第二章 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNC與控制原理

本章主要內(nèi)容

第一節(jié) 概述

第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

第三節(jié) CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

第四節(jié) 可編程控制器(PLC)

第五節(jié) 典型的CNC系統(tǒng)簡介

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2.1概述

1. CNC系統(tǒng)?

從自動控制的角度來看，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)

動軸)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)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(jī)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。

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2.1概述

CNC系統(tǒng)平臺

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2.1概述

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2.1概述

2. CNC系統(tǒng)工作過程

輸入 譯碼 數(shù)據(jù)處理 插補(bǔ) 將各個坐標(biāo)軸的

分量送到各控制軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大去驅(qū)動

伺服電動機(jī)，帶動各軸運(yùn)動 實(shí)時位置反饋控制，使

各個坐標(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算機(jī)的DNC接口輸入等。

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2.1概述

2)譯碼：以一個程序段為單位，根據(jù)一定的語法規(guī)則解釋、

翻譯成計算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(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，速度計算以及輔助功能的處理

等。

4)插補(bǔ)：通過插補(bǔ)計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：在每個采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計算出的理論位置

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、操作和其他錯誤狀態(tài)。

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2.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

CNC裝置的硬件結(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)。

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2.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

單微處理器

單微處理器硬件結(jié)構(gòu)圖

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2.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

1. 單微處理器數(shù)控裝置:

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(wù)。

特點(diǎn)： ? 一個微處理器完成所有的功能

? 采用總線結(jié)構(gòu)

? 結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)

? 功能受限制

單微處理器結(jié)構(gòu)組成：

微處理器(運(yùn)算、控制)、存儲器、總線、接口；

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2.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

存儲器

只讀存儲器(ROM)：系統(tǒng)程序 ；

隨機(jī)存儲器(RAM)：運(yùn)算的中間結(jié)果、需顯示的數(shù)

據(jù)、運(yùn)行中的狀態(tài)、標(biāo)志信息；

CMOS RAM或磁泡存儲器：加工的零件程序、機(jī)床參

數(shù)、刀具參數(shù) 。

位置控制單元

?對進(jìn)給運(yùn)動的坐標(biāo)軸位置進(jìn)行控制(包括位置和速度控制)

?對主軸控制，一般只包括速度控制

?刀庫位置控制(簡易位置控制)

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2.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

2. 多微處理器結(jié)構(gòu)

在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，

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。容錯能力強(qiáng)，在某模塊出

故障后，通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。

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2.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)形式：可分：分布式、主從式、總線式。

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)。

主從式：主控CPU、從控CPU，主控CPU才能控制和訪問總

線，通過總線對從控CPU控制、監(jiān)視、協(xié)調(diào)。

總線式(多主式)：主

總結(jié)

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