计算机数控系统之CNC系统(ppt 98页)

• 后台程序也称背景程序，用来完成显示、 零件加工程序的编辑管理、系统的输入输 出、插补预处理（译码、刀补处理、速度 预处理）等弱实时性任务，它是一个循环 运行的程序，在其运行过程中，不断地定 时被前台中断程序所打断。
• 前后台程序的运行关系见图7-3所示 :
图7-3 前后台程序运行关系图
• 前后台型结构模式的特点: • 这种结构的任务调度机制在前后台程序之
• 2. 选择功能 • ⑴ 补偿功能
包括刀具长度和半径补偿功能，传动链误 差补偿功能，主要用于补偿因刀具的磨损 或更换，传动丝杠螺距误差和反向间隙引 起的误差。
• ⑵ 固定循环功能 在数控加工过程中，有些加工工序如钻孔、攻
丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等所需完成的动作 循环十分典型，而且是多次重复进行，因此预先 将这些典型的循环动作编好程序，存储在存储器 中，用G代码进行定义形成固定循环功能，在加 工时可直接使用这类G代码，完成这些典型的动 作循环，大大简化编程工作。
• ⑴ 点位控制系统 • ⑵ 直线控制系统 • ⑶ 轮廓控制系统（又称为连续控制系统）
• 7.1.2 数控系统的组成
• 数控系统是由程序、输入输出设备、计 算机数控装置（CNC装置）、可编程序 控制器（Programmable Logic Controller，简称为PLC）、主轴驱动 装置和进给伺服驱动系统等六大部分组 成的一个整个系统，又称为CNC系统。
中断控制和系统总线等。
• 1. CPU • CPU是整个数控系统的核心，它集中控制和管理整个系统
资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。 • CPU特点：是投资小，结构简单，易于实现。常见的中、
低档数控系统基本上采用8位或16位CPU，随着CPU技术 的发展，现代数控系统大多采用16位或32位CPU，并向 64位CPU发展， • 按CNC系统中CPU的多少可分为单机系统（只有一个 CPU）和多机系统（CNC中有2个或2个以上CPU）。
• 当数控机床配有主轴无级变速驱动装置时，可 利用主轴控制接口中的模拟量输出接口，输出模 拟量进行无级变速。
• 主轴位置反馈计数器接口主要用于螺纹切削功 能、主轴准停功能以及主轴转速监控等。
• 5. 辅助控制接口
• 数控系统的辅助功能即MST功能，它对强电 箱的控制联系是通过开关量输入/输出接口完 成的（除S模拟量输出接口外），MST功能 的开关量控制逻辑关系复杂，一般采用可编 程控制器（PLC）来实现MST功能。
• ⑷ 进给功能 • 即F功能，用来指令各轴的进给速度，主要有以
下三种： • ① 切削进给速度
每分钟刀具相对于工件的进给量，单位为 mm/min； • ② 同步进给速度
实现切削速度与进给速度的同步，即主轴每转 的进给量，单位为mm/r，主要用于加工螺纹；
• ③ 进给倍率 用于人工实时修调进给速度。即通过操
• 2. 通信接口 • 如RS232、RS485、DNC、MAP接口等，
用于CNC与外设、上级计算机以及网络连 接, 实现数据信息交换。
• 3. 进给轴位置控制接口 • 进给轴的位置控制包括：进给速度控制、插补运算
和位置闭环控制。
• 进给轴位置控制接口包括：模拟量输出接口和位置 反馈计数器接口。
• 7.2.2 接口 • 1. 人机界面接口 • CNC系统的人机界面包括键盘、显示器、操作面板和手摇脉冲
发生器。 • ⑴ 键盘 在CNC系统中也称为MDI（Manual Data Input）面板或
数控面板，它由英文字母键、功能键、数字键等组成，用于人工 编制加工程序以及参数的输入、修改等。 • ⑵ 显示器（CRT） 用于显示程序、数据以及加工信息等。 • ⑶ 操作面板 主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下 对运动的操作或干涉。 • ⑷ 手摇脉冲发生器（MPG）用于手动控制机床坐标轴的运动。
• 2. 存储器 • 存储器是存放系统程序、零件加工程序和
中间运算结果的重要部件。它包括只读存 储器和随机存储器。 • ⑴ 只读存储器EPROM • 用于固化系统控制软件，通过专用的写入 器写入程序，断电后程序不丢失。程序只 能被CPU读出，不能随机写入，必要时可 经过紫外线抹除后再写。
• ⑵ 随机存储器RAM RAM中存放可读写的信息，运算的中间
包括机床基本移动、程序暂停、平面 选择、坐标设定、刀具补偿、基准点 返回、固定循环、公英制转换等指令。
• ⑶ 插补功能 • 所谓插补功能指数控系统实现零件轮廓加工轨迹运
算的功能。即以最小的逼近误差，沿着指定线段的 起点和终点在其之间进行数据点的密化工作。 • 一般CNC系统仅具有直线和园弧插补功能，而较为 高档的CNC系统备有抛物线插补、极坐标插补、正 弦线插补、螺旋线及样条曲线插补等功能。 • 插补运算方法常采用逐点比较法，数字积分法等。
第7章 计算机数控系统
7.1 概 述
数控系统（Numerical Control System 简称为NC系统）即数字控制系统，它自动阅 读输入载体上事先给定了的数字量，并自动将 其译码，输出符合指令的脉冲，从而使机床运 动并加工出合乎要求的高质量零件。
• 7.1.1 数控系统的分类
• 1. 按照数控系统的硬件、软件特点分类 • ⑴ 硬件数控系统（简称为NC系统）
间，前台程序是优先抢占式的。 • 在前、后台程序内部，各子任务则采用顺பைடு நூலகம்
序调度，无抢占机制，因而该结构实时性 差，早期的CNC系统大都采用这种结构。
• ⑵ 中断型结构模式 这种结构除初始化程序外，整个系统的各 个任务模块分别安排在不同级别的中断服 务程序中，由中断管理系统对各级中断服 务程序实施调度管理，如图7-4所示。
• ⑻ 人机对话功能 CNC系统可配置9in单色或14in彩色
CRT，通过软件和接口实现字符和图形显 示。可显示程序、参数、各种补偿量、坐 标位置、故障信息、人机对话编程菜单、 零件图形、动态刀具轨迹等，以方便用户 的操作和使用。
• (9) 自诊断功能 CNC系统中设置有故障诊断程序，以防
止故障的发生和扩大，在故障出现后，可 以迅速查明故障的类型和部位，便于及时 排除故障，减少故障停机时间。有的CNC 系统还可以进行远程通信诊断。
输入、输出和控制（如换刀、换档、冷却等）； • （7） 位置处理； • （8） 显示； • （9） 自诊断处理。 • CNC系统的工作过程是依靠软件在硬件的支持下进行的。
• 7.1.5 CNC系统的优点
CNC系统具有： 很高的柔性和通用性； 数控功能丰富； 可靠性高； 使用维护方便； 易于实现机电一体化。
• ⑴ 数据总线 它是各模块间数据交换的通道，线 的根数与数据宽度相等，它采用双向总线。
• ⑵ 地址总线 它是传送数据存放地址的总线，与 数据总线结合，以确定数据总线上传输的数据来源 地或目的地，它采用单向总线。
• ⑶ 控制总线 它是一组传送管理或控制信号的总 线，如数据的读、写控制，中断、复位以及各种信 号确认等，它采用单向总线。
• 7.2 CNC系统的硬件结构 CNC系统的基本硬件结构通常由微机基
本系统、人机界面接口、通信接口、进给 轴位置控制接口、主轴控制接口以及辅助 功能（MST）控制接口等部分组成，如图 7-1所示。
图7-1 CNC系统 总体结构示意图
• 7.2.1 微机基本系统 • 微机基本系统的主要组成包括：CPU、存储器、定时器、
结果存放在RAM中，它能随机读写，断电 后信息消失。
零件加工程序、数据和参数存放在有后 备电池的CMOSRAM或磁泡存储器中，它 能随机读出，并可根据加工零件写入或修 改，断电后信息仍能保留。
• 3. 定时器和中断器 定时器和中断器用于计算机系统的定时控
制与多级中断管理。
• 4. 系统总线（BUS） 系统总线由传送数字信息的物理导线组成，它是 CNC系统内部进行数据或信息交换的通道，包括以 下三组：
• 7.3 CNC系统的软件结构与插补算法
• CNC系统由硬件和软件组成，硬件为软件运 行提供支持环境，软件是CNC系统的核心。
• 6.3.1 CNC系统软件结构 • 1. CNC系统软件的构成
CNC系统软件包括管理软件和控制软件，如 图7-2所示:
图7-2 CNC系统的软件构成
• 2. CNC系统软件的结构模式 所谓结构模式是指系统软件的组织管理
• ⑷ 自动在线编程功能 有些CNC系统可按零件蓝图直接自动编程，
操作或编程人员只需送入图样上简单几何数 据等命令，就能自动生成加工程序。
有的CNC系统可进行在线人机对话式编程， 并具有自动工序选择、自动刀具和切削条件 选择等智能功能。
• 7.1.4 CNC系统的工作过程
• （1） 程序输入； • （2） 译码； • （3） 刀具补偿； • （4） 进给速度处理； • （5） 插补运算处理； • （6） I/O处理 主要处理CNC系统与机床之间的强电信号的
• ⑶ 通讯功能 • 它是CNC系统与外界进行信息和数据交换的
功能。 • 通常CNC系统都配有RS232C接口，设有缓冲
存储器，可与上级计算机进行通信，传送零件的 加工程序，有的还备有DNC接口，以利实现直 接数控，更高档的系统还可以与MAP（制造自 动化协议）相连，接入工厂的通信网络，实现 FMS、CIMS等大制造系统集成的要求。
作特点和用途进行选择。
• 主要功能如下： • 1. CNC系统的基本功能 • ⑴ 控制功能 • 指CNC能够控制和能够联动控制的进给
轴数目。 • 控制轴有：移动轴和回转轴；基本轴和
附加轴。 • 控制轴特别是联动控制轴数越多，CNC
系统就越复杂，编程也越困难。
• ⑵ 准备功能 • 即G功能，用来指令机床的动作方式，
• 数控系统的核心是计算机数控装置 （CNC装置），目前也简略地称为 CNC系统。
• 从外部特征来看CNC系统是由硬件 （通用硬件和专用硬件）和软件（专 用）两大部分组成的。