數(shù)控技術(shù)第4章

第4章

計算機數(shù)字控制裝置(CNC)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.1CNC系統(tǒng)的組成及特點

EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會)所屬的數(shù)控標準化委員會的定義:“CNC是用一個存儲程序的計算機，按照存儲在計算機內(nèi)的讀寫存儲器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的部分或全部功能，在計算機之外的唯一裝置是接口”。

ISO(國際標準化組織)的定義:“數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機床移動和加工零件”。

4.1.1CNC系統(tǒng)的定義與結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕從自動控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運動軸)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)。

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。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕控制單元主軸電機進給伺服電機電子手輪I/O模塊機床控制面板CNC鍵盤驅(qū)動系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕程序輸入設備輸出設備CNC裝置PLC位置檢測器進給電機機床主軸電機主軸控制單元速度控制單元2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備機床機器人測量機

......2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

CNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺；

硬件和軟件的構(gòu)筑方式稱為CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)的重要性：直接關(guān)系到系統(tǒng)的設計、開發(fā)、更新、擴展以及使用、維護的效率、成本。

學習了解CNC體系結(jié)構(gòu)的目的：指導設計開發(fā)；有助于對現(xiàn)有系統(tǒng)的了解、分析、評估、選用、維護、診斷。硬件是基礎，軟件是靈魂2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

美國艾倫?勃蘭特雷公司二十世紀70年代中期生產(chǎn)的7360系統(tǒng)，是世界上第一個CNC系統(tǒng)，是該公司于1971年公布的。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕7360系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)鍵盤CRT閱讀機穿孔機DNC主控計算機主控制面板輔助控制面板工業(yè)處理機I/O多路接口位置反饋直流開關(guān)輸入接口直流電磁驅(qū)動接口主軸伺服入出接口機床伺服輸出調(diào)速環(huán)節(jié)MRIRAM處理機前面板2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器；它是數(shù)控機床特有部件。安裝形式：吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺式2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.1.2CNC系統(tǒng)的軟件輸入數(shù)據(jù)處理程序插補運算及位置控制程序速度控制程序系統(tǒng)管理程序診斷程序方法

1運行中診斷:1）代碼和檢查內(nèi)存

2）格式檢查（奇、偶、補償指令、數(shù)據(jù)超限）

3）雙向傳遞檢查

4）清單檢驗，用打印機、CRT5）電壓溫度、速度檢測監(jiān)控2停機診斷有自診斷程序3通訊診斷由診斷中心進行，發(fā)出診斷程序。接收輸入的零件加工程序，對用標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行翻譯/整理，按所規(guī)定的格式存放。輸入譯碼數(shù)據(jù)處理根據(jù)合成速度計算各運動坐標方向的分速度。控制脈沖分配的速度，即控制插補運算的頻率。對數(shù)據(jù)輸入、處理及加工過程服務等各個子程序進行調(diào)度商業(yè)化的CNC裝置多數(shù)配有自診斷程序。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.1.3計算機數(shù)控系統(tǒng)的特點靈活性通用性可靠性易于實現(xiàn)許多復雜的功能使用維修方便只要改變系統(tǒng)軟件，就可改變和擴展其功能，補充新技術(shù)，延長硬件結(jié)構(gòu)的使用期硬件有多種通用的模塊化結(jié)構(gòu)，易于擴展許多功能由軟件實現(xiàn)，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化,用大規(guī)模和特大規(guī)模通用和專用集成電路如高次曲線插補、動靜態(tài)圖形顯示等功能CNC的診斷程序使維修非常方便2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.2計算機數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：■單微處理機結(jié)構(gòu)■PC數(shù)控系統(tǒng)■多微處理機結(jié)構(gòu)

主從結(jié)構(gòu)多主結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)4.2.1CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成特點系統(tǒng)中只有一個CPU(主CPU)處于主導地位，對系統(tǒng)資源有控制和使用權(quán)，其他CPU處于從屬地位，只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)有兩個或兩個以上的帶CPU的功能部件對系統(tǒng)資源有控制和使用權(quán)。模塊間采用緊耦合。整個系統(tǒng)有兩個或兩個以上的帶CPU的功能模塊，每個模塊有獨立的運行環(huán)境，模塊間采用松耦合。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.2.2單微處理機結(jié)構(gòu)CPUROMRAMIN接口OUT接口閱讀機

接口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)圖以一個CPU（中央處理器）為核心，CPU通過總線與存儲器和各種接口相連接，采取集中控制、分時處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個任務微處理器、存儲器、總線、接口等。接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、數(shù)控技術(shù)中的控制單元部件和接口電路，如位置控制單元、可編程控制器（PLC）、主軸控制單元、穿孔機和紙帶閱讀機接口，以及其它選件接口等2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕微處理器CPU總線EPROMRAM程序輸入/輸出I/O接口位置控制器MDI/CRT可編程控制器通信接口經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.2.3多微處理機結(jié)構(gòu)多微處理機CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點

（1）性能價格比高（2）可靠性高（3）有良好的適應性和擴展性（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)在多微處理機組成的CNC裝置中可以根據(jù)具體情況合理劃分功能模塊：1）CNC管理模塊2）存儲器模塊3）CNC插補模塊4）位置控制模塊5）操作控制數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊6）PLC模塊2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕其他外圍設備I/O接口輔助功能CPU|輸入端|輸出端可編程控制器

CNC插補模塊|位置控制模塊|幾何處理其他功能管理模塊存儲器多微處理機CNC系統(tǒng)并聯(lián)數(shù)據(jù)總線4.2.3多微處理機結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕典型的結(jié)構(gòu):共享總線型、共享存儲器型及混合型結(jié)構(gòu)4.2.3多微處理機結(jié)構(gòu)多微處理機共享總線結(jié)構(gòu)框圖所有主、從模塊都插在配有總線插座的機柜內(nèi)，共享嚴格設計定義的標準系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線的作用是把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)各種預定的功能?？偩€：

STDbus（支持8位和16位字長）

Multibus（Ⅰ型支持16位字長，Ⅱ型支持32位字長）

S-100bus（可支持16位字長）

VERSAbus（可支持32位字長）

VMEbus（可支持32位字長）只有主模塊有權(quán)控制使用系統(tǒng)總線。由于某一時刻只能由一個主模塊占有總線，必須要有仲裁電路來裁決。結(jié)構(gòu)與仲裁總線仲裁及其方式：串行方式和并行方式串行總線仲裁方式：優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置確定。并行總線仲裁方式：專用邏輯電路，優(yōu)先權(quán)編碼方案模塊之間的通訊：公共存儲器2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕串行總線仲裁連接方式主模塊1主模塊2主模塊3總線優(yōu)先權(quán)入總線優(yōu)先權(quán)出總線忙入忙出入忙出優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置決定的。某個主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不占用總線時，才可使用總線，同時通知它后面優(yōu)先權(quán)較低的主模塊不得使用總線。FANUC系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕并行總線仲裁連接方式主模塊1總線優(yōu)總線總線優(yōu)先權(quán)入忙先權(quán)出主模塊3入忙出譯器碼主模塊2入忙出優(yōu)先權(quán)編器碼…要配置專用邏輯電路來解決主模塊的判優(yōu)問題，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方案2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕雙端口存儲器結(jié)構(gòu)框圖多CPU共享存儲器框圖端口1存儲控制邏輯地址和數(shù)據(jù)多路轉(zhuǎn)換器RAM共享存儲器I/O(CPU)CRT(CPU2)軸控制（COU4）插補(CPU3)端口2中斷控制從機床來的控制信號至機床的控制信號共享存儲器結(jié)構(gòu)解決訪問沖突美國GE公司的MTC1-CNC系統(tǒng)采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理機之間的互聯(lián)和通信2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕7M系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)CRT/MDI操作面板模塊(CPU)通信模塊(CPU)自動編程模塊(CPU)主存儲器模塊通信模塊(CPU)I/O單元驅(qū)動伺服單元主軸單元PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊FANUCBUS2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.2.4PC數(shù)控系統(tǒng)（開放式數(shù)控系統(tǒng)）隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，需要一種靈活（功能可組、可擴展、可添加）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，打破當前的“封閉式的”數(shù)控系統(tǒng)。硬件配置單元軟件配置單元標準計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應用程序DOS(WINDOWS)實時多任務操作系統(tǒng)RTM應用程序接口NC構(gòu)件庫開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進展幾大研究計劃美國：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)計劃歐共體：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)計劃日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計劃華中I型——基于IPC的CNC開放體系結(jié)構(gòu)航天I型CNC系統(tǒng)——基于PC的多機CNC開放體系結(jié)構(gòu)開放程度：1）CNC可以直接地或通過網(wǎng)絡運行各種應用軟件2）用戶操作界面的開放。3）NC內(nèi)核的深層次開放(①PC+實時硬插件；②PC+實時軟中斷)。開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：1）在控制系統(tǒng)技術(shù)，接口技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、執(zhí)行器技術(shù)、軟件技術(shù)五大方面開發(fā)出優(yōu)質(zhì)、先進、適銷的經(jīng)濟、合理的開放式數(shù)控系統(tǒng)。2）主攻方向是進一步適應高精度、高效率（高速）高自動化加工的需求。3）網(wǎng)絡化2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕SKY數(shù)控銑床系統(tǒng)框圖2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕I/O設備計算機主板顯示卡功能模板m功能模板1存儲器多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模塊主軸控制模板機床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅(qū)動1功能驅(qū)動m…………系統(tǒng)

總線（BUS）標準PC計算機華中數(shù)控I型CNC系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕運動控制卡運動控制是控制技術(shù)與運動系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以微處理器、DSP為核心，綜合硬件設計、軟件編程、運動軌跡設計、控制算法分析、實時伺服驅(qū)動等功能，以實現(xiàn)對運動軌跡、位移、速度、加速度、力和力矩的自動控制，廣泛應用于機械制造、航空航天、食品、紡織、醫(yī)療衛(wèi)生以及家用電氣等眾多領(lǐng)域。高性能運動控制卡是各類專用數(shù)控系統(tǒng)快速開發(fā)的支撐技術(shù)。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕DeltaTauPMACI型多軸運動控制卡(PCI)數(shù)控系統(tǒng)DeltaTauPMACI型多軸運動控制卡(PC104)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)4.3.1CNC軟硬件組合類型紙帶輸入插補準備插補位控軟件硬件硬件第一種介質(zhì)輸入插補準備插補位控硬件硬件介質(zhì)輸入插補準備插補位控速控電機測量軟件硬件軟件硬件第二種第三種2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.5CNC系統(tǒng)的輸入及數(shù)據(jù)處理

1.零件程序的輸入

零件程序的輸入包括兩方面的內(nèi)容:1）從U盤、鍵盤輸入到零件程序存儲器。

2）從零件程序存儲器將零件程序的程序段送入緩沖器（緩沖存儲區(qū)）。4.5.1CNC系統(tǒng)的輸入2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕存數(shù)過程取數(shù)過程磁盤（U盤）零件程序零件程序緩沖器零件程序存儲器零件程序存儲器零件程序緩沖器譯碼2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕閱讀機零件程序存儲器MDI鍵盤零件程序緩沖區(qū)MDI緩沖區(qū)譯碼磁盤2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.5.2輸入數(shù)據(jù)處理輸入數(shù)據(jù)處理程序又叫插補準備程序，主要任務有3項：譯碼、刀具補償（運動軌跡計算）和進給速度計算。另外，還包括諸如換刀、主軸啟停、冷卻液開、閉等輔助功能。譯碼程序是一個翻譯，即把零件程序段的信息按一定規(guī)則翻譯成計算機系統(tǒng)能識別的數(shù)據(jù)形式，并按系統(tǒng)規(guī)定的格式存放在譯碼結(jié)果緩沖器（DS）中刀具補償包括刀具半徑補償和刀具長度補償，目的是將零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡，減輕程編工作量。刀具補償后刀具中心軌跡的數(shù)據(jù)存放在刀補緩沖器（CS）中速度計算主要解決加工運動中的速度問題。速度處理因插補方式而異，對于脈沖增量插補方式主要是計算輸出脈沖的頻率；對于數(shù)字采樣插補方式則需根據(jù)程編速度計算出采樣周期內(nèi)的位移量(L)。這部分數(shù)據(jù)處理的結(jié)果存放在系統(tǒng)工作緩沖器（AS）中數(shù)據(jù)流動過程

零件程序

緩沖器

BS

零件結(jié)果

緩沖器

DS

刀補處理

緩沖器

CS

系統(tǒng)工作

緩沖器

AS

插補工作

寄存器

OS

譯碼

刀具補償

速度計算

傳送

2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕加工程序譯碼刀補處理速度預處理插補處理位置處理伺服驅(qū)動刀補緩沖區(qū)CS運行緩沖區(qū)OSPLC控制譯碼緩沖區(qū)DS位置反饋插補緩沖區(qū)AS2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（1）譯碼

定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點、終點，直線和圓?。⒓庸に俣菷和其它輔助信息（M.S.T）依照計算機能識別的數(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)語法錯誤立即報警。方法：解釋和編譯。內(nèi)容：代碼識別、各功能代碼的譯碼字符EIA碼ISO碼內(nèi)部代碼字符EIA碼ISO碼內(nèi)部代碼020H30H00HX37HB9H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11H0BHA5H22H2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕經(jīng)代碼識別設立了各功能代碼的標志后，就可以分別對各功能碼進行處理了。對于不同的CNC系統(tǒng)來說，編程格式是有各自的規(guī)定的。可將譯碼結(jié)果緩沖器設計與零件程序段格式相對應。對于16位字長的計算機來說：功能地址碼只要一個單元就夠了。坐標值等以二進制數(shù)存放數(shù)據(jù)的功能字，需準備二個單元。MA～MC，GA～GG是考慮到了CNC系統(tǒng)允許一個程序段中同時出現(xiàn)不止一個準備功能（G代碼）和輔助功能（M代碼）而設置的。在此沒有必要為每一種G代碼或M代碼準備一個單元，因為某些G代碼或M代碼是不允許同時出現(xiàn)在一個程序段中的，即是互相排斥的。例如，G00，G01，G02，G03和G33是不可能在同一程序段中出現(xiàn)的，否則將是編程出錯。如果將G代碼（M代碼）整理分組，把不能同時出現(xiàn)在同一程序段的G代碼（M代碼）歸為一組，就可以縮小緩沖器容量，還能查出編程錯誤。地址碼字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)存放形式N1二——十進制X2二進制Y2二進制Z2二進制I2二進制J2二進制K2二進制F2二進制S2二進制T1二——二進制MA1特征字MB1特征字GA1特征字GB1特征字GC1特征字GD1特征字GE1特征字GF1特征字GG1特征字組號G代碼功能GAG00定位（快速進給）G01直線插補（切削進給）G02順時針圓弧插補G03逆時針圓弧插補G33(G32)螺紋切削GBG04暫停GDG40取削刀具補償G41刀具半徑補償（刀具在工件左側(cè)）G42刀具半徑補償（刀具在工作右側(cè)）GCG28自動返回參考點G29自動離開參考點GEG80取消固定循環(huán)G81~89固定循環(huán)GFG90絕對值輸入方式G91增量值輸入方式GGG92工作坐標系設立2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕譯碼程序2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.5刀具補償原理編制零件加工程序時，零件的尺寸信息取自零件輪廓線，但是實際切削時，CNC系統(tǒng)通過控制刀具中心實現(xiàn)加工軌跡，切削時是使用刀尖或刀刃邊緣完成，這樣就需要在刀具中心與刀具切削點之間進行位置偏置，從而使數(shù)控系統(tǒng)的控制對象由刀具中心變換到刀尖或刀刃邊緣。這種變換的過程就稱之為刀具補償。刀具長度補償?shù)毒甙霃窖a償2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.5.1刀具長度補償假設刀頭半徑RS=0，這時可采用刀具長度測量裝置測出理論刀尖點P相對于刀架參考點的坐標XPF和ZPF，并存入刀具參數(shù)表中

XPF=XPXZPF=ZPZ

2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.5.2刀具半徑補償將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù),刀具半徑補償方法主要分：B刀具半徑補償C刀具半徑補償

B功能刀具半徑補償不能處理尖角過渡問題ABC外輪廓加工內(nèi)輪廓加工轉(zhuǎn)接輪廓加工A’B’C”C’刀具2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕B功能刀具半徑補償計算◆直線加工時刀具半徑補償VSVSYXA(x,y)A’(x’,y’)?y?xOO’?r2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕◆圓弧加工時刀具半徑補償YO圓弧刀具半徑補償rXA′(x0′,Y0′)B′(xe′,Y

e′)B(Xe,,ye)A(X0,,Y0)KRΔXΔYαα2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕C功能刀具半徑補償處理兩個程序段間轉(zhuǎn)接（即尖角過渡）的各種情況

CSASOSDSCNCASOSNCASOSDS改進NCC刀具補償?shù)脑O計思想緩沖寄存器：DS存放再下一個程序段刀補緩沖區(qū)：CS存放下一個的程序段工作寄存器：AS存放正在加工的程序段輸出寄存器：OS存放運算結(jié)果為伺服系統(tǒng)的控制信息2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

刀具半徑補償是在譯碼之后進行，譯碼譯出一段并不立即進行刀補，譯出的若是下一段，則對本段進行刀補，而正在插補加工的是上一段。rrPiPi-1rrPi+1

CNC系統(tǒng)專門設立了刀補緩沖區(qū)CS.

刀補過程:2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕DS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-11Pi-1rPirrPi2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕rrPiPi-1rDS緩沖寄存器PiCS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-1Pi-1DS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-12/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕DS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PiDS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器6PiPi+1Pi+2Pi-1Pi+1PiPi-1Pi+1rPi+1rrPiPi-1rPi+22/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕刀具半徑補償?shù)膱?zhí)行過程分為三個步驟：1）刀補建立——刀具從起刀點接近工件過程中，根據(jù)G41或G42所指定的刀補方向，控制刀具中心軌跡相對原來的編程軌跡的法線方向伸長或縮短一個刀具半徑值的距離。2）刀補進行——控制刀具中心軌跡始終垂直偏移編程軌跡一個刀具半徑值的距離。3）刀補撤消——在刀具撤離工作表面返回到起刀點的過程中，根據(jù)刀補撤消前G41或G42的情況，控制刀具中心軌跡相對原來的編程軌跡法線方向伸長或縮短一個刀具半徑值的距離。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕程序段間轉(zhuǎn)接情況分析180°＜＜360°90°≤＜180°0°＜＜90°直線與直線直線與圓弧圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接方式：依據(jù)前后兩段軌跡的連接方式分為縮短型伸長型插入型據(jù)前后兩段軌跡的矢量夾角和刀補方向分為轉(zhuǎn)接類型：轉(zhuǎn)接角為兩個相鄰零件輪廓段交點處在工件側(cè)的夾角2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕刀補建立示意圖a）縮短型b）伸長型c）插入型刀補進行示意圖a）縮短型b）伸長型c）插入型

刀補撤消示意圖a）縮短型b）伸長型c）插入型2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕方向矢量和刀具半徑矢量為了便于對各種編程情況進行綜合分析，從中找出內(nèi)在規(guī)律來，C刀補計算過程中均采用矢量方法進行（1）方向矢量與運動方向一致的單位矢量，用ld表示2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

刀具半徑矢量與方向矢量a）左刀補b）右刀補（2）刀具半徑矢量指加工過程中始終垂直于編程軌跡，且大小等于刀具半徑值，方向指向刀具中心的矢量。用設運動軌跡相對于X軸的傾角為，直線的方向矢量為ld，刀具半徑為r，刀具半徑矢量為rd

=Xd

i+Ydj，sin

=Yl

cos=Xl

規(guī)定左刀補（G41）時r＞0，右刀補（G42）時r＜0：2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕C伸長型轉(zhuǎn)接：OKJBDAFYGXC插入型轉(zhuǎn)接：JBC’DOFKXYAG縮短型轉(zhuǎn)接：OBADCFJKGYX2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕轉(zhuǎn)接類型的判別XYA(X0,Y0)B(X1,Y1)C(X2,Y2)sin

=sgn

(r)(Y2X1X2Y1)/(d1d2)

cos

=(Y2Y1+X2X1)/(d1d2)

縮短型條件：伸長型條件：插入型條件：2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.5.3刀具半徑補償計算運用矢量方法求出刀補軌跡上的各個轉(zhuǎn)接點坐標值。分：直線接直線直線接圓弧圓弧接直線圓弧接圓弧2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（1）直線接直線Xsl=X1rYl2

Ysl=Y1+rX

l2刀補建立Xsl=X1rYl1

Ysl=Y1+rX

l1刀補撤銷刀補進行（Ⅰ）縮短型2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（Ⅱ）伸長型Xsl=X1rYl1

Ysl=Y1+rX

l1刀補建立Xs2=X1rYl2

Ys2=Y1+rX

l2刀補撤銷刀補進行2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（2）直線接圓弧（Ⅰ）縮短型（Ⅱ）伸長型（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（3）圓弧接直線（Ⅰ）縮短型（Ⅱ）伸長型（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕（4）圓弧接圓弧2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕改變刀補方向改變刀補半徑2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕N3 G91X150LFN4 M08LF（霧狀冷卻）N5 M09LF（關(guān)切削液）N6 Y-50LFN7 X50LFN3 G91X150LFN4 X0LFN5 Y-50LF2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕OAHGA’FefghijklC功能刀具補償實例2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕4.6PLC在CNC系統(tǒng)中的應用

PLC的典型結(jié)構(gòu)完成電信號電平轉(zhuǎn)換、處理器電路與外界的隔離、數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換以及故障指示等功能。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕內(nèi)裝型PLC

獨立型PLCCNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家為實現(xiàn)數(shù)控機床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來設計。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分內(nèi)裝型PLC不能獨立工作2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕ⅰ在硬件上，內(nèi)裝型PLC與CNC裝置共用一個CPU西門子公司的SINUMERIK810、820等數(shù)控系統(tǒng)在硬件上，內(nèi)裝型PLC也可是單獨的CPU♂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)這種PLC的硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)上合理、實用，性能價格比高，適用于類型變化不大數(shù)控機床。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕獨立型PLC由專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品來實現(xiàn)順序控制，稱為獨立型PLC。獨立型PLC的特點※

獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定的控制任務。※

獨立型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。2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕具有獨立型PLC的CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕主要功能例如♀西門子公司的SIMATICS5、S7系列產(chǎn)品♀

FANUC公司的PMC-J系列產(chǎn)品♀A-B公司的PLC系列產(chǎn)品輸入/輸出信號接口技術(shù)規(guī)范程序存儲容量運算和控制功能♀

Canada·Entertron公司SK-1600PLC系列產(chǎn)品2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕用戶程序的循環(huán)掃描過程輸入采樣階段：通常在掃描周期的開始或結(jié)束時，以掃描方式順序讀入所有輸入端的狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，供用戶程序執(zhí)行時取用。程序執(zhí)行階段：在無中斷或跳轉(zhuǎn)指令的情況下，根據(jù)梯形圖程序從首地址開始按自左向右、自上而下的順序，對每條指令逐句進行掃描，掃描一條，執(zhí)行一條。輸出刷新階段：CPU將輸出映像區(qū)的內(nèi)容集中轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，然后傳送到各相應的輸出端子，最后再驅(qū)動實際輸出負載。集中采樣集中輸出2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕電動機的起動與停止控制程序停止優(yōu)先起動優(yōu)先輸入信號輸出信號停止按鈕SB1I0.1接觸器KMQ0.1起動按鈕SB2I0.22/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕FANUC數(shù)控系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的系列與特點（1）FANUC0i系統(tǒng)與FANUCl6/18/21等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，均為模塊化結(jié)構(gòu)。其集成度較FANUC0系統(tǒng)的集成度更高，因此0i控制單元的體積更小，便于安裝排布。（2）采用全字符鍵盤，可用B類宏程序編程，使用方便。（3）用戶程序區(qū)容量比0MD系統(tǒng)大一倍，有利于較大程序的加工。（4）使用編輯卡編寫或修改梯形圖，攜帶與操作都很方便。（5）使用存儲卡存儲或輸入機床參數(shù)、PMC程序以及加工程序，操作簡單方便。（6）系統(tǒng)具有HRV(高速矢量響應)功能，伺服增益設定比0MD系統(tǒng)高一倍，理論上可使輪廓加工誤差減少一半。宏程序包含：數(shù)控程序段算術(shù)或邏輯運算(=)的程序段?？刂普Z句程序段。宏程序調(diào)用指令調(diào)用指令格式：G65

P（宏程序號）L（重復次數(shù)）（變量分配）

改變了0系統(tǒng)大板結(jié)構(gòu)模塊形式，改為主板和I/O板的豎式結(jié)構(gòu)Flash存儲模塊（存梯形圖）PCMCIA存儲卡HSSB串行總線（與上位機連接）FANUC數(shù)控系統(tǒng)二、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的系列與特點（7）機床運動軸的反向間隙，在快速移動或進給移動過程中由不同的間隙補償參數(shù)自動補償。（8）0i系統(tǒng)可預讀12個程序段，比0MD系統(tǒng)多。（9）與0MD系統(tǒng)相比，0i系統(tǒng)的PMC程序基本指令執(zhí)行周期短，容量大，功能指令更豐富，使用更方便。（10）0i系統(tǒng)的界面、操作、參數(shù)等與18i、16i、21i基本相同。（11）0i系統(tǒng)比0M、0T等產(chǎn)品配備了更強大的診斷功能和操作信息顯示功能，給機床用戶使用和維修帶來了極大方便。（12）在軟件方面0i系統(tǒng)比0系統(tǒng)也有很大提高，特別在數(shù)據(jù)傳輸上有很大改進。機床操作面板按鍵可自由定義改變了0系統(tǒng)由用戶進行功能配置的方法，改為功能打包形式，分為：A，B兩種形式，從而減輕用戶的負擔FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)單元二FANUC數(shù)控系統(tǒng)的部件連接一、控制單元的連接(FANUC0i)控制單元的構(gòu)成控制單元各部位的名稱控制單元的連接原理圖1項目一數(shù)控系統(tǒng)概述控制單元的連接原理圖2I/O板插座配置圖手搖脈沖發(fā)生器可增至3個在同步和異步方式中，0i系統(tǒng)使用了異步方式機床操作面板和機床I/O信號均通過4個插頭進入0i系統(tǒng)內(nèi)置的I/O卡西門子系統(tǒng)2/6/2023南京理工大學機械工程學院黃新燕

西門子數(shù)控系統(tǒng)-組成單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述802S

802CeeApr.97~Apr.03May03~Oct.03基本系列價格功能系列810D840D802DV2.1

802Sbaseline802Cbaseline&

SimoDriveBaseline802DBaseline性能SINUMERIK

802

SbaselineSINUMERIK

802

Cbaseline單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述sinumerik802dbaseline單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述單元一西門子數(shù)控系統(tǒng)概述PCU（PanelControl）是核心，集成了：

Profibus接口手輪接口用于數(shù)據(jù)備份的PCMCIA接口各軟件部件：NCK、HMI、PLC10.4單色或彩色TFT液晶顯示屏PCMCIA（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation）即個人計算機存儲卡協(xié)會PC卡有三種外形規(guī)格，長寬都一樣，是85.6mm×54mm，但厚度不同：Ⅰ型卡（TypeⅠ）厚3.3mm，用于存貯器（如內(nèi)存、SRAM緩存、閃存等）；Ⅱ型卡（TypeⅡ）厚5.0mm，是當今的一種主流標準，用于大多數(shù)設備，如Modem卡、網(wǎng)卡、閃存卡、