第四章 計算機數控系統(CNC系統)

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第四章 計算機數控系統(CNC系統)第一節 概述一、CNC系統的組成CNC系統主要由硬件和軟件兩大部分組成。其核心是計算機數字控制裝置。它通過系統控制軟件配合系統硬件，合理地組織、管理數控系統的輸入、數據處理、插補和輸出信息，控制執行部件，使數控機床按照操作者的要求進行自動加工。CNC系統采用了計算機作為控制部件，通常由常駐在其內部的數控系統軟件實現部分或全部數控功能，從而對機床運動進行實時控制。只要改變計算機數控系統的控制軟件就能實現一種全新的控制方式。CNC系統有很多種類型，有車床、銑床、加工中心等的CNC系統。但是，各種數控機床的CNC系統一般包括以下幾個部分：中央處理單元CPU、存儲器(ROM/RAM)、輸入輸出設備(I/O)、操作面板、顯示器和鍵盤、紙帶穿孔機、可編程控制器等。圖4-1所示為CNC系統的一般結構框圖。圖4-1 CNC系統的結構框圖在圖4-1中所示的整個計算機數控系統的結構框圖，數控系統主要是指圖中的CNC控制器。CNC控制器由計算機硬件、系統軟件和相應的I/O接口構成的專用計算機與可編程控制器PLC組成。前者處理機床的軌跡運動的數字控制，后者處理開關量的邏輯控制。三、CNC系統的功能和一般工作過程(一)CNC系統的功能 CNC系統由于現在普遍采用了微處理器，通過軟件可以實現很多功能。數控系統有多種系列，性能各異。數控系統的功能通常包括基本功能和選擇功能。基本功能是數控系統必備的功能，選擇功能是供用戶根據機床特點和用途進行選擇的功能。CNC系統的功能主要反映在準備功能G指令代碼和輔助功能M指令代碼上。根據數控機床的類型、用途、檔次的不同，CNC系統的功能有很大差別，下面介紹其主要功能。1. 控制功能 CNC系統能控制的軸數和能同時控制(聯動)的軸數是其主要性能之一。控制軸有移動軸和回轉軸，有基本軸和附加軸。通過軸的聯動可以完成輪廓軌跡的加工。一般數控車床只需二軸控制，二軸聯動；一般數控銑床需要三軸控制、三軸聯動或軸聯動；一般加工中心為多軸控制，三軸聯動。控制軸數越多，特別是同時控制的軸數越多，要求CNC系統的功能就越強，同時CNC系統也就越復雜，編制程序也越困難。2. 準備功能 準備功能也稱G指令代碼，它用來指定機床運動方式的功能，包括基本移動、平面選擇、坐標設定、刀具補償、固定循環等指令。對于點位式的加工機床，如鉆床、沖床等，需要點位移動控制系統。對于輪廓控制的加工機床，如車床、銑床、加工中心等，需要控制系統有兩個或兩個以上的進給坐標具有聯動功能。3. 插補功能 CNC系統是通過軟件插補來實現刀具運動軌跡控制的。由于輪廓控制的實時性很強，軟件插補的計算速度難以滿足數控機床對進給速度和分辨率的要求，同時由于CNC不斷擴展其他方面的功能也要求減少插補計算所占用的CPU時間。因此 ，CNC的插補功能實際上被分為粗插補和精插補，插補軟件每次插補一個小線段的數據為粗插補，伺服系統根據粗插補的結果，將小線段分成單個脈沖的輸出稱為精插補。有的數控機床采用硬件進行精插補。4. 進給功能 根據加工工藝要求，CNC系統的進給功能用F指令代碼直接指定數控機床加工的進給速度。(1)切削進給速度 以每分鐘進給的毫米數指定刀具的進給速度，如100mm/min。對于回轉軸，表示每分鐘進給的角度。(2)同步進給速度 以主軸每轉進給的毫米數規定的進給速度，如0.02mm/r。只有主軸上裝有位置編碼器的數控機床才能指定同步進給速度，用于切削螺紋的編程。(3)進給倍率 操作面板上設-省略部分-通道連接設備及I/O)，設備端接口通過DSP芯片轉換成標準的電動機控制信號。每個通道的控制節點可達32個，每個節點可控制1根軸(通過通訊協議中的廣播同步信號使各軸間實現同步聯動)或一組模擬接口(測量接口，系統監控傳感器接口等)或一組PLC I/O(最多可達256點)，PLC的總點數可達2048點(可參見圖4-33 現場總線網絡拓撲結構)。圖4－33 設備層現場總線網絡拓撲結構圖2、系統主要特點：(1)控制器具有動態地自動識別系統接口卡的功能，系統可重配置以滿足不同加工工藝的機床和設備的數控要求，驅動電動機可配數字伺服、模擬伺服和步進電動機；(2)網絡功能。通過以太網(不用過時的、價格昂貴，缺乏廣泛的支持MAP協議)實現數控系統與車間網絡或INTRANET/INTERNET的互連，利用TCP/IP協議開放數控系統的內部數據，實現與生產管理系統和外部網絡的高速雙向數據交流。具有常規DNC功能(采用百兆網其速率比傳統速率為112K的232接口 DNC快將近一千倍)、生產數據和機床操作數據的管理功能、遠程故障診斷和監視功能；(3)系統除具有標準的并口、串口(RS232)、PS2(鍵盤、鼠標口)、USB接口、以太網接口外，還配有高速現場總線接口(RS422)、PCMCIA IC Memory Card(Flash ATA)接口、紅外無線接口(配刀具檢測傳感器)； (4)顯示屏幕采用12.1寸 TFT-LCD。采用統一用戶操作界面風格，通過水平和垂直兩排共18個動態軟按鍵滿足不同加工工藝機床的操作要求，用戶可通過配置工具對動態軟按鍵進行定義。垂直軟按鍵可根據水平軟按鍵的功能選擇而改變，垂直菜單可以多頁。(5)將多媒體技術應用于機床的操作、使用、培訓和故障診斷，提高機床的易用性和可維性，降低使用成本。多媒體技術提供使用操作幫助、在線教程、故障和機床維護向導；(6)具有三維動態加工仿真功能；利用OpenGL技術提供三維加工仿真功能和加工過程刀具軌跡動態顯示； (7)具有Nurbs插補和自適應Look ahead功能，實現任意曲線、曲面的高速插補。輸出電動機控制脈沖頻率最高可達4MHz(采用直接數字合成DDS IC實現)，當分辯率為0.1mm時，快進速度可達24米，如有需要可輸出更高的頻率)，適合于高速、高精度加工；(8)伺服更新可達500ms(控制6軸，PENTIUM III以上 CPU)，PLC掃描時間小于2ms；(9)PLC編程符合國際電工委員會IEC-61131-3規范，提供梯形圖和語句表編程；(10)采用高可靠性的工控單板機(SBC)，加強軟硬件可靠性措施，保證數控系統的平均無故障時間(MTBF)達到20000小時；(11)符合歐洲電磁兼容標準(Directive 89/336/EEC)4級要求；(12)數控系統本身的價格(不包括伺服驅動和電動機)可為現有同功能的普及型和高檔數控系統的1/2。思考題與習題四4-1 CNC控制系統的主要特點是什么？它的主要控制任務是哪些？4-2 CNC裝置的主要功能有哪些？4-3 單微處理機結構和多微處理機結構各有何特點？4-4 常規的CNC軟件結構有哪幾種結構模式？4-5 全編碼鍵盤和非編碼鍵盤各有何特點？4-6 試述CRT顯示字形的工作原理。4-7 數控機床常用的輸入方法有幾種？各有何特點？4-8 試述采用串行和并行方式進行外部設備與數控機床間的數據通信時的工作原理與特點。4-9 開放式結構數控系統的主要特點是什么？42 關?鍵?詞： 系統 第四 cnc 數控 計算機

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机数控系统的软件结构模式,第四章 计算机数控系统(CNC系统)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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