計(jì)算機(jī)數(shù)字控制優(yōu)選ppt資料

第四章計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(shùzìkòngzhì)第一頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)計(jì)算機(jī)硬件(yìnɡjiàn)電路伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床(shùkònɡjīchuánɡ)數(shù)控指令輸入本章內(nèi)容概述CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)可編程控制器（PLC）典型的CNC系統(tǒng)簡(jiǎn)介

CNC裝置第二頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.1概述 從自動(dòng)控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置、速 度（還包括電流）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(duì)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)。 從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用(tōngyòng)硬件 和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。第三頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)CNC系統(tǒng)(xìtǒng)平臺(tái)操作系統(tǒng)(cāozuòxìtǒnɡ)硬 件管理軟件控制軟件接口4.1概述

數(shù)控加工程序

被控設(shè)備機(jī)床機(jī)器人測(cè)量機(jī)

......第四頁，共67頁。主軸電機(jī)進(jìn)給伺服電機(jī)機(jī)床(jīchuáng)控制面板CNC CNC鍵盤(jiànpán)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 I/O模塊等 PC+CNC+PLC 驅(qū)動(dòng)(qūdònɡ)系統(tǒng)電子手輪第五頁，共67頁。CNC4.1概述 CNC系統(tǒng)(xìtǒng)基本組成第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)CNC裝置由硬件和軟件組成，軟件在硬件的支持下運(yùn)行(yùnxíng)，離開軟件硬件便無法工作，二者缺一不可。第六頁，共67頁。CNC4.1概述(ɡàishù)

第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)CNC裝置(zhuāngzhì)軟件系

統(tǒng)初始化系統(tǒng)控制軟件程序管理編輯存儲(chǔ)錄放管理軟件控制軟件輸入程序輸出程序顯示程序診斷程序譯碼程序補(bǔ)償計(jì)算速度控制插補(bǔ)程序位控程序圖4.1CNC軟件的構(gòu)成

軟件結(jié)構(gòu)：是一種用于零件加工的、實(shí)時(shí)控制的、特殊的（或稱專用的）計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。功能特征:其操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)的靈魂。第七頁，共67頁。CNC4.1概述(ɡàishù) CNC裝置的組成

第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)CNC裝置(zhuāngzhì)硬件組成第八頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.1概述 CNC系統(tǒng)工作過程 輸入→譯碼→數(shù)據(jù)處理→插補(bǔ)→將各個(gè)坐標(biāo)軸的分量送到各控制軸的驅(qū)動(dòng)電路(diànlù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大去驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)→實(shí)時(shí)位置反饋控制，使各個(gè)坐標(biāo)軸能精確地走到所要求的位置。 1）輸入 輸入內(nèi)容——零件程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。 輸入方式——磁盤輸入、光盤輸入、鍵盤輸入、通訊接口輸入及連接上位計(jì)算機(jī)的DNC接口輸入。第九頁，共67頁。CNC2）譯碼：以一個(gè)程序段為單位，根據(jù)一定(yīdìng)的語法規(guī)則解釋、翻譯成 計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定(yīdìng)的數(shù)據(jù)格式存放在指定的 內(nèi)存專用區(qū)內(nèi)。3）數(shù)據(jù)處理：包括刀具補(bǔ)償，速度計(jì)算以及輔助功能的處理等。4）插補(bǔ)：通過插補(bǔ)計(jì)算程序在一條曲線的已知起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行 “數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作”。5）位置控制：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，用其差值去控制進(jìn)給伺服電機(jī)。6）I/O處理：處理CNC裝置與機(jī)床之間的強(qiáng)電信號(hào)輸入、輸出和控 制。7）顯示：零件程序、參數(shù)、刀具位置、機(jī)床狀態(tài)等。8）診斷：檢查一切不正常的程序、操作和其他錯(cuò)誤狀態(tài)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第十頁，共67頁。CNC4.2CNC裝置的硬件(yìnɡjiàn)結(jié)構(gòu) CNC裝置的硬件(yìnɡjiàn)結(jié)構(gòu) 按其中含有CPU的多少可分為： 單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)； 按電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為： 大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第十一頁，共67頁。CNC4.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)—單微處理(chǔlǐ)機(jī) : 以一個(gè)CPU（中央處理(chǔlǐ)器）為核心，CPU通過總線與存儲(chǔ) 器和各種接口相連接，采取集中控制、分時(shí)處理(chǔlǐ)的工作 方式，完成數(shù)控加工各個(gè)任務(wù)。 ?一個(gè)微處理(chǔlǐ)器完成所有的功能 ?采用總線結(jié)構(gòu) ?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn) ?功能受限制 單微處理(chǔlǐ)器結(jié)構(gòu)組成： 微處理(chǔlǐ)器（運(yùn)算、控制）、存儲(chǔ)器、總線、接口；第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第十二頁，共67頁。CNC4.2CNC裝置(zhuāngzhì)的硬件結(jié)構(gòu)—單微處理機(jī)CPUROMRAMIN接口(jiēkǒu)OUT接口(jiēkǒu)可編程 控制MDI/CRT 接口位置控制其它接口總線單微處理器硬件結(jié)構(gòu)圖第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第十三頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置4.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)—單微處理機(jī)存儲(chǔ)器：只讀存儲(chǔ)器（ROM）：系統(tǒng)程序；隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）：運(yùn)算的中間結(jié)果、需顯示的數(shù)據(jù)、運(yùn)行(yùnxíng)中的狀態(tài)、標(biāo)志信息；CMOSRAM或磁泡存儲(chǔ)器：加工的零件程序、機(jī)床參數(shù)、刀具參數(shù)；第十四頁，共67頁。CNC4.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)——單微處理機(jī)位置控制單元： ?對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸位置進(jìn)行控制（包括位置 和速度控制）；對(duì)主軸控制，一般(yībān)只包括速度控制； ?C軸位置控制：包括位置和速度控制； ?刀庫位置控制（簡(jiǎn)易位置控制）。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第十五頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—多微處理機(jī)

在一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器，分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)控功能。特點(diǎn)： 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。容錯(cuò)能力(nénglì)強(qiáng)，在某模塊出了故障后，通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。第十六頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—多微處理機(jī) 結(jié)構(gòu)形式：主從(zhǔcóng)式、分布式、總線式。 主從(zhǔcóng)式：主控CPU、從控CPU，主控CPU才能控制和訪問總線，通過總線對(duì)從控CPU控制、監(jiān)視、協(xié)調(diào)。分布式：各CPU獨(dú)立、完整，通過外部通信鏈路連接起來，數(shù)據(jù)交換和資源共享通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 總線式（多主式）：主總線連接多個(gè)CPU，可直接訪問 所有系統(tǒng)資源,通過總線仲裁器解決總線爭(zhēng)用問題。 典型結(jié)構(gòu):共享總線型、共享存儲(chǔ)器型及混合型結(jié)構(gòu)。第十七頁，共67頁。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)?C軸位置控制：包括位置和速度控制；塊之間的互連和通訊；機(jī)床(jīchuáng)控制面板第六十四頁，共67頁。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工，速度計(jì)算是根據(jù)編程的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長(zhǎng)。ü高精度（納米）輪廓控制；具有多種管理功能：刀具及其壽命管理、故障、工作記錄等;在程序執(zhí)行前，對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理和多段塊之間的互連和通訊；第五十二頁，共67頁。配備多種接口(jiēkǒu)。通過接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸電機(jī)。數(shù)控機(jī)床(shùkònɡjīchuánɡ)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)2CNC系統(tǒng)(xìtǒng)中的PLCCNCFANUCBUS 操作面板(miànbǎn) 圖形顯示模塊(CPU)通信(tōngxìn)模塊 (CPU)自動(dòng)(zìdòng)編程模塊 (CPU)主存儲(chǔ)器模塊插補(bǔ)模塊 (CPU)PLC模塊 (CPU) I/O單元位置控制模塊 (CPU)伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸控制模塊(CPU) 主軸單元FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—多微處理機(jī)1)共享總線結(jié)構(gòu)

CRT/MDI第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第十八頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—多微處理機(jī) 1）共享總線結(jié)構(gòu)的特征：功能模塊分為帶有CPU的主模塊和從模塊（RAM/ROM，I/O模塊）；以系統(tǒng)總線為中心(zhōngxīn)，所有的主、從模塊都插在嚴(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)（電路）來裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問題。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第十九頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件(yìnɡjiàn)結(jié)構(gòu)—多微處理機(jī)2)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) I/O(CPU)公共(gōnggòng)存 儲(chǔ)器 插補(bǔ) (CPU)多CPU共享存儲(chǔ)器框圖(kuàngtú)從機(jī)床來的控制信號(hào) CRT (CPU)至機(jī)床的控制信號(hào) 軸控制 （CPU）第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第二十頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)(jiégòu)—多微處理機(jī)2）共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)(jiégòu)的特征： 面向公共存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)，即采用多端口來實(shí)現(xiàn)各主模 塊之間的互連和通訊；采用多端口控制邏輯來解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問多端 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)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)(jiégòu)一般采用雙端口存儲(chǔ)器（雙端口 RAM）。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第二十一頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—大板結(jié)構(gòu)：將所有或大部分硬件電路集中設(shè)計(jì)在一塊大印刷電路板上，在其插槽內(nèi)插入部分輔助小印刷電路板，構(gòu)成硬件，配合軟件(ruǎnjiàn)實(shí)現(xiàn)預(yù)定數(shù)控功能。 大 板 式 結(jié) 構(gòu)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第二十二頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—模塊化結(jié)構(gòu)

將CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制、位置控制、顯示部件(bùjiàn)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，軟硬件模塊形成一個(gè)功能模塊。將各功能模塊以總線方式實(shí)現(xiàn)連接，以積木方式構(gòu)成CNC裝置。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第二十三頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.2CNC系統(tǒng)(xìtǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)

開放的含義——可移植性：系統(tǒng)(xìtǒng)的應(yīng)用模塊無需經(jīng)過任何改變就可以用于另一平臺(tái)，仍然保持原有特性?？蓴U(kuò)展性：不同應(yīng)用模塊可在同一平臺(tái)上運(yùn)行?？蓞f(xié)同性：不同應(yīng)用模塊能夠協(xié)同工作，并以確定方式交換數(shù)據(jù)。規(guī)模可變：應(yīng)用模塊的功能和性能以及硬件的規(guī)?？砂凑招枰{(diào)整。第二十四頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)(xìtǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)單元(dānyuán) 軟件 配置(pèizhì) 單元標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)硬件硬件數(shù)控系統(tǒng)配置基本硬件DOS(WINDOWS)

數(shù)控功能 應(yīng)用程序

應(yīng)用程序接口實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)NC構(gòu)件庫第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第二十五頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)—開放式數(shù)控結(jié)構(gòu) ①軟數(shù)控：SoftCNC，以PC機(jī)為平臺(tái)，數(shù)控功能由軟件模塊實(shí)現(xiàn)，但要決實(shí)時(shí)性的問題。通過接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸電機(jī)。全方位開放。 ②PC內(nèi)嵌入運(yùn)動(dòng)控制卡:把多軸運(yùn)動(dòng)控制卡插入傳統(tǒng)的PC中，實(shí)現(xiàn)以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制（作為數(shù)控功能運(yùn)行）。PC作為人機(jī)接口平臺(tái)。易實(shí)現(xiàn)，研究(yánjiū)單位和高校。 ③PC內(nèi)嵌入專用數(shù)控模塊：增加一塊PC板，提供鍵盤，使PC與CNC聯(lián)系在一起的方案。可界面開放，提高人機(jī)界面的功能。專業(yè)CNC系統(tǒng)廠家（如fanuc，siemens等）。第二十六頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件(yìnɡjiàn)結(jié)構(gòu)—開放式數(shù)控結(jié)構(gòu) ARM+DSP嵌入式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第二十七頁，共67頁。CNC4.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)ARM微處理器：接受指令、編譯；并行多任務(wù)調(diào)度和資源管理等。配備多種接口(jiēkǒu)。DSP數(shù)字信號(hào)處理器：采用哈佛結(jié)構(gòu)，處理速度快；運(yùn)算能力強(qiáng)；方便用戶設(shè)計(jì)和調(diào)試等。在高性能數(shù)控系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第二十八頁，共67頁。CNC操作系統(tǒng)(cāozuòxìtǒnɡ)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理輸入輸出管理機(jī)床輸入輸出位置控制故障診斷處理插補(bǔ)運(yùn)算主軸控制編譯處理刀具補(bǔ)償......4.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 4.3.1CNC系統(tǒng)軟件的組成與功能(gōngnéng)組成：由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第二十九頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件(ruǎnjiàn)的功能程序(chéngxù)緩沖存儲(chǔ) 區(qū)譯碼緩沖(huǎnchōng)存儲(chǔ) 區(qū)插補(bǔ)緩沖存儲(chǔ) 區(qū)插補(bǔ)工作存儲(chǔ) 區(qū)插補(bǔ)輸出存儲(chǔ) 區(qū)程序譯碼插補(bǔ)準(zhǔn)備交換插補(bǔ)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置功能：①輸入程序；②譯碼程序；③數(shù)據(jù)處理程序；④刀具半徑補(bǔ)償；⑤速度處理；⑥插補(bǔ)計(jì)算；⑦位置控制軟件；⑧輸出程序。

第三十頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)(xìtǒng)的軟件程序緩沖(huǎnchōng)存儲(chǔ) 區(qū)譯碼緩沖(huǎnchōng)存儲(chǔ) 區(qū)插補(bǔ)緩沖存儲(chǔ) 區(qū)插補(bǔ)工作存儲(chǔ) 區(qū)插補(bǔ)輸出存儲(chǔ) 區(qū)程序譯碼插補(bǔ)準(zhǔn)備交換插補(bǔ)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置功能：①輸入程序

把加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入到CNC裝置中。4.3.1CNC系統(tǒng)軟件的組成與功能第三十一頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件功能：②譯碼程序?qū)⒊绦蚨沃械墓ぜ喞畔?、進(jìn)給速度等工藝信息和輔助信息翻譯成計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并按一定格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。翻譯過程中對(duì)程序段進(jìn)行語法錯(cuò)誤檢查和邏輯(luójí)錯(cuò)誤檢查，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即報(bào)警。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.3.1CNC系統(tǒng)軟件(xìtǒnɡruǎnjiàn)的組成與功能③數(shù)據(jù)處理程序刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償、速度處理、輔助功能等處理。第三十二頁，共67頁。CNC刀補(bǔ)處理的主要工作：根據(jù)G90/G91計(jì)算零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值。根據(jù)R和G41/42，計(jì)算本段刀具(dāojù)中心軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)值。根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進(jìn)行段間連接處理。

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B（XB，YB）G41 G42

A（XA，YA）

XY4.3CNC系統(tǒng)(xìtǒng)的軟件 ④刀具半徑補(bǔ)償?shù)谒恼掠?jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第三十三頁，共67頁。CNC對(duì)加工輪廓(lúnkuò)的連接都是以圓弧進(jìn)行的。C刀補(bǔ)采用直線作為輪廓之間的過渡，因此，它的尖角性好，并且它可自動(dòng)(zìdòng)預(yù)報(bào)(在內(nèi)輪廓加工時(shí))過切，以避免產(chǎn)生過切。C”C

BB’A A ’G41刀具(dāojù)刀具編程軌跡

G42刀具中心軌跡C’4.3CNC系統(tǒng)的軟件刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒ā狟刀補(bǔ)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第三十四頁，共67頁。CNC直線(zhíxiàn)與直線(zhíxiàn)轉(zhuǎn)接直線(zhíxiàn)與圓弧轉(zhuǎn)接圓弧與直線(zhíxiàn)轉(zhuǎn)接圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接4.3CNC系統(tǒng)的軟件刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?fāngfǎ)——C刀補(bǔ)——程序軌跡轉(zhuǎn)接類型第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)縮短型轉(zhuǎn)接伸長(zhǎng)型轉(zhuǎn)接插入型轉(zhuǎn)接第三十五頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件⑤速度處理：加工程序給定(ɡěidìnɡ)的進(jìn)給速度是合成速度，無法直接控制。速度處理要做的工作是根據(jù)合成速度來計(jì)算各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的分速度。開環(huán)系統(tǒng):通過控制向步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。速度計(jì)算的方法是根據(jù)編程的F值來確定該頻率值。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工，速度計(jì)算是根據(jù)編程的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長(zhǎng)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第三十六頁，共67頁。CNCOA958734216104.3CNC系統(tǒng)的軟件(ruǎnjiàn) ⑥插補(bǔ)計(jì)算 在給定輪廓線上的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，插入多個(gè)中間 點(diǎn)位置坐標(biāo)的運(yùn)算過程。 中間點(diǎn)的插入是根據(jù)一定的算法由數(shù)控裝置控制軟 件或硬件自動(dòng)完成。 YXA(5,3)XY第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第三十七頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件⑦位置控制軟件 每個(gè)位置反饋采樣周期，將插補(bǔ)給(bǔjǐ)定值與反饋值進(jìn)行比較，用差值去控制電機(jī)。插補(bǔ)速度(sùdù)控制單元位控電機(jī)(diànjī)

速檢位檢第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第三十八頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件⑧輸出(shūchū)程序 進(jìn)行伺服控制 反向間隙補(bǔ)償 絲杠螺距誤差補(bǔ)償 M、S、T輔助功能輸出(shūchū) 管理程序 診斷程序第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第三十九頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件4.3.2CNC系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn):多任務(wù)性與并行處理技術(shù)多任務(wù)性：顯示、譯碼、刀補(bǔ)、速度處理、插補(bǔ)處理、位置控制、…并行處理：系統(tǒng)在同一時(shí)間間隔或同一時(shí)刻內(nèi)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上任務(wù)處理。并行處理的實(shí)現(xiàn)方式(fāngshì)： ☆資源分時(shí)共享（單CPU） ☆資源重疊流水處理（多CPU）第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第四十頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件 ☆資源分時(shí)共享并行處理（對(duì)單一資源的系統(tǒng)）?在單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，可采用“資源分時(shí)共享”并行處理技術(shù)。即：在規(guī)定的時(shí)間(shíjiān)長(zhǎng)度（時(shí)間(shíjiān)片）內(nèi)，根據(jù)各任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，規(guī)定它們占用CPU的時(shí)間(shíjiān)，使它們分時(shí)共享系統(tǒng)的資源。?“資源分時(shí)共享”的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配問題。其二：各任務(wù)占用CPU的時(shí)間(shíjiān)長(zhǎng)度，即時(shí)間(shíjiān)片的分配問題。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第四十一頁，共67頁。診斷 I/OV處理(chǔlǐ)S輸入(shūrù)插補(bǔ)準(zhǔn)備(zhǔnbèi)顯示CNC

初始 化插補(bǔ)位控鍵盤中斷級(jí)別高中斷級(jí)別低資源（CPU）分時(shí)共享時(shí)間分配圖

第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置4.3CNC系統(tǒng)的軟件第四十二頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件 ☆并發(fā)處理和流水處理（對(duì)多資源的系統(tǒng)） 在多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，根據(jù)各任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)程度，可采用以下兩種并行處理技術(shù)： ?若任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度不高，則可讓其分別在不同的CPU上 同時(shí)執(zhí)行——并行處理； ?若任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度較高，即一個(gè)任務(wù)的輸出是另一個(gè)任務(wù)的輸入，則可采取(cǎiqǔ)流水處理的方法來實(shí)現(xiàn)并行處理。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第四十三頁，共67頁。時(shí)間(shíjiān)CNC并行處理空間順序(shùnxù)處理 流水處理技術(shù)示意圖輸出輸出CPU1123123

t2ttt+△t時(shí)間(shíjiān)323232輸輸輸出出出CPU1111CPU3CPU2第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置4.3CNC系統(tǒng)的軟件空間第四十四頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件 分類： ①前后臺(tái)型結(jié)構(gòu) 前臺(tái)程序:主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診斷等實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序。后臺(tái)程序(背景程序):完成顯示、程序編輯管理、系統(tǒng)輸入/輸出、插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理)等弱實(shí)時(shí)性的任務(wù)，它是一個(gè)循環(huán)(xúnhuán)運(yùn)行的程序，其在運(yùn)行過程中，不斷地定時(shí)被前臺(tái)中斷程序所打斷，前后臺(tái)相互配合來完成零件的加工任務(wù)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第四十五頁，共67頁。CNC第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)4.3CNC系統(tǒng)的軟件 ②中斷型結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對(duì)各級(jí)中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。 ③功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)多微處理器CNC裝置一般(yībān)采用模塊化結(jié)構(gòu),每個(gè)微處理器承擔(dān)不同任務(wù),形成特定功能模塊,軟件模塊化，各功能模塊之間有明確的接口。第四十六頁，共67頁。CNC軸控制功能 完成一個(gè)工序的加工。這相當(dāng)于在一臺(tái)多通道模塊化數(shù)控系 統(tǒng)機(jī)床(jīchuáng)上可完成過去最多達(dá)16臺(tái)機(jī)床(jīchuáng)的加工。 自動(dòng)上下料的軸控制在PLC里增加了位置控制功能，補(bǔ)充系統(tǒng)軸控制數(shù)的不足 軸同步控制功能4.3CNC系統(tǒng)的軟件數(shù)控系統(tǒng)功能發(fā)展趨勢(shì)： 多通道控制功能 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑、磨、鉆等16個(gè)以上工序的加工及動(dòng)作，而 目前(mùqián)國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)，即使是最先進(jìn)的5軸聯(lián)動(dòng)，也只能同時(shí)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第四十七頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)(xìtǒng)的軟件—系統(tǒng)(xìtǒng)功能發(fā)展趨勢(shì)高精高速加工的控制功能 精細(xì)加減速功能，以減少加工沖擊力；銳角加工時(shí)最佳的自動(dòng)減速功能； 追求(zhuīqiú)小的程序段插補(bǔ)時(shí)間；…….前饋控制(kòngzhì)：前瞻控制(kòngzhì)：補(bǔ)償由于反饋滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。在程序執(zhí)行前，對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理和多段緩沖，從而控制刀具以很小的誤差進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第四十八頁，共67頁。CNC直線(zhíxiàn)插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)樣條插補(bǔ)漸開線插補(bǔ)螺旋插補(bǔ)極坐標(biāo)插補(bǔ)指數(shù)曲線插補(bǔ)圓柱插補(bǔ)假想坐標(biāo)插補(bǔ)逆向插補(bǔ)多種插補(bǔ)功能4.3CNC系統(tǒng)的軟件—系統(tǒng)功能發(fā)展趨勢(shì) 反向間隙(jiànxì)補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償直線度補(bǔ)償垂直(chuízhí)度補(bǔ)償機(jī)械坐標(biāo)系補(bǔ)償工件坐標(biāo)系補(bǔ)償斜角補(bǔ)償意外的力矩?cái)_動(dòng)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償阻尼誤差補(bǔ)償機(jī)械空間誤差補(bǔ)償機(jī)械誤差補(bǔ)償功能第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第四十九頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件(ruǎnjiàn)—系統(tǒng)功能發(fā)展趨勢(shì)

豐富的顯示功能：實(shí)時(shí)圖形顯示、PLC梯形圖顯示等;豐富的編程功能;伺服系統(tǒng)數(shù)據(jù)和波形的顯示，伺服系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定;具有多種管理功能：刀具及其壽命管理、故障、工作記錄等;PLC程序編制方法(fāngfǎ)增加：廣泛采用C語言編寫PLC程序;幫助功能:系統(tǒng)不但顯示報(bào)警內(nèi)容，而且能指出解決問題的方法(fāngfǎ)。人機(jī)界面的友好第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第五十頁，共67頁。CNC4.3CNC系統(tǒng)的軟件 網(wǎng)絡(luò)功能 RS232串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口、現(xiàn)場(chǎng)總線接口。 安全與維修性不斷完善 1）硬軟件的限位。 2）急停。 3）卡盤和尾座干涉區(qū)的設(shè)定。 4）各種互鎖功能。 5）移動(dòng)前的行程檢查(jiǎnchá)。 6）各種安全報(bào)警的顯示。 7）伺服監(jiān)控顯示。 8）輸入輸出界面顯示。 9）注重遠(yuǎn)距離故障診斷和維修功能開發(fā)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第五十一頁，共67頁。CNC可編程控制器的基本(jīběn)組成微處理器存儲(chǔ)器輸入(shūrù)部分輸出(shūchū)部分編程器CPUEEPROM 用戶程序

EPROM系統(tǒng)軟件總線RAM編程器電源輸入輸出模塊功能開關(guān)和指示器4.4可編程控制器PLC .1定義可編程控制器最早在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上使用并獲得了成功。它是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和通信技術(shù)的一種新型工業(yè)控制裝置。 電池第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第五十二頁，共67頁。CNC4.4可編程控制器PLC 程序執(zhí)行過程(guòchéng)第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第五十三頁，共67頁。CNC4.4可編程控制器PLC程序執(zhí)行過程： （1）輸入采樣階段 以掃描方式順序讀入所有(suǒyǒu)輸入端子的狀態(tài)并存入輸入狀態(tài)寄存器。 （2）程序執(zhí)行階段 按先左后右、先上后下的次序逐條掃描內(nèi)存中的每一條指令，并從輸入狀態(tài)寄存器中讀入所有(suǒyǒu)輸入端子的狀態(tài)。輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容是由指令的執(zhí)行結(jié)果決定的。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第五十四頁，共67頁。CNC 4.4可編程控制器PLC程序執(zhí)行過程：（3）輸出刷新階段當(dāng)所有的指令(zhǐlìng)執(zhí)行完畢后，由控制器將輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)儲(chǔ)到輸出鎖存器中，這才是PLC的實(shí)際輸出。至此，PLC完成了一個(gè)工作循環(huán)。第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(zhuāngzhì)第五十五頁，共67頁。CNC4.4可編程控制器PLC4.4.2CNC系統(tǒng)(xìtǒng)中的PLC數(shù)控裝置可編程控制器操作(cāozuò)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(jīchuáng)之間的關(guān)系圖第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第五十六頁，共67頁。CNCCNC

計(jì) 算 機(jī)PLCI/O

電 路操作(cāozuò)面板強(qiáng)電電路 主軸單元進(jìn)給控制(kòngzhì)單元進(jìn)給電動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)作(dòngzuò)換刀動(dòng)作(dòngzuò)冷卻排屑 主軸電動(dòng)機(jī)

MS、TCNC

裝 置4.4可編程控制器PLC類型——內(nèi)裝型、獨(dú)立型從屬于CNC裝置，PLC與NC間的信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置MDI/CRT面板第五十七頁，共67頁。CNCCNC

計(jì) 算 機(jī)I/O

電 路操作面板強(qiáng)電電路 主軸(zhǔzhóu)速度 控制單元進(jìn)給控制(kòngzhì)單元進(jìn)給電動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)作(dòngzuò)換刀動(dòng)作(dòngzuò)冷卻排屑 主軸電動(dòng)機(jī)

MS、TI/O

電 路

PLC裝置I/O電PLC路CNC

裝 置4.4可編程控制器PLC

獨(dú)立型PLC獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。

第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置MDI/CRT面板第五十八頁，共67頁。第Ⅰ類與驅(qū)動(dòng)命令有關(guān)的連接電路傳送的信息是數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)單元（即速度控制環(huán)）、伺服電機(jī)、位置檢測(cè)和速度檢測(cè)之間的控制信息及反饋信息，屬于數(shù)控及伺服控制。