第2章数控系统结构及维修.pptx
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计算 机 数控 装置
主轴伺服 单元
进给伺服 单元
测量装置
主轴驱动 装置
进给驱动 装置
机床
主进辅 运给助 动传控 机动制 构机机 构构
图2-1 计算机数控系统的组成框图
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二、 CNC系统的基本原理
• CNC系统的生产厂家编制好CNC控制软 件(也称为系统程序)后，要把它固化在 ROM(EPROM)中，系统接上电源后即 自动由CPU按照此固化的程序运行。使 用CNC机床加工时，首先要编制好零件 程序，而零件程序的解释与具体执行则 要由系统程序来完成。
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2．开放式数控体系结构
• 特点 ： • ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级
式的控制结构。 • ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在
开放式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系 统生产厂、机床厂及最 • 终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。 • ③要具有一种较好的通信和接口协议，以便各相对独立 的功能模块通过通信实现信息交换，通过信息交换来满 足实时控制的要求。
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CNC的控制软件主要完成如下基本任务
①系统管理。 ②操作指令处理。 ③零件程序的编辑。 ④零件程序的输入、解释与执行。 ⑤系统状态显示。 ⑥手动数据输入MDI。 ⑦故障报警和诊断。
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三、 计算机数控装置的接口
• 计算机数控装置(以下简称数控装置)的接 口是数控装置与数控系统的功能部件(主 轴模块、进给伺服模块、PLC模块等)和 机床进行信息传递、交换和控制的端口， 称之为接口。
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3．通用PC组成的数控体系结构
• 基于通用PC的数控系统可以充分利用PC的软硬 件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工 业所提供的先进技术，方便地实现产品的更新 换代；良好的人机界面便于操作；开放性体系 结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬 件供选择，CNC的成本对于用户来说非常灵活。
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2．PLC的工作方式
• PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每 一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信 号有足够的执行速度，从宏观上看是实时响应 的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时 扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采 样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，
• 1．专用计算机组成的数控体系结构
• 专用计算机数控按组成CNC装置的电路板
的结构特点可分为大板式结构和模块化结
构两类，按CNC装置内的微处理器(CPU)
数量可分为单微处理器和多微处理器结构
两类。
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单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元相连，完成 信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控制，其功 能受到微处理器字长、数据宽度、寻址功能和 运算速度等因素的限制；由于插补等功能由软 件来实现，因此，数控功能的实现与处理速度 成为一对矛盾。
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二、CNC系统软硬件的界面
图2-8 三种典型CNC系统的软硬件界面
22
三、CNC控制软件的特点 • 1．多任务并行处理 • 2．实时中断处理
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2.4 可编程控制器(PLC)
• 一、PLC的基本组成与工作方式 • 1．PLC的基本组成 • PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基
本上与微机相同，主要包括微处理器(CPU)、 存储器、用户输入／输出部分、输入／输出扩 展接口、外围设备以及电源等。对于内装型 PLC、CPU、存储器、外围设备、电源等部分一 般与CNC装置共用。如图2-9所示为可编程控制 器基本组成框图。
2020/8/28
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第二章 机床数控系统结构与维修
2.1 数控系统组成与原理
一、 CNC系统组成
1．操作面板 2．输入／输出装置 3．计算机数控装置(CNC装置) 4．伺服单元 5．驱动装置 6．可编程逻辑控制器(PLC)
2020/8/28
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机床I/O电路 和装置
操作 面板
键盘
输入 输出 装置
PLC
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接口电路的主要任务：
• (1)进行电平转换和功率放大。 • (2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的
电磁干扰噪声引起误动作。 • (3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、
按钮信号，机床上的各种限位开关信号以及数 控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入 的是触点输入信号，要消除其振动。 • (4)输出接口是将各种机床工作状态灯的信息 送至机床操作面板上显示，将控制机床辅助动 作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀 库单元、液压单元、冷却单元等的继电触器。
2.3 数控系统软件
一、CNC的软件结构类型 软件结构取决于CNC系统中的软件和硬件的分工 ，也取决于软件本身的工作性质。在信息处理方面 ，软件和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完 成的工作在原则上也能由软件完成。 CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控 功能是由各种功能子程序实现的。不同的系统软件 结构对这些子程序的安排方式不同，管理方式也不 同。在单CPU的数控系统中，常采用前后台型的 软件结构和中断型软件结构。
数控机床结构及维修
第二章 数控机床 数控系统结构与维修
天津工程师范学院
2020/8/28
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数控机床结构及维修
第二章数控机床数控系统 结构与维修
2.1 数控系统组成与原理 2.2 数控系统硬件 2.3 数控系统软件 2.4 可编程控制器(PLC) 2.5 数控机床检测装置
2.6 伺服驱动系统 2.7 数控系统诊断技术及维修
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2.2 数控系统硬件
• 一、 CNC的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量I/O接口 • 内装型PLC部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设Байду номын сангаас口
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二、 CNC的体系结构
• CNC装置从所使用的计算机类型来看，有 专用计算机数控装置(简称专机数控)和通 用个人计算机数控装置(简称PC数控)两种 结构。
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• 1．前后台型软件结构
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2．中断型软件结构
• 中断型软件结构除了初始化程序之外，整个系 统软件的各种任务模块被分别安排在不同级别 的中断程序中，整个软件就是一个大的中断系 统。其管理的功能主要通过各级中断服务程序 之间的相互通信来解决。
• 中断优先级共8级，0级最低，7级最高，除了 第4级为硬件中断完成报警功能外，其余均为 软件中断。
主轴伺服 单元
进给伺服 单元
测量装置
主轴驱动 装置
进给驱动 装置
机床
主进辅 运给助 动传控 机动制 构机机 构构
图2-1 计算机数控系统的组成框图
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二、 CNC系统的基本原理
• CNC系统的生产厂家编制好CNC控制软 件(也称为系统程序)后，要把它固化在 ROM(EPROM)中，系统接上电源后即 自动由CPU按照此固化的程序运行。使 用CNC机床加工时，首先要编制好零件 程序，而零件程序的解释与具体执行则 要由系统程序来完成。
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2．开放式数控体系结构
• 特点 ： • ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级
式的控制结构。 • ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在
开放式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系 统生产厂、机床厂及最 • 终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。 • ③要具有一种较好的通信和接口协议，以便各相对独立 的功能模块通过通信实现信息交换，通过信息交换来满 足实时控制的要求。
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CNC的控制软件主要完成如下基本任务
①系统管理。 ②操作指令处理。 ③零件程序的编辑。 ④零件程序的输入、解释与执行。 ⑤系统状态显示。 ⑥手动数据输入MDI。 ⑦故障报警和诊断。
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三、 计算机数控装置的接口
• 计算机数控装置(以下简称数控装置)的接 口是数控装置与数控系统的功能部件(主 轴模块、进给伺服模块、PLC模块等)和 机床进行信息传递、交换和控制的端口， 称之为接口。
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3．通用PC组成的数控体系结构
• 基于通用PC的数控系统可以充分利用PC的软硬 件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工 业所提供的先进技术，方便地实现产品的更新 换代；良好的人机界面便于操作；开放性体系 结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬 件供选择，CNC的成本对于用户来说非常灵活。
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2．PLC的工作方式
• PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每 一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信 号有足够的执行速度，从宏观上看是实时响应 的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时 扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采 样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，
• 1．专用计算机组成的数控体系结构
• 专用计算机数控按组成CNC装置的电路板
的结构特点可分为大板式结构和模块化结
构两类，按CNC装置内的微处理器(CPU)
数量可分为单微处理器和多微处理器结构
两类。
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单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元相连，完成 信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控制，其功 能受到微处理器字长、数据宽度、寻址功能和 运算速度等因素的限制；由于插补等功能由软 件来实现，因此，数控功能的实现与处理速度 成为一对矛盾。
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二、CNC系统软硬件的界面
图2-8 三种典型CNC系统的软硬件界面
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三、CNC控制软件的特点 • 1．多任务并行处理 • 2．实时中断处理
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2.4 可编程控制器(PLC)
• 一、PLC的基本组成与工作方式 • 1．PLC的基本组成 • PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基
本上与微机相同，主要包括微处理器(CPU)、 存储器、用户输入／输出部分、输入／输出扩 展接口、外围设备以及电源等。对于内装型 PLC、CPU、存储器、外围设备、电源等部分一 般与CNC装置共用。如图2-9所示为可编程控制 器基本组成框图。
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第二章 机床数控系统结构与维修
2.1 数控系统组成与原理
一、 CNC系统组成
1．操作面板 2．输入／输出装置 3．计算机数控装置(CNC装置) 4．伺服单元 5．驱动装置 6．可编程逻辑控制器(PLC)
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机床I/O电路 和装置
操作 面板
键盘
输入 输出 装置
PLC
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接口电路的主要任务：
• (1)进行电平转换和功率放大。 • (2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的
电磁干扰噪声引起误动作。 • (3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、
按钮信号，机床上的各种限位开关信号以及数 控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入 的是触点输入信号，要消除其振动。 • (4)输出接口是将各种机床工作状态灯的信息 送至机床操作面板上显示，将控制机床辅助动 作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀 库单元、液压单元、冷却单元等的继电触器。
2.3 数控系统软件
一、CNC的软件结构类型 软件结构取决于CNC系统中的软件和硬件的分工 ，也取决于软件本身的工作性质。在信息处理方面 ，软件和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完 成的工作在原则上也能由软件完成。 CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控 功能是由各种功能子程序实现的。不同的系统软件 结构对这些子程序的安排方式不同，管理方式也不 同。在单CPU的数控系统中，常采用前后台型的 软件结构和中断型软件结构。
数控机床结构及维修
第二章 数控机床 数控系统结构与维修
天津工程师范学院
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数控机床结构及维修
第二章数控机床数控系统 结构与维修
2.1 数控系统组成与原理 2.2 数控系统硬件 2.3 数控系统软件 2.4 可编程控制器(PLC) 2.5 数控机床检测装置
2.6 伺服驱动系统 2.7 数控系统诊断技术及维修
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2.2 数控系统硬件
• 一、 CNC的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量I/O接口 • 内装型PLC部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设Байду номын сангаас口
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二、 CNC的体系结构
• CNC装置从所使用的计算机类型来看，有 专用计算机数控装置(简称专机数控)和通 用个人计算机数控装置(简称PC数控)两种 结构。
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• 1．前后台型软件结构
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2．中断型软件结构
• 中断型软件结构除了初始化程序之外，整个系 统软件的各种任务模块被分别安排在不同级别 的中断程序中，整个软件就是一个大的中断系 统。其管理的功能主要通过各级中断服务程序 之间的相互通信来解决。
• 中断优先级共8级，0级最低，7级最高，除了 第4级为硬件中断完成报警功能外，其余均为 软件中断。