数控技术课件4

2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置1第四章计算机数控装置(CNC)内容提要本章将详细讨论CNC装置的软件硬件结构；CNC装置基本功能的原理及实现方法。2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置2在第一章我们就知道了数控装置是机床数控系统的核心，并对其在系统中的主要作用也有了一个概括性的了解，由于它在整个系统中的重要性，故在本章我们将对其进行较详细的讨论。第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置3从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。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。一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置4⒈CNC系统硬件的层次结构由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。计算机基本系统设备层设备支持层接口人机控制运动控制PMC其他I/O其他设备计算机系统显示设备输入/出设备机床机器人测量机...图3-1CNC系统硬件的层次结构一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置5⒉CNC系统软件的功能结构从本质特征来看，CNC系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统，从功能特征来看，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC系统活的灵魂。其结构框图如图3-2所示。一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置6操作系统管理软件控制软件零件程序管理显示处理人机交互交互位置控制输入输出管理插补运算故障诊断处理速度处理机床输入输出编译处理主轴控制刀具半径补偿......图3-2CNC软件系统功能框图一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置7⒊.CNC硬件软件的作用和相互关系硬件是基础，软件是灵魂CNC装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。CNC系统的硬件和软件构成了CNC系统的系统平台，如图3-3所示。一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置8图3-3CNC系统平台硬件操作系统管理软件应用软件控制软件数控加工程序接口被控设备机床机器人测量机......一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置9该平台有以下两方面的含义：提供CNC系统基本配置的必备功能；在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。一.CNC装置的组成第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置101.具有灵活性和通用性CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用模块化的结构，使系统功能的修改、扩充变得较为灵活。CNC装置其基本配置部分是通用的，不同的数控机床仅配置相应的特定的功能模块，以实现特定的控制功能。二.CNC装置的优点第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置112.数控功能丰富插补功能：二次曲线、样条、空间曲面插补补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口编程功能：G代码、篮图编程、部分自动编程功能。二.CNC装置的优点第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置123.可靠性高CNC装置采用集成度高的电子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保证。许多功能由软件实现，使硬件的数量减少。丰富的故障诊断及保护功能(大多由软件实现)，从而可使系统的故障发生的频率和发生故障后的修复时间降低。二.CNC装置的优点第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置134.使用维护方便操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可进行正确操作。编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模拟仿真功能。维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，关键部件的定期检查等)，数控机床的自诊断功能，可迅速实现故障准确定位。二.CNC装置的优点第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置145.易于实现机电一体化数控系统控制柜的体积小（采用计算机，硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，硬件的不断减小），使其与机床在物理上结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作。二.CNC装置的优点第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置15CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能。基本功能——数控系统基本配置的功能，即必备功能；选择功能——用户可根据实际要求选择的功能。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置161.控制功能——CNC能控制和能联动控制的进给轴数。CNC的进给轴分类：移动轴（X、Y、Z）和回转轴（A、B、C）；基本轴和附加轴（U、V、W）。联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编程也越困难。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置17⒉准备功能（G功能）——指令机床动作方式的功能。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置18⒊插补功能和固定循环功能——插补功能是数控系统实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能。——固定循环功能是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置19⒋进给功能——进给速度的控制功能。进给速度——控制刀具相对工件的运动速度，单位为mm/min。同步进给速度——实现切削速度和进给速度的同步，单位为mm/r。进给倍率（进给修调率）——人工实时修调预先给定的进给速度。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置20⒌主轴功能——数控系统的主轴的控制功能。主轴转速——主轴转速的控制功能，单位为r/min。恒线速度控制——刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置21主轴定向控制——主轴周向定位于特定位置控制的功能。C轴控制——主轴周向任意位置控制的功能。主轴修调率——人工实时修调预先设定的主轴转速。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置22⒍辅助功能（M功能）——用于指令机床辅助操作的功能。三.CNC装置的功能2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置23⒎刀具管理功能——实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。刀具几何尺寸（半径和长度），供刀具补偿功能使用；刀具寿命是指时间寿命，当刀具寿命到期时，CNC系统将提示用户更换刀具；CNC系统都具有刀具号（T）管理功能，用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。三.CNC装置的功能2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置24⒏补偿功能刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心轨迹的功能。传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补偿功能。非线性误差补偿功能：对诸如热变形、静态弹性变形、空间误差以及由刀具磨损所引起的加工误差等，采用AI、专家系统等新技术进行建模，利用模型实施在线补偿。三.CNC装置的功能2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置25⒐人机对话功能在CNC装置中这类功能有：菜单结构操作界面；零件加工程序的编辑环境；系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。三.CNC装置的功能第一节概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置26⒑自诊断功能——CNC自动实现故障预报和故障定位的功能。开机自诊断；在线自诊断*；离线自诊断；远程通讯诊断*。三.CNC装置的功能2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置27⒒通讯功能——CNC与外界进行信息和数据交换的功能RS232C接口，可传送零件加工程序，DNC接口，可实现直接数控，MAP(制造自动化协议)模块，网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的要求。三.CNC装置的功能2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置28第二节CNC装置的硬件体系结构一、概述CNC装置从它的硬件组成结构来看，若按其中含有CPU的多少来分，可分为下面几类:2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置29单机系统:整个CNC装置只有一个CPU，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NC功能。主从结构，系统中只有一个CPU(称为主CPU)对系统的资源有控制和使用权其它带CPU的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。即它是处于以从属地位的，故称之为主从结构。一、概述硬件体系结构2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置30多机系统:CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即系统中的某些功能模块自身也带有CPU，根据部件间的相互关系又可将其分为：多主结构：系统中有两个或两个以上带CPU的模块部件对系统资源有控制或使用权。模块之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过仲裁器来解决总线争用问题，通过共公存储器进行交换信息。分布式结构：系统有两个或两个以上带CPU的功能模块，各模块有自己独立的运行环境，模块间采用松耦合，且采用通讯方式交换信息。一、概述2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置31CNC装置是按模块化设计的方法构造的模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块,并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即可组成一个完整的控制系统的方法。其中单元母板一般为总线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通路。二.单机或主从结构模块的功能介绍2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置32实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化。采用模块化结构时，CNC系统设计工作则可归结为功能模块的合理选用。二.单机或主从结构模块的功能介绍2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置33I/O设备计算机主板显示卡功能模板m功能模板1电子盘多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模块主轴控制模板机床I/O控制面板速度控制单元1速度控制单元n功能驱动1功能驱动m…………系统总线（BUS）标准PC计算机CNC装置CNC系统二.单机或主从结构模块的功能介绍2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置341.计算机主板和系统总线(母板)计算机主板是CNC装置的核心。功能结构：CPU及其外围芯片；内存单元、cache及其外围芯片；通讯接口(串口，并口，键盘接口)。软、硬驱动器接口二.单机或主从结构模块的功能介绍2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置35计算机主板的主要作用：对输入到CNC装置中的种种数据、信息(零件加工程序，各种I/O信息等)进行相应的算术和逻辑运算。并根据其处理结果，向各功能模块发出控制命令，传送数据，使用户的指令得以执行。二.单机或主从结构模块的功能介绍2019年8月15日6时57分第四章计算机数控装置36系统总线(母板)：由一组传送数字信息的物理导线组成，它是计算机系统内部进行数据或信息交换的通道：数据总线地址总线：控制总线：工业用PC机的总线母板是独立的无源四层板（走线面、元件面、电源层和地线层），它的可靠性高于两层板。其规格有6槽、8槽、12槽、14槽等。二.单机或主从结构模块的功能介绍2019年