第五章 计算机数控系统-修改.ppt

《第五章 计算机数控系统-修改.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 计算机数控系统-修改.ppt（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五章第五章计算机数控系统计算机数控系统返回课件首页 第一节 概 述 数控装置接受来自信息载体的控制信息并转换成数控设备的操作(指令)信号。数控装置由输入接口、控制器、运算器、存储器和输出接口等五大部分组成 一、数控装置的作用 数控装置的主要作用是：读入数控加工程序，将其转换成控制机床运动和辅助功能要求的格式，分别送给进给电机控制单元、主轴电机控制单元和PLC，具有内置PLC功能的数控装置本身具有逻辑量解算功能，直接将解算结果送给机床强电控制系统。具有闭环控制功能的数控系统还会读入机床位置检测装置发出的实际位置信号，与指令位置比较后，用其差值控制机床的移动，可以获得较高的位置控制精度。数控装置

2、在数控机床中的位置主轴伺服单元数 控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备二、数控装置软件和硬件的功能界面硬件图几种典型的软硬件界面的划分 软硬件功能界面问题：哪些功能由软件来实现，哪些功能由硬件来实现，或怎样确定软件和硬件在数控装置中所承担的任务。四种功能界面的划分，代表了不同时期的数控装置产品。数控装置发展的趋势是软件承担的任务越来越多。这主要是由于计算机的运算处理能力不断增强，使软件运行的速度大大提高的结果。这种趋势并不是一成不变的，随着电子技术的发展，硬件的成本也在不断降低，如果硬件的制造可以做到象软件一样灵活，能够根据特殊需求，专门制做

3、的时候，硬件所担负的功能还会逐步增加。CNC装置的功能轴控制功能准备功能插补功能进给功能主轴功能辅助功能刀具功能和第二辅助功能补偿功能字符、图形显示功能自诊断功能通信功能人机交互图形编程功能 MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其典型系统有（广州数控设备厂产品）：一、由单片机组成的数

4、控装置第二节第二节 数控装置的硬件结构数控装置的硬件结构图用80-31单片机组成的简易数控装置的硬件系统图图中 74LS02为：双极TTL数字逻辑电路，四个2输入或非门 2764为EPROM,可擦写只读存储器 GND为信号地 RST为复位，左面是复位电路 DG1-DG6为LED 显示器CPU纸带机接口RS232接口CRT/MDI接口手摇轮接口ROM接口RAM接口PLC接口位控单元位控单元位控单元主轴单元D/AD/AD/AD/A速度单元速度单元速度单元速度单元MMMMMST辅助功能图5-3单微处理机数控装置的结构图二、单微处理机数控装置图数控装置的物理结构（FANUC-6MB）单微处理机数控装置

5、典型产品：右：FANUC150i-M系列下：华中世纪星三、基于PC的网络型数控装置图5-5基于网络的数控系统结构图典型典型基于PC的网络型数控产品产品上：上：SIEMENS802D左：燕山大学数控凸轮磨床左：燕山大学数控凸轮磨床目前，日本市场对高附加值加工的需求很大，正在大量引进复合加工机、五面加工机及五轴加工机等。这些机床动作相当复杂，因此在加工准备及试加工时极有可能发生预料不到的碰撞、操作时需要十分小心。碰撞防止系统可大大缩短加工准备及试加工所需要的时间。经OKUMA测试，可将加工准备及试加工所需时间缩短3050%。该公司计划在2004年9月8日于美国芝加哥开幕的International

6、ManufacturingTechnologyShow（IMTS，通称芝加哥展）上展出这种碰撞防止系统。OKUMA开开发成功防止机械碰撞的数控装置（成功防止机械碰撞的数控装置（图文）文）(2004-8-30)日本OKUMA开发成功了一种新型数控机床装置“OSP-P200”，可以选配的方式给数控机床增加可防止任何运转状态下的机械冲撞的功能。该产品将于2005年春季上市。不管是基于加工程序的自动运行，还是加工准备或者试加工时的手动操作，其配备的“碰撞防止系统（AntiCrashSystem）”均可在机床运转之前进行检查、在碰撞发生之前安全地自动停止运转。碰撞防止系统在NC装置中存储有机床构件、工具

7、、夹具及机件的精密三维模型。手动操作时根据操作员的指令、自动运转时根据加工程序的指令操控机床前，首先使用三维模型进行模拟运行。这样，便可事先检测出是否会发生碰撞，如果检测出碰撞便会在碰撞发生前停止机床运转、通知操作人员。第三节第三节 数控软件数控软件图数控装置软件的数据转换流程 （一）译码读取一行零件加工程序 译码就是把用ASC码编写的零件加工程序翻译成数控系统要求的数据格式，并存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。译码后的数据有两种存放格式。1 不按字符格式的存放方法 M03 G03 X100.Y50.I0 J50.F100.；高4位低4位说明13G03 23M03 100 X值50 Y值

8、0Z值0I值50 J值0K值100 F值图不按字符格式的译码数据存放格式M03G03X100.Y50.I0J50.F100.；2保留字符格式的存放方法StructPROG_BUFFERcharbuf_state；/0：空，1：有数据intblock_num；/程序段号doubleCOORD20；/尺寸字的数值，单位为mintF，S；/进给速度和主轴速度charG_flag；/以标志形式存放的G指令charG1；/G指令表.charM_flag；/以标志形式存放的M指令charM1；/M指令表.charT；/刀具代号charD；/刀具半径值；（二）刀补计算刀心轨迹刀补处理程序主要进行以下几项工作

9、：1 计算本段程序零件轮廓的终点坐标值；2 根据刀具的半径值和刀具补偿方向，计算出本段程序刀具中心轨迹的坐标；3 根据本段和下一段的转接关系进行段间处理。（三）速度预处理计算当前插补周期的插补步长 对于数据采样插补算法，主要完成以下几步计算：1计算本程序段总位移量 2计算每个插补周期内的合成进给量 L=Ft/60（mm）式中，F 进给速度值（mm/min）；t 数控系统的插补周期（ms）。恒速控制：F值恒定加减速控制：F值按照一定规律变化（四）插补处理将插补步长分解到坐标轴 1 根据速度倍率值计算本次插补周期的实际合成位移量（已经在上一步骤中完成）；2 计算新的坐标位置；3 将合位移分解到各个

10、坐标方向，得到各个坐标轴的位置控制指令。插补程序的实时性插补方法：基准脉冲：逐点比较 DDA数据采样：直线函数 扩展DDA 指令位置+插补输出+x2，y2-位控输出x3，y3+X2新，Y2新实际位置增量x1，y1实际位置X1新，Y1新X2旧，Y2旧X1旧，Y1旧+-（五）位置控制用插补结果去控制执行机构动作图位置控制算法原理二、数控软件的特点实时、多任务 1 数控装置的多任务性图数控装置的任务数控装置管理控制输入I/O处理显示诊断通讯速度处理刀具补偿译码插补位置控制 这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如：（1）显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解机床运行状态；（2）在加

11、工过程中，为使加工过程连续，译码、刀补、插补和位置控制模快也必须同时进行。图分时共享多任务处理方案优先级顺序显示其它译码I/O刀补位置控制插补运算背景程序初始化2 多任务并行处理的实现 （1）资源分时共享图各任务占用CPU时间示意图0ms4ms8ms12ms16ms位置控制插补运算背景程序（2）时间重叠流水处理图时间重叠流水处理示意图12341234123412341234t1t2t3t4t5t6t7t8时间t1t2t3t4t5t6时间a）顺序处理b）并行处理空间N3N2N1空间N2N1输出输出三、数控软件的基本结构（一）前后台型结构模式图前后台程序的运行关系故障处理；位置控制；插补运算；译码

12、；刀补；速度处理；输入/输出；显示。循环执行后台程序前台程序中断执行（二）中断型结构模式中断型结构的数控软件系统见图。图中断型结构的数控软件系统初始化中断管理系统（硬件+软件）0级中断服务程序1级中断服务程序2级中断服务程序N级中断服务程序第四节数控装置的输入/输出接口一、接口及其标准化接口是数控装置和外部设备间的过渡部分。接口标准化是数控系统开放化的要求二、接口的任务1进行电平和功率放大。2将数控装置和机床之间的信号在电气上加以隔离。3数/模（D/A）或模/数（A/D）转换电路。4消除畸变。主轴驱动电机数控装置接口分类 电机速度控制进给主轴驱动机床坐标轴进给电机操作面板限位开关机电器件（电磁

13、铁，离合器等）辅助功能（齿轮箱，转台，换刀装置等）辅助电机机床控制设备控制装置电源控制（变压器，保护装置等）速度Vx，Vy，Vz电源位置测量传感器激励位置指示电源连锁停止命令开/关指令信号第五节第五节PLC控制控制数控机床上需要控制的数字信号1PLCCWT1StopT1CCWT2T2图实现主轴正反转及停止控制的继电器逻辑电路一、PLC的基本概念 现代数控系统中采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller-PLC）来实现开关量及其逻辑关系的控制。PLC是由计算机简化而来的，为了适应顺序控制的要求，PLC省去了计算机的一些数字运算功能，强化了逻辑运算功能，是一种

14、介于继电器控制和计算机控制之间的自动控制装置。PLC的最大特点是，其输入输出量之间的逻辑关系是由软件决定的，因此改变控制逻辑时，只要修改控制程序即可，是一种柔性的逻辑控制装置。另外PLC能够控制的开关量数量要比RLC多，能实现复杂的控制逻辑。由于减少了硬件线路，控制系统的可靠性大大提高。2数控装置中的PLC 数控装置中的PLC有两种类型：内装型PLC和独立型PLC。内装型PLC是指PLC包含在数控装置当中，PLC与数控功能模块间的信号传送在数控装置内部实现，PLC与机床间的信号传送则通过输入/输出接口电路实现，如下图所示。图内装型PLC结构图NCPLCI/O电路伺服驱动单元主轴驱动单元强电电路

15、机床操作面板MDI/CRT面板伺服驱动单元主轴驱动单元辅助动作 独立型PLC又称通用型PLC，它的CPU、系统程序、用户程序、输入/输出电路、通讯等均设计成独立的模块。独立型PLC与数控装置的关系如下图。图5-26 独立型PLC结构图 NCPLC伺服驱动单元主轴驱动单元强电电路机床操作面板MDI/CRT面板伺服驱动单元主轴驱动单元辅助动作DI/DO电路DI/DO电路DI/DO电路上：内置型PLC右：独立型PLC二、PLC编程的基本方法由于PLC的硬件结构不同，功能也不尽相同，程序的表达方法也不同。可编程序逻辑控制器的常用编程方法有接点梯形图法和语句表法。接点梯形图法梯形图（LCLadderDiagram）编程是一种图形编程方法，由于用了电路元件符号来表示控制任务，与传统的继电器电路图很相似，因此梯形图很直观，易于理解。前面提到的电机正反转控制的梯形图程序如图所示。R1支路11.0AE梯级1支路2120.11.2120.1支路31.1BER2梯级21.2120.2支路4120.2电力轨电力轨图5-27电机正反转控制的接点梯形图