數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理.ppt

第二講 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理,山西工程職業(yè)技術學院機械系 姚瑞敏,數(shù)控機床與使用維修,本講主要內(nèi)容,CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構成 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理 刀具半徑補償原理,引言,計算機數(shù)控系統(tǒng)是一種包含計算機在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它是一種位置控制系統(tǒng)，主要用于控制刀具和工件之間的相對位置。 數(shù)控系統(tǒng)的主要工作過程是根據(jù)輸入的信息（加工程序），進行數(shù)據(jù)處理（刀具長度和半徑補償）和插補運算（確定刀具或工件的運動軌跡），從而獲得理想的運動軌跡信息。 為了適應工業(yè)自動化的需要以及網(wǎng)絡、遠程控制的需要，CNC(分布式數(shù)控)通常備有RS232、RS422串行通信接口，高檔CNC還具有DNC（分布式數(shù)控）或MAP（制造自動化協(xié)議）接口。有些生產(chǎn)廠家還紛紛采用MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡。,一CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構成,數(shù)控系統(tǒng)構成可以用下面的框圖表示：,硬件構成（1） ：,微機部分：是CNC的核心，主要由CPU、存儲器和接口電路組成。 CPU由運算器和控制器組成。 運算器（ALU）主要對數(shù)據(jù)進行算術和輯運算。,硬件構成（2） ：,外圍設備主要包括操作面板、鍵盤、顯示器、光電閱讀機、紙帶穿孔機和外部存儲器等。 操作面板：由于不同數(shù)控機床的動作不同，所配備的操作面板是不同的。一般操作面板具有如下按鈕和開關： 進給軸手動控制按鈕，用于手動調(diào)整時移動各坐標軸。 主軸啟停與主軸倍率選擇按鈕：用于主軸的啟停與正、反轉(zhuǎn)以及主軸調(diào)速。自動加工啟停按鈕：用于自動加工過程的啟動于停止。 條件程序段選擇開關：用于條件程序段是否執(zhí)行。 倍率選擇開關：用于選擇進給速度的倍率及點動量。 另外還有一些狀態(tài)指示等、報警裝置等。,硬件構成（3） ：,機床數(shù)控系統(tǒng) 主要是通過對伺服機構的控制來實現(xiàn)對機床移動部件的控制。包括速度和位移的控制以及它們反饋裝置的控制。,軟件構成（1）：,輸入數(shù)據(jù)處理程序：接受加工程序，對程序進行譯碼，對數(shù)據(jù)進行處理。加工程序給定的是待加工工件的輪廓，而實際上，應該控制刀具中心的運動軌跡。這就存在一個輪廓轉(zhuǎn)換的問題。只要告訴系統(tǒng)所使用的刀具并將刀具相應的參數(shù)輸入系統(tǒng)中，該轉(zhuǎn)換工作由輸入數(shù)據(jù)處理程序自動完成。,軟件構成（2）：,插補程序：根據(jù)加工程序所提供的加工信息，如曲線的種類（直線、圓弧或其它曲線）、起終點（直線的起點、終點，圓弧的起點、終點及圓心）、加工方向（順時針、逆時針），對這些信息進行插補運算，決定每一個脈沖到來時的移動方向及步長，以及曲線與曲線之間如何過渡等。,軟件構成（3）：,速度控制程序：根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，保證預定的進給速度。并能根據(jù)反饋值的正與負自動地調(diào)節(jié)速度的大小。 管理程序：負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等各種程序進行調(diào)度管理；對諸如面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理；子程序的調(diào)用；共享資源的分時享用等。 診斷程序：通過識別程序中的一些標志符來判斷故障的類型和所在地。,二機床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理,1 數(shù)控系統(tǒng)工作原理框圖：,程序的輸入：,分為手動輸入和自動輸入兩種方式。手動輸入通常用鍵盤輸入；自動輸入可用穿孔紙帶、磁帶或用通訊的方式。,譯碼：,主要是將標準程序格式翻譯成便于計算機處理數(shù)據(jù)的格式（高級語言機器語言）。,三、刀具半徑補償,補償?shù)念愋停?分為左補償和右補償兩種情形。 刀具半徑左補償：沿著加工方向，當?shù)毒呶挥诠ぜ髠?cè)時，稱刀具半徑左補償。加工時用G41指令調(diào)用。 刀具半徑右補償：沿著加工方向，當?shù)毒呶挥诠ぜ覀?cè)時，稱刀具半徑右補償。加工時用G42指令調(diào)用。,刀具半徑補償圖例：,刀具補償?shù)牟襟E：,刀具半徑補償?shù)慕ⅲ旱毒哂善鸬饵c以進給速度接近工件，刀具中心在法線方向與待加工工件偏離一刀具半徑。偏置方向由G41及G42確定。 刀具半徑補償?shù)倪M行：一旦建立刀補，刀具始終偏離工件輪廓一定距離，直到取消刀補為止。 刀具半徑補償?shù)娜∠旱毒叱冯x工件，回到退刀點，取消刀具半徑補償。退刀點應位于零件輪廓之外，可以與起刀點相同，也可以不相同。,刀具半徑補償圖例：,刀具半徑補償示例：,%0010 N20 T0101； （轉(zhuǎn)1號刀，執(zhí)行1號刀補） N30 M03 S1000； （主軸按1000rrain正轉(zhuǎn)） N40 G00 X00 Z100； （快速點定位） N50 G42 G01 X00 Z00 F100 （刀補建立） N60 X400； N70 Z-180； （刀補進行） N80 X800； N90 G40 G00 X850 Z100； （刀補取消） N100 G28 U0 W0； （返回參考點） N110 M30；,3刀具半徑補償原理（1）：,基本思想：刀具半徑補償?shù)挠嬎憔褪歉鶕?jù)零件輪廓和刀具半徑值計算出刀具中心的運動軌跡。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，工件輪廓主要是直線和圓弧或?qū)⑵渌喞脴O限的方法轉(zhuǎn)換成直線或圓弧。對直線輪廓而言，刀補中心軌跡是一條平行于工件輪廓且與輪廓等長的直線，用兩點（起點、終點）即可決定其直線方程；對圓弧輪廓而言，刀補中心輪廓應是一條與工件輪廓同心且包角相同的一段圓弧，用刀補圓弧的起點、終點坐標及圓弧半徑即可決定該圓弧方程。,3刀具半徑補償原理（2）：,切直線時刀補的計算：設上段程序加工完成后，刀具中心位于O，現(xiàn)需計算刀補后直線終點的坐標（X，Y）。設終點刀具半徑偏置矢量投影坐標為（X，Y），則有左邊的表達式。 此為第一象限的公式，其它象限公式僅為符號差別。,3刀具半徑補償原理（3）：,切圓弧刀補計算：設上段程序加工完成后，刀具中心位于，設在兩坐標軸上的投影為（X，Y），則有左邊的表達式。 實際上，無論是直線加工，還是圓弧加工，對于具備刀具半徑功能的系統(tǒng)，這種復雜的計算都由數(shù)控系統(tǒng)自動完成，用戶只需根據(jù)工件輪廓進行編程即可。,C刀具補償原理（1）,上面討論的是單段輪廓的刀補情況，通常工件輪廓由多段曲線組成，如直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧、圓弧與直線等，這就存在一個輪廓交接處如何過渡的問題。C刀具補償能自動地處理兩段程序之間的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接，編程人員完全按工件輪廓編程。,C刀具補償原理（2）,圖例給出了左刀補和右刀補時輪廓過渡處的處理情形。從圖可以看出：輪廓過渡時，為了避免過切或間斷，需要采用縮短、延長或插入的方式。,C刀具補償原理圖（1）,C刀具補償原理圖（2）,C刀具補償原理（3）,數(shù)控系統(tǒng)的工作方式 C刀具補償是在插補和控制的間隙進行刀補計算的，通過設置多個緩存，采用流水作業(yè)的方式才能提高計算速度，滿足高速加工的需要。如圖所示。,C功能刀補計算流水作業(yè)框圖：,思考與練習：,數(shù)控系統(tǒng)的硬件由哪些部分構成？各部分的