷刀補(bǔ)進(jìn)行（Ⅰ）縮短型2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（Ⅱ）伸長(zhǎng)型Xsl=X1rYl1

Ysl=Y1+rX

l1刀補(bǔ)建立Xs2=X1rYl2

Ys2=Y1+rX

l2刀補(bǔ)撤銷刀補(bǔ)進(jìn)行2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（2）直線接圓?。á瘢┛s短型（Ⅱ）伸長(zhǎng)型（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（3）圓弧接直線（Ⅰ）縮短型（Ⅱ）伸長(zhǎng)型（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕（4）圓弧接圓弧2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕改變刀補(bǔ)方向改變刀補(bǔ)半徑2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕N3 G91X150LFN4 M08LF（霧狀冷卻）N5 M09LF（關(guān)切削液）N6 Y-50LFN7 X50LFN3 G91X150LFN4 X0LFN5 Y-50LF2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕OAHGA’FefghijklC功能刀具補(bǔ)償實(shí)例2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕4.6PLC在CNC系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC的典型結(jié)構(gòu)完成電信號(hào)電平轉(zhuǎn)換、處理器電路與外界的隔離、數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換以及故障指示等功能。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕內(nèi)裝型PLC

獨(dú)立型PLCCNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來(lái)設(shè)計(jì)。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分內(nèi)裝型PLC不能獨(dú)立工作2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕ⅰ在硬件上，內(nèi)裝型PLC與CNC裝置共用一個(gè)CPU西門子公司的SINUMERIK810、820等數(shù)控系統(tǒng)在硬件上，內(nèi)裝型PLC也可是單獨(dú)的CPU♂FANUC的0系統(tǒng)和15系統(tǒng)♂美國(guó)A-B公司的8400系統(tǒng)和8600系統(tǒng)這種PLC的硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)上合理、實(shí)用，性能價(jià)格比高，適用于類型變化不大數(shù)控機(jī)床。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕獨(dú)立型PLC由專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制，稱為獨(dú)立型PLC。獨(dú)立型PLC的特點(diǎn)※

獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)?！?/p>

獨(dú)立型PLC的生產(chǎn)廠家較多，品種、類型豐富，使用戶有較大的選擇余地。2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕具有獨(dú)立型PLC的CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕主要功能例如♀西門子公司的SIMATICS5、S7系列產(chǎn)品♀

FANUC公司的PMC-J系列產(chǎn)品♀A-B公司的PLC系列產(chǎn)品輸入/輸出信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范程序存儲(chǔ)容量運(yùn)算和控制功能♀

Canada·Entertron公司SK-1600PLC系列產(chǎn)品2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕用戶程序的循環(huán)掃描過程輸入采樣階段：通常在掃描周期的開始或結(jié)束時(shí)，以掃描方式順序讀入所有輸入端的狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，供用戶程序執(zhí)行時(shí)取用。程序執(zhí)行階段：在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)指令的情況下，根據(jù)梯形圖程序從首地址開始按自左向右、自上而下的順序，對(duì)每條指令逐句進(jìn)行掃描，掃描一條，執(zhí)行一條。輸出刷新階段：CPU將輸出映像區(qū)的內(nèi)容集中轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，然后傳送到各相應(yīng)的輸出端子，最后再驅(qū)動(dòng)實(shí)際輸出負(fù)載。集中采樣集中輸出2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止控制程序停止優(yōu)先起動(dòng)優(yōu)先輸入信號(hào)輸出信號(hào)停止按鈕SB1I0.1接觸器KMQ0.1起動(dòng)按鈕SB2I0.22/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕FANUC數(shù)控系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的系列與特點(diǎn)（1）FANUC0i系統(tǒng)與FANUCl6/18/21等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，均為模塊化結(jié)構(gòu)。其集成度較FANUC0系統(tǒng)的集成度更高，因此0i控制單元的體積更小，便于安裝排布。（2）采用全字符鍵盤，可用B類宏程序編程，使用方便。（3）用戶程序區(qū)容量比0MD系統(tǒng)大一倍，有利于較大程序的加工。（4）使用編輯卡編寫或修改梯形圖，攜帶與操作都很方便。（5）使用存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)或輸入機(jī)床參數(shù)、PMC程序以及加工程序，操作簡(jiǎn)單方便。（6）系統(tǒng)具有HRV(高速矢量響應(yīng))功能，伺服增益設(shè)定比0MD系統(tǒng)高一倍，理論上可使輪廓加工誤差減少一半。宏程序包含：數(shù)控程序段算術(shù)或邏輯運(yùn)算(=)的程序段?？刂普Z(yǔ)句程序段。宏程序調(diào)用指令調(diào)用指令格式：G65

P（宏程序號(hào)）L（重復(fù)次數(shù)）（變量分配）

改變了0系統(tǒng)大板結(jié)構(gòu)模塊形式，改為主板和I/O板的豎式結(jié)構(gòu)Flash存儲(chǔ)模塊（存梯形圖）PCMCIA存儲(chǔ)卡HSSB串行總線（與上位機(jī)連接）FANUC數(shù)控系統(tǒng)二、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的系列與特點(diǎn)（7）機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的反向間隙，在快速移動(dòng)或進(jìn)給移動(dòng)過程中由不同的間隙補(bǔ)償參數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償。（8）0i系統(tǒng)可預(yù)讀12個(gè)程序段，比0MD系統(tǒng)多。（9）與0MD系統(tǒng)相比，0i系統(tǒng)的PMC程序基本指令執(zhí)行周期短，容量大，功能指令更豐富，使用更方便。（10）0i系統(tǒng)的界面、操作、參數(shù)等與18i、16i、21i基本相同。（11）0i系統(tǒng)比0M、0T等產(chǎn)品配備了更強(qiáng)大的診斷功能和操作信息顯示功能，給機(jī)床用戶使用和維修帶來(lái)了極大方便。（12）在軟件方面0i系統(tǒng)比0系統(tǒng)也有很大提高，特別在數(shù)據(jù)傳輸上有很大改進(jìn)。機(jī)床操作面板按鍵可自由定義改變了0系統(tǒng)由用戶進(jìn)行功能配置的方法，改為功能打包形式，分為：A，B兩種形式，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)單元二FANUC數(shù)控系統(tǒng)的部件連接一、控制單元的連接(FANUC0i)控制單元的構(gòu)成控制單元各部位的名稱控制單元的連接原理圖1項(xiàng)目一數(shù)控系統(tǒng)概述控制單元的連接原理圖2I/O板插座配置圖手搖脈沖發(fā)生器可增至3個(gè)在同步和異步方式中，0i系統(tǒng)使用了異步方式機(jī)床操作面板和機(jī)床I/O信號(hào)均通過4個(gè)插頭進(jìn)入0i系統(tǒng)內(nèi)置的I/O卡西門子系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黃新燕

西門子數(shù)控系統(tǒng)-組成單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述802S

802CeeApr.97~Apr.03May03~Oct.03基本系列價(jià)格功能系列810D840D802DV2.1

802Sbaseline802Cbaseline&

SimoDriveBaseline802DBaseline性能SINUMERIK

802

SbaselineSINUMERIK

802

Cbaseline單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述sinumerik802dbaseline單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述PCU（PanelControl）是核心，集成了：

Profibus接口手輪接口用于數(shù)據(jù)備份的PCMCIA接口各軟件部件：NCK、HMI、PLC10.4單色或彩色TFT液晶顯示屏PCMCIA（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation）即個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡協(xié)會(huì)PC卡有三種外形規(guī)格，長(zhǎng)寬都一樣，是85.6mm×54mm，但厚度不同：Ⅰ型卡（TypeⅠ）厚3.3mm，用于存貯器（如內(nèi)存、SRAM緩存、閃存等）；Ⅱ型卡（TypeⅡ）厚5.0mm，是當(dāng)今的一種主流標(biāo)準(zhǔn)，用于大多數(shù)設(shè)備，如Modem卡、網(wǎng)卡、閃存卡、