数控技术-4.ppt

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1、第四章 计算机数字控制系统4.1 概述4.2 CNC装置的基本信息4.3 CNC装置的硬件结构4.4 CNC装置的软件结构4.5 数控系统常用接口4.6 PLC在数控机床中的应用14.1 概述4.1.1 计算机数控系统的组成 CNC系统一般由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。数控系统的核心是计算机数字控制装置。现代数控装置以微型计算机数控装置（MNC）为主体，统称为（CNC）数控装置。2 西门子数控系统34.1.2 CNC控制器的工作过程 CNC的工作是在计算机硬件支持下，执行软件控制功能的全过程。CNC的主要工作过程包括以下几个方面：（1

2、）输入 （2）译码 （3）刀具补偿及数据处理 （4）进给速度处理 （5）插补 （6）位置控制 （7）I/O处理 （8）显示 （9）故障诊断45CNC信息流程64.1.3 CNC的控制主要功能（1）轴控制功能（2）点位与连续移动功能（3）插补功能（4）进给功能 工进、快进、倍率进给、同步进给 （车螺纹）（5）主轴功能（6）刀具功能和第二辅助功能（指定工作台分度）（7）字符图形显示功能（8）通讯功能（9）自诊断功能（10）人机交互图形编程功能74.1.4 CNC装置的特点（1）灵活通用（2）控制功能的多样化（3）使用可靠、维修方便（4）可以实现复杂的功能（5）易于实现机电一体化84.2 CNC装置

3、的基本信息4.2.1 CNC装置的控制信息数控机床的控制信息可以分为两类：（1）数字控制 （2）顺序控制 第一类信息由计算机处理，第二类信息由PLC或者计算机处理。94.2 CNC装置的基本信息4.2.2 数控机床的接口信息（1）接口规范 第类：与驱动命令相关的连接电路；第类：数控装置与测量系统和测量传 感器间的连接电路；第类：电源及保护电路；第类：通/断信号和代码信号连接电路。104.2.2 数控机床的接口信息（1）接口任务主要输入输出信号有：1.直流数字输入/输出信号；2.直流模拟输入/输出信号；3.交流输入/输出信号；接口电路的主要任务有：1.进行电平转换和功率放大；2.干扰隔离电路；4

4、.A/D及D/A转换；5.防止信号衰减和畸变。114.2.2 CNC装置的数据转换信息12 4.3 CNC装置的硬件结构 4.3.1 常规CNC的硬件结构 三种结构形式：（1）总线式模块化结构的CNC，32位多用于多轴控制的高档 数控机床。（2）是以单板或专用芯片及模板组成的结构紧凑的CNC，大 量用于中档数控机床。（3）基于通用计算机基础之上开发的CNC 单微处理器结构 发展初期的一些经济型数控机床采用此结构。134.3.2 单微处理器结构14单微处理器结构的特点（1）只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入输出控 制、CRT显示等CPU实现集中控制分时处理。（2）微处理器通过总线与存储器、

5、输入、输出等各种接口 相连，构成CNC装置。（3）结构简单，易于实现。（4）实时性要求很高的插补运算受微处理器、字长、数据 宽度，寻址能力和运算速度的限制。154.3.3 多微处理器结构多微处理器结构的数控装置中有两个或两以上CPU，各CPU之间采用紧耦合，资源共享，有集中的操作系统。多微处理器结构多采用模块化结构，通常采用共享总线或共享存储器两种典型结构实现模块间的互连与通讯。只有主模块有权控制系统总线。这类结构以系统总线为中心。支持多微处理器结构的总线均设计有总线仲裁电路总线仲裁通常有串行和并行两种裁决方式。16共享总线多微处理器的结构框图17共享存储器结构框图 共享存储器CRTCPU4I

6、/OCPU1插补CPU2轴控制CPU3来自机床的控制信号输到机床的控制信号18多微处理器结构特点性能价格比高。计算速度快，适于多轴控制、高速、高精度、高效率的要求。采用模块化结构，有良好的适应性和扩展性。硬件易于组织规模生产，降低成本。可靠性高。194.3.4 开放式CNC的硬件结构 可互操作性可移植性可缩放性可相互替代性204.4 CNC装置的软件结构装置的软件结构4.4.1 CNC4.4.1 CNC装置的多任务并行处理装置的多任务并行处理 CNC CNC装置的系统软件必须完成管理和控制两项任务：装置的系统软件必须完成管理和控制两项任务：系统任务管理控制输入输出显示I/O处理诊断译码刀补速度

7、处理插补位控21并行处理多重实时中断22常见的软件结构 数控系统的基本功能是由各个功能子程序 实现，不同的软件结构对这些子程序的安排方式不同，管理方法也不同。多重中断型结构：除初始化外，整个系统软件的各种任务模块分别安排成不同级别的中断服务程序中，所有功能程序根据实时重要程度不同，分成不同的优先级，从而整个系统软件成为大的中断系统。日本的FANUC7、6系统都属这类。23中断性型结构24开机后，系统运行初始化程序。完成初始化以后，转入0级中断，处理CRT显示。此后系统转入各级中断的处理工作。若无0级以上中断发生，处理CRT显示。1级中断相当于后台程序，处理插补前的准备工作。1级中断有13种功能

8、，对应于口状态字的13位。转入1级中断服务程序时，依次查询口状态字的012位，并转入相应的中断服务，当某一口的处理完成后，清除口状态字的对应位。251 1级中断各口处理转换关系级中断各口处理转换关系261 1级中断的级中断的1313种功能种功能27前后台型结构：前台程序是中断服务程序。后台程序是个循环运行程序，不断被前台程序所中断，二者共同配合完成零件的加工任务。适合于单微处理器硬件结构。28前后台型结构前后台型结构 前后台型软件结构中的信息流 29华中数控系统的软件结构30 4.5 数控系统常用接口4.5.1 数控机床输入输出接口 接口的作用和要求：（1）进行必要的光电隔离；（2）进行电平转

9、换和功率放大。光电耦合器固态继电器接口驱动电路功率场效应管31带有光电隔离电路的带有光电隔离电路的RS232RS232接口接口32带光电隔离电路的带光电隔离电路的RS485RS485中继器中继器3334固态继电器固态继电器35GH1220ZGH1220Z36 4.5 数控系统常用接口4.5.2 异步串行通信接口 数据在设备间采用串行或并行方式传送。距离较远的设备间采用串行方式传输数据。异步串行传送在数控机床上应用较广，主要的接口标准有RS232C、RS422等。RS232是应用较广的一种串口通信协议。全功能的RS-232C规定使用25针中的22针，一般只使用9针。实际上，只需要使用3针就可以完

10、成全双工通信的目的。37连接器的机械特性 38串行传输 将Word或Byte內的数据,一个位(Bit)接一个位依序传送并行传输 将整个Word或Byte內的数据在同一时间传送1234567812345678并行传送设备1设备21 2 3 4 5 6 7 8 串行传送设备1设备239串行传送示意图bit0bit1bit2bit3bit4bit5bit6bit7bit0bit1bit2bit3bit4bit5bit6bit7bit0bit1bit2bit3bit4bit5bit6bit7bit0bit1bit2bit3bit4bit5bit6bit7串列数据传送端接收端404142最简连接简单连接完全连接计算机串口通信常用连接43 4.5 数控系统常用接口4.5.3 网络通信接口 网络模型 网络协议工业局域网44