數(shù)控技術 課件第4章.ppt

第四章數(shù)控裝置,第一節(jié)概述一、數(shù)控裝置的作用數(shù)控裝置的主要作用是，讀入數(shù)控加工程序，將其轉(zhuǎn)換成控制機床運動和輔助功能要求的格式，分別送給進給電機控制單元、主軸電機控制單元和PLC，具有內(nèi)置PLC功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接將解算結(jié)果送給機床強電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀入機床位置檢測裝置發(fā)出的實際位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機床的移動，可以獲得較高的位置控制精度。,返回課件首頁,二、數(shù)控裝置軟件和硬件的功能界面硬件軟件圖4-1幾種典型的軟硬件界面的劃分,軟硬件功能界面問題：哪些功能由軟件來實現(xiàn)，哪些功能由硬件來實現(xiàn)，或怎樣確定軟件和硬件在數(shù)控裝置中所承擔的任務。四種功能界面的劃分，代表了不同時期的數(shù)控裝置產(chǎn)品。數(shù)控裝置發(fā)展的趨勢是軟件承擔的任務越來越多。這主要是由于計算機的運算處理能力不斷增強，使軟件運行的速度大大提高的結(jié)果。這種趨勢并不是一成不變的，隨著電子技術的發(fā)展，硬件的成本也在不斷降低，如果硬件的制造可以做到象軟件一樣靈活，能夠根據(jù)特殊需求，專門制做的時候，硬件所擔負的功能還會逐步增加。第二節(jié)數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)一、由單片機組成的數(shù)控裝置,圖4-2用80C31單片機組成的簡易數(shù)控裝置的硬件系統(tǒng)圖,二、單微處理機數(shù)控裝置圖4-3單微處理機數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)圖,圖4-4數(shù)控裝置的物理結(jié)構(gòu)（FANUC-6MB）,三、基于網(wǎng)絡的數(shù)控裝置圖4-5基于網(wǎng)絡的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,數(shù)控裝置各功能模塊間的通訊是按照SERCOS（SerialCommunicationSystem）協(xié)議進行的。圖4-7表示了SERCOS協(xié)議通訊的原理。由一個控制器和若干個伺服驅(qū)動器構(gòu)成通訊回路。通訊以循環(huán)方式進行，每個循環(huán)的時間可設定為62s、125s、250s或其整數(shù)倍。循環(huán)時間的長短以保證控制器和伺服驅(qū)動器間的同步通訊為前提。圖中的Master表示運動控制器，Slavei表示連接在控制環(huán)路中的第i個伺服驅(qū)動器，MST表示同步信息，ATi表示第i個伺服驅(qū)動器發(fā)送的數(shù)據(jù)，MDT為控制器發(fā)送到網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)。,驅(qū)動器數(shù)/光纖環(huán)4221,66,圖4-7SERCOS通訊原理,控制器和伺服驅(qū)動器間的通訊包括三種情況：1控制器發(fā)出同步信息，各伺服驅(qū)動器以此同步信息為保證同步通訊的時間基準；2控制器向環(huán)路中的所有伺服驅(qū)動器發(fā)送同步數(shù)據(jù)（CycleData）和伺服數(shù)據(jù)（ServeData）；3伺服驅(qū)動器將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到相應的時間槽（TimeSlots）。通訊按照NRZI編碼的HDLC協(xié)議進行。,第三節(jié)數(shù)控軟件,一、數(shù)控軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程圖4-8數(shù)控裝置軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,（一）譯碼譯碼就是把用ASC碼編寫的零件加工程序翻譯成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式，并存放到譯碼緩沖區(qū)中，準備為后續(xù)程序使用。譯碼后的數(shù)據(jù)有兩種存放格式。1不按字符格式的存放方法M03G03X100.Y50.I0J50.F100.；,圖4-9不按字符格式的譯碼數(shù)據(jù)存放格式,2保留字符格式的存放方法StructPROG_BUFFERcharbuf_state；/0：空，1：有數(shù)據(jù)intblock_num；/程序段號doubleCOORD20；/尺寸字的數(shù)值，單位為mintF，S；/進給速度和主軸速度charG_flag；/以標志形式存放的G指令charG1；/G指令表.charM_flag；/以標志形式存放的M指令charM1；/M指令表.charT；/刀具代號charD；/刀具半徑值；,（二）刀補刀補處理程序主要進行以下幾項工作：1計算本段零件輪廓的終點坐標值；2根據(jù)刀具的半徑值和刀具補償方向，計算出本段刀具中心軌跡的終點位置；3根據(jù)本段和下一段的轉(zhuǎn)接關系進行段間處理。（三）速度預處理速度預處理程序主要完成以下幾步計算：1計算本程序段總位移量2計算每個插補周期內(nèi)的合成進給量L=Ft/60（m）式中，F(xiàn)進給速度值（mm/min）；t數(shù)控系統(tǒng)的插補周期（ms）。,（四）插補處理1根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；2計算新的坐標位置；3將合成位移分解到各個坐標方向，得到各個坐標軸的位置控制指令。插補程序的實時性,（五）位置控制圖4-10位置控制算法原理,1計算新的指令坐標位置X2新=X2舊+x2Y2新=Y2舊+y22計算實際坐標位置X1新=X1舊+x1Y1新=Y1舊+y13計算位置控制輸出值x3=X2新-X1新y3=Y2新Y1新位置控制是強實時性任務，所有計算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等于插補周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。,二、數(shù)控軟件的特點（一）多任務與并行處理技術1數(shù)控裝置的多任務性圖4-11數(shù)控裝置的任務,這些任務中有些可以順序執(zhí)行，有些必須同時執(zhí)行，如：（1）顯示和控制任務必須同時執(zhí)行，以便操作人員及時了解機床運行狀態(tài)；（2）在加工過程中，為使加工過程連續(xù)，譯碼、刀補、插補和位置控制模快也必須同時進行。2多任務并行處理的實現(xiàn)（1）資源分時共享,圖4-12分時共享多任務處理方案,圖4-13各任務占用CPU時間示意圖,（2）時間重疊流水處理圖4-14時間重疊流水處理示意圖,三、數(shù)控軟件的基本結(jié)構(gòu)（一）前后臺型結(jié)構(gòu)模式圖4-15前后臺程序的運行關系,（二）中斷型結(jié)構(gòu)模式中斷型結(jié)構(gòu)的數(shù)控軟件系統(tǒng)見圖4-16。圖4-16中斷型結(jié)構(gòu)的數(shù)控軟件系統(tǒng),第四節(jié)數(shù)控裝置的輸入/輸出接口一、接口標準化二、接口的任務1進行電平和功率放大。2將數(shù)控裝置和機床之間的信號在電氣上加以隔離。3數(shù)/模（D/A）或模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路。抗衰減和畸變。,三、常用的輸入輸出接口1.直流模擬信號接口a)單極性輸出b)雙極性輸出圖4-18AD7520電壓輸出電路,+5V+5V22k2.2k1000.1u47u100a)斯密特觸發(fā)電路b)RS觸發(fā)器整形電路圖4-20消除觸點抖動的電路,以電壓輸入的接收電路見圖4-21。MT電壓輸入接收器+5V圖4-21電壓輸入的接收電路,+24V+24V輸出CNCa)繼電器輸出b)無觸點輸出圖4-22輸出接口電路,3、數(shù)控裝置的通信接口,第五節(jié)PLC控制一、PLC的基本概念1RLC與PLCCWT1StopT1CCWT2T2圖4-24實現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)及停止控制的繼電器邏輯電路,現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中采用可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController-PLC）來實現(xiàn)開關量及其邏輯關系的控制。PLC是由計算機簡化而來的，為了適應順序控制的要求，PLC省去了計算機的一些數(shù)字運算功能，強化了邏輯運算功能，是一種介于繼電器控制和計算機控制之間的自動控制裝置。PLC的最大特點是，其輸入輸出量之間的邏輯關系是由軟件決定的，因此改變控制邏輯時，只要修改控制程序即可，是一種柔性的邏輯控制裝置。另外PLC能夠控制的開關量數(shù)量要比RLC多，能實現(xiàn)復雜的控制邏輯。由于減少了硬件線路，控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。2數(shù)控裝置中的PLC數(shù)控裝置中的PLC有兩種類型：內(nèi)裝型PLC和獨立型PLC。內(nèi)裝型PLC是指PLC包含在數(shù)控裝置當中，PLC與數(shù)控功能模塊間的信號傳送在數(shù)控裝置內(nèi)部實現(xiàn)，PLC與機床間的信號傳送則通過輸入/輸出接口電路實現(xiàn)，如圖4-25所示。,圖4-25內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)圖,獨立型PLC又稱通用型PLC，的CPU、系統(tǒng)程序、用戶程序、輸入/輸出電路、通訊等均設計成獨立的模塊。獨立型PLC與數(shù)控裝置的關系如圖4-26圖4-26獨立型PLC結(jié)構(gòu)圖,二、PLC編程的基本方法由于PLC的硬件結(jié)構(gòu)不同，功能也不盡相同，程序的表達方法也不同?？删幊绦蜻壿嬁刂破鞯某Ｓ镁幊谭椒ㄓ薪狱c梯形圖法和語句表法。1接點梯形圖梯形圖（LCLadderDiagram）編程是一種圖形編程方法，由于用了電路元件符號來表示控制任務，與傳統(tǒng)的繼電器電路圖很相似，因此梯形圖很直觀，易于理解。前面提到的電機正反轉(zhuǎn)控制的梯形圖程序如圖4-27所示。,R1支路11.0AE梯級1支路2120.11.2120.1支路31.1BER2梯級21.2120.2支路4120.2電力軌電力軌圖4-27電機正反轉(zhuǎn)控制的接點梯形圖,2語句表語句表也稱指令表（ILInstructionList），或指令表語言。指令表語言和匯編語言很相似，每條語句包含有一個操作碼部分和一個操作數(shù)部分。操作碼表示功能類型，操作數(shù)表示操作的對象，操作數(shù)由地址碼和參數(shù)組成。若采用指令語句，圖4-27所示的梯形圖程序可表達為：RDA1.0ORR1120.1AND，NOTE1.2WRTR1120.1RDB1.1ORR2120.2AND，NOTE1.2WRTR2120.2,其中的RD、OR、AND、NOT等稱為指令語句的操作碼，而1.0、120.1、1.2等為操作數(shù)。這種編程方法緊湊、系統(tǒng)化，但比較抽象，有時先用梯形圖表達，然后寫成相應的指令語句再用編程器上的指令和功能鍵輸入到PLC中。表4-1是常用的操作碼及其涵義。,三、PLC的工作過程1PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖4-28PLC硬件原理圖,2PLC的工作過程PLC的工作過程是在硬件的支持下運行軟件的過程。0000H圖4-29PLC的掃描過程,用戶程序通過編程器順序輸入到用戶存儲器內(nèi)，CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行。這是PLC的基本工作方式。圖4-29給出了GE系列PLC的CPU掃描過程。只要PLC接通電源，CPU就對用戶存儲器的程序進行掃描。掃描從0000H地址所存儲的第一條用戶程序開始，順序進行，直到存儲器結(jié)尾或用戶程序的最后一個地址為止，形成一個掃描循環(huán)，周而復始。每掃描一次，CPU進行輸入點的狀態(tài)采集、用戶程序的邏輯解算、相應輸出狀態(tài)的更新和I/O執(zhí)行。接入編程器時，也對編程器的輸入響應，并更新顯示。然后CPU對自身的硬件進行快速自檢，并對監(jiān)視掃描用定時器進行復位。完成自檢后，CPU又從存儲器的0000H地址重新開始掃描運行。圖4-30用一個控制實例進一步說明行程開關PB1被壓下時PLC的控制過程。,（1）當按鈕開關PB1壓下，輸入繼電器X401的線圈接通；（2）X401常開觸點閉合，由此輸出繼電器Y430通電；（3）外部輸出點Y430閉合，指示燈PL亮；（4）當PB1被放開時，輸入繼電器X401的線圈不再工作，其對應的觸點