CNC系統(tǒng)的基本原理課件

計算機數(shù)控（CNC）

系統(tǒng)的基本原理

刀具補償原理插補原理CNC裝置的硬件系統(tǒng)CNC裝置的軟件系統(tǒng)第一節(jié)概述

一、CNC系統(tǒng)的組成程序輸入設(shè)備輸出設(shè)備CNC裝置PC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二、CNC裝置的結(jié)構(gòu)(一)CNC裝置的一般硬件結(jié)構(gòu)設(shè)備層機床機器人測量機………顯示設(shè)備輸入/輸出設(shè)備其他設(shè)備接口計算機基本系統(tǒng)設(shè)備支持層人機控制運動控制PMC其他I/OCNC裝置硬件組成CPUEPROMRAMIN接口OUT接口紙帶閱讀機MDI/CRT接口位置控制其它接口總線(二)CNC裝置軟件的功能性結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)管理軟件零件操作系統(tǒng)顯示處理人機交互輸入輸出管理編譯處理刀具半徑補償速度處理插補運算控制軟件…………(三)CNC硬件、軟件的作用和相互關(guān)系CNC裝置的硬件和軟件構(gòu)成了CNC裝置的系統(tǒng)平臺：數(shù)控加工系統(tǒng)

CNC裝置的系統(tǒng)平臺被控設(shè)備機床機器人測量機……根據(jù)用戶要求開發(fā)應用軟件控制軟件管理程序

操作系統(tǒng)硬件接口＊

該平臺提供CNC裝置基本配置的必備功能＊

該平臺根據(jù)用戶要求進行功能設(shè)計和開發(fā)

CNC平臺的建構(gòu)方式就是CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)。該平臺由以下兩個方面的含義:三、CNC裝置的功能基本功能選擇功能數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備的功能用戶可以根據(jù)要求選擇的功能四.CNC系統(tǒng)的特點☆靈活性大只要改變系統(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☆通用性強硬件有多種通用的模塊化結(jié)構(gòu)，易于擴展☆可以實現(xiàn)復雜的功能如高次曲線插補、動靜態(tài)圖形顯示等功能☆可靠性高☆使用維修方便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CNC的診斷程序使維修非常方便☆易于實現(xiàn)機電一體化半導體集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用先進的制造安裝技術(shù),使CNC裝置尺寸大為縮小。K9M銑床數(shù)控系統(tǒng)K9M銑床數(shù)控系統(tǒng)（立式1）K9M銑床數(shù)控系統(tǒng)（箱式）K9T銑床數(shù)控系統(tǒng)（箱式）四、幾個典型的CNC系統(tǒng)♂美國艾倫?勃蘭特雷公司本世紀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。♂世界著名控制系統(tǒng)制造商日本富士通法努克在本世界70年代中期生產(chǎn)的System7，包括7T和7M

兩種?！崦绹娘w機制造公司麥克唐納?道格拉斯公司生產(chǎn)的ActrionⅢ，是一個典型的分布式微型計算機數(shù)控系統(tǒng)。返回第二節(jié)插補原理§2.1概述

一.什么是插補數(shù)控裝置根據(jù)輸入的零件程序的信息，將程序段所描述的曲線的起點、終點之間的空間進行數(shù)據(jù)密化，用一個個輸出脈沖把這一空間填補起來，從而形成要求的輪廓軌跡，這種“數(shù)據(jù)密化”機能就稱為“插補”。零件程序

…N12G00X12Y24N13G01X24Y56

…yx

012242456直線插補零件程序提供直線段的起點、終點坐標,數(shù)控裝置將這兩點之間的空間進行數(shù)據(jù)密化,用一個個輸出脈沖把空間填補起來,從而形成要求的直線軌跡。…N12G00X12Y24N13G01X24Y56…yx

012242456圓弧插補零件程序提供圓弧起點、終點、圓心坐標,數(shù)控裝置將起點、終點之間空間進行數(shù)據(jù)密化,用一個個脈沖把這一空間填補成近似理想的圓弧,即對圓弧段進行數(shù)據(jù)密化?！璑12G00X40Y30N13G03X0Y50R50…504030y0XR二維插補

對于平面曲線，通過二個坐標的插補運算，就能控制兩個坐標軸走出所需軌跡。yx

012242456504030y0XR對于空間曲線(三維、四維…)，需要多個坐標軸聯(lián)動，也就需要多個坐標的插補運算。

多維插補A(Xe、Ye、Ze)ZYXOXeYeZe二.軟件插補算法Ⅰ.脈沖增量插補

產(chǎn)生的單個行程增量，以一個個脈沖方式輸入給伺服系統(tǒng)。原理yx

012242456步進電機為驅(qū)動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控柜步進電機驅(qū)動電源步進電機機床

滾珠絲桿應用Ⅱ.數(shù)字采樣插補（時間標量插補）插補程序每調(diào)用一次，算出坐標軸在一個周期中的增長段（不是脈沖），得到坐標軸相應的指令位置，與通過位置采樣所獲得的坐標軸的現(xiàn)時的實際位置（數(shù)字量）相比較,求得跟隨誤差。位置伺服軟件將根據(jù)當前的跟隨誤差算出適當?shù)淖鴺溯S進給速度指令，輸出給驅(qū)動裝置。1.插補程序的調(diào)用周期和系統(tǒng)的位置采樣周期相同

美國Allen－Bradley公司的7300CNC系列2.調(diào)用周期是系統(tǒng)的位置采樣周期的整數(shù)倍

西門子公司的System－7CNC系統(tǒng)，采用8ms的插補周期和4ms的位置反饋采樣周期應用適用于閉環(huán)和半閉環(huán)，以直流（或交流）電機為驅(qū)動裝置的位置采樣系統(tǒng)。類型目前的MNC系統(tǒng)常采用以下結(jié)構(gòu)方式完成插補運算i采用軟/硬件配合實現(xiàn)插補方案的單微機系統(tǒng)※

FANUC的System－5ii具有分布式微機系統(tǒng)※

麥唐納·巴格拉斯公司ActrionIII型MNC系統(tǒng)iii具有單臺高性能微型計算機NC系統(tǒng)

※

西德西門子公司的System-7CNC系統(tǒng)§2.2逐點比較法插補原理基本思想脈沖當量

被控對象在按要求的軌跡運動時，每走一步都要和規(guī)定的軌跡進行比較，由比較結(jié)果決策下一步移動的方向。一個脈沖所產(chǎn)生的坐標軸的移動量mm/p。

逐點比較法既可實現(xiàn)直線插補，又可實現(xiàn)圓弧插補。Ⅰ、直線插補(一).偏差計算公式如圖所示，設(shè)規(guī)定軌跡為直線段OE，起點在原點，終點E的坐標為E(Xe，Ye)

,第一象限Pi(xi,yi)為加工點（軌跡點）。1.若P正好處在OE上,則下式成立。xi=

yi

yexe即

xeyi－xiye=0y0xE(Xe,Ye)Pi(xi,yi)2.當P在OE上方時，即

xeyi－xiye>03.當P在OE下方時，即

xeyi－xiye<0xi

<

yixe

yexi

>

yixe

yeE(Xe,Ye)yxPi(xi,yi)0E(Xe,Ye)yPi(xi,yi)x0∴判別函數(shù)F為

F＝XeYi-XiYe由F可判別動點Pi與理想軌跡的相對位置，從而決定下一步移動方向。y0xE(xe,ye)F>0，點Pi在直線上方，應向+X

移動。F<0，點Pi在直線下方，應向+Y

移動。F=0，點Pi在直線上，為方便，將F=0歸F>0。為便于計算機編程計算,將F的計算予以簡化。設(shè)第I象限中動點Pi(xi,yi)的F值為Fi，

Fi＝XeYi-XiYe1.若沿+x向走一步，即于是有

Fi+1=Fi

－YePi(Xi,Yi)E(xe,ye)y0xPi+1(Xi+1,Yi+1)

2.若沿+y向走一步，即于是有

新加工點的偏差完全可以用前一加工點的偏差遞推。xy0Pi(Xi,Yi)Pi+1E(xe,ye)(二)終點判別的方法有兩種：

1.每走一步，判斷動點Pi(xi,yi)的坐標值是否與終點坐標相同，即

Xi-Xe≥0且

Yi-Ye≥0

若兩式同時滿足，插補結(jié)束。

求程序段總步數(shù)

n=Xe+Ye

每走一步，n

1

n，直到n=0，插補結(jié)束。(三)插補計算過程：（用流程圖表示）終點到？初始化偏差判別坐標進給偏差計算EndYN第I象限直線插補軟件流程圖(四)不同象限的直線插補計算初始化xe、ye,n=xe+ye,F=0F

0？+x方向走一步+y方向走一步F←F－YeF←F+Xen-1→nn＝0EndYNYNy0xE(xe,ye)用同樣方法分析第II，III，

象限插補情況，

-X+YF<0(+Y)F>0(-X)F>0(-X)F>0(+X)F<0(-Y)F<0(+Y)F>0(+X)F<0(-Y)+X-Y如圖所示,可以得出：都是沿x方向步進，無論+x，-x，|x|總是增大，走+x或-x由象限標志控制(跟隨Xe的＋、－）

F≥0

+YF<0F>0F>0F>0F<0F<0F>0F<0+X-Y

均沿y方向步進，無論+y，-y，|y|增大，I，II走+y，III，IV走－y（隨ye的＋，－）。F<0+YF<0F>0F>0F>0F<0F<0F>0F<0+X-Y下圖所示，輪廓形狀

C

xy0B

ADa

db

ca.看成是第I象限，起點O1，終點O2，輸出為＋x,＋yb.看成是第Ⅱ象限，起點O2，終點O3，輸出為－x,＋yc.看成是第Ⅲ象限,起點O3,終點O4,輸出為－x,－yd.看成是第IV象限,起點O4,終點O1,輸出為＋x,－yCxy0B

ADa

db

cxyxyxyxy初始化|Xe|,|Ye|N=|Xe|+|Ye|F>0?沿Xe向走一步沿Ye向走一步F←F-|Ye|F←F+|Xe|N=0?EndYNNY四個象限直線插補流程圖可歸納為下圖所示，則

n=|xe－x0|＋|ye－y0|例1對直線段OE進行插補運算，E點坐標為(5,3)，試寫出控制裝置內(nèi)插補運算步驟。

解：初始化：

xe=5，ye=3F

0

XF=F-3F<0YF=F+5

yx

0E(5,3)序號判別F進給F計算終點判別(n-1

n)10

X-37

02-3<0

Y26

032>0

X-15

04-1<0

Y44

054>0

X13

061>0

X-22

07-2<0

Y31

083>0

X00終點到F

0

XF=F-3F<0YF=F+5yx053Ⅱ、圓弧插補

(一).偏差計算公式

若Pi在圓弧上，則

（xi2+yi2)-(x02+y02)=0取判別函數(shù)F為

F=(xi2+yi2)-(x02+y02)

XYE(xe,ye)

A(x0,y0)

OPi(xi,yi)

圓心為原點，圓弧起點坐標(x0、y0)，終點坐標(xe、ye)，

設(shè)動點Pi(xi、yi)。1.動點在圓弧外,F>0,向-x走一步；2.動點在圓弧內(nèi),F<0,向+y走一步；3.動點在圓弧上,F=0,向-x走一步。A(x0,y0)E(xe,ye)Pixy0F=(xi2+yi2)-(x02+y02)A(x0,y0)E(xe,ye)Piy(二)終點判別的方法有兩種：

1、動點與終點坐標值比較若xi=xe，x向已到終點若yi=ye，y向已到終點只有當x、y都到達終點，插補才算完成。

2、計算總步數(shù)

n=|Xe-X0|+|Ye-Y0|

每走一步，n-1→n，直到n=0，插補結(jié)束(三)插補計算過程：（用流程圖表示）A(x0,y0)E(xe,ye)Piy終點到？YEndN初始化偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算(四)不同象限的直線插補計算1、第一象限逆圓插補動點在-X方向走一步后

xi+1=xi-1yi+1=yiFi+1=(xi-1)2+yi2-(x02+y02)=Fi-2xi+1

動點在+Y方向走一步后

Fi+1=xi2+(yi+1)2-(x02+y02)=Fi+2yi+1第一象限逆圓插補的流程圖如圖所示PiPi+1PixAEPi+10

y第一象限逆圓

插補流程圖初始化起點(x0,y0)終點(xe,ye)

F=0F≥0？+Y方向走一步-X方向走一步F=F+2Y+1Y=Y+1F=F-2X+1X=X-1插補完?EndNYNY2、第一象限順圓插補F≥0動點在-Y方向走一步后

Fi+1=Fi-2Yi+1第一象限順圓插補的流程圖如圖所示F<0動點在+X方向走一步后

Fi+1=Fi-2Xi+1PiPi+1PiPi+1xy0AE第一象限順圓

插補流程圖初始化起點(x0,y0)終點(xe,ye)F=0F≥0？+X方向走一步-Y方向走一步F=F+2X+1,X=X+1F=F-2Y+1,Y=Y-1插補完?EndNYNY3、圓弧插補有八種情況表示如下圖4、四個象限順圓、逆圓插補表走向走步條件計算公式+X第一象限、順圓、F<0Xn＝Xn＋1Fn＋1＝Fn＋2Xn＋1Xe－Xn＋1＝0？第二象限、順圓、F≥0第三象限、逆圓、F≥0第四象限、逆圓、F<0－X第一象限、逆圓、F≥0Xn＝Xn－1Fn＋1＝Fn－2Xn＋1Xe－Xn＋1＝0？第二象限、逆圓、F<0第三象限、順圓、F<0第四象限、順圓、F≥0圓弧插補表走向走步條件計算公式+Y第一象限、逆圓、F<0Yn＝Y(jié)n＋1Fn＋1＝Fn＋2Yn＋1Ye－Yn＋1＝0？第二象限、順圓、F<0第三象限、順圓、F≥0第四象限、逆圓、F≥0-Y第一象限、順圓、F≥0Yn＝Y(jié)n－1Fn＋1＝Fn－2Yn＋1Ye－Yn＋1＝0？第二象限、順圓、F≥0第三象限、逆圓、F<0第四象限、逆圓、F<0例2.欲加工第I象限逆圓弧,起點A，x0=4,y0=3;

終點E:xe=0，ye=5，試寫出插補計算步驟.

解：初始化

x=x0=4y=y0=3 F=0n=|Xe-Xi|+|Ye-Yi|=6

F表達式：

F≥0,-ΔX,F-2X+1→F，X-1→XF<0,+ΔY,F-2y+1→F，y+1→yyE0XA435序號F判別進給F坐標更新終點判別10-ΔXF=0-2×4+1=-76-1=5≠0x=4-1=32-7<0ΔYF=-7+2×3+1=05-1=4≠0y=3+1=430-ΔXF=0-2×3+1=-54-1=3≠0X=3-1=24-5<0ΔYF=-5+2×4+1=43-1=2≠0y=4+1=5y軸達終

54>0-ΔXF=4-2×2+1=12-1=1≠0x=2-1=161>0-ΔXF=1-2×1+1=01-1=0插補完F=1-1=0X軸達終

yE0XA435§2-3數(shù)字積分法1、基本概念采用積分運算實現(xiàn)插補，又稱DDA法。DDA(DigitalDifferentialAnalyzer)2、優(yōu)點易于實現(xiàn)多維插補和原有系統(tǒng)多個坐標軸聯(lián)動的擴充,尤其多坐標聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)一、DDA直線插補設(shè)對直線OE進行脈沖分配起點O(0,0)，終點E(xe,ye)直線方程

y/x=ye/xe對t求導即Vy/Vx=Ye/Xe

令動點P，在x、y軸方向的速度分別是Vx、Vy,在x、y方向的微小位移增量為ΔX、ΔY則：

E(xe，ye)yx0VyVxV

ΔX=Vx·Δt

ΔY=Vy·Δt（1）

假定進給速度V是均勻的，即V為常數(shù)，對于直線函數(shù)來說,其分速度Vx、Vy必為常數(shù),且有下式引入比例系數(shù)K，有Vx=K?XeVy=K?Ye（2）將(2)式代入(1)式，即為坐標軸位移增量Δx=K?Xe?

ΔtΔy=K?Ye?

Δt（3）位移量為

取單位時間Δt=1，則公式化為t（3）Σ≥1走一步→Σ-1→Σ→余值作為下次累加的余值Σ+ΣKXe+ΣKYe→不斷累加不斷溢出溢出脈沖數(shù)符合(3)式

得出接近理想的直線軌跡

→→累加多少次，才能達到加工終點呢？K=？

設(shè)經(jīng)過m次累加后，達到終點，由(3)式知，

m次累加后

X=m?

K?

Xe=XeY=m?

K?

Ye=Ye于是，必須使

m?

k=1，或m=1/k

i.累加1/k次后，x、y方向同時到點溢出的脈沖總數(shù)

X=Xe,Y=Yeii.K與m互為倒數(shù)關(guān)系，m必須是整數(shù),故K必是小數(shù)。

確定m(K)：

方法1：每次累加，在每個軸上最多只能產(chǎn)生一個進給脈沖。式(2)中的Δx,Δy相同地要小于等于一個脈沖當量，即要求

KXe≤1KYe≤1(Ⅰ),則必然滿足(I)式的條件。Xe,Ye的最大允許值受系統(tǒng)字長的限制,假設(shè)系統(tǒng)字長為m，則Xe、Ye的最大允許值為2?-1，若取2?K=1方法2：

假設(shè)Xe>Ye,即X軸累加溢出脈沖總數(shù)多于Y軸,累加最有效的情況是,每次累加,X軸都有脈沖溢出,Y軸則不一定,于是選累加次數(shù)m=Xe，則

K=1/Xe.將(3)式改寫成：每次累加1.X軸必有脈沖溢出,(不必要進行累加計算)

2.Y軸的累加結(jié)果大于或等于m(Xe)時才產(chǎn)生溢出,發(fā)出一個脈沖,故m又稱為溢出基值.作為是否有脈沖溢出的判別條件作為終點判別條件溢出余值m

設(shè)有x1、x2……xp個坐標軸同時插補，則令

m=max

{x1,x2,^xp}，m對應的軸xm稱為

主導軸每次累加，主導軸必有脈沖溢出，而其余軸推廣到P個坐標軸同時插補的情況。

即以終點坐標作為被積函數(shù)(增量)進行累加，累加結(jié)果大于或等于m時,產(chǎn)生溢出,發(fā)出一個脈沖,當經(jīng)m次累加計算后,主導軸xm達到終點。此時，即其余各軸也同時到達了終點。優(yōu)點1.減少了一個坐標軸(主導軸)的累加運算2.保證了每次累加必有脈沖輸出4.減少了插補程序的長度和插補運算時間3.提高了脈沖發(fā)生率解:初始化

m=xe=5Σy=0累加增量為3例3設(shè)有直線OE，起點在原點，終點E(xe=5,ye=3)

用DDA法實現(xiàn)插補。yx053E43212145累加次數(shù)累加求和判別脈沖溢出nye+Σy→Σy

Σy≥m?ΔyΔx13+0=33<50123+3=66>56-5=1→Σy1133+1=44<50143+4=77>5117-5=2→Σy53+2=55=511END

DDA 逐累加次數(shù)

5 8一次最多移動坐標軸

2 1預置了初值的插補結(jié)果見例3。

比較例1,用逐點比較法進行直線插補，區(qū)別累加次數(shù)累加求和判別脈沖溢出nye+Σy→ΣyΣy≥m?ΔyΔx13+2=55=55-5=0→Σy1123+0=33<50133+3=66>56-5=1→Σy1143+1=44<50153+4=77>57-5=2→Σy11例3中，Σy=m/2=2x053E43212145與例三比較，兩次插補軌跡分別如圖所示

以第I象限順圓為例圓方程為：x2+y2=r2

對時間t求導由此設(shè)出第I象限順圓坐標軸方向的速度分量為

Vx=KyVy=－Kx

此式說明，速度分量是隨動點變化的。VVy

VxEAyx0二、DDA圓弧插補位移量

取單位時間Δt=1

則：

（4）

坐標軸位移增量

由此構(gòu)成如圖所示的插補原理框圖X軸被積函數(shù)寄存器Y積分累加器＋X積分累加器＋Y軸被積函數(shù)寄存器插補迭代控制脈沖X軸溢出脈沖Y軸溢出脈沖ΔtΔXΔY

考慮用半徑r的數(shù)字量作為溢出余值k=1/r.于是(4)式變?yōu)椋?/p>

x,y的增量值分別為y,x軸的動點坐標值(yi,xi)

累加多少次才能達到終點？K=？

①預置累加增量值x、y軸累加增量初值分別為y0、x0

(Δx,Δy)

②x軸累加求和，∑x+Δx-y→∑x得出的溢出脈沖發(fā)到+x向

y軸累加求和,∑y+Δy-x→∑y得出的溢出脈沖發(fā)到-y向

③坐標值更新，當x向發(fā)出脈沖后，x+1→x=Δy更新y軸累加增量值y

插補過程如下：

④判終將③中計算出的坐標瞬時值與圓弧終點坐標進行比較，當有一個軸達終，該軸就停止計算，不再有脈沖溢出，只有當兩軸都達到終點時，插補運算結(jié)束。即當y向發(fā)出脈后,y-1→y=Δx，更新x軸累加增量值x不同象限，順逆不同，插補公式也不一樣。

解：溢出基值

m=r=5

x軸增量值

Δx=y0=5

y軸增量值

Δy=x0=0

∑x=∑y=0插補過程如下：例4.用DDA法進行圓弧插補，半圓弧AE起點A(0,5),終點E(5，0),半徑r=5。x0yAE累加次數(shù)X求和X溢出更新∑x-y→∑xY求和Y溢出更新∑y-r→∑yny+∑x→∑xx+1→xx+∑y→∑yy-1→115+0=5→x10→∑x1+0→∑y00+1→x25+0→∑x10→∑x1+2=3→∑y02→x

35+0→∑x10→∑x3+3=6→∑y11→∑y3→x

5-4=1→∑y44+0→∑x03+1=4→∑y054+4→∑x13→∑x4+4→∑y13→∑y4→x4-1=3→∑y63+3→∑x11→∑x5+3→∑y13→∑y5→x(x達終)2→y75+3→∑y13→∑y1→y85+3→∑y13→∑y0→y(y達終)三、提高積分法插補的精度1.直線插補時的四舍五入坐標軸積分值＝溢出脈沖數(shù)＋余數(shù)※其方法是在插補前，為各積分累加器預置溢出值的一半，從而容易地了實現(xiàn)四舍五入。1）.當余數(shù)<0.5時，舍去2）.余數(shù)≥0.5時則發(fā)出一個脈沖，即四舍五入功能，以提高插補精度。解決措施產(chǎn)生原因2、減小DDA圓弧插補輪廓誤差的措施1).圓弧插補時的初值預置被積函數(shù)較小的坐標軸位置變化較另一個軸慢，使插補出的軌跡向圓弧外擴展累加單元預置一初值(溢出余值的一半),就可使較小坐標軸提早發(fā)生位置變化。

積分累加器初值為零0123456789123456789xy積分累加器預置了初值0123456789123456789xy

2).累加求和結(jié)果的互相影響

逆I、III，順I(yè)I、III，先x后y累加逆II、IIII，順I(yè)、III，先y后x累加

例:x的累加x+∑y→∑y,

第一次累加，y累加產(chǎn)生輸出并未立即影響到x的輸出，只是使x的增量值(y)改變;下一次累加，才改變了的y才影響到x累加輸出.產(chǎn)生原因§2-4時間分割法基本思想通過速度計算程序?qū)⑦M給速度V分割成插補周期的輪廓步長f，然后進行插補計算，送出各坐標軸的周期進給增量。例：System－7CNC系統(tǒng)采用時間分割法，插補周期為8ms即在每次8ms插補中斷服務(wù)后，調(diào)用一次插補程序。一、直線插補

設(shè)要求刀具在XOY平面作直線運動，由0點運動到P點，則X軸和Y軸的移動增量為Xe和Ye。插補時，取增量大的為長軸，增量小的為短軸。要求X、Y軸的速度保持一定的比例，同時開始運動，同時到達終點。Y0αΔXΔYP(Xe,Ye)X設(shè)刀具的方向與長軸夾角為α，OA為一次插補

的進給步長f。由程序提供的Xe和Ye可以確定tgα=YeXecosα＝11+tg2α長軸插補進給量

ΔX=fcosα短軸插補進給量

ΔY＝tgα·ΔX二、圓弧插補以順圓插補為例，順圓上B點時繼A點之后的插補瞬時點，其坐標分別為A(Xi,Yi),B(Xi+1,Yi+1)X,Y軸的進給量分別為ΔX，ΔY∠AOY=α,∠AOB=Δα∠AOM=∠BOM=0.5Δα

β=α+0.5ΔαYX0YiYmYi＋1XiXmXi＋1ABMFΔααΔXiΔYiβ由此可以推出(Xi，Yi)與ΔX、ΔY的關(guān)系式cosβ=cos(αi+0.5Δα)ΔXYi-0.5ΔYYi-0.5fcosβ

=ΔYXi+0.5ΔXXi+0.5fcosβ

=反映圓弧上任意相鄰兩點間坐標間的關(guān)系只要找到計算ΔX和ΔY的恰當方法，就可以求出新的插補點坐標：

Xi+1＝Xi+ΔXYi+1＝Y(jié)i+ΔY1什么叫插補？插補習題2插補器有幾種分類方法？可分為哪幾類？3常用的插補方法有哪些？4試述逐點比較法的插補過程。5偏差函數(shù)的作用是什么？6逐點比較法直線插補的偏差函數(shù)是如何確定的？它與刀具位置有何關(guān)系？

7逐點比較法直線插補時刀具進給方向如何確定?偏差值如何計算？10圓弧插補時偏差函數(shù)如何定義？它與刀具位置有何關(guān)系？

直線的起點坐標在原點O(0，0)，終點A的坐標為A（9，4）.試用逐點比較法對直線進行插補，并畫出插補軌跡。

11數(shù)字積分插補法適用于什么場合？

8逐點直線插補，怎樣判斷直線是否加工完畢?12插補運算中，DDA法是指()①比較積分插被法 ②單步追蹤插補法③數(shù)字積分插被法 ④逐點比較插被法14

數(shù)字積分法圓弧插補的被積函數(shù)是什么？如何判斷終點？13數(shù)字積分法直線插被的被積函數(shù)是什么？如何判斷終點？

15圓弧插補時進給方向如何確定？偏差值如何計算？16圓弧插補時，如何差別終點？17試畫出逐點比較法直線插被的程序框圖。18若插補器所用寄存器的長度為n位，能插補的最大直線尺寸是直線終點的縱、橫坐標均應小于19用逐點比較法插補第二、三、四象限的直線時，應該如何計算偏差？③2n-2①2n-1

④2-1n-2②2-1n-1

返回第三節(jié)

CNC的數(shù)據(jù)處理§3.1CNC的輸入CNC的輸入主要是指零件加工程序的輸入。穿孔輸出存儲器修正刪除插入閱讀機鍵盤無帶運轉(zhuǎn)CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程如圖所示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)運行緩沖區(qū)PLC控制譯碼緩沖區(qū)位置反饋插補緩沖區(qū)存數(shù)過程取數(shù)過程紙帶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

CNC系統(tǒng)中通常的工作方式為存儲器工作方式。用鍵盤命令調(diào)出零件程序存儲器中指定的零件程序。但在工作中還允許用鍵盤輸入修正程序。閱讀機零件程序存儲器MDI鍵盤零件程序緩沖器MDI緩沖器譯碼§3.2CNC的數(shù)據(jù)處理§3.2.1概述進行插補運行前的準備。譯碼、運動軌跡計算、F值計算零件程序中每個程序段所經(jīng)歷的過程是：

零件程序緩沖區(qū)譯碼結(jié)果寄存器數(shù)據(jù)結(jié)果緩沖器插補工作寄存器譯碼程序數(shù)據(jù)處理程序傳送內(nèi)容目的

§3.2.2譯碼

將標準的數(shù)控代碼翻譯成本系統(tǒng)能識別的形式。

如N042

G01X40

Y20F80。識別代碼，翻譯成具有具體意義的數(shù)據(jù)形式，并存入對應單元。取識→拼數(shù)→分存過程任務(wù)概念§3.2.3刀具半徑補償原理一、刀具半徑補償?shù)幕靖拍睿ㄒ唬┦裁词堑毒甙霃窖a償按零件輪廓編制的程序和預先設(shè)定的偏置參數(shù)，數(shù)控裝置能實時自動生成刀具中心軌跡的功能。實線為零件輪廓,虛線為刀具中心軌跡。刀具刀具中心軌跡編程軌跡（二）刀具半徑補償功能的主要用途1.由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化，不必重新編程，只須修改相應偏置參數(shù)。2.加工余量的預留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個程序。§3.2.3刀具半徑補償原理一、刀具半徑補償?shù)幕靖拍睿ㄈ┑毒甙霃窖a償?shù)娜蝿?wù)根據(jù)程序段的起點，終點坐標以及r在起點、終點處的坐標分量rx、ry，求出刀具中心的起點、終點坐標，核心是求r的分量。如圖B′點 XB′=XB+rx

YB′=YB+ry計算rx，ry

RRyRxxyRAA′B′B※園弧過渡型刀補:在硬件NC中，采用園弧過渡型刀補，故要增加一段園弧。

非圓滑過渡處附加程序段※直線過渡型刀補:求出刀具中心軌跡交點，再對原來的編程軌跡作伸長或縮短的修正。(四)刀具半徑補償?shù)霓D(zhuǎn)接形式伸長型C點處于JB與DK的延長線上XYYX0JBCDC′B′AEα縮短型編程軌跡OA、AF，刀具中心軌跡JB與DK將在C點相交。這樣，相對于OA和AF而言，縮短一個CB與CD的長度。KFJDXYOC′BCAXYαX插入型AαXXYY0CC′JKFBLHD刀具半徑補償?shù)某Ｓ梅椒ǖ毒咧行能壽E的段間連接都是圓弧。B刀補C刀補相鄰兩段輪廓的刀具中心軌跡之間用直線連接。（五）C刀補的基本設(shè)計思想

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(shè)立了刀補緩沖區(qū)CS.刀補過程是:Pi-1rBS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器CS刀補緩沖區(qū)PiPi-1Pi-11rrPirrPiPi-1rBS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-1BS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-1BS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PirPi+1BS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器rrPiPi-1r6Pi-1Pi+1Pi+1PiPi-1Pi+1PiPi-1二、刀具半徑補償?shù)墓ぷ髟斫⒌堆a

執(zhí)行刀補

取消刀補

刀具軌跡中心編程軌跡刀補進行刀補建立刀補撤銷起始點§3.2.4F值計算開環(huán)系統(tǒng)采用步進電機作驅(qū)動元件,每輸入一個脈沖，步進電機就轉(zhuǎn)過一定的角度驅(qū)動坐標軸進給一定距離δ(mm/脈沖),發(fā)送給步進電機的脈沖頻率確定坐標軸進給速度F(mm/min)，F(xiàn)與脈沖發(fā)送頻率的關(guān)系如下:即原理Ff＝δ×60F=δ

?f?60(mm/min)獲得要求的脈沖發(fā)送頻率f的方有：

①軟件延時法LDB，ALOOP：DECB 1≤Ti≤256JRNZLOOP步進機每步執(zhí)行的周期Ti由下式?jīng)Q定

Ti=t01+Tci·t

t01：主程每步插補運算所需時間

(us)

Tci：裝入A中延時控制字節(jié)

1≤Tci≤256

t：每次循環(huán)的時間(us)(看小于額定最高運行頻率)1.延時期間，CPU不能做其它工作。2.不同的插補算法、插補類型，t01也不相同，這樣就增加了軟件的復雜性。

改變Tci即改變Ti，Tci↓，Ti↓，f↑t01越短越好，盡可能使插補程序精煉

Tmin=t01+t

(Tci'=1)原理——主機完成插補計算，中斷服務(wù)子程輸出脈沖，利用CTC作定時器,實現(xiàn)定時中斷。CTC計數(shù)定時器的工作過程是：

f→時間常數(shù)Tc→減1計數(shù)至0→產(chǎn)生中斷,執(zhí)行中斷子程②定時中斷方法

將時間常數(shù)送減1計數(shù)器,計數(shù)器減到0時，向CPU發(fā)出中斷申請，CPU接收這一申請,就立即執(zhí)行中斷服務(wù)子程。§3.3管理程序與診斷程序一、管理程序管理程序主要是對CNC系統(tǒng)的各項數(shù)控功能與零件加工過程的管理。初始化、接受命令、執(zhí)行命令、返回待命狀態(tài)工作流程數(shù)控功能編輯、自動、空運行、單段手動1、手動2、手動3、（一）運行中診斷診斷程序常包含在主控程序、中斷處理程序等各部分中。接口、伺服系統(tǒng)和機床方面的都包含在CNC裝置軟件的相應部分。二、診斷程序1.用代碼和檢查內(nèi)存。2.格式檢查。3.雙向傳送數(shù)據(jù)檢驗。4.電壓、溫度、速度等模擬量監(jiān)控。（二）停機診斷概念當系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)開始運行前，利用診斷程序進行診斷稱為停機診斷。商業(yè)化的CNC裝置多數(shù)配有自診斷程序。概念診斷時，將自診斷程序裝入運行，CNC系統(tǒng)無故障，檢查程序連續(xù)進行，不停機。如發(fā)現(xiàn)故障，則停機，從停機地址即可找到故障部位。自診斷程序包括：

內(nèi)存檢查程序、邏輯檢查程序、算術(shù)檢查程序、接口、外設(shè)檢查程序、位置控制測試程序，以及掉電處理檢查程序等。

對接口電路也可以設(shè)立獨立診斷程序，就是使接口與外圍設(shè)備脫離，將某些接口的輸出線與另一接口的輸入線適當連接，以進行信息傳送并進行檢查。（三）通訊診斷用戶CNC系統(tǒng)經(jīng)電話線路與診斷中心通訊，由診斷中心發(fā)出診斷程序，指示CNC進行某種運行，同時收集數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的狀態(tài)。

故障發(fā)生時，NC機床操作者打電話給診斷中心，接通NC系統(tǒng)與診斷系統(tǒng)計算機聯(lián)系的按鈕，中心計算機把診斷程序送入NC系統(tǒng)，由該程序檢驗NC機床各單元回路和機構(gòu)，檢驗結(jié)果自動回送到中心計算機，給操作者提出一整套消除故障的措施。返回第四節(jié)CNC的軟件結(jié)構(gòu)§4.1概述CNC是一個實時的計算機控制系統(tǒng)。數(shù)控的基本功能是由各種功能子程序?qū)崿F(xiàn)的。特點1.CNC系統(tǒng)軟、硬件的界面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2.系統(tǒng)軟件的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)類型

前后臺型軟件結(jié)構(gòu)

中斷型軟件結(jié)構(gòu)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3.多任務(wù)并行處理輸入顯示位控診斷I/O譯碼↓刀補↓速度處理插補位控資源分時共享并行處理顯示診斷輸入插補準備I/O處理初始化插補位控鍵盤中斷優(yōu)先級由高到低§4.2前后臺型的軟件結(jié)構(gòu)

§4.2.1概述作用系統(tǒng)的核心，承擔幾乎全部實時功能如插補運算、位置控制、故障診斷。

━前臺程序(實時中斷服務(wù)程序)━后臺程序(背景程序)作用完成插補前的準備工作和調(diào)度管理，如顯示、插補預處理、程序編輯。前后臺運行的相互關(guān)系如圖所示中斷執(zhí)行前臺程序故障處理位置控制插補運算

.

.后臺程序譯碼刀補處理速度預處理輸入/輸出顯示..循環(huán)執(zhí)行§4.2.2后臺程序的調(diào)度管理功能

程序段經(jīng)過輸入譯碼、數(shù)據(jù)處理后，已進入就緒狀態(tài)，等待插補進行。背景程序有一個數(shù)據(jù)段執(zhí)行程序，專門管理數(shù)據(jù)段的執(zhí)行。數(shù)據(jù)處理后兩種信息的傳遞如圖所示：數(shù)據(jù)處理程序插補用信息輔助信息數(shù)據(jù)處理結(jié)果緩沖器系統(tǒng)工作寄存器數(shù)據(jù)段執(zhí)行程序的功能：

將數(shù)據(jù)處理結(jié)果緩沖器中的插補用信息傳送到插補緩沖器，并把系統(tǒng)工作寄存器的輔助信息待送到系統(tǒng)標志單元。在完成了兩種傳送后，背景程序設(shè)立了兩個標志：數(shù)據(jù)段傳送結(jié)束標志開放插補標志在一個中斷周期，實時中斷程序進行插補及伺服輸出，背景程序進行下一段的數(shù)據(jù)處理。的調(diào)度管理功能框圖

正常狀態(tài)下背景程序初始化按了啟動按鈕否？停機循環(huán)停處理程序數(shù)據(jù)段執(zhí)行程序零件程序結(jié)束否？輸入，譯碼并進行數(shù)據(jù)處理NNYY一、什么是中斷型軟件結(jié)構(gòu)

§4.3中斷型軟件結(jié)構(gòu)

指除了初始化程序外，整個控制程序分成若干各不同級別的中斷服務(wù)程序。所有的各種功能子程序均被安排成級別不同的中斷程序，管理功能主要通過各級中斷程序之間的相互通訊來解決。二、中斷型軟件結(jié)構(gòu)的特點

實時性好，但模塊關(guān)系復雜，耦合度大該模式的軟件結(jié)構(gòu)如圖所示初始化中斷程序0級服務(wù)中斷程序1級服務(wù)中斷程序2級服務(wù)中斷管理系統(tǒng)(軟件+硬件)中斷程序n級服務(wù)………三、CNC系統(tǒng)的中斷類型1.外部中斷2.內(nèi)部定時中斷3.硬件故障中斷：各種硬件故障檢測系統(tǒng)發(fā)出的中斷.4.程序性中斷：程序中出現(xiàn)異常情況的報警中斷。插補周期定時中斷位置采樣定時中斷閱讀機中斷和外部監(jiān)控中斷鍵盤操作面板輸入中斷

§4.4基于實時操作系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務(wù)管理、多種實時任務(wù)調(diào)度機制、任務(wù)間的通訊機制等功能。1.弱化功能模塊間的耦合關(guān)系2.系統(tǒng)的開放性和科維護性好3.減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量功能優(yōu)點§4.5華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)軟件介紹華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)軟件以工業(yè)PC和DOS操作系統(tǒng)為軟硬件支持環(huán)境，其底層運動控制軟件實現(xiàn)開放，構(gòu)成開放式的運動平臺，提供一個二次開發(fā)環(huán)境，能夠供不同的數(shù)控系統(tǒng)靈活配置、使用，并提供了一個標準風格的軟件界面。

過程層軟件相當與前后臺型軟件結(jié)構(gòu)中的背景程序，通過NCBIOS把它與底層軟件隔開，使得過程層不依賴于硬件。華中Ⅰ型

軟件結(jié)構(gòu)MS-DOSRTMNCBIOS位置控制I/O控制SDI曲面直接插補模塊PLC過程控制軟件編輯程序參數(shù)設(shè)置位置顯示PLC管理故障顯示底層軟件過程層軟件…返回第五節(jié)CNC硬件系統(tǒng)§5.1CNC硬件結(jié)構(gòu)

一、按硬件制造方分1.專用型CNC裝置

模塊化結(jié)構(gòu)

采用功能模塊化結(jié)構(gòu)。按功能要求可選用7、9、11和13個槽的控制單元母板。在控制單元母板上插入各種不同功能模塊的印刷電路板。大板結(jié)構(gòu)2.PC式CNC系統(tǒng)組成：由主電路板、PLC板、附加I/O板、圖形控制板和電源單元等組成。采用工業(yè)標準計算機作為CNC系統(tǒng)支撐平臺；

不同數(shù)控制造廠僅需插入自己的控制卡和CNC軟件即可構(gòu)成CNC系統(tǒng)，不設(shè)計專門硬件；由于工業(yè)標準計算機的生產(chǎn)數(shù)以白萬計，其生產(chǎn)成本很低，繼而降低CNC系統(tǒng)的成本。

二、按CPU的多少分1.單機系統(tǒng)CPUCMOSROMRS-232I/O接口CRT接口PC控制位置控制控制媒介機床控制面板速度控制單元EPROMCRT其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示總線1).基本概念2).特點系統(tǒng)功能受到CPU字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制，現(xiàn)在已被多機系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)所取代。整個CNC裝置只有一個CPU，集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式實現(xiàn)各種數(shù)控功能。優(yōu)點投資小,結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)。缺點2.多機系統(tǒng)多機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示其他外圍設(shè)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|位置控制模塊|模塊幾何處理其他功能管理模塊存儲器多機系統(tǒng)CNC系統(tǒng)并聯(lián)數(shù)據(jù)總線1).基本概念2).分類整個CNC裝置中有兩個或兩個以上CPU，就是系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有CPU。主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)系統(tǒng)種只有一個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)。多主結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

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。分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)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。三、單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹

1.什么是模塊化設(shè)計方法：每個模塊配上相應的驅(qū)動軟件，按功能要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，組成一個完整的控制系統(tǒng)。將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有獨立功能的單元模塊。2.模塊化設(shè)計的條件：總線(BUS)標準化

單機或主從結(jié)構(gòu)

的CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)功能驅(qū)動1功能驅(qū)動n控制面板機床I/O主軸控制模塊速度控制單元1速度控制單元n系統(tǒng)總線（BUS）計算機主板顯示卡多功能卡電子盤計算機I/O設(shè)備PLC模塊位置控制塊1位置控制塊n功能模塊1功能模塊n四、多主結(jié)構(gòu)的CNC裝置硬件簡介1.特點1).實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快。2).容錯能力強。1).共享總線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈活、可靠性高?FANUC系統(tǒng)

2.結(jié)構(gòu)形式2).共享存儲器結(jié)構(gòu)?美國GE公司的MTC1-CNC系統(tǒng)共享存儲器結(jié)構(gòu)CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)RAM/EPROM反饋信號收發(fā)器RAM512鍵盤顯示CPUEPROM512RAMEPROM中央CPU串口和收發(fā)器插補CPU字符發(fā)生器CTRC并行接口反饋脈沖和處理CRT模擬量輸出機床接口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FANUCBUS§5.2I/O接口及通訊功能一、I/O接口

I/O接口是CNC系統(tǒng)與外界交換信息必不可少的手段,不同的輸入、輸出設(shè)備與CNC系統(tǒng)相接，采用與其相應的I/O接口電路和接口芯片。2.輸入接口：接受機床操作面板的按鈕信號及機床的各種限位開關(guān)信號。3.輸出接口：將各種工作狀態(tài)燈信息送到機床操作面板,把控制機床動作信號送到強電箱。1.概述設(shè)備輔助控制接口的硬件邏輯圖系統(tǒng)總線開關(guān)量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換數(shù)字接口計數(shù)器離器件光電隔A/DD/A轉(zhuǎn)換條理電路功率放大計數(shù)脈沖濾波整形傳感元件功率放大離器件光電隔4.分類

二、通訊接口數(shù)字量I/O工業(yè)用I/O模擬量I/O外設(shè)控制器作用：主要用于CPU和外設(shè)之間，系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的相互通訊。通訊接口板上的接口采用標準接口如：并行接口IEEE-488,串行接口RS-232C§

5.3CNC與PLC一.數(shù)控機床的強電邏輯控制1.基本概念2.主要作用

接收數(shù)控裝置輸出的住運動變速等指令信號，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動相應的電器、液壓、氣動和機械部件，以完成指令所規(guī)定的動作。是介與數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。二.可編程邏輯控制器PLC概述固態(tài)邏輯電子器件的出現(xiàn)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度，功耗小、壽命長，但仍屬于硬線方式。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制了PDP－14型PLC器件，填充了繼電器邏輯和微處理之間的地帶。由于微型計算機的運用和發(fā)展，為邏輯控制開辟了廣闊的前景，以微處理器為基礎(chǔ)的新一代PLC，不僅對傳統(tǒng)的數(shù)字領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響，并且對整個計算機輔助制造產(chǎn)生威力。PLC的基本結(jié)構(gòu)外部設(shè)備外部供電通訊功能人機接口通訊功能電源功能的執(zhí)行應用程序操作系統(tǒng)功能應用程序存儲數(shù)據(jù)存儲信號處理功能操作者設(shè)計人員至傳感器和執(zhí)行器的接口功能外設(shè)接口中央處理器存貯器電源

A/D輸入離散量輸入D/A輸出離散量輸出按紐、限位開關(guān)旋轉(zhuǎn)變壓器電機、電磁線圈可控硅、指示燈等程序設(shè)定器顯示處理器I/O子系統(tǒng)

PLC的典型結(jié)構(gòu)PLC的組成1.PLC微處理器

處理器的結(jié)構(gòu)與計算機的CPU結(jié)構(gòu)類似。差別：一般計算機的數(shù)據(jù)處理能力強PLC以邏輯運算為原則設(shè)計的,數(shù)據(jù)處理能力較弱。運算控制比較簡單，指令數(shù)目少，為了用戶采用梯形圖編程方式。2.I/O子系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)是PLC對外的接口，被控設(shè)備的I/O信號接到相應的I/O組件上。作用完成電信號電平轉(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。PLC的一般工作原理1.用戶根據(jù)采用的梯形圖編制程序，通過程序設(shè)定器轉(zhuǎn)換為及其指令目的碼，在CPU的控制下進入EPROM只讀存儲器。梯形圖如圖CR1PB1CR3PB1CR22.在啟動程序運行后，處理機不斷的進行循環(huán)掃描，順序的從PROM中取相應程序的機器碼，譯碼執(zhí)行。PLC的分類1.內(nèi)裝型PLC1).什么是內(nèi)裝型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(shè)計。2).內(nèi)裝型PLC的特點※

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)部進行的?！?/p>

內(nèi)裝型PLC是CNC不能獨立工作，是CNC裝置的一個功能模塊，是CNC裝置功能的擴展。操作面板總線連接存儲器CPUAS511驅(qū)動器I/OCPU接口伺服接口存儲器輸入設(shè)備NC總線I/OPC

總線擴展設(shè)備編輯器測量回路調(diào)節(jié)信號3).帶內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)4).具有內(nèi)裝型PC的CNC機床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)NCPCI/O電路強電電路主軸速度控制單元速度控制單元CRT/MDI面板機床操作面板MCNC裝置5).舉例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)ⅱ.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.獨立型PLC1).什么是獨立型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。2).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(wù)?！?/p>

獨立型PLC的生產(chǎn)廠家較多，品種、類型豐富，使用戶由較大的選擇余地。3).具有獨立型PLC的CNC機床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)NCPCI/O電路強電電路主軸速度控制單元速度控制單元CRT/MDI面板機床操作面板MI/O電路I/O電路PC裝置CNC裝置4).主要功能5).舉例♀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)范程序存儲容量預算和控制功能♀Canada·Entertron公司SK-1600PLC系列產(chǎn)品X11y0ZcFcX12X13PLC實例試設(shè)計三相異步電機正反?？刂频睦^電器電路右圖為該設(shè)計的主電路圖ZCFCFCZCZAFATARFCZC控制電路I/O連接圖ZATAP01P02P03FA

ZC

FCPLCP41P42COMCOMP04TA上圖中：TA:停止按鈕RJ:熱繼電器FA:反轉(zhuǎn)按鈕ZA:正轉(zhuǎn)按鈕ZC、FC:電動機接觸器LOADP0001ORP0041AND,NOTP0003ANDP0004AND,NOTP00042OUTP0041LOADP0002ORP0042AND,NOTP0003ANDP0004ANDNOTP0041OUTP0042END其語句表如右部所示程序運行PLC的發(fā)展與應用PLC首先應用于汽車工業(yè)，由于適用于邏輯控制，很快被應用到數(shù)控機床中,品種劇增，功能愈強。1973年出現(xiàn)了第二代PLC，在價格上可以與繼電器相匹敵，在功能方面增加了加、減、乘、除功能。美國A-B公司的PLC-3容量為96K，字長16位，I/O分別為4096/4096點，定時器/計數(shù)器共達32768個，68條指令，還具有PID功能。TEXAS公司的TI-510內(nèi)存容量僅0.5K,輸入126點，輸出8點，定時器/計數(shù)器共16個。PC的現(xiàn)狀和發(fā)展方向高性能CPU過程控制領(lǐng)域機械控制領(lǐng)域工程領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域工程領(lǐng)域人機接口智能化CAM/CAD系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)化三、可編程邏輯控制器PLC與CNC工作過程如下：1.計算機掃描各個輸入數(shù)據(jù)源，獲得的數(shù)據(jù)以表格方式存入存貯器中。2.計算機通過I/O總線向PLC有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)和控制信息，存入PLC的RAM之中。3.計算機向PLC發(fā)送“啟動命令”，PLC對啟動命令的響應是將其“忙錄”標志置1，并啟動其程序計數(shù)器。4.上述的過程一直繼續(xù)到所有的邏輯方式被解出，即全部的指令被執(zhí)行。5.當計算機檢測到PLC的“完成”標志時，便讀出PLC的輸出RAM中的內(nèi)容，并將數(shù)據(jù)存入存貯器表中。6.計算機執(zhí)行另一個輸入序列循環(huán)，向PLC傳遞數(shù)據(jù)，啟動PLC。暫存RAM用作中間結(jié)果儲存，與硬線系統(tǒng)的繼電器等價，是系統(tǒng)內(nèi)部的媒介信息。帶有PLC的CNC框圖如圖所示輸出轉(zhuǎn)換器電路輸出轉(zhuǎn)換器電路PLC處理機PLC存貯器I/O總線接口系統(tǒng)計算機總線連接器時鐘輸入/輸出總線雙向數(shù)據(jù)總線及控制總線§5.4CNC裝置的顯示模塊§1概述1.計算機圖形顯示，從顯示器件上顯示的內(nèi)容講，分為三種類型：

文字顯示

文字,數(shù)字及簡單的字符拼湊的簡單圖形

圖形顯示

可以顯示各種線條和各類圖形形勢顯示

2.CNC的CRT顯示

更為廣泛的一種顯示，字符和各種線條、圖形,連同某些背景信息在一起的顯示。屬于文字顯示，CNC的CRT顯示的控制結(jié)構(gòu)是小型機或微型機內(nèi)存中所存放的顯示程序和檔案。CRT系統(tǒng)內(nèi)有緩沖存儲器及顯示控制器。亦有顯示器內(nèi)帶微型機的，成為智能終端。CNC的顯示結(jié)構(gòu)如圖1所示

CNC的CRT顯示原理CRT系統(tǒng)CNC計算機接口緩沖存儲器顯示控制器CRT3.CRT顯示的特點不僅顯示直觀，便于修改，而且可以進行人機對話，是計算機數(shù)控中的外圍設(shè)備。4.顯示卡CRT的主要作用接收來自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)經(jīng)與CRT掃描信號調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號。由CRT的電子槍對屏幕進行掃描，從而產(chǎn)生所需的畫面。§2CRT的工作原理1.高速電子束撞擊熒光屏表面的磷光物，對應位置就出現(xiàn)光點，光點的亮度決定于電子束的強度。屏幕上的如象顯示，是利用陰極射線管中高速電子束的不斷掃描來實現(xiàn)的。2.為了使電子束能夠有規(guī)律的從左到右、自上而下地移動，以構(gòu)成一幀完整幕面，必須加上偏轉(zhuǎn)電路，電子束這種移動稱為掃描。3.在電子束掃描過程中，利用圖象信號不斷控制電子數(shù)的強度，熒光屏上就出現(xiàn)黑白圖象。4.圖像信號必須與掃描過程密切配合，否則，屏幕上就會雜亂無章，不會顯示清晰的圖像。掃描過程在熒光屏上形成的一行行光點光柵同步圖象信號與掃描過程的密切配合逐行掃描形成幀面的動畫逐行掃描形成幀面的示意圖第1線第2線第3線0水平逆程(消隱)水平正程(顯示)開始垂直逆程§3顯示程序的結(jié)構(gòu)CNC的顯示方式的分類1.加工狀態(tài)下的CRT顯示2.非加工狀態(tài)下的CRT顯示包括加工的數(shù)據(jù)段，加工時尺寸大小，主軸轉(zhuǎn)速，進刀速度及加工狀態(tài)的顯示。顯示內(nèi)存中已儲存的零件程序，目錄表等此時，只需按適當?shù)逆I盤命令即可進行?！?.5華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)硬件介紹華中Ⅰ型是我國“八五”科技攻關(guān)中開發(fā)的高中檔數(shù)控系統(tǒng)，它由華中理工大學開發(fā)完成。華中