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文檔簡介
CINC第3章計算機(jī)數(shù)字控制裝置
本章內(nèi)容
ACNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)
ACNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)
A可編程控制器(PLC)
?典型的CNC系統(tǒng)簡介
CISC3.1概述
一、CNC系統(tǒng)的組成
CNC系統(tǒng)主要包括數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、
CNC裝置、PLC、驅(qū)動和檢測裝置。其核心是CNC裝
置。其相互關(guān)系如圖3T所示。
二、CNC裝置組成:
從外部特征來看,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。
軟件又稱系統(tǒng)軟件,它由管理軟件和控制軟
件兩部分組成。
CISC3.1概述
面板控制單元
驅(qū)動系統(tǒng)
CNC鍵盤機(jī)床控制面板電子手輪
主軸電機(jī)進(jìn)給伺服電機(jī)
CINC3.1概述
三、CNC裝置的工作過程:
CNC裝置的工作是指在硬件的支持下執(zhí)行軟件的全
過程。
1、輸入
譯碼
CISC3.1概述
2、譯碼
將輸入的數(shù)控加工程序翻譯成CNC裝置
能識別的代碼形式,并按約定的格式存放在
指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。代碼識別是通過
軟件將數(shù)控加工程序緩沖器中的內(nèi)碼讀出,
并判斷該數(shù)據(jù)的屬性。
如果是數(shù)字碼,則立即設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志并
轉(zhuǎn)存。如果是字母碼,則進(jìn)一步判斷該碼的
具體功能,然后設(shè)置代碼標(biāo)志并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的
處理。
CISC3.1概述
3、刀具補(bǔ)償
刀具補(bǔ)償包括刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。
?采用刀具補(bǔ)償功能,可簡化數(shù)控加工程序的編寫工
作,主要表現(xiàn)如下:
1)由于刀具磨損、更換等原因引起的刀具相關(guān)尺寸
變化不必重新編寫程序,只須修改相應(yīng)的刀補(bǔ)參數(shù)
即可。
2)當(dāng)被加工零件在同一機(jī)床上,經(jīng)歷粗加工、半精
加工、精加工多道工序時,不必編寫三種加工程序,
可將各工序預(yù)留的加工余量加入刀補(bǔ)參數(shù)即可。
CINC3.1概述
4、進(jìn)給速度處理
5、插補(bǔ)
6、位置控制
7、輸入/輸出處理
8、顯示
9、診斷
CINC3.1概述
四、CNC裝置的優(yōu)點:
CNC裝置與傳統(tǒng)的數(shù)控裝置相比,具有下述一些優(yōu)點:
1)靈活性
2)可靠性
3)通用性
4)豐富的數(shù)控功能
5)維修和使用方便
6)易于實現(xiàn)機(jī)電一體化
CISC3.1概述
四、CNC裝置的功能:
CNC裝置的功能通常包括基本功能和選擇功能:
1)控制功能2)準(zhǔn)備功能
3)插補(bǔ)功能4)固定循環(huán)功能
5)進(jìn)給功能F6)主軸功能S
7)刀具功能T8)輔助功能M
9)補(bǔ)償功能10)顯示功能
11)通信功能12)自診斷功能
12)人機(jī)對話編程功能
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),
按其中含有CPU的多少可分為:
單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu);
按電路板的結(jié)構(gòu)特點可分為:
大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。
3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
中央處理單元(CPU)和總線、存儲器(ROM、
RAM)、輸入/輸出(I/O)接口及相應(yīng)的外設(shè)、PLC、
主軸控制單元、速度進(jìn)給控制單元。
速
MDI鍵盤度
操作控制面板控
制
CRT/LEDI/O
接
外部存儲器機(jī)
口入■位置檢測
秩A/D床
電口
上位機(jī)/編程機(jī)機(jī)床
開關(guān)量
通
邏
路輯
/數(shù)控量出
道
控
軟盤制
一
導(dǎo)
開關(guān)量
檢
測
磁帶/數(shù)控量入
CINC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
2、主要結(jié)構(gòu)
1)中央處理單元CPU
計算機(jī)系統(tǒng)的核心,由運(yùn)算器、控制器和內(nèi)存寄存器
組成,用于邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算及系統(tǒng)的綜合控制等。
2)總線(BUS)
總線是微機(jī)各部件間進(jìn)行通信的通道,微機(jī)各部件間
的數(shù)據(jù)傳輸只有通過總線才能實現(xiàn)。分為三種信號線
1.地址總線:傳送地址信息的通道。
2.數(shù)據(jù)總線:傳送數(shù)據(jù)信息的通道,數(shù)據(jù)線的數(shù)
量決定了數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算和處理的規(guī)模。
3.控制總線:地址總線和數(shù)據(jù)總線分別是外部設(shè)
備和CPU之間傳送地址信息和數(shù)據(jù)信息的通道。控制
總線是完成各種控制功能的通道。
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
3)存儲器(memory)
(1)功用:
存儲系統(tǒng)軟件、參數(shù)和零件加工程序,并將運(yùn)算的中
間結(jié)果和處理后的結(jié)果存儲起來。
(2)種類:
半導(dǎo)體存儲器「SRAM靜態(tài)
(3)分類:1隨機(jī)存取存儲器RANT
_____上二二____-DRAM動態(tài)
存放工作參數(shù)、;r固定ROM(掩膜ROM)
加工程序;
/天榛存儲器ROM1一次性可編程ROM(PROM)
存儲系[串行存儲器光可擦除可編程ROM(EPROM)
〔電可擦除可編程ROM(E2PROM)
統(tǒng)軟件
CINC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
4)輸入/輸出(i/o)接口電路及相應(yīng)的外部設(shè)需
(1)1/0接口
接口電路是CPU與外部設(shè)備之間的連接電路。CNC裝
置通過該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù),也可以將
CNC裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。分輸入接口、輸出
接口、雙向接口。
(2)1/0接口功能
。把外設(shè)送往CNC的信息轉(zhuǎn)換成CPU能接受的格式;
0把數(shù)控系統(tǒng)送往外設(shè)的信息轉(zhuǎn)換成外設(shè)能接受的格式
。在CNC與外設(shè)間起緩沖作用(平衡信號電平和傳輸速
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
(3)1/0分類:
鍵盤MDI
顯示器CRT
o人機(jī)界面接口一
操作面板
手搖脈沖發(fā)生器
0通信網(wǎng)絡(luò)接口
0進(jìn)給軸的位置控制接口
0主軸控制接口
oMST控制接口
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
一、單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)、
1、單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)
0整個CNC裝置只有一個CPU,它集中控制和管理
整個系統(tǒng)資源,通過分時處理的方式來實現(xiàn)各種NC
功能。
o主從結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中只有一個CPU(稱為主CPU)對系
統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán),其它帶CPU的功能部件,
只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù),或向主CPU發(fā)
出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬
地位的,故稱之為主從結(jié)構(gòu)。
CINC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
2、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)
⑴在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理機(jī),
CPU之間采用緊耦合,有集中的操作系統(tǒng),通
過總線仲裁器(由硬件和軟件組成)來解決總線爭
用問題,通過公共存儲器來進(jìn)行信息交換。
⑵特點:
能實現(xiàn)真正意義上的并行處理,處理速度
快,可以實現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。
容錯能力強(qiáng),在某模塊出了故障后,通過系
統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作
⑶結(jié)構(gòu)形式:共享總線結(jié)構(gòu)型、共享存儲器結(jié)構(gòu)型。
3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
①共享存儲器結(jié)構(gòu)
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)特征:
o面向公共存儲器來設(shè)計的,即采用多端口來實
現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊,
0采用多端口控制邏輯來解決多個模塊同時訪問
多端口存儲器沖突的矛盾。
由于多端口存儲器設(shè)計較復(fù)雜,而且對兩個以上
的主模塊,會因爭用存儲器可能造成存儲器傳輸
信息的阻塞,所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲
器(雙端口RAM)。
3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
②共享總線型結(jié)構(gòu)
CRT/MDI
操湍板
通訊模塊自動編程模塊主存儲:
圖形顯示
(CPU)(CPU)器模塊;
模呼TU)na
nFANUCBUSn
插補(bǔ)模塊PLC模塊位置控制模塊主軸控;
(CPU)(CPU)(CPU)制模塊:
-----諼——?…??-?…
I/O單元伺服驅(qū)動單元主軸單元
FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)特征:
0功能模塊分為帶有CPU或DMA的主模塊和
從模塊(RAM/ROM,I/O模塊),
o以系統(tǒng)總線為中心,所有的主、從模塊都
插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上,
0采用總線仲裁機(jī)構(gòu)(電路)來裁定多個模塊同
時請求使用系統(tǒng)總線的競爭問題。
CINC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
二、大板式結(jié)構(gòu)與功能模塊式結(jié)構(gòu)
1、大板式結(jié)構(gòu)
CNC裝置由主電路板、圖形控制板、PLC板、位置控制
板、電源單元組成。其它功能板為插在主電路大印刷
板插槽內(nèi)。
主印刷電路板(MASTERPCB)
/
存_輸
_基
入
儲P
圖
_本
輸M
器
_形
軸C
出NC
板_
顯
控
控
接
(示電源
制
制
M口
板
板
E板
M_板
)_
V
CISC3.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
2、功能模塊式結(jié)構(gòu)
將CPU、存儲器、輸入輸出控制、位置檢測、顯示
部件等分別做成插件板(硬件模塊),相應(yīng)的軟件
也是模塊結(jié)構(gòu),固化在硬件模塊中,軟硬件模塊形
成一個功能模塊。將各功能模塊連接控制單元母板
構(gòu)成CNC裝置。
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
一、CNC系統(tǒng)軟件的組成與功能
1、組成
CNC系統(tǒng)軟件是具有實時性和多任務(wù)性的專
用操作系統(tǒng),該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控
制軟件兩部分組成。操作系統(tǒng)
管理軟件控制軟件
機(jī)
零
輸
故
顯
示
床
件
入
障
編
插
主
位
處刀
輸
程
診
輸
譯
軸
補(bǔ)
置
理
處具
入
控
控
運(yùn)
序
斷
出
理
制
制
算
輸
管
處
管補(bǔ)
出
理
理
理償
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
二、CNC系統(tǒng)軟件的特點和結(jié)構(gòu)
1、CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點
①多任務(wù)性
。多任務(wù)性:顯示、譯碼、刀補(bǔ)、速度處理、插補(bǔ)
處理、位置控制、…
②并行處理:系統(tǒng)在同一時間間隔或同一時刻內(nèi)完
成兩個或兩個以上任務(wù)處理。
o并行處理的實現(xiàn)方式:
☆資源重復(fù)(硬件)
☆資源分時共享(單CPU)
☆資源重疊流水處理(多CPU)
CINC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
☆資源重復(fù)(硬件)
用多套相同或不同的設(shè)備同時完成多種相同或
不同的任務(wù)。
。資源重復(fù)的特征
硬件設(shè)計時普遍使用的并行處理方法。
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
☆資源分時共享(單CPU)
在規(guī)定的時間長度(時間片)內(nèi),根據(jù)各任務(wù)實
時性的要求,規(guī)定它們占用CPU的時間,使它們分時
共享系統(tǒng)的資源。
o資源分時共享技術(shù)的特征
多個用戶按時間順序使用同一臺設(shè)備,在任何
一個時刻只有一個任務(wù)占用CPU;
在一個時間片(如8nls或16ms)內(nèi),CPU并行地
執(zhí)行了兩個或兩個以上的任務(wù)。
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
☆資源重疊流水處理(多CPU)
流水處理技術(shù)是利用重復(fù)的資源(CPU),將
一個大的任務(wù)分成若干個子任務(wù),這些小任務(wù)是
彼此關(guān)系的,然后按一定的順序安排每個資源執(zhí)
行一個任務(wù),就象在一條生產(chǎn)線上分不同工序加
工零件的流水作業(yè)一樣。
。資源重疊流水處理的特征
?流水處理在任何時刻(流水處理除開始和結(jié)
束外)均有兩個或兩個以上的任務(wù)在并發(fā)執(zhí)行。
?流水處理的關(guān)鍵是時間重疊
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
③實時中斷處理
中斷:中止現(xiàn)行程序去執(zhí)行另一個程序,待另一個程
序處理完畢后,再返回繼續(xù)執(zhí)行原程序。
多重中斷:將中斷按級別優(yōu)先權(quán)排隊,高級中斷源能
中斷低級的中斷處理,等高級中斷處理完畢后,再返
回接著處理低級中斷尚榮完成的工作。
實時:任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格時間要求(任務(wù)必須在規(guī)定
時間內(nèi)完成或響應(yīng))
實時周期性任務(wù):任務(wù)是精確地按一定時間間隔發(fā)生
的。主要包括插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等任務(wù)。為保證加
工精度和加工過程的連續(xù)性,這類任務(wù)處理的實時性
是關(guān)鍵。在任務(wù)的執(zhí)行過程中,除系統(tǒng)故障外,不允
許被其它任何任務(wù)中斷。
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
2、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)的分類
①前后臺型結(jié)構(gòu)
此結(jié)構(gòu)將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分:
。前臺程序:主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診
斷等實時性強(qiáng)的任務(wù),它是一個實時中斷服務(wù)程序。
。后臺程序(背景程序):完成顯示、零件加工程序的
編輯管理、系統(tǒng)的輸入/輸出、插補(bǔ)預(yù)處理(譯碼、
刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理)等弱實時性的任務(wù),它是一
個循環(huán)運(yùn)行的程序,其在運(yùn)行過程中,不斷地定時被
前臺中斷程序所打斷,前后臺相互配合來完成零件的
加工任務(wù)。
該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC
系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
②中斷型結(jié)構(gòu)
此結(jié)構(gòu)除了初始化程序之外,整個系統(tǒng)軟件的各
個任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序
中,然后由中斷管理系統(tǒng)(由硬件和軟件組成)
對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個軟件就
是一個大的中斷管理系統(tǒng)。
CISC3.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
I、中斷優(yōu)先級安排
開機(jī)中斷
初始化
級
級
級
驍級
強(qiáng)級
級
級
13689級O
2級
據(jù)
熱
數(shù)
補(bǔ)
插
非
行
帶
串
作
定
CPA紙
工
蔽
儲
展
存
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