第四章 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))

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第四章 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))第一節(jié) 概述一、CNC系統(tǒng)的組成CNC系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。其核心是計算機(jī)數(shù)字控制裝置。它通過系統(tǒng)控制軟件配合系統(tǒng)硬件，合理地組織、管理數(shù)控系統(tǒng)的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和輸出信息，控制執(zhí)行部件，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求進(jìn)行自動加工。CNC系統(tǒng)采用了計算機(jī)作為控制部件，通常由常駐在其內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，從而對機(jī)床運動進(jìn)行實時控制。只要改變計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件就能實現(xiàn)一種全新的控制方式。CNC系統(tǒng)有很多種類型，有車床、銑床、加工中心等的CNC系統(tǒng)。但是，各種數(shù)控機(jī)床的CNC系統(tǒng)一般包括以下幾個部分：中央處理單元CPU、存儲器(ROM/RAM)、輸入輸出設(shè)備(I/O)、操作面板、顯示器和鍵盤、紙帶穿孔機(jī)、可編程控制器等。圖4-1所示為CNC系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)框圖。圖4-1 CNC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖在圖4-1中所示的整個計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，數(shù)控系統(tǒng)主要是指圖中的CNC控制器。CNC控制器由計算機(jī)硬件、系統(tǒng)軟件和相應(yīng)的I/O接口構(gòu)成的專用計算機(jī)與可編程控制器PLC組成。前者處理機(jī)床的軌跡運動的數(shù)字控制，后者處理開關(guān)量的邏輯控制。三、CNC系統(tǒng)的功能和一般工作過程(一)CNC系統(tǒng)的功能 CNC系統(tǒng)由于現(xiàn)在普遍采用了微處理器，通過軟件可以實現(xiàn)很多功能。數(shù)控系統(tǒng)有多種系列，性能各異。數(shù)控系統(tǒng)的功能通常包括基本功能和選擇功能。基本功能是數(shù)控系統(tǒng)必備的功能，選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)床特點和用途進(jìn)行選擇的功能。CNC系統(tǒng)的功能主要反映在準(zhǔn)備功能G指令代碼和輔助功能M指令代碼上。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型、用途、檔次的不同，CNC系統(tǒng)的功能有很大差別，下面介紹其主要功能。1. 控制功能 CNC系統(tǒng)能控制的軸數(shù)和能同時控制(聯(lián)動)的軸數(shù)是其主要性能之一。控制軸有移動軸和回轉(zhuǎn)軸，有基本軸和附加軸。通過軸的聯(lián)動可以完成輪廓軌跡的加工。一般數(shù)控車床只需二軸控制，二軸聯(lián)動；一般數(shù)控銑床需要三軸控制、三軸聯(lián)動或軸聯(lián)動；一般加工中心為多軸控制，三軸聯(lián)動?？刂戚S數(shù)越多，特別是同時控制的軸數(shù)越多，要求CNC系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)，同時CNC系統(tǒng)也就越復(fù)雜，編制程序也越困難。2. 準(zhǔn)備功能 準(zhǔn)備功能也稱G指令代碼，它用來指定機(jī)床運動方式的功能，包括基本移動、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等指令。對于點位式的加工機(jī)床，如鉆床、沖床等，需要點位移動控制系統(tǒng)。對于輪廓控制的加工機(jī)床，如車床、銑床、加工中心等，需要控制系統(tǒng)有兩個或兩個以上的進(jìn)給坐標(biāo)具有聯(lián)動功能。3. 插補(bǔ)功能 CNC系統(tǒng)是通過軟件插補(bǔ)來實現(xiàn)刀具運動軌跡控制的。由于輪廓控制的實時性很強(qiáng)，軟件插補(bǔ)的計算速度難以滿足數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給速度和分辨率的要求，同時由于CNC不斷擴(kuò)展其他方面的功能也要求減少插補(bǔ)計算所占用的CPU時間。因此 ，CNC的插補(bǔ)功能實際上被分為粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)，插補(bǔ)軟件每次插補(bǔ)一個小線段的數(shù)據(jù)為粗插補(bǔ)，伺服系統(tǒng)根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果，將小線段分成單個脈沖的輸出稱為精插補(bǔ)。有的數(shù)控機(jī)床采用硬件進(jìn)行精插補(bǔ)。4. 進(jìn)給功能 根據(jù)加工工藝要求，CNC系統(tǒng)的進(jìn)給功能用F指令代碼直接指定數(shù)控機(jī)床加工的進(jìn)給速度。(1)切削進(jìn)給速度 以每分鐘進(jìn)給的毫米數(shù)指定刀具的進(jìn)給速度，如100mm/min。對于回轉(zhuǎn)軸，表示每分鐘進(jìn)給的角度。(2)同步進(jìn)給速度 以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給的毫米數(shù)規(guī)定的進(jìn)給速度，如0.02mm/r。只有主軸上裝有位置編碼器的數(shù)控機(jī)床才能指定同步進(jìn)給速度，用于切削螺紋的編程。(3)進(jìn)給倍率 操作面板上設(shè)-省略部分-通道連接設(shè)備及I/O)，設(shè)備端接口通過DSP芯片轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電動機(jī)控制信號。每個通道的控制節(jié)點可達(dá)32個，每個節(jié)點可控制1根軸(通過通訊協(xié)議中的廣播同步信號使各軸間實現(xiàn)同步聯(lián)動)或一組模擬接口(測量接口，系統(tǒng)監(jiān)控傳感器接口等)或一組PLC I/O(最多可達(dá)256點)，PLC的總點數(shù)可達(dá)2048點(可參見圖4-33 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))。圖4－33 設(shè)備層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2、系統(tǒng)主要特點：(1)控制器具有動態(tài)地自動識別系統(tǒng)接口卡的功能，系統(tǒng)可重配置以滿足不同加工工藝的機(jī)床和設(shè)備的數(shù)控要求，驅(qū)動電動機(jī)可配數(shù)字伺服、模擬伺服和步進(jìn)電動機(jī)；(2)網(wǎng)絡(luò)功能。通過以太網(wǎng)(不用過時的、價格昂貴，缺乏廣泛的支持MAP協(xié)議)實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與車間網(wǎng)絡(luò)或INTRANET/INTERNET的互連，利用TCP/IP協(xié)議開放數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)的高速雙向數(shù)據(jù)交流。具有常規(guī)DNC功能(采用百兆網(wǎng)其速率比傳統(tǒng)速率為112K的232接口 DNC快將近一千倍)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和機(jī)床操作數(shù)據(jù)的管理功能、遠(yuǎn)程故障診斷和監(jiān)視功能；(3)系統(tǒng)除具有標(biāo)準(zhǔn)的并口、串口(RS232)、PS2(鍵盤、鼠標(biāo)口)、USB接口、以太網(wǎng)接口外，還配有高速現(xiàn)場總線接口(RS422)、PCMCIA IC Memory Card(Flash ATA)接口、紅外無線接口(配刀具檢測傳感器)； (4)顯示屏幕采用12.1寸 TFT-LCD。采用統(tǒng)一用戶操作界面風(fēng)格，通過水平和垂直兩排共18個動態(tài)軟按鍵滿足不同加工工藝機(jī)床的操作要求，用戶可通過配置工具對動態(tài)軟按鍵進(jìn)行定義。垂直軟按鍵可根據(jù)水平軟按鍵的功能選擇而改變，垂直菜單可以多頁。(5)將多媒體技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的操作、使用、培訓(xùn)和故障診斷，提高機(jī)床的易用性和可維性，降低使用成本。多媒體技術(shù)提供使用操作幫助、在線教程、故障和機(jī)床維護(hù)向?qū)?#xff1b;(6)具有三維動態(tài)加工仿真功能；利用OpenGL技術(shù)提供三維加工仿真功能和加工過程刀具軌跡動態(tài)顯示； (7)具有Nurbs插補(bǔ)和自適應(yīng)Look ahead功能，實現(xiàn)任意曲線、曲面的高速插補(bǔ)。輸出電動機(jī)控制脈沖頻率最高可達(dá)4MHz(采用直接數(shù)字合成DDS IC實現(xiàn))，當(dāng)分辯率為0.1mm時，快進(jìn)速度可達(dá)24米，如有需要可輸出更高的頻率)，適合于高速、高精度加工；(8)伺服更新可達(dá)500ms(控制6軸，PENTIUM III以上 CPU)，PLC掃描時間小于2ms；(9)PLC編程符合國際電工委員會IEC-61131-3規(guī)范，提供梯形圖和語句表編程；(10)采用高可靠性的工控單板機(jī)(SBC)，加強(qiáng)軟硬件可靠性措施，保證數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間(MTBF)達(dá)到20000小時；(11)符合歐洲電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)(Directive 89/336/EEC)4級要求；(12)數(shù)控系統(tǒng)本身的價格(不包括伺服驅(qū)動和電動機(jī))可為現(xiàn)有同功能的普及型和高檔數(shù)控系統(tǒng)的1/2。思考題與習(xí)題四4-1 CNC控制系統(tǒng)的主要特點是什么？它的主要控制任務(wù)是哪些？4-2 CNC裝置的主要功能有哪些？4-3 單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)各有何特點？4-4 常規(guī)的CNC軟件結(jié)構(gòu)有哪幾種結(jié)構(gòu)模式？4-5 全編碼鍵盤和非編碼鍵盤各有何特點？4-6 試述CRT顯示字形的工作原理。4-7 數(shù)控機(jī)床常用的輸入方法有幾種？各有何特點？4-8 試述采用串行和并行方式進(jìn)行外部設(shè)備與數(shù)控機(jī)床間的數(shù)據(jù)通信時的工作原理與特點。4-9 開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的主要特點是什么？42 關(guān)?鍵?詞： 系統(tǒng) 第四 cnc 數(shù)控 計算機(jī)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机数控系统的软件结构模式,第四章 计算机数控系统(CNC系统)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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