項(xiàng)目1數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、 數(shù)控原理與系統(tǒng)數(shù)控原理與系統(tǒng) 2015.3.2本課程為考查課目錄目錄 數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) 數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)原理與數(shù)據(jù)處理數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)原理與數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)裝置數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)裝置 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) PLCPLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 2 2課時(shí)課時(shí)6 6課時(shí)課時(shí)6 6課時(shí)課時(shí)8 8課時(shí)課時(shí)6 6課時(shí)課時(shí)6 6課時(shí)課時(shí) 1.11.1數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理1.1.11.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生背景數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生背景汽車、發(fā)電機(jī)、家電等行業(yè)：批量定型產(chǎn)品的生產(chǎn)采用了自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用

2、自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)行自動(dòng)流水作業(yè)。造船、航天、機(jī)床、重型機(jī)械以及軍工行業(yè)：品種多，加工批量小，改型頻繁，零件的形狀復(fù)雜且精度要求高，普通機(jī)床自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)效率和加工精度都難以提高，尤其是一些復(fù)雜曲向，甚至無(wú)法加工。1.1.21.1.2數(shù)控的概念和發(fā)展數(shù)控的概念和發(fā)展（1）GB/T 8129-1997機(jī)床數(shù)字控制術(shù)語(yǔ) 數(shù)字控制（NC Numerical Control）：用數(shù)值數(shù)據(jù)的控制裝置，在運(yùn)行過(guò)程中不斷地引入數(shù)值數(shù)據(jù)，從而對(duì)某一生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。（2）數(shù)控機(jī)床（ NC machine tools）：若機(jī)床的操作命令以數(shù)值數(shù)據(jù)的形式描述，工作過(guò)程按照規(guī)定的程序自動(dòng)地進(jìn)行，這種機(jī)床稱為數(shù)控

3、機(jī)床。（3）數(shù)控系統(tǒng)：在數(shù)控機(jī)床行業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)裝置等相關(guān)設(shè)備的總稱。有時(shí)則僅指其中的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置。為區(qū)別起見(jiàn)將其中的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置稱為數(shù)控裝置。1.計(jì)算機(jī)數(shù)控的概念1952 電子管1959 晶體管1965 小規(guī)模集成電路1970 小型計(jì)算機(jī)1974 微處理器1990 基于PC數(shù)控（NC）階段計(jì)算機(jī)控制（CNC）階段 數(shù)控系統(tǒng)近五十年來(lái)經(jīng)歷了兩個(gè)階段六代的發(fā)展，只是數(shù)控系統(tǒng)近五十年來(lái)經(jīng)歷了兩個(gè)階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了數(shù)控系統(tǒng)可靠性低，發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了數(shù)控系統(tǒng)可靠性低，價(jià)格極為

4、昂貴，應(yīng)用很不方便等極為關(guān)鍵的問(wèn)題。價(jià)格極為昂貴，應(yīng)用很不方便等極為關(guān)鍵的問(wèn)題。 1946年世界上誕生了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。 1952年在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。2.計(jì)算機(jī)數(shù)控的發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展第一階段：1958-1979 起步第二階段：1979-1989 進(jìn)口第三階段：1989-至今 快速發(fā)展 1958年在我國(guó)研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)電一體化設(shè)備，由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)、機(jī)床本體組成。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成框圖1.1.3組成及工作原理組成及工作原理1.數(shù)控系統(tǒng)的組成（1）輸入輸出裝置）輸入

5、輸出裝置 人與機(jī)床建立聯(lián)系的主要途徑，是進(jìn)行人機(jī)信息交流和對(duì)話的交互設(shè)備。 輸入裝置的作用：將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電信號(hào)，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。 常用的輸入裝置：鍵盤(pán)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光電閱讀機(jī)、計(jì)算機(jī)通信接口等。其相應(yīng)的載體為磁盤(pán)、穿孔紙帶等。 常見(jiàn)的輸出裝置：顯示器。液晶顯示器MDI鍵盤(pán)“急?！卑粹o功能鍵機(jī)床控制面板(MCP)機(jī)床控制面板MCP（2）數(shù)控裝置）數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，數(shù)控機(jī)床的所有控制功能都由它來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。 數(shù)控裝置的作用：接收由加工程序、控制面板、反饋系統(tǒng)等送來(lái)的信息，經(jīng)處理和分配后，向各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出位置、速度等指令，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)對(duì)象執(zhí)行規(guī)定命令。在執(zhí)行過(guò)程

6、中，驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)等機(jī)構(gòu)的有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，經(jīng)處理后發(fā)出新的執(zhí)行命令。（3）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是執(zhí)行數(shù)控裝置所發(fā)指令的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床主體的聯(lián)系紐帶。 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用：將從數(shù)控裝置輸出的微弱電信號(hào)，經(jīng)功率放大器等電子器件，放大為較強(qiáng)的電信號(hào)，然后將上述數(shù)字量信息轉(zhuǎn)換成模擬量信息，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按給定的速度和位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。（4）反饋系統(tǒng)）反饋系統(tǒng) 反饋系統(tǒng)的作用：將機(jī)床移動(dòng)的實(shí)際位置、速度參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并反饋到數(shù)控裝置中，使數(shù)控裝置判斷機(jī)床的實(shí)際位置、速度是否與指令一致，并發(fā)出相應(yīng)指令糾正所產(chǎn)生的誤差。（5）輔助控制裝置）輔助

7、控制裝置 輔助控制裝置的作用：接收CNC單元輸出的主運(yùn)動(dòng)換向、變速、起停、刀具的選擇和交換，以及其他輔助裝置動(dòng)作等指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的編譯、邏輯判別、運(yùn)算和功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床機(jī)械部件、液壓氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的動(dòng)作。 機(jī)床上的限位開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)輔助控制裝置處理后送CNC單元進(jìn)行處理。 可編程序控制器（PLC）具有響應(yīng)快，性能可靠，易于使用、編程和修改，并可直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床電器，現(xiàn)已廣泛作為數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。 PLC主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒(méi)有軌跡上的具體要求。 它接受CNC裝置的控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等順序動(dòng)作信息，對(duì)其

8、進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開(kāi)、關(guān)等一些輔助動(dòng)作； 它還接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分指令送往CNC裝置，用于加工過(guò)程的控制。 機(jī)床本體即數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，包括： 主運(yùn)動(dòng)部件； 給進(jìn)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件（工作臺(tái)、拖板及其傳動(dòng)部件）； 支承部件（床身立柱等）。 輔助裝置： 具有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能的裝置。 加工中心類的數(shù)控機(jī)床還有存放刀具的刀庫(kù)、交換刀具的機(jī)械手等部件。 數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但是由于數(shù)控機(jī)床的高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工要求，其機(jī)械部件在精度、

9、剛度、抗震性等方面要求更高。因此，近年來(lái)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。（6）機(jī)床本體）機(jī)床本體2.數(shù)控系統(tǒng)的工作原理1）數(shù)字控制（）數(shù)字控制（Numerical Control）是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字）是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法?；盘?hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。 2）數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，模擬控制系統(tǒng)中的控制信息）數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，模擬控制系統(tǒng)中的控制信息是模擬量。是模擬量。 3）數(shù)字控制特點(diǎn)：）數(shù)字控制特點(diǎn)： 1、可用不同的字長(zhǎng)表示不同精度的信息，信息表達(dá)準(zhǔn)確。、可用不同的字

10、長(zhǎng)表示不同精度的信息，信息表達(dá)準(zhǔn)確。 2、可進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算，也可以進(jìn)行復(fù)雜的信息處理。、可進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算，也可以進(jìn)行復(fù)雜的信息處理。 3、可用軟件來(lái)改變信息處理的方式或過(guò)程，具有很大的、可用軟件來(lái)改變信息處理的方式或過(guò)程，具有很大的“柔性柔性”。 NC50年代初期CNC60年代后期MNC80年代中期 信息和指令的基本內(nèi)容：各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向、進(jìn)給位移量，以及各狀態(tài)控制的I/O信號(hào)等。加工程序的生成方法：（1）手工編程（2）CAD/CAM（3）人機(jī)對(duì)話程序輸入至數(shù)控系統(tǒng)中的方法：（1）鍵盤(pán)輸入方式MDI（2）穿孔紙帶（3）軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（4）通信接口1.21.2數(shù)控機(jī)床的分

11、類數(shù)控機(jī)床的分類 1）金屬切削類機(jī)床。 如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。1.2.11.2.1按工藝用途分類按工藝用途分類2）金屬成型類機(jī)床。 如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。3）數(shù)控特種加工機(jī)床。 如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床等。4）其他類型的數(shù)控機(jī)床。 如火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。 1） 點(diǎn)位控制系統(tǒng)點(diǎn)位控制系統(tǒng) 刀具從一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)到另一坐標(biāo)刀具從一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)到另一坐標(biāo)點(diǎn)，過(guò)程中點(diǎn)，過(guò)程中不進(jìn)行切削不進(jìn)行切削。 2） 點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)點(diǎn)位直線控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)平行坐標(biāo)軸的直線加工或沿實(shí)現(xiàn)平行坐標(biāo)軸的直線加工或沿與坐

12、標(biāo)軸成與坐標(biāo)軸成45斜線進(jìn)行直線切削，斜線進(jìn)行直線切削，但但不能沿任意斜率不能沿任意斜率的直線加工。的直線加工。 3） 輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制數(shù)控系統(tǒng) 控制整個(gè)加工過(guò)程控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度每一點(diǎn)的速度與位移量與位移量，將零件加工成一定的輪廓形，將零件加工成一定的輪廓形狀。狀。1.2.21.2.2按運(yùn)動(dòng)方式分類按運(yùn)動(dòng)方式分類1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)2）閉環(huán)控制系統(tǒng)）閉環(huán)控制系統(tǒng)1.2.31.2.3按控制方式分類按控制方式分類3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)）半閉環(huán)控制系統(tǒng) 1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)又稱簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)又稱簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)2）普及型數(shù)控系統(tǒng)又稱全功能數(shù)控系統(tǒng)）普及型數(shù)控系統(tǒng)又稱

13、全功能數(shù)控系統(tǒng)3）高檔型數(shù)控系統(tǒng)）高檔型數(shù)控系統(tǒng)（1）分辨率和進(jìn)給速度）分辨率和進(jìn)給速度 分辨率分辨率 : 高高 0.5m 中中 1 m 低低 10 m 進(jìn)給速度進(jìn)給速度 : 高高 大于大于30m/min 中中 1530m/min 低低 815m/min （2）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) ： 高高 閉環(huán)半閉環(huán)、交流伺服電機(jī)閉環(huán)半閉環(huán)、交流伺服電機(jī) 中中 閉環(huán)半閉環(huán)、交流伺服電機(jī)閉環(huán)半閉環(huán)、交流伺服電機(jī) 低低 開(kāi)環(huán)、步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)、步進(jìn)電機(jī)1.2.41.2.4按數(shù)控機(jī)床的功能水平分類按數(shù)控機(jī)床的功能水平分類1.3微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)按使用的微機(jī)及機(jī)構(gòu)可分為：按使用的微機(jī)及機(jī)構(gòu)可分為： 單微處理機(jī)單微處理

14、機(jī) 多微處理機(jī)多微處理機(jī)按電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：按電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為： 大板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu) 模塊化結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)按總體安裝結(jié)構(gòu)可分為：按總體安裝結(jié)構(gòu)可分為： 整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu) 分體式結(jié)構(gòu)分體式結(jié)構(gòu)1.3.1微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成（1）單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)）單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)整個(gè)整個(gè)CNC裝置只有一個(gè)裝置只有一個(gè)CPU，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種NC功能。功能。主從結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中只有一個(gè)主從結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU(稱為主稱為主CPU)對(duì)系統(tǒng)的資對(duì)系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)，其它帶源有控

15、制和使用權(quán)，其它帶CPU的功能部件，只能接受主的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。1.單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)（2）多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)）多微處理機(jī)結(jié)構(gòu) 在一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理機(jī)，在一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理機(jī)，CPU之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過(guò)總之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過(guò)總線仲裁器（由硬件和軟件組成）來(lái)解決總線爭(zhēng)用問(wèn)線仲裁器

16、（由硬件和軟件組成）來(lái)解決總線爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行信息交換。題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行信息交換。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能?？梢詫?shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。 容錯(cuò)能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，通過(guò)系統(tǒng)容錯(cuò)能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，通過(guò)系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。重組仍可斷繼續(xù)工作。 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式： 共享總線結(jié)構(gòu)型、共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)型。共享總線結(jié)構(gòu)型、共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)型。共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)顯示CPU鍵盤(pán)中央CPU插補(bǔ)CPU串口和收發(fā)器CTRC并 行 接 口反饋脈沖處理EPROMEPROMRAM/

17、EPROM512 RAMRAM 512 字符發(fā)生器CRT模擬量輸出機(jī)床接口反饋信號(hào)收發(fā)器X Y Z C W結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：o 面向公共存儲(chǔ)器來(lái)設(shè)計(jì)的，即采用多端口來(lái)實(shí)面向公共存儲(chǔ)器來(lái)設(shè)計(jì)的，即采用多端口來(lái)實(shí)現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊，現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊，o 采用多端口控制邏輯來(lái)解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問(wèn)采用多端口控制邏輯來(lái)解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問(wèn)多端口存儲(chǔ)器沖突的矛盾。多端口存儲(chǔ)器沖突的矛盾。 由于多端口存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對(duì)兩個(gè)由于多端口存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對(duì)兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭(zhēng)用存儲(chǔ)器可能造成存儲(chǔ)器以上的主模塊，會(huì)因爭(zhēng)用存儲(chǔ)器可能造成存儲(chǔ)器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端

18、口傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲(chǔ)器（雙端口存儲(chǔ)器（雙端口RAM）。）。FANUC BUS操作面板圖形顯示模塊(CPU)通訊模塊(CPU)自動(dòng)編程模塊(CPU)主存儲(chǔ)器模塊插補(bǔ)模塊(CPU)PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊CRT/MDII/O單元伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸單元FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)共享總線型結(jié)構(gòu)共享總線型結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征： 功能模塊分為帶有功能模塊分為帶有CPU或或DMA的主模塊和的主模塊和從模塊（從模塊（RAM/ROM，I/O模塊）；模塊）； 以系統(tǒng)總線為中心，所有的主、從模塊都以系統(tǒng)總線為中心，所有的主、從模塊都插在嚴(yán)格定

19、義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上；插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上； 采用總線仲裁機(jī)構(gòu)采用總線仲裁機(jī)構(gòu)(電路電路)來(lái)裁定多個(gè)模塊同來(lái)裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。（1 1）大板式結(jié)構(gòu)）大板式結(jié)構(gòu) CNC CNC裝置由主電路板、圖形控制板、裝置由主電路板、圖形控制板、PLCPLC板、位置板、位置控制板、電源單元組成。其它功能板為插在主電路大控制板、電源單元組成。其它功能板為插在主電路大印刷板插槽內(nèi)。印刷板插槽內(nèi)。2.大板式結(jié)構(gòu)與功能模塊式結(jié)構(gòu)大板式結(jié)構(gòu)與功能模塊式結(jié)構(gòu)（2 2）功能模塊式結(jié)構(gòu)）功能模塊式結(jié)構(gòu) 將將CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制、位置檢測(cè)、存儲(chǔ)器、輸入

20、輸出控制、位置檢測(cè)、顯示部件等分別做成插件板（硬件模塊），相應(yīng)的顯示部件等分別做成插件板（硬件模塊），相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中，軟硬件模軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中，軟硬件模塊形成一個(gè)功能模塊。將各功能模塊連接控制單元塊形成一個(gè)功能模塊。將各功能模塊連接控制單元母板構(gòu)成母板構(gòu)成CNCCNC裝置。裝置。（1 1）整體式結(jié)構(gòu)）整體式結(jié)構(gòu) 把把CRTCRT和和MDIMDI面板、操作面板及功能模塊板組成的面板、操作面板及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機(jī)箱內(nèi)。電路板等安裝在同一機(jī)箱內(nèi)。3.整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)（2 2）分體式結(jié)構(gòu)）分體式結(jié)構(gòu) 把把CRTC

21、RT和和MDIMDI面板、操作面板等做成一個(gè)部件，把面板、操作面板等做成一個(gè)部件，把功能模塊板組成的電路板安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，兩者之功能模塊板組成的電路板安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，兩者之間用導(dǎo)線或光纖連接。間用導(dǎo)線或光纖連接。 CNC CNC系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)由該操作系統(tǒng)由CNCCNC管理軟件和管理軟件和CNCCNC控制軟件兩部分組成?？刂栖浖刹糠纸M成。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件控制軟件控制軟件零零件件程程序序管管理理顯顯示示處處理理輸輸入入輸輸出出管管理理機(jī)機(jī)床床輸輸入入輸輸出出位位置置控控制制故故障障診診斷斷

22、處處理理插插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)運(yùn)算算主主軸軸控控制制編編譯譯處處理理刀刀具具補(bǔ)補(bǔ)償償.1.3.2微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成1.輸入程序（1）輸入輸入到CNC裝置的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。輸入方式有光電閱讀機(jī)紙帶輸入、磁盤(pán)輸入、鍵盤(pán)輸入、磁帶輸入、開(kāi)關(guān)量輸入和連接上一級(jí)計(jì)算機(jī)的CNC接口輸入。從CNC裝置的工作方式看，分為存儲(chǔ)工作方式輸入和NC工作方式輸入。（2）譯碼將輸入的數(shù)控加工程序翻譯成CNC裝置能識(shí)別的代碼形式，并按約定的格式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。代碼識(shí)別是通過(guò)軟件將數(shù)控加工程序緩沖器中的內(nèi)碼讀出，并判斷該數(shù)據(jù)的屬性。 （3）數(shù)據(jù)處理一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)

23、算以及輔助功能的處理等。刀具半徑補(bǔ)償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡。速度計(jì)算式解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。 2.插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序插補(bǔ)運(yùn)算程序完成NC系統(tǒng)中插補(bǔ)器的功能，即實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸脈沖分配功能。脈沖分配包括點(diǎn)位、直線及曲線三個(gè)方面。插補(bǔ)計(jì)算是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的程序，要盡可能減少該程序中的指令條數(shù)，即縮短進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算的時(shí)間。有些系統(tǒng)采用粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)相結(jié)合的方法。位置控制的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用差值去控制進(jìn)給電機(jī)。3.速度控制程序速度指令以兩種方式給出：一種是以每分鐘進(jìn)給量（或代碼）給出；另一種是以主軸每轉(zhuǎn)毫米數(shù)給出。速度

24、控制可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一種是用軟件方法，另一種用定時(shí)計(jì)數(shù)電路由外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)運(yùn)用中斷方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.系統(tǒng)管理程序5.診斷程序1.控制功能 數(shù)控系統(tǒng)能控制的軸數(shù)和能同時(shí)控制（聯(lián)動(dòng)）的軸數(shù)是其主要性能之一?？刂戚S有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸，有基本軸和附加軸。通過(guò)軸的聯(lián)動(dòng)可以完成輪廓軌跡的加工。2.準(zhǔn)備功能 即G指令代碼，用來(lái)指定機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的功能。3.插補(bǔ)功能 數(shù)控系統(tǒng)是通過(guò)軟件插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡控制的。數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能實(shí)際上分為粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)，插補(bǔ)軟件每次插補(bǔ)一個(gè)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(gè)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)。1.3.3數(shù)控系統(tǒng)的功

25、能數(shù)控系統(tǒng)的功能4.進(jìn)給功能 采用F指令代碼直接指定數(shù)控機(jī)床加工的進(jìn)給速度。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。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。進(jìn)給倍率 操作面板上設(shè)置了進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)，倍率可以在 0-200%之間變化，每擋間隔10%。5.主軸功能轉(zhuǎn)速的編碼方式。一般用S指令代碼指定，一般用地址符S后加兩位數(shù)字或四位數(shù)字表示，單位分別為r/min和mm/min。指定恒定線速度。主軸定向準(zhǔn)停。6.輔助功能 用M指令代碼表示，用來(lái)指定主軸的啟、停和轉(zhuǎn)向；切削液的開(kāi)和關(guān)；刀庫(kù)的啟和停等，一般是開(kāi)關(guān)量控制。7.刀具功能 用來(lái)選擇所需的刀具，刀具功能是以地址符T為首，

26、后面跟兩位或四位數(shù)字，代表刀具的編號(hào)。8.補(bǔ)償功能 補(bǔ)償功能是通過(guò)輸入到數(shù)控系統(tǒng)存儲(chǔ)器的補(bǔ)償量，根據(jù)編程軌跡重新計(jì)算刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)尺寸，從而加工出符合要求的工件。刀具的尺寸補(bǔ)償，如刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償和刀尖圓弧補(bǔ)償。絲杠的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償或熱變形補(bǔ)償。9.字符、圖像顯示功能 10.自診斷功能 11.通信功能 12.人機(jī)交互圖形編輯功能 廣泛地應(yīng)用廣泛地應(yīng)用微機(jī)資源微機(jī)資源 小型化小型化以滿足機(jī)電一體化的要求以滿足機(jī)電一體化的要求 改善改善人機(jī)接口人機(jī)接口，方便用戶使用，方便用戶使用 提高數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的提高數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的成套性成套性 研究開(kāi)發(fā)研究開(kāi)發(fā)智能型智能型數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控

27、系統(tǒng) 根據(jù)市場(chǎng)需要，開(kāi)發(fā)根據(jù)市場(chǎng)需要，開(kāi)發(fā)適銷對(duì)路適銷對(duì)路的數(shù)控產(chǎn)品的數(shù)控產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)新新的數(shù)控的數(shù)控產(chǎn)品產(chǎn)品 1.3.4數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1.4數(shù)控系統(tǒng)與現(xiàn)代制造系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS）克服了傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線只能適用于大量生產(chǎn)的局限性，體現(xiàn)了對(duì)中小批量、多品種生產(chǎn)的適用性，提高了制造過(guò)程的柔性和質(zhì)量，提高了設(shè)備的利用率，縮短了生產(chǎn)周期，也提高了企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求變化的響應(yīng)速度和競(jìng)爭(zhēng)能力。 柔性相對(duì)于剛性而言，可表述為兩個(gè)方面： 1）系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程

28、度來(lái)衡量； 2）系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，用在有干擾情況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來(lái)衡量柔性。 根據(jù)“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)”的定義，F(xiàn)MS被定義為：“柔性制造系柔性制造系統(tǒng)（統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱FMS）是數(shù)）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)柔性制造單元柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！?美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)的計(jì)算

29、機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會(huì)把柔性制造系統(tǒng)定義為：“使用計(jì)算機(jī)控制柔性工作站柔性工作站和集成物集成物料運(yùn)儲(chǔ)裝置料運(yùn)儲(chǔ)裝置來(lái)控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)。”FMS的定義的定義 1930年德國(guó)首先提出“模塊化構(gòu)造”的設(shè)計(jì)方法。 1977年日本開(kāi)始研制柔性加工單元（FMC），明確地引進(jìn)了模塊化構(gòu)造的概念：按不同功能制造模塊，其獨(dú)立性很強(qiáng)，模塊化的功能單元可獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)控制系統(tǒng)是由上述模塊組成的多級(jí)系統(tǒng)。 模塊化與成組技術(shù)、柔性生產(chǎn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等現(xiàn)代制造技術(shù)之間的關(guān)系時(shí)相輔相成、互相支持的。 1.4.1柔性制造模塊（柔性制造模塊（FMM） 柔性制造模塊（Flexib

30、le Manufacturing Module）是一臺(tái)擴(kuò)展了許多自動(dòng)化功能（如托盤(pán)交換器、托盤(pán)庫(kù)或料庫(kù)、刀庫(kù)、上下料機(jī)械手等）的數(shù)控加工設(shè)備，是最小規(guī)模的柔性制造設(shè)備。 由單臺(tái)CNC機(jī)床配以工件自動(dòng)裝卸裝置組成。 可有多種不同形式的組合。如加工箱體零件的加工中心： 配以托盤(pán)交換器（APC）； 配以多托盤(pán)運(yùn)載交換器（APM）組成； 配以工件托盤(pán)存放站，中間通過(guò)機(jī)器人傳遞、裝卸工件。 本身可獨(dú)立運(yùn)行，但不具備工件、刀具的供應(yīng)管理功能，沒(méi)有生產(chǎn)調(diào)度功能。 柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell）包括1-2臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存儲(chǔ)設(shè)備。 能完成整套工

31、藝操作，并在毛坯和工具儲(chǔ)量保證的情況下獨(dú)立工作，并具有一定的生產(chǎn)調(diào)度能力，能適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品。 柔性最高，已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。1.4.2柔性制造單元（柔性制造單元（FMC） 柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）包括4臺(tái)或更多的數(shù)控加工設(shè)備、FMM或FMC，是規(guī)模更大的FMC或由FMC為子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)。 由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來(lái)，可在不停機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。 是使用柔性制造技術(shù)最具代表性的控制制造自動(dòng)化系統(tǒng)。1.4.3柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMS） 系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制和管理，系統(tǒng)采用了NC控制為主的多臺(tái)加工設(shè)備和其他生產(chǎn)設(shè)備；系統(tǒng)中的加工設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)物料輸送裝置連接。FMS的基本組成的基本組成柔性具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：柔性具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、設(shè)備柔性、設(shè)備柔性 2、工藝柔性、工藝柔性 3、產(chǎn)品柔性、產(chǎn)品柔性 4、工序柔性、工序柔性 5、運(yùn)行柔性、運(yùn)行柔性 6、批量柔性、批量柔性 7、擴(kuò)展柔性、擴(kuò)展柔性 8、