【正文】 第五章 計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng) 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 2頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 目 錄 概述 一、 CNC系統(tǒng)的組成 二、 CNC裝置的結構 三、 CNC裝置的工作原理 四、 CNC裝置的特點 五、 CNC裝置的功能 CNC系統(tǒng)的硬件結構 一、單微處理器結構 二、多微處理器結構 三、其它類型數(shù)控系統(tǒng) CNC系統(tǒng)的軟件結構 一、 CNC系統(tǒng)軟硬件的分工 二、 CNC系統(tǒng)控制軟件的特點 三、 CNC系統(tǒng)的軟件結構 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 3頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 目 錄 CNC系統(tǒng)的插補原理 一、概述 二、脈沖增量插補 三、數(shù)據(jù)采樣插補 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 一、刀具補償 二、 C功能刀具半徑補償 三、 CNC系統(tǒng)的加減速控制 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 4頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 概述 定義： 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 ” 。 CNC系統(tǒng)與 NC系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)分輪廓控制和點位控制系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的核心是： 完成數(shù)字信息運算、處理和控制的計算機，即數(shù)字控制裝置。 一、 CNC系統(tǒng)的組成 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 5頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 CNC系統(tǒng)的組成 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 ...... 從自動控制的角度來看， CNC系統(tǒng)是一種 位置 （軌跡）、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。 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 6頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 CNC裝置由 硬件 和 軟件 組成 : CPU，存儲器，總線、 外設 等 。 二、 CNC裝置的結構 CPU EPROM或 E2PROM RAM 輸入 /輸出接口 主軸控制 通信接口 MDI接口 PLC接口 CRT 或液晶顯示接口 位置控制 紙帶閱讀機接口 CNC裝置的 硬件 組成 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 7頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 ： 是一種用于零件加工的、實時控制的、特殊的（或稱專用的）計算機操作系統(tǒng)。 系 統(tǒng) 初始化 系統(tǒng)控制軟件 程序管理 編輯 存儲 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 補償計算 速度控制 插補程序 位控程序 CNC軟件的構成 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 8頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 ? 工作原理： ? 通過各種輸入方式，接受機床加工零件的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過 CNC裝置譯碼，再進行計算機的處理、運算，然后將各個坐標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，帶動各軸運動。并進行實時位置反饋控制，使各個坐標軸能精確地走到所要求的位置。 ? 簡要工作過程： ? 1）輸入 ： ? 輸入內(nèi)容 ——零件程序、控制參數(shù)和補償數(shù)據(jù)。 ? 輸入方式 ——穿孔紙帶閱讀輸入、磁盤輸入、光盤輸入、手健盤輸入，通訊接口輸入及連接上級計算機的 DNC接口輸入 三、 CNC裝置的工作原理 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 9頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 ? 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 ：包括刀具補償，速度計算以及輔助功能的處理等。 ? 4）插補： 插補的任務是通過插補計算程序在一條曲線的已知起點 和終點之間進行 “ 數(shù)據(jù)點的密化工作 ” 。 ? 5）位置控制： 在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給伺服電機。 ? 6） I/O處理： 處理 CNC裝置與機床之間的強電信號輸入、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)。 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 10頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 靈活性大 通用性強 可靠性高 可以實現(xiàn)豐富、復雜的功能 使用維修方便 易于實現(xiàn)機電一體化 四、 CNC裝置的特點 五、 CNC裝置的功能 數(shù)控裝置的主要功能 （ 1） 控制功能 （控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)） （ 2）準備功能（ G功能） （ 3）插補功能 （ 4）固定循環(huán)加工功能 （ 5）進給功能（ F ） ①切削進給速度 ② 同步進給速度 ③快速進給速度 ④進給倍率 。 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 11頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 （ 6）補償功能 1） 刀具長度、刀具半徑補償和刀尖圓弧的補償 2）工藝量的補償 （ 7）主軸速度功能：①主軸轉(zhuǎn)速的編碼方式、 ②恒定線速度、 ③主軸定向準停 （ 8）輔助功能（ M代碼） （ 9）字符圖形顯示功能 （ 10）程序編制功能：手工編程、 在線編程、自動編程 （ 11）輸入、輸出和通訊功能 （ 12）自診斷功能 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 12頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CPU ROM RAM IN接口 OUT接口 閱讀機 接口 MDI/CRT 接口 位置 控制 其它 接口 總線 單微處理器硬件結構圖 CNC裝置的硬件構成 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 13頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 CNC裝置的體系結構 分為：單微處理機和多微處理機系統(tǒng)，中高檔的 CNC裝置以多微處理機結構為多。 ■ 單微處理機結構 :見上圖 ■ 多微處理機 CNC裝置的結構： 1. 主從結構 2. 多主結構 3. 分布式結構 4. 多通道結構 CNC裝置的體系結構 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 14頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 一、單微處理器結構 單微處理機數(shù)控裝置 :是以一個 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。 單微處理機結構： 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。 微處理器：運算、控制 總線： CPU與各組成部件、接口等之間的信息公共傳輸線，包括控制 、地址和數(shù)據(jù)三總線。 ① 只讀存儲器（ ROM）和隨機存儲器（ RAM） 它們的用途： 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 15頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 ● 只讀存儲器 （ ROM） ：系統(tǒng)程序 ● 隨機存儲器 （ RAM） ：運算的中間結果 、 需顯示的數(shù)據(jù) 、 運行中的狀態(tài) 、 標志信息 ② CMOS RAM或磁泡存儲器：加工的零件程序 、機床參數(shù) 、 刀具參數(shù) ● 對數(shù)控機床的進給運動的坐標軸位置進行控制（ 包括位置和速度控制 ） 。 （ 對主軸的控制一般只包括速度控制 ） ● C軸位置控制： 包括位置和速度控制 ● 刀庫位置控制 （ 簡易位置控制 ） 進給軸位置控制的硬件：大規(guī)模專用集成電路位置控制芯片 、 位置控制模板 。 數(shù)控技術 第五章 計算機數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 16頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結構 CNC系統(tǒng)的軟件結構 CNC系統(tǒng)的插補原理 CNC系統(tǒng)的刀具補償和加減速控制 CNC裝置的基本功能模塊 （ 1