數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理課件

第二講數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床與使用維修本講主要內(nèi)容CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理

刀具半徑補(bǔ)償原理引言計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種包含計(jì)算機(jī)在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它是一種位置控制系統(tǒng)，主要用于控制刀具和工件之間的相對(duì)位置。數(shù)控系統(tǒng)的主要工作過程是根據(jù)輸入的信息（加工程序），進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（刀具長度和半徑補(bǔ)償）和插補(bǔ)運(yùn)算（確定刀具或工件的運(yùn)動(dòng)軌跡），從而獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡信息。為了適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化的需要以及網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制的需要，CNC(分布式數(shù)控)通常備有RS232、RS422串行通信接口，高檔CNC還具有DNC（分布式數(shù)控）或MAP（制造自動(dòng)化協(xié)議）接口。有些生產(chǎn)廠家還紛紛采用MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成可以用下面的框圖表示：硬件系統(tǒng)微機(jī)部分外圍設(shè)備部分機(jī)床控制部分CNC數(shù)控系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)處理程序系統(tǒng)軟件插補(bǔ)運(yùn)算程序軟件系統(tǒng)速度控制程序管理程序診斷程序應(yīng)用軟件１．硬件構(gòu)成（1）：微機(jī)部分：是CNC的核心，主要由CPU、存儲(chǔ)器和接口電路組成。CPU由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器（ALU）主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和輯運(yùn)算。１．硬件構(gòu)成（2）：外圍設(shè)備主要包括操作面板、鍵盤、顯示器、光電閱讀機(jī)、紙帶穿孔機(jī)和外部存儲(chǔ)器等。操作面板：由于不同數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作不同，所配備的操作面板是不同的。一般操作面板具有如下按鈕和開關(guān)：進(jìn)給軸手動(dòng)控制按鈕，用于手動(dòng)調(diào)整時(shí)移動(dòng)各坐標(biāo)軸。主軸啟停與主軸倍率選擇按鈕：用于主軸的啟停與正、反轉(zhuǎn)以及主軸調(diào)速。自動(dòng)加工啟停按鈕：用于自動(dòng)加工過程的啟動(dòng)于停止。條件程序段選擇開關(guān)：用于條件程序段是否執(zhí)行。倍率選擇開關(guān)：用于選擇進(jìn)給速度的倍率及點(diǎn)動(dòng)量。另外還有一些狀態(tài)指示等、報(bào)警裝置等。２．軟件構(gòu)成（1）：

輸入數(shù)據(jù)處理程序：接受加工程序，對(duì)程序進(jìn)行譯碼，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。加工程序給定的是待加工工件的輪廓，而實(shí)際上，應(yīng)該控制刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡。這就存在一個(gè)輪廓轉(zhuǎn)換的問題。只要告訴系統(tǒng)所使用的刀具并將刀具相應(yīng)的參數(shù)輸入系統(tǒng)中，該轉(zhuǎn)換工作由輸入數(shù)據(jù)處理程序自動(dòng)完成。２．軟件構(gòu)成（2）：

插補(bǔ)程序：根據(jù)加工程序所提供的加工信息，如曲線的種類（直線、圓弧或其它曲線）、起終點(diǎn)（直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)，圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)及圓心）、加工方向（順時(shí)針、逆時(shí)針），對(duì)這些信息進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，決定每一個(gè)脈沖到來時(shí)的移動(dòng)方向及步長，以及曲線與曲線之間如何過渡等。２．軟件構(gòu)成（3）：

速度控制程序：根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，保證預(yù)定的進(jìn)給速度。并能根據(jù)反饋值的正與負(fù)自動(dòng)地調(diào)節(jié)速度的大小。管理程序：負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算等各種程序進(jìn)行調(diào)度管理；對(duì)諸如面板命令、時(shí)鐘信號(hào)、故障信號(hào)等引起的中斷進(jìn)行處理；子程序的調(diào)用；共享資源的分時(shí)享用等。診斷程序：通過識(shí)別程序中的一些標(biāo)志符來判斷故障的類型和所在地。1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)工作原理框圖：１．程序的輸入：

分為手動(dòng)輸入和自動(dòng)輸入兩種方式。手動(dòng)輸入通常用鍵盤輸入；自動(dòng)輸入可用穿孔紙帶、磁帶或用通訊的方式。２．譯碼：

主要是將標(biāo)準(zhǔn)程序格式翻譯成便于計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的格式（高級(jí)語言→機(jī)器語言）。１．補(bǔ)償?shù)念愋停悍譃樽笱a(bǔ)償和右補(bǔ)償兩種情形。刀具半徑左補(bǔ)償：沿著加工方向，當(dāng)?shù)毒呶挥诠ぜ髠?cè)時(shí)，稱刀具半徑左補(bǔ)償。加工時(shí)用G41指令調(diào)用。刀具半徑右補(bǔ)償：沿著加工方向，當(dāng)?shù)毒呶挥诠ぜ覀?cè)時(shí)，稱刀具半徑右補(bǔ)償。加工時(shí)用G42指令調(diào)用。

刀具半徑補(bǔ)償圖例：２．刀具補(bǔ)償?shù)牟襟E：

刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕ⅲ旱毒哂善鸬饵c(diǎn)以進(jìn)給速度接近工件，刀具中心在法線方向與待加工工件偏離一刀具半徑。偏置方向由G41及G42確定。刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)行：一旦建立刀補(bǔ)，刀具始終偏離工件輪廓一定距離，直到取消刀補(bǔ)為止。刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜∠旱毒叱冯x工件，回到退刀點(diǎn)，取消刀具半徑補(bǔ)償。退刀點(diǎn)應(yīng)位于零件輪廓之外，可以與起刀點(diǎn)相同，也可以不相同。

刀具半徑補(bǔ)償示例：%0010

N20T0101；

（轉(zhuǎn)1號(hào)刀，執(zhí)行1號(hào)刀補(bǔ)）

N30M03S1000；

（主軸按1000r／rain正轉(zhuǎn)）

N40G00X0．0Z10．0；

（快速點(diǎn)定位）

N50G42G01X0．0Z0．0F100（刀補(bǔ)建立）

N60X40．0；N70Z-18．0；

（刀補(bǔ)進(jìn)行）

N80X80．0；N90G40G00X85．0Z10．0；

（刀補(bǔ)取消）

N100G28U0W0；

（返回參考點(diǎn)）

N110M30；3．刀具半徑補(bǔ)償原理（1）：基本思想：刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算就是根據(jù)零件輪廓和刀具半徑值計(jì)算出刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來說，工件輪廓主要是直線和圓弧或?qū)⑵渌喞脴O限的方法轉(zhuǎn)換成直線或圓弧。對(duì)直線輪廓而言，刀補(bǔ)中心軌跡是一條平行于工件輪廓且與輪廓等長的直線，用兩點(diǎn)（起點(diǎn)、終點(diǎn)）即可決定其直線方程；對(duì)圓弧輪廓而言，刀補(bǔ)中心輪廓應(yīng)是一條與工件輪廓同心且包角相同的一段圓弧，用刀補(bǔ)圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)及圓弧半徑即可決定該圓弧方程。3．刀具半徑補(bǔ)償原理（2）：切直線時(shí)刀補(bǔ)的計(jì)算：設(shè)上段程序加工完成后，刀具中心位于O’，現(xiàn)需計(jì)算刀補(bǔ)后直線終點(diǎn)的坐標(biāo)（X‘，Y‘）。設(shè)終點(diǎn)刀具半徑偏置矢量投影坐標(biāo)為（ΔX，ΔY），則有左邊的表達(dá)式。此為第一象限的公式，其它象限公式僅為符號(hào)差別。

４．C刀具補(bǔ)償原理（1）上面討論的是單段輪廓的刀補(bǔ)情況，通常工件輪廓由多段曲線組成，如直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧、圓弧與直線等，這就存在一個(gè)輪廓交接處如何過渡的問題。C刀具補(bǔ)償能自動(dòng)地處理兩段程序之間的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接，編程人員完全按工件輪廓編程。４．C刀具補(bǔ)償原理（2）圖例給出了左刀補(bǔ)和右刀補(bǔ)時(shí)輪廓過渡處的處理情形。從圖可以看出：輪廓過渡時(shí)，為了避免過切或間斷，需要采用縮短、延長或插入的方式。４．C刀具補(bǔ)償原理（3）數(shù)控系統(tǒng)的工作方式C刀具補(bǔ)償是在插補(bǔ)和控制的間隙進(jìn)行刀補(bǔ)計(jì)算的，通過設(shè)置多個(gè)緩存，采用流水作業(yè)的方式才能提高計(jì)算速度，滿足高速加工的需要。如圖所示。C功能刀補(bǔ)計(jì)算流水作業(yè)框圖：