電子教案數(shù)控原理與系統(tǒng)項目三

教學(xué)目標知識目標：本項目介紹計算機數(shù)控（computernumericalcontrol，CNC）裝置的工作原理，包括CNC裝置的組成結(jié)構(gòu)、數(shù)控加工程序的輸入、數(shù)控加工程序的預(yù)處理、插補原理等內(nèi)容。通過本項目的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解CNC的組成結(jié)構(gòu)，熟悉數(shù)控加工程序的處理過程，以便更好地使用、維修數(shù)控機床。能力目標：掌握數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識素質(zhì)目標：具有較扎實的基本功和良好的職業(yè)素養(yǎng)，具有較強的獨立工作能力和創(chuàng)新精神教學(xué)重點（1）計算機數(shù)控（CNC）裝置（2）數(shù)控加工程序的輸入教學(xué)手段實物演示；教學(xué)板書；錄像插件；電子課件。教學(xué)學(xué)時6教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計項目三計算機數(shù)控裝置任務(wù)一計算機數(shù)控（CNC）裝置的組成〖任務(wù)描述〗計算機數(shù)控（CNC）裝置是面向機床數(shù)控而設(shè)計的專用計算機系統(tǒng)。它以計算機為核心，配有專用的I/O接口，利用軟件處理數(shù)字信息，實現(xiàn)數(shù)字控制功能。與一般的硬件數(shù)控相比，CNC裝置的數(shù)控功能是通過軟件實現(xiàn)的，因此具有很好的靈活性和通用性。與一般微機相比，由于CNC裝置是面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計的，因而具有可靠性高、工作穩(wěn)定和抗干擾能力強等特點。正是由于以上優(yōu)點，CNC裝置在實際生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用?！贾R準備〗一、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)1.物理結(jié)構(gòu)與一般的計算機系統(tǒng)一樣，CNC裝置也是由硬件和軟件兩大部分組成的。根據(jù)其安裝形式、板卡布局等硬件物理結(jié)構(gòu)的不同，CNC裝置可以分為專用型數(shù)控系統(tǒng)和基于PC的數(shù)控系統(tǒng)兩大類。2.邏輯結(jié)構(gòu)二、逐點比較法圓弧插補1）單CPU結(jié)構(gòu)所謂單CPU結(jié)構(gòu)，即采用一個CPU來集中控制，分時處理數(shù)控的各個任務(wù)。2）多CPU結(jié)構(gòu)所謂多CPU結(jié)構(gòu)，即采用多個CPU來分別控制CNC裝置的各個功能模塊，以實現(xiàn)多個控制任務(wù)的并行處理和執(zhí)行，從而大大提高整個系統(tǒng)的處理速度。多CPU結(jié)構(gòu)一般采用共享總線的互連方式。在這種互連方式中，根據(jù)具體情況將系統(tǒng)劃分成多個功能模塊，各模塊通過系統(tǒng)總線相互連接。它一般由下面幾種功能模塊組成。（1）CNC管理模塊。（2）插補模塊。（3）位置控制模塊。（4）PLC控制模塊。（5）人-機接口模塊。（6）主存儲器模塊。二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)CNC裝置的軟件是為了完成CNC系統(tǒng)各項功能而設(shè)計和編制的專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)程序），其作用與計算機操作系統(tǒng)類似。CNC系統(tǒng)是一個多任務(wù)的實時控制系統(tǒng)。前后臺型結(jié)構(gòu)在前后臺型結(jié)構(gòu)的CNC裝置中，整個系統(tǒng)軟件分為兩大都分，即前臺程序和后臺程序。前臺程序是一些實時中斷服務(wù)程序，承擔了幾乎全部的實時功能，實現(xiàn)與機床動作直接相關(guān)的功能。后臺程序是一個順序循環(huán)執(zhí)行的程序，主要完成一些實時性要求不高的功能。中斷型結(jié)構(gòu)中斷型結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)軟件除了初始化程序之外，還將CNC的各個功能模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，優(yōu)先級別高的程序可以中斷優(yōu)先級別低的程序，系統(tǒng)軟件本身就是一個大的多重中斷系統(tǒng)。零件加工程序的處理過程數(shù)控加工是由CNC裝置根據(jù)零件加工程序控制數(shù)控機床自動完成的。每一個加工程序段都是按照輸入→譯碼→刀具補償→進給速度處理→插補→位置控制這樣的順序進行處理的?！既蝿?wù)實施〗認識計算機數(shù)控裝置1.任務(wù)目標（1）認識CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)。（2）了解CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)。2.工具、儀器和設(shè)備CNC裝置。3.實驗內(nèi)容能夠判別CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)的各組成元器件。任務(wù)二數(shù)控加工程序的輸入〖任務(wù)描述〗數(shù)控加工程序的輸入就是把已經(jīng)編制好的數(shù)控加工程序通過輸入裝置輸入數(shù)控系統(tǒng)中，供其存儲和執(zhí)行?！贾R準備〗一、輸入裝置常用的輸入裝置有MDI鍵盤、紙帶閱讀機、串行通信接口、以太網(wǎng)接口等。1.MDI鍵盤（1）編碼鍵盤。編碼鍵盤本身除了按鍵以外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。（2）非編碼鍵盤。其工作原理是用逐行加低電平的辦法判斷有無鍵鈕按下。2.紙帶閱讀機紙帶閱讀機是早期的數(shù)控系統(tǒng)所用的輸入裝置，用來讀入以穿孔紙帶為介質(zhì)的零件程序。串行通信接口現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都帶有標準串行通信接口，能夠方便地與微型計算機相連，進行點對點通信，實現(xiàn)零件程序和參數(shù)的傳送。數(shù)控加工程序輸入過程通過輸入裝置輸入數(shù)控系統(tǒng)中的程序段，一般先存放在MDI鍵盤緩沖器或零件程序緩沖器中，然后根據(jù)控制要求將其傳送到零件程序存儲器中，或者直接送譯碼執(zhí)行。1.輸入工作方式在自動譯碼執(zhí)行零件程序時，根據(jù)譯碼程序段的來源不同，有圖317所示的四種工作方式。（1）紙帶工作方式。（2）存儲器工作方式。（3）鍵盤工作方式。（4）DNC工作方式。2.零件程序的存儲編碼在穿孔紙帶或數(shù)控裝置的內(nèi)部存儲器中，零件程序的字母、數(shù)字和各種符號是以二進制代碼來表示的，這種二進制代碼稱為零件程序的編碼。外碼。外碼是零件程序的外部存儲編碼，記錄在紙帶等介質(zhì)上。內(nèi)碼。內(nèi)碼是零件程序在數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲代碼。任務(wù)三數(shù)控加工程序的預(yù)處理〖任務(wù)描述〗數(shù)控加工程序輸入緩沖器后，下一步就要進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，為后續(xù)的插補運算工作做好一切準備。預(yù)處理主要包括數(shù)控加工程序的譯碼、運動軌跡的刀補計算和速度處理三個部分。雖然要執(zhí)行的零件程序的程序段已經(jīng)轉(zhuǎn)換成了內(nèi)碼形式存儲在零件程序緩沖器中，但還不便于后續(xù)軟件的處理計算，這主要表現(xiàn)在如下幾個方面。（1）書寫格式不統(tǒng)一，如N10G01X106Y64F46LF程序段也可以寫成N10G01Y64X106F46LF的形式。（2）各坐標值是BCD碼形式，不便于刀補和插補計算。（3）僅含有本段程序信息，不包括歷史數(shù)據(jù)，對后續(xù)程序的處理不利。因此，在進行刀具補償計算和其他處理之前，必須先對程序段進行譯碼。所謂譯碼，就是指將輸入的數(shù)控加工程序段按一定規(guī)則翻譯成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，并按約定的格式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。具體來講，譯碼就是從零件程序緩沖器或MDI緩沖器中逐個讀入字符，識別出文字碼和數(shù)字碼，根據(jù)文字碼所代表的功能確定目標地址，將數(shù)字碼進行代碼轉(zhuǎn)換后，送到相應(yīng)的譯碼結(jié)果緩沖器單元中，并進行語法檢查和錯誤診斷?？梢?，譯碼工作主要包括代碼識別和功能代碼的譯碼兩大部分?！贾R準備〗代碼識別在CNC系統(tǒng)中，代碼識別由軟件完成。代碼識別程序按順序逐個讀取字符，與各個文字碼的內(nèi)碼相比較。功能碼的譯碼功能碼譯碼子程序?qū)⒐δ艽a后續(xù)的數(shù)字碼進行代碼轉(zhuǎn)換，然后送到該功能碼指定的譯碼結(jié)果緩沖器單元中。譯碼結(jié)果緩沖器的格式不同的CNC系統(tǒng)的編程格式各不相同，譯碼結(jié)果緩沖器的格式設(shè)計應(yīng)與零件程序格式相對應(yīng)。對于某一個具體的CNC系統(tǒng)來講，譯碼結(jié)果緩沖器的規(guī)模和格式是固定不變的，它含有所有功能碼信息；各個功能碼所占字節(jié)數(shù)視系統(tǒng)的精度、加工行程和碼值范圍而定；各功能碼的數(shù)據(jù)格式根據(jù)后續(xù)軟件的處理需要而定。譯碼過程譯碼軟件首先從零件程序緩沖器中讀入一個字符，判斷出該字符是該程序段的第一個功能碼N，設(shè)標志后接著讀取下一個字符，判斷是數(shù)字碼0。由于N后面應(yīng)該是兩位的BCD碼，故再讀取一個字符，判斷是數(shù)字碼5，則將這三個字符拼裝成壓縮BCD碼并存入譯碼結(jié)果緩沖器N代碼對應(yīng)的內(nèi)存單元4000H中。再取下一個字符G，同樣先設(shè)立相應(yīng)標志，接著分兩次取出G代碼后面的兩位數(shù)碼（90），判別出這三個字符屬于GC組，于是在譯碼結(jié)果緩沖器GC對應(yīng)的內(nèi)存單元4017H中置入“90H”。繼續(xù)讀入下一個字符仍是G，根據(jù)其后的數(shù)字（01）判斷出