計算機數控裝置(CNC)

1、4/23/2021 . 1 4/23/2021 . 2 4/23/2021 . 3 4/23/2021 . 4 4/23/2021 . 5 4/23/2021 . 6 4/23/2021 . 7 計計 算算 機機 基基 本本 系系 統統 設備層設備層設備支持層設備支持層 接接 口口 人機控制人機控制 運動控制運動控制 PMC 其他其他I/O 其他設備其他設備 計算機系統計算機系統 顯示設備顯示設備 輸入輸入/ /出設備出設備 機機 床床 機器人機器人 測量機測量機 . . 圖圖3-1 CNC3-1 CNC的一般性硬件結構的一般性硬件結構 4/23/2021 . 8 4/23/2021 . 9

2、操作系統操作系統 管理軟件管理軟件控制軟件控制軟件 零零 件件 程程 序序 管管 理理 顯顯 示示 處處 理理 人人 機機 交交 互互 交交 互互 位位 置置 控控 制制 輸輸 入入 輸輸 出出 管管 理理 插插 補補 運運 算算 故故 障障 診診 斷斷 處處 理理 速速 度度 處處 理理 機機 床床 輸輸 入入 輸輸 出出 編編 譯譯 處處 理理 主主 軸軸 控控 制制 刀刀 具具 半半 徑徑 補補 償償 . 圖 3-2 CNC 軟件系統功能框圖 4/23/2021 . 10 4/23/2021 . 11 4/23/2021 . 12 4/23/2021 . 13 4/23/2021 . 1

3、4 4/23/2021 . 15 4/23/2021 . 16 4/23/2021 . 17 4/23/2021 . 18 4/23/2021 . 19 4/23/2021 . 20 4/23/2021 . 21 4/23/2021 . 22 4/23/2021 . 23 4/23/2021 . 24 4/23/2021 . 25 4/23/2021 . 26 4/23/2021 . 27 4/23/2021 . 28 4/23/2021 . 29 4/23/2021 . 30 4/23/2021 . 31 4/23/2021 . 32 4/23/2021 . 33 4/23/2021 . 3

4、4 4/23/2021 . 35 4/23/2021 . 36 I/O設備設備 計算機主板計算機主板 顯顯 示示 卡卡 功能模板功能模板m 功能模板功能模板1 電電 子子 盤盤 多功能卡多功能卡 位置控制板位置控制板n 位置控制板位置控制板1 PLC模塊模塊 主軸控制模板主軸控制模板 機床機床I/O 控制面板控制面板 速度控制單元速度控制單元1 速度控制單元速度控制單元n 功能驅動功能驅動1 功能驅動功能驅動m 系系 統統 總總 線（線（BUS） 標準標準PC計算機計算機 CNC裝置裝置CNC系統系統 4/23/2021 . 37 4/23/2021 . 38 4/23/2021 . 39 4

5、/23/2021 . 40 4/23/2021 . 41 4/23/2021 . 42 4/23/2021 . 43 4/23/2021 . 44 4/23/2021 . 45 4/23/2021 . 46 4/23/2021 . 47 4/23/2021 . 48 4/23/2021 . 49 4/23/2021 . 50 4/23/2021 . 51 4/23/2021 . 52 4/23/2021 . 53 4/23/2021 . 54 4/23/2021 . 55 4/23/2021 . 56 4/23/2021 . 57 4/23/2021 . 58 4/23/2021 . 59 4

6、/23/2021 . 60 輸 入 預處理 位置檢測 插補運算 位置控制 速度控制 伺服電機 程序 硬件 硬件 硬件 硬件 硬 件 軟件 軟件 軟件 軟件 軟件和硬件的功能界面 4/23/2021 . 61 4/23/2021 . 62 加工程序加工程序 譯譯 碼碼 譯碼緩沖區(qū)譯碼緩沖區(qū) 刀補處理刀補處理 刀補緩沖區(qū)刀補緩沖區(qū) 速度預處理速度預處理 插補緩沖區(qū)插補緩沖區(qū) 插補處理插補處理 運行緩沖區(qū)運行緩沖區(qū) 伺服驅動伺服驅動 位控處理位控處理 位置反饋位置反饋 PLC控制控制 4/23/2021 . 63 4/23/2021 . 64 4/23/2021 . 65 D7 D6 D5 D4 D

7、3 D2 D1 D0 G00G00 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G01G01 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G02G02 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G03G03 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 G90/G91G90/G91 0 0：G90G90；1 1：G91G91 G06G06 0 0：無該指令；：無該指令； 1 1：有該指令：有該指令 00：G40 ； 11：G40 01：G41 ； 10；G42 4/23/2021 . 66 4/23/2021 . 67 4/23/

8、2021 . 68 P Pe e(200,300)(200,300) P P0 0(72,148)(72,148) X X Y Y G41G41 G42G42 PPe e P”P”e e R R e P 4/23/2021 . 69 4/23/2021 . 70 L 4/23/2021 . 71 4/23/2021 . 72 f（）（） 插補輸出插補輸出 X X1 1Y Y1 1 指令位置指令位置 X X1 1新 新Y Y1 1新新 跟隨誤差跟隨誤差 X X3 3Y Y3 3 X X2 2新 新Y Y2 2新新 實際位置實際位置 反饋位置增量反饋位置增量 X X2 2、 、 Y Y2 2 X

9、X1 1舊 舊Y Y1 1舊舊 X X2 2舊 舊Y Y2 2舊舊 速度指令速度指令 VX、VY 圖圖3-16 位置控制轉換流程位置控制轉換流程 + + - + + + 4/23/2021 . 73 4/23/2021 . 74 4/23/2021 . 75 4/23/2021 . 76 4/23/2021 . 77 4/23/2021 . 78 4/23/2021 . 79 4/23/2021 . 80 譯碼譯碼 刀補刀補 I/O 顯示顯示 初始化初始化 位置控制位置控制 插補運算插補運算 背景程序背景程序 4ms 8ms 16ms 中斷級別高中斷級別高 中斷級別低中斷級別低 4/23/20

10、21 . 81 0ms 4ms 8ms 12ms 16ms 位置控制 插補運算 背景程序 4/23/2021 . 82 4/23/2021 . 83 4/23/2021 . 84 4/23/2021 . 85 123123 2tt 空間空間 時間時間 順序處理順序處理 輸輸 出出 輸輸 出出 CPU1 時間時間 t+t tt 空間空間 111 333 2 22 輸輸 出出 輸輸 出出 輸輸 出出 CPU1 CPU2 CPU3 并行處理并行處理 4/23/2021 . 86 4/23/2021 . 87 4/23/2021 . 88 4/23/2021 . 89 4/23/2021 . 90 4

11、/23/2021 . 91 4/23/2021 . 92 4/23/2021 . 93 4/23/2021 . 94 4/23/2021 . 95 前臺程序前臺程序 故障處理故障處理 位置控制位置控制 插補運算插補運算 后臺程序后臺程序 譯譯 碼碼 刀補處理刀補處理 速度預處理速度預處理 輸入輸入/輸出輸出 顯示顯示 中斷執(zhí)行中斷執(zhí)行 循環(huán)執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行 4/23/2021 . 96 4/23/2021 . 97 4/23/2021 . 98 初始化 中斷管理系統（硬件 + 軟件） 0級中斷服務程序 級中斷服務程序 級中斷服務程序 級中斷服務程序 1 n 2 4/23/2021 . 99 4/2

12、3/2021 . 100 4/23/2021 . 101 RTOS 模塊（任務）模塊（任務）1 模塊（任務）模塊（任務）2 模塊模塊（任務）任務） 4/23/2021 . 102 4/23/2021 . 103 4/23/2021 . 104 4/23/2021 . 105 4/23/2021 . 106 4/23/2021 . 107 4/23/2021 . 108 4/23/2021 . 109 4/23/2021 . 110 4/23/2021 . 111 4/23/2021 . 112 %100* F FF r 4/23/2021 . 113 4/23/2021 . 114 4/23/

13、2021 . 115 4/23/2021 . 116 4/23/2021 . 117 4/23/2021 . 118 4/23/2021 . 119 4/23/2021 . 120 4/23/2021 . 121 偏差判別偏差判別 終點判別終點判別 進給輸出進給輸出偏差計算偏差計算 終點到退出終點到退出 4/23/2021 . 122 (Xe，Ye) (Xm，Ym) Y 直線直線 X 4/23/2021 . 123 R X Y (Xm，Ym) 圓圓 弧弧 4/23/2021 . 124 Pe (Xe,Ye) L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) Yi Xi X Y O 4

14、/23/2021 . 125 Pe (Xe,Ye) L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) Yi Xi X Y O O mFL15/2 1 YYY tgXY XXX LX i1ii 1i1i ii1i i cos mtFL60/ 2 cos ee e e e YX X X Y tg 4/23/2021 . 126 2 XXX tgYX YYY LY i1ii 1i1i ii1i i cos 2 cos ee e e e YX Y Y X tg Pe (Xe,Ye) L Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi,Yi) Yi Xi X Y O O 4/23/2021 .

15、 127 4/23/2021 . 128 1 1 2 2 1 1 2 i ii iii iii iii LY XY R XXX YRXX YYY 整理得： Y X R L D C A Xi i G02 B Yi Pi i(Xi i,Yi i) Pi+1 i+1(Xi+1i+1,Yi+1i+1) Ym m i i O i i i 4/23/2021 . 129 i1ii 2 ii 2 1i ii1i 1i ii XXX YYRX YYY 2 X X R L Y 4/23/2021 . 130 4/23/2021 . 131 4/23/2021 . 132 4/23/2021 . 133 4/23

16、/2021 . 134 A B C” C B A G41 刀具刀具 G42 刀具刀具 編程軌跡編程軌跡 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 135 4/23/2021 . 136 A B C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 137 A B C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 138 A B C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C 4/23/2021 . 139 起刀點起刀點 刀補建立刀補建立 刀補進行刀補進行 刀補撤銷刀

17、補撤銷 編程軌跡編程軌跡 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 4/23/2021 . 140 +直線與園弧 +園弧與園弧 4/23/2021 . 141 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 編程軌跡編程軌跡 非加工側非加工側 加工側加工側 非加工側非加工側 編程軌跡編程軌跡 刀具中心軌跡刀具中心軌跡 加工側加工側 4/23/2021 . 142 4/23/2021 . 143 4/23/2021 . 144 形式 轉接 夾角 矢量 刀補建立（G42）刀補撤消（G42） 直線 - 直線直線 - 圓弧直線 - 直線圓弧 - 直線 過渡 方式 180 o 縮 短 型 90o180o 伸 長 型 90 o 插 入 型 r

18、 r r r r r r r r r r r 4/23/2021 . 145 刀 補 進 行（G42） 直線 - 直線直線 - 圓弧圓弧 - 直線圓弧 - 圓弧 過渡 方式 180o 縮 短 型 90o180o 伸 長 型 90o 插 入 型 r r r r r r r r 4/23/2021 . 146 c b aBA O C D E 4/23/2021 . 147 f e d B c b A O C D E a 4/23/2021 . 148 g h B f e d c b A O C D E a 4/23/2021 . 149 4/23/2021 . 150 A D CB C D B A 編程軌跡編程軌跡 刀具中刀具中 心軌跡心軌跡 過切削過切削 部分部分 發(fā)出報警程發(fā)出報警程 序段序段 刀具刀具 4/23/2021 . 151 cosCBBCCBBC 0CBBC A D CB C D B A 編程軌跡編程軌跡 刀具中刀具中 心軌跡心軌跡 過切削過切削 部分部分