数控加工技术-第四章 计算机数控(CNC)装置
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共享存储器的多 CPU结构 CNC 装置的结构框图
《数控加工技术》
2. 多 CPU 结构 CNC 装置的基本功能模块 (1) 管理模块 (2) 插补模块 (3) 位置控制模块 (4) PLC 模块 (5) 命令与数据输入输出模块 (6) 存储器模块
《数控加工技术》 4.3 CNC装置的软件
4.3.1 CNC 装置控制软件的结构
《数控加工技术》
(9) 字符、 图形显示功能 CNC 控制器可以配置单色或彩色 CRT 或 LCD, 通过软件和硬件接口实现字符和图 形的显示。 (10) 自诊断功能 为了防止故障的发生或在发生故障后可以迅速查明故障的类型和部位, 以减少停机 时间, CNC 装置中设置了各种诊断程序。 (11) 通信功能 为了适应柔性制造系统 (FMS) 和计算机集成制造系统 (CIMS) 的需求, CNC 装置 通常具有 RS232C 通信接口, 有的还备有 DNC 接口, 有的 CNC 还可以通过以太网接入 工厂的通信网络。 (12) 人机交互图形编程功能
(3) 刀具补偿 刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。 (4) 进给速度 速度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运动方向上的速度分解成 各进给运动坐标方向的分速度。 (5) 插补 CNC 必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行 “数据点密化” 的工 作, 这就是插补。
《数控加工技术》
(6) 位置控制
CNC 装置的软件框图
《数控加工技术》
(1) 输入程序 CNC 系统中的零件加工程序, 一般都是通过键盘、 软盘、 纸带阅读机或通 信等方式输入的。
(2) 译码程序 译码程序对零件程序进行处理, 把零件加工程序中的各种零件轮廓信息 (如 起点、 终点、 直线或圆弧等)、 加工速度信息和其他辅助信息按照一定的语法规则解释成计算 机能够识别的数据形式。
《数控加工技术》
4.1.2 CNC装置的功能
(1) 控制功能 一般数控车床只需二轴控制, 二轴联动; 一般数控铣床需要三轴控制、 三轴联动或两轴半联 动; 一般加工中心为多轴控制, 三轴联动。 (2) 准备功能 准备功能也称 G 指令代码, 它用来指定机床运动方式的功能, 包括基本移动、 平面选择、 坐 标设定、 刀具补偿、 固定循环等指令。 (3) 插补功能 CNC 装置是通过软件插补来实现刀具运动轨迹控制的。 (4) 进给功能 CNC 装置的进给功能用 F 指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。
普通高等教育3D版机械类规划教材
数 控 加 工 技 术（3D版）
2020.8
《数控加工技术》
第四章 计算机数控（CNC）系统
§4-1 CNC系统概述 §4-2 CNC装置的硬件 §4-3 CNC装置的软件 §4-4 开发式数控系统 §4-5 数控插补技术
《数控加工技术》 4.1 CNC系统概述
4.1.1 CNC系统的组成
《数控加工技术》
4.1.3 CNC 装置的一般工作过程
(1) 输入 输入方式有纸带输入、 键盘输入、 软盘输入、 上级计算机 DNC 通信输入 等。
(2) 译码 把零件的轮廓信息 (起点、 终点、 直线或圆弧等), F、 S、 T、 M 等信息 按一定的语法规则解释 (编译) 成计算机能够识别的数据形式。
《数控加工技术》
4.2.2 单 CPU 结构CNC 装置
单 CPU 结构 CNC 装置框图
《数控加工技术》
4.2.3 多 CPU 结构CNC 装置
1. 多 CPU 结构 CNC 装置的典型结构 (1) 共享总线结构
共享总线的多 CPU 结构 CNC 装置的结构框图
《数控加工技术》
(2) 共享存储器结构
《数控加工技术》
(5) 主轴功能 主轴功能就是指定主轴转速的功能。 一般用地址符 S 后加两位数字或四位数字表示, 单位分 别为 r/ min 和 mm/ min。 (6) 辅助功能 辅助功能用来指定主轴的起、 停和转向, 切削液的开和关, 刀库的起和停等, 一般是开关量的 控制, 它用 M 指令代码表示。 (7) 刀具功能 刀具功能用来选择所需的刀具, 刀具功能字以地址符 T 为首, 后面跟两位或四位数字, 代表刀 具的编号。 (8) 补偿功能 1) 刀具的尺寸补偿如刀具长度补偿、 刀具半径补偿和刀尖圆弧补偿。 2) 丝杠的螺距误差补偿和反向间隙补偿或者热变形补偿。
(5) 管理与诊断程序 管理程序是实现计算机数控装置协调工作的主体软件。
另外一种柔性比较高的结构就是总线模块化的开放系统结构, 其特点是将 CPU、 存储 器、 输入输出控制分别做成插件板 (称为硬件模块), 甚至将 CPU、 存储器、 输入输出控制组 成独立微型计算机级的硬件模块, 相应的软件也是模块结构, 固化在硬件模块中。
设计简单, 装置有良好的适应性和扩展性, 试制周期短, 调整维护方便, 效率高。
(3) 数据处理和插补计算 数据处理即预计算, 通常包括刀具长度补偿、 刀具半径补偿、 反向间隙补偿、 丝杠螺距补偿、 过象限及进给方向判断、 进给速度换算、 加减速控制及机床 辅助功能处理等。
(4) 伺服 (位置) 控制 伺服 (位置) 控制的主要任务是在伺服系统的每个采样周期内, 将精 插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较, 其差值作为伺服调节的输入, 经伺服驱动器控 制伺服电动机。
《数控加工技术》
4.2 CNC装置的硬件
4.2.1 CNC 装置的硬件构成特点
从组成 CNC 装置的电路板的结构特点来看, 有两种常见的结构, 即大板式结构和模块化 结构。
大板式结构紧凑, 体积小, 可靠性高, 价格低, 有很高的性件功能不易变动, 不利于组织生产。
位置控制的原理
(7) I/ O 处理 CNC 的 I/ O 处理是 CNC 与机床之间的信息传递和变换的通道。 (8) 显示 显示装置有 CRT 显示器或 LCD数码显示器, 一般位于机床的控制面板上。
《数控加工技术》
下图给出了不同时期和不同产品中的四种典型的CNC 装置软、 硬件功能界面。
软件和硬件的功能界面
《数控加工技术》
2. 多 CPU 结构 CNC 装置的基本功能模块 (1) 管理模块 (2) 插补模块 (3) 位置控制模块 (4) PLC 模块 (5) 命令与数据输入输出模块 (6) 存储器模块
《数控加工技术》 4.3 CNC装置的软件
4.3.1 CNC 装置控制软件的结构
《数控加工技术》
(9) 字符、 图形显示功能 CNC 控制器可以配置单色或彩色 CRT 或 LCD, 通过软件和硬件接口实现字符和图 形的显示。 (10) 自诊断功能 为了防止故障的发生或在发生故障后可以迅速查明故障的类型和部位, 以减少停机 时间, CNC 装置中设置了各种诊断程序。 (11) 通信功能 为了适应柔性制造系统 (FMS) 和计算机集成制造系统 (CIMS) 的需求, CNC 装置 通常具有 RS232C 通信接口, 有的还备有 DNC 接口, 有的 CNC 还可以通过以太网接入 工厂的通信网络。 (12) 人机交互图形编程功能
(3) 刀具补偿 刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。 (4) 进给速度 速度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运动方向上的速度分解成 各进给运动坐标方向的分速度。 (5) 插补 CNC 必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行 “数据点密化” 的工 作, 这就是插补。
《数控加工技术》
(6) 位置控制
CNC 装置的软件框图
《数控加工技术》
(1) 输入程序 CNC 系统中的零件加工程序, 一般都是通过键盘、 软盘、 纸带阅读机或通 信等方式输入的。
(2) 译码程序 译码程序对零件程序进行处理, 把零件加工程序中的各种零件轮廓信息 (如 起点、 终点、 直线或圆弧等)、 加工速度信息和其他辅助信息按照一定的语法规则解释成计算 机能够识别的数据形式。
《数控加工技术》
4.1.2 CNC装置的功能
(1) 控制功能 一般数控车床只需二轴控制, 二轴联动; 一般数控铣床需要三轴控制、 三轴联动或两轴半联 动; 一般加工中心为多轴控制, 三轴联动。 (2) 准备功能 准备功能也称 G 指令代码, 它用来指定机床运动方式的功能, 包括基本移动、 平面选择、 坐 标设定、 刀具补偿、 固定循环等指令。 (3) 插补功能 CNC 装置是通过软件插补来实现刀具运动轨迹控制的。 (4) 进给功能 CNC 装置的进给功能用 F 指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。
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第四章 计算机数控（CNC）系统
§4-1 CNC系统概述 §4-2 CNC装置的硬件 §4-3 CNC装置的软件 §4-4 开发式数控系统 §4-5 数控插补技术
《数控加工技术》 4.1 CNC系统概述
4.1.1 CNC系统的组成
《数控加工技术》
4.1.3 CNC 装置的一般工作过程
(1) 输入 输入方式有纸带输入、 键盘输入、 软盘输入、 上级计算机 DNC 通信输入 等。
(2) 译码 把零件的轮廓信息 (起点、 终点、 直线或圆弧等), F、 S、 T、 M 等信息 按一定的语法规则解释 (编译) 成计算机能够识别的数据形式。
《数控加工技术》
4.2.2 单 CPU 结构CNC 装置
单 CPU 结构 CNC 装置框图
《数控加工技术》
4.2.3 多 CPU 结构CNC 装置
1. 多 CPU 结构 CNC 装置的典型结构 (1) 共享总线结构
共享总线的多 CPU 结构 CNC 装置的结构框图
《数控加工技术》
(2) 共享存储器结构
《数控加工技术》
(5) 主轴功能 主轴功能就是指定主轴转速的功能。 一般用地址符 S 后加两位数字或四位数字表示, 单位分 别为 r/ min 和 mm/ min。 (6) 辅助功能 辅助功能用来指定主轴的起、 停和转向, 切削液的开和关, 刀库的起和停等, 一般是开关量的 控制, 它用 M 指令代码表示。 (7) 刀具功能 刀具功能用来选择所需的刀具, 刀具功能字以地址符 T 为首, 后面跟两位或四位数字, 代表刀 具的编号。 (8) 补偿功能 1) 刀具的尺寸补偿如刀具长度补偿、 刀具半径补偿和刀尖圆弧补偿。 2) 丝杠的螺距误差补偿和反向间隙补偿或者热变形补偿。
(5) 管理与诊断程序 管理程序是实现计算机数控装置协调工作的主体软件。
另外一种柔性比较高的结构就是总线模块化的开放系统结构, 其特点是将 CPU、 存储 器、 输入输出控制分别做成插件板 (称为硬件模块), 甚至将 CPU、 存储器、 输入输出控制组 成独立微型计算机级的硬件模块, 相应的软件也是模块结构, 固化在硬件模块中。
设计简单, 装置有良好的适应性和扩展性, 试制周期短, 调整维护方便, 效率高。
(3) 数据处理和插补计算 数据处理即预计算, 通常包括刀具长度补偿、 刀具半径补偿、 反向间隙补偿、 丝杠螺距补偿、 过象限及进给方向判断、 进给速度换算、 加减速控制及机床 辅助功能处理等。
(4) 伺服 (位置) 控制 伺服 (位置) 控制的主要任务是在伺服系统的每个采样周期内, 将精 插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较, 其差值作为伺服调节的输入, 经伺服驱动器控 制伺服电动机。
《数控加工技术》
4.2 CNC装置的硬件
4.2.1 CNC 装置的硬件构成特点
从组成 CNC 装置的电路板的结构特点来看, 有两种常见的结构, 即大板式结构和模块化 结构。
大板式结构紧凑, 体积小, 可靠性高, 价格低, 有很高的性件功能不易变动, 不利于组织生产。
位置控制的原理
(7) I/ O 处理 CNC 的 I/ O 处理是 CNC 与机床之间的信息传递和变换的通道。 (8) 显示 显示装置有 CRT 显示器或 LCD数码显示器, 一般位于机床的控制面板上。
《数控加工技术》
下图给出了不同时期和不同产品中的四种典型的CNC 装置软、 硬件功能界面。
软件和硬件的功能界面