第三章计算机数控系统精品版.docx
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第三章计算机数控系统精品版
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第三章:
计算机数控系统
第一节概述
第二节MNC系统的构成
教学目的
要求
一.了解数控系统在数控机床中的作用
二.掌握数控系统的组成,各部件的作用
三.了解MNC系统的构成
教学重点
数控系统的组成,各部件的作用
教学难点
数控系统的组成,各部件的作用
主要教具
设备
材料
教材、教学课件、多媒体设备
课后记
第三章计算机数控系统
第一节概述
一、基本概念:
1NC硬件数控:
即由硬件电路来完成插补的数控动作,出现的年代:
1952~1965
2CNC计算机数字控制:
由硬件和软件共同完成数控的功能,具有柔性。
1974年以后
二、构成及各部分的功能:
1、构成
2、各部分的功能
1)输入装置:
完成程序,参数等信息的输入
MDI
信息载体
2)输出装置:
完成打印,穿孔显示等
3)通信线路:
实现串行通讯及网络功能
4)CNC:
完成与外围设备联系,控制系统各部分功能
5)PLC:
完成机床的顺序控制,换刀,APC等
6)主轴单元:
接受CNC的指令,控制主轴电机的转速及旋向
7)速度单元:
接收CNC的指令,控制各伺服轴的动作
第二节、MNC系统的构成
一、概念:
采用微处理器构成的数控装置称为MNC
二、组成:
中央单元(CPU)
总线BUS
存储器(RAM,ROM)
I/O接口电路
PLC主轴单元速度控制单元等
三、各部分介绍:
1CPU;BUS
CPU:
由运算器、控制器、内部寄存器构成
衡量CPU的两个因素:
①位数
2速度
作用:
对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程序中指令的要求进行各种运算,使系统成为一个有机整体.
BUS:
总线,信息公共通路的总称
物理导线分为:
地址总线(DB)
数据总线(AB)
控制总线(CB)
2存储器:
作用:
①存放系统软件,零件程序参数等
②存储运算的中间结果
分类:
RAM(随机存储器)
既可读入也可写出,用来存放①程序②参数③中间结果
①②均具备保持功能
ROM:
只读存储器,存放系统软件
又分为:
EPROM、E2ROM、闪存。
3I/O接口电路:
功能:
外设不能直接与存储器进行通讯,需要通过CPU对I/O接口的读写操作来完成外设与存储器之间的信息交换
(1)系统的I/O接口:
系统的接口常采用串行接口,其定义:
通讯的发送方和接受方之间的数据信息的传输是在单根线上完成的.每次以一个二进制的“0”“1”为最小单位进行传输.
优点:
价格便宜,简化通讯设备,可通过电话线进行长距离传输
缺点:
传输速度慢.
协议:
为保证数据传输正确,通讯双方遵循某种约定的规程(异步通讯规程)
以一帧作为一个数据传输单位
每一帧包含:
起始位,数据位,奇偶校验停止位
格式如下:
信号无传输:
表明线路上无数据传输
1起使传输:
发送方任意时刻将线路上的逻辑1状态拉至0,发出一个空号.表明线路上发送方要传输数据,将接受方受到空信号开始准备与发送方同步,并希望收到随后的数据.
2数据传输:
表示一个字符或一个代码等
3奇偶校验:
保证每一帧传输的正确性
4停止位:
可选择1,1.5,2,保证每帧传输时间相等及同步
波特率:
每秒传输的二进制位数:
300,600,1200,2400,4800,9600
联接:
PC←→CNC
9针接口RS23225针接口
1DCD载波检测1.保护地
2RXD接受数据2.TXD
3TXD发送数据3.RXD
4DTC数据终端就绪4.RTS
5信号地SGD5.CTS
6DSR数据设备就绪6.DSR
7RTS请求发送7.SGD
8CTS清除发送8.DCD
9RI指令结束20.DTR
常用的硬件连接图:
加入图片
PC--------------CNC
保护地-------------1
2---------------------2
3---------------------3
5---------------------7
7—8短接、4—5短接1—4—6短接6—8—20短接
(2)机床的I/O通道:
微机与机床的连接电路:
a,I/O电路的功能特点:
①传送信息可靠。
②进行信息的转换、D/A—A/D。
③抗干扰性。
bI/O控制器构成:
I/O接口、光电隔离、信息转换等组成、
典型接口①输入电路:
讲解各元件的作用。
②输出装置:
继电器输出电路:
适用于速度要求不高,但负载电流较大的场合。
晶体管输出电路:
③光电隔离的作用:
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第三章第三节CNC的硬件结构
教学目的
要求
一.了解硬件分类
二.了解典型数控系统的硬件结构,各部件的作用
教学重点
硬件的分类
教学难点
典型数控系统的硬件结构,各部件的作用
主要教具
设备
材料
教材、教学课件、多媒体设备
课后记
第三节、CNC的硬件结构
一、分类:
1、按微处理器分类;
1)单微处理器:
只有一个CPU、采用集中控制分时方法处理数控的各个任务。
缺点:
①不易进行功能的扩展和提高。
②处理速度低、数控功能差。
2)多CPU:
1单CPU的弥补:
1)增加浮点协处理器、8086+8087
2)硬件分担插补
3)采用全智能化的CRT、PLC部件。
2两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。
模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。
3特点:
1、性能价格比高
单CPU限制性能
多提高速度,扩展性能。
2、采用模块化结构,良好的适应性和扩展性
3、硬件易于组织规模生产。
4、可靠性高。
多CPU结构分类:
共存储器以存储器为中心,各模块工作时,通过优先接受使用请求,使用完成要撤消,释放存储器。
共总线以总线为中心,各模块工作时,仅有一个模块可占用总线,多个请求时由总线仲裁器来裁决。
2、按照电路板结构分:
1)大板结构:
主电路板是大板,其他电路板是小印刷电路板,它们插在电路板的插槽内一块构成CNC装置,FANUC-C,0等
2)模块化结构:
控制单元母版框架,各功能模块,软件硬件的设计成模块化
特点:
各功能块功能独立,便于开发同一功能的系列产品,维修维护方便
二、典型数控系统的硬件结构:
1、fanuc-6M系统的硬件介绍
2、SIN840C系统的硬件结构:
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第三章第四节:
CNC系统的软件
教学目的
要求
一.了解CNC系统软件的组成
二.了解CNC系统软件各部分的作用
三.了解典型数控系统软件的工作过程
教学重点
CNC系统软件各部分的作用
教学难点
CNC系统软件各部分的作用
主要教具
设备
材料
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课后记
第四节CNC系统软件
一组成与功能:
CNC系统软件管理软件程序的输入输出
显示
通信
控制软件译码
刀具补偿
速度处理
插补运算
位置控制等
各程序简介:
1输入程序:
①把零件程序经缓冲器到存储
②把存储的程序读入缓冲器
记录垂直校验:
每个程序数必须有偶数行代码否则以空格代替
水平奇偶:
每行代码中1的个数必须为偶数(ISO)或奇数(EIA)
2译码程序:
进行代码的识别,及功能代码的解译
①代码识别是指将读入代码按内部码地址的不同进行处理
②功能处理是指将代码识别的结果按功能再分类,转入相应的功能程序
例如:
N50G90G01X106.Y-60.F46M05;
3数据处理:
对功能代码进行预处理
任务:
①刀具半径补偿,速度计算,辅助功能的处理
其中:
刀具半径补偿:
将零件的轮轨迹转化为刀具中心的轨迹。
速度代码:
确定加工数据数的速度。
辅助加工的处理:
指顺序程序的处理,设置接口信号。
数据的处理为插补程序做准备,称为预计算。
A位置b速度。
4插补计算程序:
作用是对加工轨迹的细化。
早期:
全部由硬件来完成,由硬件来实施完成速度及位置的分配。
现在:
软件插补+硬件插补
由软件完成粗插补,将整个轨迹分成几个大段,再由硬件执行个数的细化。
5伺服控制软件:
作用:
将位置指令(周期内4ms)转化为速度指令。
原理:
系统4ms计算一次指令值Dc读一次Df值
通过计数器计算出△D=Dc-Df,
③(ΔD*Kd)/4s为速度。
6输出程序:
将数据处理、插补、伺服处理的结果输出至对应的接口电路
7管理程序:
管理:
数据的输入、处理及切削加工
处理主板、时钟信号、故障信号
管理为主程序,执行周期较长,实时程序靠中断完成
8诊断程序:
对系统内的软件,硬件进行诊断,对故障做出相应的报警提示
例如:
编程、超程、伺服、PLC等
二、CNC软件的特点:
1多任务并行处理:
多个任务,多个程序共用运行。
2多重实时中断处理:
理解P90图:
中断是指终止现行程序转去执行另一程序。
待另一程序处理完毕后、再继续执行原程序,
多重中断:
按中断的级别排队。
实时:
是指在确定的有限时间里对外部产生的随机事件作出响应。
并完成响应和处理。
三、典型数控软件的工作过程:
见中断优先级P90
(1)开机后,系统首先进入初始化程序。
进行硬、软件初始状态的设置。
随后进入中断第一级,进行CRT显示及ROM检查。
(2)PLC控制能够检测出机床选择的操作方式,处理完成后转入机床的方式
处理方式:
JOGSTOPHANDLE进行工件原点及对刀。
MDI可进行机床参数、刀具参数和数控程序的处理。
选择“MEM〃按循环启动按钮则自动运行零件程序。
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第三章第五节:
运动轨迹的插补原理
教学目的
要求
一.掌握插补的概念
二.了解逐点比较法的原理
教学重点
逐点比较法的原理
教学难点
逐点比较法的原理
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第五节运动轨迹的插补原理
一、插补的概念:
理解插补的前提:
数控机床刀具轨迹不是连续的,因为它是数字量
1沿着规定的轮廓、在轮廓的起点和终点之间一定的算法进行数据点密化、即“插入〃“补上〃运动中间点的坐标。
通常把这个过程称为插补。
分直线插补和曲线插补,
2软、硬件插补:
①硬件(数字)电路来完成插补;
2由软件来完成插补功能称为软件插补。
3软+硬
二、逐点比较插补法:
逐点即每一个脉冲当量为一个点。
用于没有反馈的开环系统。
数字语文资源网概念:
是一种逐点计算、判别偏差,并纠正逼近理论轨迹的一种方法。
在插补过程中,每走一步要完成以下四节拍。
1、偏差判别:
判别当前点偏离理论点的位置。
2、进给控制:
确定进给坐标及进给方向,并产生移动。
3、新偏差计算:
进给后到达新位置,计算出新的偏差作为下一次判别的依据。
4、
5、教师教育理念一句话终点判别:
查询是否到达终点。
2.在Ⅰ相限直线插补的基本原理
(1)
偏差的判别
OE为理论轨迹:
N”、N’为动点:
当N在OE上时:
Yi/Xi=Ye/Xe即XeYi-XiYe=0
当N”在OE上方时:
教师教育理念一句话Yi/Xi>Ye/Xe即XeYi-XiYe>0
教师李莉的事情是真实的吗令F=XeYi-XiYe
整百,整千加减法教学反思则:
当F=0时,在直线上
当F>0时,N(Xi,Yi)在OE上方
当F<0时,N(Xi,Yi)在OE下方
(2)坐标进给
当Fm≥0时,向X走一步。
当Fm<0时,向Y走一步
(3)
(4)武汉牛津英语新偏差计算
Fm≥0,时下一点:
材料科学概论试题Ym+1=Xm+1
Ym+1=Ym
教师上课新偏差:
Fm+1=Ym+1×Xe-Xm+1×Ye
梦结束的地方阅读短文及答案=YmXe-(Xm+1)Ye
=FM-Ye
教师读书摘抄及心得当Fm<时,F下一点
Xm+1=Xm
Ym+1=Ym+1
Fm+1=Fm+Xe
终点判别:
根据刀具沿X、Y轴所走的总步数判别是否达到终点
(5)程序框图:
见课本P101
讲解过程举例:
加工下图的直线,直线的起点坐标为坐标原点,终点坐标为(10,5),使用逐点比较法对该线段进行插补,并画出插补轨迹
解:
根据前面的理论,加工完该线段刀具沿x,y轴应走N=10+5=15
插补的运算过程如下表,再根据该表画出插补轨迹
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课程类型
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第三章第六节:
辅助功能及PLC
第七节:
进给运动的误差补偿
教学目的
要求
1.掌握辅助功能及PLC的工作原理
2.了解进给运动的误差产生及补偿方法
教学重点
辅助功能及PLC的工作原理
教学难点
辅助功能及PLC的工作原理
主要教具
设备
材料
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课后记
第六节、辅助功能与PLC
一概念:
以微处理器为基础的通用型自动控制装置,它一般以顺序控制为主,回路调节为辅,能够完成逻辑,顺序,计时,计数和算术运算等功能。
二作用:
1开关量的控制
2闭环过程控制
3多级控制系统
4控制机器人类型
5组合数字控制
三CNC中的PLC:
CNC的工作包括:
NC位置控制、PLC顺序控制
CNC中的PLC介于CNC与MT之间,其分类;
1内装式:
指PLC内含在CNC装置内,从属于CNC装置,并与CNC装置集于一体,内装式既可以单独使用一个CPU,也可与CNC共同一个CPU。
例如FANUC系统
2独立式PLC:
通用PLC完全独立于CNC装置,具备完备的软件和硬件,能够独立完成CNC系统所要求的控制任务。
例如:
SIEMENS SIN840C
四、PLC在数控机床控制的基本功能
1、M、S、T的实现:
M代码:
便于理解指令的执行过程
段前辅助功能:
I:
03,04
段后辅助功能:
A:
05,09
段内辅助功能:
C:
M06
执行:
当CNC译码另件程序遇到指令时,将内码送入F151
例:
MO7 F151
0
0
0
0
0
1
1
1
2S实现:
早期PLC实现S功能,现在由数控实现S主轴
3T功能:
由PLC实现选刀与换刀控制,换刀有固定换刀和随机换刀两种
1)固定换刀:
刀具从哪来还放到哪去,刀具号与刀套号位置是固定的刀具交换后,旧刀还方回原位
2)随机换刀:
取刀与还刀与刀套号无关,换刀时从刀库取走新刀后,刀库不动,旧刀方回原处。
修改刀套表数据须有刀具管理数据:
刀套表
第七节、进给运动的误差补偿
一进给运动的误差来源:
1齿隙或间隙:
2螺距误差:
3热变行误差:
等:
二.误差补偿方法:
1、齿隙.间隙的补偿方法有:
1)程序补偿
2)参数补偿
2螺距补偿:
通过检测,找出在全行程各点的误差分布,将误差分布以参数的形式输入系统来进行补偿.
3热变形误差:
(列表法)
以不同的温度时测出定位误差曲线,存入表格,在运行中根据检测位置和该温度下该位置的偏差量来确定坐标点的修正量。
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