計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)概述

1、第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述n一、一、CNC數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床nCNC是數(shù)控機(jī)床的核心。nCNC數(shù)控機(jī)床由以下幾部分組成：加工程序、輸入/輸出設(shè)備、CNC裝置、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)床。CNC數(shù)控機(jī)床的組成框圖加工程序輸入/輸出設(shè)備CNC裝置可編程控制器主軸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)床 機(jī)床I/O電路和裝置測量裝置主軸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計(jì)算機(jī)數(shù) 控裝 置操作面板PLC計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)機(jī) 床床輔助控制機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)鍵盤輸入輸出設(shè)備二、二、CNC的組成的組成n從自動(dòng)控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電

2、流）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。n從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。它們二者是相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持下，由軟件來實(shí)現(xiàn)部分或大部分?jǐn)?shù)控功能。n硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。 CNC系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備 機(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測量機(jī)測量機(jī) .CNCCNC裝置的組成裝置的組成CNC系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)硬件

3、硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備 機(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測量機(jī)測量機(jī) .CNC系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備 機(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測量機(jī)測量機(jī) .CNC系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備 機(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測量機(jī)測量機(jī) .n 該平臺(tái)有以下兩方面的含義：q提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功

4、能；q在平臺(tái)上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開發(fā)。CNCCNC裝置的組成裝置的組成CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖的硬件系統(tǒng)組成框圖CPUROMRAMIN接口接口OUT接口接口閱讀機(jī)閱讀機(jī)接口接口MDI/CRT接口接口位置位置控制控制其它其它接口接口總線總線CNC的軟件系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)軟件管理軟件程序輸入輸出顯示診斷控制軟件刀具補(bǔ)償速度控制插補(bǔ)運(yùn)算位置控制譯碼三、三、CNC的工作過程的工作過程n工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過程。n包括：n1加工程序的輸入n2譯碼n3刀具補(bǔ)償 n4對進(jìn)給速度進(jìn)行處理 n5插補(bǔ) n6位置處理 n7/處理 n8顯示 n9診斷CNC單元 四、四、

5、CNC的功能的功能nCNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。n基本功能基本功能數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；n選擇功能選擇功能用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。1對軸數(shù)的控制功能n控制功能控制功能n CNC能控制和能聯(lián)動(dòng)控制的進(jìn)給軸數(shù)。 nCNC的進(jìn)給軸分類：n 移動(dòng)軸（X、Y、Z）和回轉(zhuǎn)軸（A、B、C）；n 基本軸和附加軸（U、V、W）。n聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。2點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)與移動(dòng)功能(G功能 ) 準(zhǔn)備功能（準(zhǔn)備功能（G G功能）功能） 指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。如：基本移動(dòng)、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀

6、具補(bǔ)償、基準(zhǔn)點(diǎn)返回和固定循環(huán)等。3插補(bǔ)功能n插補(bǔ)功能插補(bǔ)功能n插補(bǔ)功能插補(bǔ)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運(yùn)算的功能。4固定循環(huán)加工功能n固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能n固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。5進(jìn)給功能 (F功能 )n進(jìn)給功能進(jìn)給功能n進(jìn)給速度的控制功能。n進(jìn)給速度進(jìn)給速度 控制刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min。n同步進(jìn)給速度同步進(jìn)給速度 實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位為 mm/r。n快速進(jìn)給速度快速進(jìn)給速度 一般為進(jìn)給速度的最高速度，它通過參數(shù)設(shè)定，用G00指令執(zhí)行快速。 n進(jìn)給倍率（進(jìn)給

7、修調(diào)率）進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率）人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度。6主軸的轉(zhuǎn)速功能n主軸功能主軸功能n 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。n主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r/min。n恒線速度控制恒線速度控制刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。n主軸定向控制主軸定向控制主軸周向定位于特定位置控制的功能。nC C軸控制軸控制主軸周向任意位置控制的功能。n主軸修調(diào)率主軸修調(diào)率人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。7刀具功能及工作臺(tái)分度功能n刀具管理功能刀具管理功能n實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。n刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功能使用；n刀具壽命是指時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，CNC系統(tǒng)

8、將提示用戶更換刀具；nCNC系統(tǒng)都具有刀具號(hào)（T）管理功能，用于標(biāo)識(shí)刀庫中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。8輔助功能(M功能 )n輔助功能（輔助功能（M M功能）功能）n 用于指令機(jī)床輔助操作的功能。n如：主軸起停、主軸轉(zhuǎn)向、切削液的開關(guān)或刀庫的起停等。9補(bǔ)償功能n補(bǔ)償功能補(bǔ)償功能q刀具半徑和長度補(bǔ)償功能：刀具半徑和長度補(bǔ)償功能： 實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。q傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。q非線性誤差補(bǔ)償功能：非線性誤差補(bǔ)償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利用模型實(shí)

9、施在線補(bǔ)償。10字符和圖形顯示功能n人機(jī)對話功能人機(jī)對話功能n在CNC裝置中這類功能有：n菜單結(jié)構(gòu)操作界面；n零件加工程序的編輯環(huán)境；n系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。11自診斷功能n自診斷功能自診斷功能nCNC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。n開機(jī)自診斷；n在線自診斷；n離線自診斷；n遠(yuǎn)程通訊診斷。12輸入、輸出和通信功能n通訊功能通訊功能n CNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。nRS232C接口，可傳送零件加工程序，nDNC接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控，nMAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)模塊，n網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。13程序編制功能n手工編程n

10、背景（后臺(tái)）編程 n自動(dòng)編程n利用CAM系統(tǒng)，可以在線完成和修改零件的三維模型圖設(shè)計(jì)，并可以通過網(wǎng)絡(luò)直接傳給機(jī)床進(jìn)行加工。五、五、CNC的特點(diǎn)的特點(diǎn)n1具有比NC更高的柔性n2具有良好的通用性 n3數(shù)控功能不斷增強(qiáng)和擴(kuò)展 n4可靠性越來越高 n5方便了系統(tǒng)的維修和使用 n6易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 第二節(jié)第二節(jié) CNC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)n一、一、CNC的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)nCNCCNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成。計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)備備層層設(shè)設(shè)備備支支持持層層接 口人機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制PMC其他I/O其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入

11、/出設(shè)備機(jī) 床機(jī)器人測量機(jī) .1.單微處理器的CNCn單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個(gè)微處理器作為核心，這個(gè)CPU通過總線連接存儲(chǔ)器和各種接口，采用集中控制、分時(shí)處理的方法來完成諸如輸入/輸出、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等各種任務(wù)。這種系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu)都比較簡單。n單微處理器CNC的結(jié)構(gòu)是以微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，微處理器和三總線結(jié)構(gòu)、I/O接口、存儲(chǔ)器、串行接口和各種顯示器接口等；另外還包括了機(jī)床的控制部分。CPU外部存儲(chǔ)設(shè)備接口RS-232接口人機(jī)交互接口選件接口ROMRAMPLC接口位控單元位控單元位控單元位控單元速度控制單元D/A轉(zhuǎn)換電路M、S、T微機(jī)系統(tǒng)機(jī)床的控制部分 X軸 Y軸

12、 Z軸 主軸總線典型的單微處理器典型的單微處理器裝置結(jié)構(gòu)框圖裝置結(jié)構(gòu)框圖單微處理器CNC特點(diǎn)n CNC裝置內(nèi)只有一個(gè)微處理器，對存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入/輸出控制、CRT顯示等功能實(shí)現(xiàn)集中控制分時(shí)處理。n 微處理器通過總線與存儲(chǔ)器、輸入/輸出控制等接口電路相連，構(gòu)成CNC裝置。n 結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。2.多微處理器的CNCn 多微處理器CNC的優(yōu)點(diǎn) n 較高的性價(jià)比；n 適應(yīng)能力強(qiáng)；n 可靠性高；n 易于組織規(guī)?；a(chǎn)。 多微處理器的CNC主要功能模塊n CNC管理模塊 ；n CNC插補(bǔ)模塊 ；n 位置控制模塊 ；n PLC模塊 ；n 人機(jī)接口模塊 ；n 存儲(chǔ)器模塊 。 多微處理器的CNC結(jié)構(gòu) n

13、共享總線結(jié)構(gòu)共享總線結(jié)構(gòu)n在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座的機(jī)框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能。n共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)n在這種多微處理器結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個(gè)端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當(dāng)微處理器數(shù)量增多時(shí)，往往會(huì)由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率。共享總線結(jié)構(gòu)框圖CNC管理模塊（CPU）主存儲(chǔ)器模 塊操作面板顯示模塊CNC插補(bǔ)模塊（CPU）PLC功能模塊（CPU）位置控制模塊（CPU）主軸控制模

14、塊總線共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖插補(bǔ)（CPU2）來自機(jī)床的控 制 信 號(hào)輸?shù)綑C(jī)床的控 制 信 號(hào)軸控制（CPU3）I/OCPU1CRT（CPU4）共 享存儲(chǔ)器3.CNC的接口n紙帶的光電閱讀機(jī)接口n輸入/輸出（I/O）接口n進(jìn)行必要的信號(hào)隔離n進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大n數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換n通信接口n軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系q關(guān)系：關(guān)系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的。q特點(diǎn)：特點(diǎn)：n硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。n軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對較慢。n軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是軟件硬件功能界面劃分

15、。n功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比二、二、CNC的軟件結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)輸 入預(yù)處理位置檢測插補(bǔ)運(yùn)算位置控制速度控制伺服電機(jī)程序硬件硬件硬件硬件硬件軟件軟件軟件軟件 軟件和硬件的功能界面幾種劃分軟件和硬件的功能界面幾種劃分 1CNC的軟、硬件界面2CNC的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n CNC裝置的多任務(wù)并行處理 CNC的任務(wù)并行處理示意圖輸入顯示控制I/O診斷譯 碼刀具補(bǔ)償速度處理位置控制插 補(bǔ) 前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)前臺(tái)程序故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算后臺(tái)程序譯 碼刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺(tái)程序運(yùn)行關(guān)系圖前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn) 任務(wù)調(diào)度機(jī)制: 優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)

16、度。前臺(tái)程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。信息交換: :緩沖區(qū)。緩沖區(qū)。前臺(tái)和后臺(tái)程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。 實(shí)時(shí)性差。實(shí)時(shí)性差。在前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)無優(yōu)先級(jí)等級(jí)、 也無搶占機(jī)制。 該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。 中斷型軟件結(jié)構(gòu)初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件）0 級(jí) 中 斷 服 務(wù) 程 序 1 級(jí)中斷服務(wù)程序 2 級(jí)中斷服務(wù)程序級(jí)中斷服務(wù)程序中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖n中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制：搶占式優(yōu)先調(diào)度搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：緩沖區(qū)緩沖區(qū)。實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性好。由于中斷級(jí)別較多（最多可達(dá)8級(jí)），強(qiáng)實(shí)時(shí)性任

17、務(wù)可安排在優(yōu)先級(jí)較高的中斷服務(wù)程序中。模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。 8090年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。加工程序譯 碼譯碼緩沖區(qū)刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)緩沖區(qū)速度預(yù)處理插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)處理運(yùn)行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動(dòng)位控處理位置反饋PLC控制第三節(jié)第三節(jié) CNC的信息處理過程的信息處理過程 CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖n1.輸入過程輸入過程 零件程序的輸入過程流程圖零件程序的輸入過程流程圖n2.鍵盤輸入鍵盤輸入送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤MDI緩沖區(qū)零件程序存儲(chǔ)區(qū)一、輸入一、輸入二、存儲(chǔ)二、存

18、儲(chǔ) 目錄區(qū) 零件程序區(qū)程序號(hào)零件程序1程序首址程序終址程序號(hào)零件程序2程序首址程序終址空白目錄區(qū)零件程序1零件程序2零件程序3零件程序I零件程序n空白程序區(qū)零件程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖零件程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖三、譯碼三、譯碼n定義：定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進(jìn)行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)，直線和圓?。?、加工速度F和其它輔助信息（M.S.T）依照計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤立即報(bào)警。n方法：方法：解釋和編譯。 n內(nèi)容：內(nèi)容：整理和存放。n1）不按字符格式的整理與存放方法。n2）

19、保留字符格式的整理與存放。n1.代碼的識(shí)別代碼的識(shí)別n2.功能碼譯碼功能碼譯碼開始讀取緩沖器中的字符處理數(shù)字代碼處理N代碼處理G代碼處理X代碼處理Y代碼10H?=10H?=11H?=12H?=13H?無法識(shí)別、錯(cuò)誤處理結(jié)束YNNNNYNYYY軟件識(shí)別代碼的流程圖軟件識(shí)別代碼的流程圖四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理n1刀具補(bǔ)償n定義：定義：將編程時(shí)工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。n種類：種類：長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償。2速度處理n（1）進(jìn)給速度計(jì)算）進(jìn)給速度計(jì)算n開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng):n速度通過控制向步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。n速度計(jì)算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。n半閉環(huán)和閉環(huán)系

20、統(tǒng)半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):n采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工n速度計(jì)算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)給速度的計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)給速度的計(jì)算VSVS 脈沖的頻率決定進(jìn)給速度。脈沖的頻率決定進(jìn)給速度。 為脈沖當(dāng)量，單位：為脈沖當(dāng)量，單位：mm mm ，則則兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，各坐標(biāo)軸速度為兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，各坐標(biāo)軸速度為: : 合成速度（即進(jìn)給速度）合成速度（即進(jìn)給速度）V V為為 min)/mm(60f F 60Ff xxf60v yyf60v FvvV2y2x （2）進(jìn)給速度控制）進(jìn)給速度控制VSVS常用的控制方法：常用的控制方法：計(jì)時(shí)法計(jì)時(shí)法 用于脈沖增量插補(bǔ)。時(shí)鐘中斷法時(shí)鐘中斷法 用

21、軟件控制每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的插補(bǔ)次數(shù)，達(dá)到速度控制的目的。積分法積分法 LV3插補(bǔ)n根據(jù)速度倍率值計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量；n計(jì)算新的坐標(biāo)位置；n將合成位移分解到各個(gè)坐標(biāo)方向，得到各個(gè)坐標(biāo)軸的位置控制指令。n插補(bǔ)程序的實(shí)時(shí)性 。n1計(jì)算新的指令坐標(biāo)位置n X2新 = X2舊 + x2n Y2新 = Y2舊 + y2n2計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)位置n X1新 = X1舊 + x1n Y1新 = Y1舊 + y1n3計(jì)算位置控制輸出值n x3 = X2新 - X1新 n y3 = Y2新 Y1新n位置控制是強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)，所有計(jì)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(bǔ)周期，也可以是插補(bǔ)周

22、期的整數(shù)分之一。4 位置控制位置控制計(jì)算位置控制計(jì)算V VS SV VS S+-插補(bǔ)輸出插補(bǔ)輸出X X2 2Y Y2 2指令位置指令位置X X2 2新新Y Y2 2新新位控輸出位控輸出X X3 3Y Y3 3實(shí)際位置實(shí)際位置X X1 1新新Y Y1 1新新反饋位置增量反饋位置增量X X1 1、Y Y1 1X X2 2舊舊Y Y2 2舊舊X X1 1舊舊Y Y1 1舊舊+ 第四節(jié)第四節(jié) PLC與數(shù)控機(jī)床的輔助功能與數(shù)控機(jī)床的輔助功能n一、一、PLCn1PLC的基本組成和工作原理n 硬件系統(tǒng) n 軟件系統(tǒng)接收現(xiàn)場信號(hào)輸入部件外設(shè)接口擴(kuò)展接口輸出部件電源運(yùn)算器控制器微處理器RAM用戶程序EPROM系

23、統(tǒng)程序盒式磁帶機(jī)驅(qū)動(dòng)受控元件I/O擴(kuò)展單元存儲(chǔ)器打印機(jī)EPROM寫入器PLC或上位計(jì)算機(jī)編程器通用型PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖PLC 程序執(zhí)行過程圖輸 入 端 器 件輸 入 映 象元 件 映 象 寄 存輸 出 鎖 存輸 入 端 器 件輸 入輸 出輸入采樣階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段 PLC的基本控制原理2PLC的特點(diǎn)：n 可靠性高 n 編程簡單，使用方便 n 靈活性好 n 直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng) n 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 n 網(wǎng)絡(luò)通信 3數(shù)控機(jī)床用PLCn 數(shù)控機(jī)床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù) 控 裝 置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動(dòng)作換刀動(dòng)作冷卻排屑.數(shù)控裝置、可編程控制器、機(jī)床之間的關(guān)系圖數(shù)控裝置

24、、可編程控制器、機(jī)床之間的關(guān)系圖CNC、PLC、機(jī)床之間的信號(hào)處理過程、機(jī)床之間的信號(hào)處理過程n CNC裝置機(jī)床：CNC裝置CNC裝置的RAM PLC的RAM中。PLC 軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對內(nèi)裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機(jī)床；對獨(dú)立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機(jī)床。機(jī)床CNC裝置 對于內(nèi)裝型PLC，信號(hào)傳送處理如下： 從機(jī)床輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)CNC裝置的RAM PLC的RAM。 PLC的軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。 處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時(shí)傳送到CNC裝置的RAM中。 CNC

25、裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。 對于獨(dú)立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進(jìn)行上述的第2步，以下均相同。PLC 、CNC 、機(jī)床間的信息交換、機(jī)床間的信息交換n PLC CNC的信號(hào)：的信號(hào)：主要有機(jī)床各坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)信號(hào)，M、S、T功能的應(yīng)答信號(hào)等。n PLC 機(jī)床的信號(hào)機(jī)床的信號(hào)：主要是控制機(jī)床執(zhí)行件的執(zhí)行信號(hào)，如電磁鐵、接觸器、繼電器的動(dòng)作信號(hào)以及確保機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)的信號(hào)及故障指示。n 機(jī)床機(jī)床 PLC的信息：的信息：主要有機(jī)床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信息，其中包括機(jī)床的起動(dòng)、停止，機(jī)械變速選擇，主軸正/反轉(zhuǎn)、停止，冷卻液的開/關(guān)，各坐標(biāo)的點(diǎn)動(dòng)和刀架、

26、夾盤的松/夾等信號(hào)，以及上述各部件的限位開關(guān)等保護(hù)裝置、主軸伺服保護(hù)監(jiān)視信號(hào)和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備等信號(hào)。 數(shù)控機(jī)床PLC的形式n按結(jié)構(gòu)形式分類：n內(nèi)裝型內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC（或稱集成式、內(nèi)含式）。它是為數(shù)控設(shè)備順序控制而設(shè)計(jì)制造的專用PLC。n獨(dú)立型獨(dú)立型（Stand-alone Type）PLC ，或稱為“通用型”PLC它是適應(yīng)范圍較廣、功能齊全、通用化程度較高的PLC。n 按規(guī)模分類：小型小型：輸入/輸出的點(diǎn)數(shù) 128點(diǎn)；中型中型：128點(diǎn) 輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)512點(diǎn)PLC的規(guī)模及其應(yīng)用 評(píng)價(jià)指標(biāo) PLC規(guī)模 輸入/輸出的點(diǎn)數(shù) 程序存儲(chǔ)器容量 應(yīng)用范圍 小 型 小于128

27、點(diǎn) 1KB以下 數(shù)控銑床、 數(shù)控車床、加工中心、機(jī)器人等單機(jī)數(shù)控設(shè)備， 中 型 128點(diǎn) 512點(diǎn) 1 4KB 大 型 512點(diǎn)以上 4KB以上 大型數(shù)控設(shè)備、 FMC、FMS、 CIMS等則需要采用中、大型規(guī)模的可編程控制器。 內(nèi)裝型PLCn此類是CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來設(shè)計(jì)，稱為內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC（或稱集成式、內(nèi)含式）。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分，它與CNC中CPU的信息交換是在CNC內(nèi)部進(jìn)行的。這種類型的PLC一般不能獨(dú)立工作，它是CNC裝置的一個(gè)功能模塊，是CNC裝置功能的擴(kuò)展，兩者是不能分離的。在硬件上，內(nèi)

28、裝型PLC既可與CNC裝置共用一個(gè)CPU，如西門子的SINUMERIK810、820等數(shù)控系統(tǒng)；也可以是單獨(dú)的CPU，如FANUC的0系統(tǒng)和15系統(tǒng)、美國A-B公司的8400系統(tǒng)和8600系統(tǒng)等。n由于CNC裝置的功能和PLC的功能在設(shè)計(jì)時(shí)就統(tǒng)一考慮，因而這種類型的PLC在硬件和軟件的整體結(jié)構(gòu)上合理、實(shí)用，性能價(jià)格比高，適用于類型變化不大的數(shù)控機(jī)床。由于PLC與CNC之間的連線較少，且PLC內(nèi)的信息也能通過CNC裝置的顯示器顯示，使PLC的編程更為方便，而且故障診斷的功能也有提高，從而提高了CNC系統(tǒng)的可靠性。 內(nèi)裝型PLC NCPLCI/O電路伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸驅(qū)動(dòng)單元 強(qiáng)電電路 機(jī)床操作面板

29、 MDI/CR面板進(jìn)給電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī) 輔助動(dòng)作換 刀冷 卻排 屑內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)框圖CNC裝置裝置 獨(dú)立型PLCn此類是由專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)順序控制，稱為獨(dú)立型（Stand-alone Type）PLC ，或稱為“通用型”PLC。獨(dú)立型PLC是獨(dú)立于CNC裝置的，它具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。在數(shù)控機(jī)床選用獨(dú)立型PLC時(shí)，主要考慮能滿足以下要求：輸入/輸出信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能等。由于這種類型PLC的生產(chǎn)廠家較多，品種、類型豐富，使用戶有較大的選擇余地，可以選擇自己熟悉地產(chǎn)品，而且其功能的擴(kuò)展也較方便。獨(dú)立

30、型PLC與CNC裝置之間是通過輸入/輸出接口連接的。國內(nèi)已引進(jìn)應(yīng)用的獨(dú)立型PLC有：西門子公司的SIMATIC S5、S7系列產(chǎn)品；A-B公司的PLC系列產(chǎn)品；FANUC公司的PMC-J系列產(chǎn)品等。獨(dú)立型PLC結(jié)構(gòu)框圖 NCPLC伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸驅(qū)動(dòng)單元 強(qiáng)電電路機(jī)床操作面板MDI/CRT面板伺服電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī) 輔助動(dòng)作換刀冷卻排屑I/O電路I/O電路I/O電路PLC裝置裝置二、數(shù)控機(jī)床的輔助功能二、數(shù)控機(jī)床的輔助功能n1數(shù)控機(jī)床的輔助功能數(shù)控機(jī)床的輔助功能n是指數(shù)控機(jī)床的冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能。對于加工中心類的數(shù)控機(jī)床還有刀庫的管理功能。n2數(shù)控機(jī)床的輔助功能的控制數(shù)控機(jī)床的輔助功能

31、的控制n就是數(shù)控機(jī)床的冷卻、潤滑的啟停；控制工件和機(jī)床部件的松開、夾緊；控制分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位等。對于加工中心類數(shù)控機(jī)床還有刀庫中選擇刀具和交換刀具。n輔助功能的控制還可以由PLC來完成。第五節(jié)第五節(jié) FANUC數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) n一、一、FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹數(shù)控系統(tǒng)介紹n二、二、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)n三、三、FANUC系統(tǒng)典型系列系統(tǒng)典型系列n10系列 n210/11/12系列 n315系列 n416系列 n518系列 FANUCFANUC數(shù)控系統(tǒng)（顯示器及操作面板）數(shù)控系統(tǒng)（顯示器及操作面板）FANUC FANUC 系列系列 150 150i i B B型數(shù)控裝置型數(shù)控裝置第六節(jié)第六節(jié) 開放式開放式CNC n一、概述一、概述n計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展和普及n先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求nCNC開發(fā)周期和開發(fā)成本的要求nPC文化的滲