数控系统的组成及工作过程本科毕设论文Word下载.docx
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Abstract......................................................................................................................4
引言...........................................................................................................................5
一,数控系统的概述...........................................................................................6
1.数控系统的概念............................................................................................6
2.开放式数控系统的概念及特征,.....................................................................6
3.CNC系统的组成及其特点............................................................................7
二,CNC系统的硬件........................................................................................7
1.大板的结构和功能模板结构............................................................................7
1.1大板结构......................................................................................................8
1.2功能模板结构............................................................................................8
2.单微处理器结构和多微处理器结构................................................................8
2.1单微处理器的结构....................................................................................8
2.2多微处理器的结构.....................................................................................9
2.3单微处理器和多微处理器的区别.............................................................10
三,CNC系统的软件结构.................................................................................11
1CNC软件的组成..............................................................................................11
2CNC软件的结构..............................................................................................12
四,数控系统的工作过程..................................................................................12
1.输入..................................................................................................................12
2.插补...................................................................................................................12
3.伺服控制..........................................................................................................13
五、功能水平分类..............................................................................14
六、数控系统的新动向.........................................................................14
1、机床的智能化...............................................................................................14
2、新的工艺过程..............................................................................................14
3、直接驱动技术..............................................................................................15
4、可重组制造系统....................................................................................................15
结束语16
参考文献17
致谢18
诚信声明19
摘要
数字控制(NumericalControl)技术,简称为数控(NC),是一种自动控制技术,它用数字指令来控制机床的运行。
采用数控技术的自动控制系统称为数控系统。
装备了数控系统的机床称为数控机床。
随着生产的发展,数控技术已不仅用于金属切削机床,同时还用于其他的机械装备,如三坐标测量机、工业机器人、
激光切割机、数控雕刻机、电火花切割机等机器上。
数控技术在硬件和软件方面,发展速度都很快。
目前市场上已不到普通的数控(NC)机床,取而代之的是计算机数控机床。
计算机数控系统是采用储备程序的专用计算机来实现部分基本数控功能的数控系统。
目前所说的数控,一般是指计算机数控(NCN)。
关键词:
数控系统程序
Abstract
Digitalcontroltechnology,theabbreviationforCNC,isakindofautomaticcontroltechnology,itwithdigitalinstructionscontrolledmachinetooloperation.
AdoptCNCtechnologyofautomaticcontrolsystemiscalledCNCsystem.Equippedwithnumericalcontrolsystemofmachinetoolcallednumericalcontrolmachine.Withthedevelopmentofproduction,numericalcontroltechnologyhasnotonlyusedformetalcuttingtools,alsousedforothermechanicalequipment,suchastri-ordinatemeasuringmachine,industrialrobots,
Lasercuttingmachine,CNCengravingmachines,electricsparkmachineetconthemachine.
Numericalcontroltechnologyinhardwareandsoftware,developmentspeedquickly.Onthemarketatpresentalreadylessthanordinaryncmachinetools,insteadofcomputernumericalcontrolmachine.Computernumericalcontrolsystemistousecomputerstothespecialreserveprogramrealizationofthebasicfunctionsofthencsystemnumericalcontrol.Nowsaynumericalcontrol,usuallyreferstocomputernumericalcontrol.
Principle:
Numericalcontrolsystemprogram
引言
数控系统是数字控制系统简称,英文名称为NumericalControlSystem,早期是由硬件电路构成的称为硬件数控(HardNC)
1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。
它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,起了质的飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。
1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国诞生了第一台数控机床。
数控(NC)阶段(1952~1970年)
人们采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控(HARD-WIREDNC),简称为数控(NC)。
随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,即1952年的第一代--电子管;
1959年的第二代--晶体管;
1965年的第三代--小规模集成电路。
计算机数控(CNC)阶段(1970年~现在)
1971年,美国英特尔公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上,称之为微处理器(MICROPROCESSOR),又可称为中央处理单元(简称CPU)。
1974年微处理器被应用于数控系统,称为计算机数控。
计算机数控阶段也经历了三代。
即1970年的第四代--小型计算机;
1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC(国外称为PC-BASED)。
计算机数控(Computerizednumericalcontrol,简称CNC)系统是用计算机控制加工功能,实现数值控制的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序,执行部分或全部数值控制功能,并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置(CNC装置)、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给(伺服)驱动装置(包括检测装置)等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。
由于使用了计算机,系统具有了软件功能,又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置,使系统更小巧,其灵活性、通用性、可靠性更好,易于实现复杂的数控功能,使用、维护也方便,并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
一、数控系统的概述
1.数控系统的概念
数控系统是数字控制系统简称,英文名称为NumericalControlSystem,早期是由硬件电路构成的称为硬件数控(HardNC),1970年代以后,硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
计算机数控(Computerizednumericalcontrol,简称CNC)系统是用计算机控制加工功能,实现数值控制的系统。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置(CNC装置)、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给(伺服)驱动装置(包括检测装置)等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。
2.开放式数控系统的概念及特征
IEEE标准定义开放式数控系统:
能够在多种平台上运行,可以和其他系统互操作,并能给用户提供一种统一风格的交互方式。
开放式数控系统具有以下基本特征:
——可互换性,构成系统的各硬件模块、功能软件的选用不受单一供应商的控制,可根据功能、可靠性、性能要求相互替换,不影响系统整体的协调运行;
——可伸缩性,CNC系统的功能、规模可以灵活设置,方便修改。
控制系统的大小(硬件或软件模块),可根据具体应用增减;
——可移植性,系统的功能软件与设备无关,各种功能模块运行于不同的控制系统内,即能运行于不同供应商提供的硬件平台上;
——可扩展性,CNC用户或二次开发者能有效地将自己的软件集成到NC系统中,形成自己的专用系统,功能的增减只需功能模块的装卸;
——可互换性,通过标准化接口,通信和交互机制,使不同功能模块能以标准的应用程序接口运行于系统平台之上,并获得平等的相互操作能力,协调工作。
3.数控系统的组成与特点
计算机数控系统(简称CNC系统)是在硬件数控(NC)系统的基础上发展起来的,它用一台计算机完成数控装置的所有功能。
CNC系统由硬件和软件组成,其组成框图如图1所示图1
图1
根据上述组成框图,CNC系统有如下特点:
(1)灵活性
(2)通用性
(3)可靠性
(4)数控功能多样化
(5)使用维护方便
2、CNC硬件的硬件结构
数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成,这四部分之间通过I/O接口互连。
数控装置是数控系统的核心,其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。
数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块(小板)结构;
按CNC装置硬件的制造方式,可以分为专用型结构和个人计算机式结构;
按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。
1、大板结构和功能模板结构
1.1大板结构
大板结构CNC系统的CNC装置由主电路板、位置控制板、PC板、图形控制板、附加I/O板和电源单元等组成。
主电路板是大印制电路版,其它电路板是小板,插在大印制电路板上的插槽内。
这种结构类似于微型计算机的结构。
1.2功能模板结构
模块化结构的CNC装置,是将整个CNC装置按功能划分为若干个功能模块,每个功能模块的硬件按模块化方法设计成尺寸相同的印刷电路板(称为功能模板)各板均可插到符合相应工业标准总线的母板的插槽内。
功能模块的控制软件也是模块化的。
于是可按积木形式构成CNC装置,使设计简单,调试与维修方便,具有良好的适合性和扩展性。
2单微处理器和多微处理器的结构
2.1单微处理器的结构
单微处理器结构CNC装置采用以总线为中心的计算机结构,微处理器通过总线与存储器、PLC、位置控制器及各种接口相连。
CNC装置的接口包括与机床侧的信号输入输出接口、与上位计算机的通信接口及与标准输入输出设备的接口。
单微处理器CNC装置只有一个微处理器。
有的CNC装置虽然有两个或两个以上微处理器,但只有一个微处理器能够控制总线,占有总线资源,其他微处理器不能控制系统总线,不能访问主存储器,只作为智能部件工作,这种CNC装置也属于单微处理器结构。
由于只有一个微处理器,因此多采用集中控制、分时处理的方式完成数控的各项功能。
由于所有数控功能由一个微处理器完成,因此CNC装置的功能将受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。
CNC装置的档次主要由微处理器的品质决定。
其结构如图所示
2.2多微处理器的结构
多微处理器结构多微处理器的cNc系统一般采用两种结构形式,即紧耦合结构和松耦合结构。
紧耦合结构,各微处理器构成处理部件,处理部件之间采用紧耦合方式,有集中的操作系统,共享资源;
松耦合结构,由各微处理器构成功能模块,它们之间采用松耦合方式,有多重操作系统,可以有效地实现并行处理。
多微处理器cNc系统大多采用模块化结构,每个微处理器分管各自的任务,形成特定的功能单元。
由于采用模块化结构,可以采取积木方式组成cNc系统,因此具有良好的适应性和扩展性,且结构紧凑,特别是各功能单元更换方便,因而可使故障局限在单独的功能单元,对整个系统的影响降到最低限度。
与单微处理器相比,多微处理器结构的系统的运算速度有了很大的提高,它更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。
多微处理器结构如图3—9所示。
由图3-9可知,cNc管理模块,管理和组织整个cNc系统各功能协调工作,如系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统错误识别和处理以及系统软硬件诊断等,该模块还完成数控代码编译、坐标计算和转换、刀具半径补偿、速度规划和处理等插补前的预处理;
cNc插补模块,根据前面的编译指令和数据进 行插补计算,按规定的插补类型通过插补计算为各个坐标提供位置给定值;
位置控制模块,插补后的坐标作为位置控制模块的给定值,而实际位置通过相应的传感器反馈给该模块,经过一定的控制算法,实现无超调、无滞后、高性能的位置闭环;
PLC功能模块,零件程序中的开关功能和由机床来的信号在这个模块中作逻辑处理,实现各个功能和操作方式之间的连锁、机床电器设备的起停、刀具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计数等;
操作面板、图形显示模块包括零件程序、参数、各种操作命令和数据的输入(如软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输入、上级计算机输入等)、输出(通过软盘、硬盘、各种开关量和模拟量的输出、打印机)、显示(通过IED、CRT、ICD等)所需要的各种接口电路;
主存储器模块·
指程序和数据的主存储器,或功能模块间数据传送用的共享存储器。
3.3单微处理器和多微处理器的区别
单微处理器结构和多微处理器结构CNC装置的区别归纳如下:
(1)单微处理器结构CNC装置只有一个微处理器能够控制总线,占有总线资源,而多微处理器结构CNC装置有多个微处理器.
(2)单微处理器结构·
CNC装置采用以总线为中心的计算机结构,而多微处理器结构CNC装置各模块之间的互连和通信除了采用共享总线结构外,还采用共享存储器结构。
(3)单微处理器结构CNC装置有大板和模块两种结构形式,而多微处理器结构CNC装置都采用模块化结构形式。
(4)单微处理器结构CNC装置的功能受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制,用于控制功能不十分复杂的数控机床中。
多微处理器结构CNC装置适合多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控机床。
(5)与单微处理器结构CNC装置相比,多微处理器结构CNC装置具有更好的适合性和扩展性。
使故障对系统的影响更低
三、CNC系统的软件结构
1.CNC软件的组成
CNC软件分为应用软件和系统软件。
CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件,也叫控制软件,存放在计算机EPROM内存中。
各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同,它们的系统软件在结构上和规模上差别很大,但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。
下面分别叙述它们的作用。
1.输入数据处理程序
它接收输入的零件加工程序,将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理,并按规定的格式存放。
有的系统还要进行补偿计算,或为插补运算和速度控制等进行预计算。
通常,输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。
(1)输入程序
(2)译码程序
(3)数据处理程序
2.插补计算程序
CNC系统根据工件加工程序中提供的数据,如曲线的种类、起点、终点等进行运算。
根据运算结果,分别向各坐标轴发出进给脉冲。
这个过程称为插补运算。
进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动,完成程序规定的加工任务。
CNC系统是一边插补进行运算,一边进行加工,是一种典型的实时控制方式,所以,插补运算的快慢直接影响机床的进给速度,因此应该尽可能地缩短运算时间,这是编制插补运算程序的关键。
3.速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率,以保预定的进给速度。
在速度变化较大时,需要进行自动加减速控制,以避免因速度突变而造成驱动系统失步。
4.管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。
管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。
5.诊断程序
诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障,并指出故障的类型。
也可以在运行前或故障发生后,检查系统各主要部件(CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等)的功能是否正常,并指出发生故障的部位。
3.CNC系统软件的结构
CNC系统是在同一时间或同一时间间隔内完成两种以上性质相同或不同的工作,因此需要对系统软件的各功能模块实现多任务并行处理。
为此,在CNC软件设计中,常采用资源分时共享并行处理和资源重叠流水并行处理技术。
资源分时共享并行处理适用于单微处理器系统,主要采用对CPU的分时共享来解决多任务的并行处理。
资源重叠流水并行处理适用于多微处理器系统,资源重叠流水并行处理是指在一段时间间隔内处理两个或多个任务,即时间重叠。
由于两种技术处理方式不同,相应的CNC软件也可设计
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