數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理.pptVIP

第二講 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理,山西工程職業(yè)技術學院機械系 姚瑞敏,數(shù)控機床與使用維修,本講主要內(nèi)容,CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構成 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理 刀具半徑補償原理,引言,計算機數(shù)控系統(tǒng)是一種包含計算機在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它是一種位置控制系統(tǒng)，主要用于控制刀具和工件之間的相對位置。 數(shù)控系統(tǒng)的主要工作過程是根據(jù)輸入的信息（加工程序），進行數(shù)據(jù)處理（刀具長度和半徑補償）和插補運算（確定刀具或工件的運動軌跡），從而獲得理想的運動軌跡信息。 為了適應工業(yè)自動化的需要以及網(wǎng)絡、遠程控制的需要，CNC(分布式數(shù)控)通常備有RS232、RS422串行通信接口，高檔CNC還具有DNC（分布式數(shù)控）或MAP（制造自動化協(xié)議）接口。有些生產(chǎn)廠家還紛紛采用MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡。,一CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構成,數(shù)控系統(tǒng)構成可以用下面的框圖表示：,硬件構成（1） ：,微機部分：是CNC的核心，主要由CPU、存儲器和接口電路組成。 CPU由運算器和控制器組成。 運算器（ALU）主要對數(shù)據(jù)進行算術和輯運算。,硬件構成（2） ：,外圍設備主要包括操作面板、鍵盤、顯示器、光電閱讀機、紙帶穿孔機和外部存儲器等。 操作面板：由于不同數(shù)控機床的動作不同，所配備的操作面板是不同的。一般操作面板具有如下按鈕和開關： 進給軸手動控制按鈕，用于手動調(diào)整時移動各坐標軸。 主軸啟停與主軸倍率選擇按鈕：用于主軸的啟停與正、反轉以及主軸調(diào)速。自動加工啟停按鈕：用于自動加工過程的啟動于停止。 條件程序段選擇開關：用于條件程序段是否執(zhí)行。 倍率選擇開關：用于選擇進給速度的倍率及點動量。 另外還有一些狀態(tài)指示等、報警裝置等。,硬件構成（3） ：,機床數(shù)控系統(tǒng) 主要是通過對伺服機構的控制來實現(xiàn)對機床移動部件的控制。包括速度和位移的控制以及它們反饋裝置的控制。,軟件構成（1）：,輸入數(shù)據(jù)處理程序：接受加工程序，對程序進行譯碼，對數(shù)據(jù)進行處理。加工程序給定的是待加工工件的輪廓，而實際上，應該控制刀具中心的運動軌跡。這就存在一個輪廓轉換的問題。只要告訴系統(tǒng)所使用的刀具并將刀具相應的參數(shù)輸入系統(tǒng)中，該轉換工作由輸入數(shù)據(jù)處理程序自動完成。,軟件構成（2）：,插補程序：根據(jù)加工程序所提供的加工信息，如曲線的種類（直線、圓弧或其它曲線）、起終點（直線的起點、終點，圓弧的起點、終點及圓心）、加工方向（順時針、逆時針），對這些信息進行插補運算，決定每一個脈沖到來時的移動方向及步長，以及曲線與曲線之間如何過渡等。,軟件構成（3）：,速度控制程序：根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，保證預定的進給速度。并能根據(jù)反饋值的正與負自動地調(diào)節(jié)速度的大小。 管理程序：負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等各種程序進行調(diào)度管理；對諸如面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理；子程序的調(diào)用；共享資源的分時享用等。 診斷程序：通過識別程序中的一些標志符來判斷故障的類型和所在地。,二機床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理,1 數(shù)控系統(tǒng)工作原理框圖：,程序的輸入：,分為手動輸入和自動輸入兩種方式。手動輸入通常用鍵盤輸入；自動輸入可用穿孔紙帶、磁帶或用通訊的方式。,譯碼：,主要是將標準程序格式翻譯成便于計算機處理數(shù)據(jù)的格式（高級語言機器語言）。,三、刀具半徑補償,補償?shù)念愋停?分為左補償和右補償兩種情形。 刀具半徑左補償：沿著加工方向，當?shù)毒呶挥诠ぜ髠葧r，稱刀具半徑左補償。加工時用G41指令調(diào)用。 刀具半徑右補償：沿著加工方向，當?shù)毒呶挥诠ぜ覀葧r，稱刀具半徑右補償。加工時用G42指令調(diào)用。,刀具半徑補償圖例：,刀具補償?shù)牟襟E：,刀具半徑補償?shù)慕ⅲ旱毒哂善鸬饵c以進給速度接近工件，刀具中心在法線方向與待加工工件偏離一刀具半徑。偏置方向由G41及G42確定。 刀具半徑補償?shù)倪M行：一旦建立刀補，刀具始終偏離工件輪廓一定距離，直到取消刀補為止。 刀具半徑補償?shù)娜∠旱毒叱冯x工件，回到退刀點，取消刀具半徑補償。退刀點應位于零件輪廓之外，可以與起刀點相同，也可以不相同。,刀具半徑補償圖例：,刀具半徑補償示例：,%0010 N20 T0101； （轉1號刀，執(zhí)行1號刀補） N30 M03 S1000； （主軸按1000rrain正轉） N40 G00 X00 Z100； （快速點定位） N50 G42 G01 X00 Z00 F100 （刀補建立） N60 X400； N70 Z-180； （刀補進行） N80 X800； N90 G40 G00 X850 Z100； （刀補取消） N100 G28 U0 W0； （返回參考點） N110 M30；,3刀具半徑補償原理（1）：,基本思想：刀具半徑補償?shù)挠嬎憔褪歉鶕?jù)零件輪廓和刀具半徑值計算出刀具中心的運動軌跡。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，工件輪廓主要是直線和圓弧或將其它輪廓用極限的方法轉換成直線或圓弧。對直線輪廓而言，刀補中心軌跡是一條平行于工件輪廓且與輪廓等長的直線，用兩點（起點、終點）即可決定其直線方程；對圓弧輪廓而言，刀補中心輪廓應是一條與工件輪廓同心且包角相同的一段圓弧，用刀補圓弧的起點、終點坐標及圓弧半徑即可決定該圓弧方程。,3刀具半徑補償原理（2）：,切直線時刀補的計算：設上段程序加工完成后，刀具中心位于O，現(xiàn)需計算刀補后直線終點的坐標（X，Y）。設終點刀具半徑偏置矢量投影坐標為（X，Y），則有左邊的表達式。 此為第一象限的公式，其它象限公式僅為符號差別。,3刀具半徑補償原理（3）：,切圓弧刀補計算：設上段程序加工完成后，刀具中心位于，設在兩坐標軸上的投影為（X，Y），則有左邊的表達式。 實際上，無論是直線加工，還是圓弧加工，對于具備刀具半徑功能的系統(tǒng)，這種復雜的計算都由數(shù)控系統(tǒng)自動完成，用戶只需根據(jù)工件輪廓進行編程即可。,C刀具補償原理（1）,上面討論的是單段輪廓的刀補情況，通常工件輪廓由多段曲線組成，如直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧、圓弧與直線等，這就存在一個輪廓交接處如何過渡的問題。C刀具補償能自動地處理兩段程序之間的刀具中心軌跡的轉接，編程人員完全按工件輪廓編程。,C刀具補償原理（2）,圖例給出了左刀補和右刀補時輪廓過渡處的處理情形。從圖可以看出：輪廓過渡時，為了避免過切或間斷，需要采用縮短、延長或插入的方式。,C刀具補償原理圖（1）,C刀具補償原理圖（2）,C刀具補償原理（3）,數(shù)控系統(tǒng)的工作方式 C刀具補償是在插補和控制的間隙進行刀補計算的，通過設置多個緩存，采用流水作業(yè)的方式才能提高計算速度，滿足高速加工的需要。如圖所示。,C功能刀補計算流水作業(yè)框圖：,思考與練習：,數(shù)控系統(tǒng)的硬件由哪些部分構成？各部分的