計算機數(shù)控系統(tǒng)課件

第二章

計算機數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)CNC的結構第三節(jié)CNC的信息處理過程第四節(jié)PLC與數(shù)控機床的輔助功能思考題第五節(jié)FANUC數(shù)控系統(tǒng)第六節(jié)開放式CNC第二章計算機數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)C1第一節(jié)概述一、CNC數(shù)控機床CNC是數(shù)控機床的核心。CNC數(shù)控機床由以下幾部分組成：加工程序、輸入/輸出設備、CNC裝置、可編程控制器（PLC）、主軸驅動裝置、進給驅動裝置和機床。第一節(jié)概述一、CNC數(shù)控機床2CNC數(shù)控機床的組成框圖加工程序輸入/輸出設備CNC裝置可編程控制器主軸驅動裝置進給驅動裝置機床CNC數(shù)控機床的組成框圖加工程序輸入/輸出C可編程主軸驅進給3

CNC數(shù)控機床的組成

CNC數(shù)控機床的組成4二、CNC的組成從自動控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質上是以多執(zhí)行部件(各運動軸)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)。從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。它們二者是相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持下，由軟件來實現(xiàn)部分或大部分數(shù)控功能。硬件是基礎，軟件是靈魂。二、CNC的組成從自動控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（5

CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC裝置的組成CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工6

該平臺有以下兩方面的含義：提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能設計和開發(fā)。CNC裝置的組成該平臺有以下兩方面的含義：CNC裝置的組成7CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖CPUROMRAMIN接口OUT接口閱讀機

接口MDI/CRT

接口位置

控制其它接口總線CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖ROMRAMIN接口OUT接口閱讀機8CNC的軟件系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)軟件管理軟件程序輸入輸出顯示診斷控制軟件刀具補償速度控制插補運算位置控制譯碼CNC的軟件系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)軟件管理軟件程顯診控制軟件刀速插9三、CNC的工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過程。包括：1．加工程序的輸入2．譯碼3．刀具補償4．對進給速度進行處理5．插補6．位置處理7．Ｉ/Ｏ處理8．顯示9．診斷CNC單元

三、CNC的工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控10四、CNC的功能CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能?；竟δ堋獢?shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；選擇功能——用戶可根據(jù)實際要求選擇的功能。四、CNC的功能CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要111．對軸數(shù)的控制功能控制功能——CNC能控制和能聯(lián)動控制的進給軸數(shù)。CNC的進給軸分類：移動軸（X、Y、Z）和回轉軸（A、B、C）；基本軸和附加軸（U、V、W）。聯(lián)動控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復雜，編程也越困難。1．對軸數(shù)的控制功能控制功能122．點位運動與移動功能(G功能)

準備功能（G功能）

——指令機床動作方式的功能。如：基本移動、程序暫停、平面選擇、坐標設定、刀具補償、基準點返回和固定循環(huán)等。2．點位運動與移動功能(G功能)準備功能（G功能）133．插補功能插補功能——插補功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運算的功能。3．插補功能插補功能144．固定循環(huán)加工功能固定循環(huán)功能——固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。4．固定循環(huán)加工功能固定循環(huán)功能155．進給功能(F功能)進給功能——進給速度的控制功能。進給速度——控制刀具相對工件的運動速度，單位為mm/min。同步進給速度——實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步，單位為mm/r?？焖龠M給速度——一般為進給速度的最高速度，它通過參數(shù)設定，用G00指令執(zhí)行快速。

進給倍率（進給修調率）——人工實時修調預先給定的進給速度。5．進給功能(F功能)進給功能166．主軸的轉速功能主軸功能——數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。主軸轉速——主軸轉速的控制功能，單位為r/min。恒線速度控制——刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。主軸定向控制——主軸周向定位于特定位置控制的功能。C軸控制——主軸周向任意位置控制的功能。主軸修調率——人工實時修調預先設定的主軸轉速。6．主軸的轉速功能主軸功能177．刀具功能及工作臺分度功能刀具管理功能——實現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補償功能使用；刀具壽命是指時間壽命，當?shù)毒邏勖狡跁r，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；CNC系統(tǒng)都具有刀具號（T）管理功能，用于標識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。7．刀具功能及工作臺分度功能刀具管理功能188．輔助功能(M功能)輔助功能（M功能）——用于指令機床輔助操作的功能。如：主軸起停、主軸轉向、切削液的開關或刀庫的起停等。8．輔助功能(M功能)輔助功能（M功能）199．補償功能補償功能刀具半徑和長度補償功能：實現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。傳動鏈誤差：包括螺距誤差補償和反向間隙誤差補償功能。非線性誤差補償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術進行建模，利用模型實施在線補償。9．補償功能補償功能2010．字符和圖形顯示功能人機對話功能在CNC裝置中這類功能有：菜單結構操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；系統(tǒng)和機床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。10．字符和圖形顯示功能人機對話功能2111．自診斷功能自診斷功能——CNC自動實現(xiàn)故障預報和故障定位的功能。開機自診斷；在線自診斷；離線自診斷；遠程通訊診斷。11．自診斷功能自診斷功能2212．輸入、輸出和通信功能通訊功能——CNC與外界進行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。RS232C接口，可傳送零件加工程序，DNC接口，可實現(xiàn)直接數(shù)控，MAP(制造自動化協(xié)議)模塊，網(wǎng)卡：適應FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。12．輸入、輸出和通信功能通訊功能2313．程序編制功能手工編程背景（后臺）編程

自動編程利用CAM系統(tǒng)，可以在線完成和修改零件的三維模型圖設計，并可以通過網(wǎng)絡直接傳給機床進行加工。13．程序編制功能手工編程24五、CNC的特點1．具有比NC更高的柔性2．具有良好的通用性3．數(shù)控功能不斷增強和擴展4．可靠性越來越高5．方便了系統(tǒng)的維修和使用6．易于實現(xiàn)機電一體化

五、CNC的特點1．具有比NC更高的柔性25第二節(jié)CNC的結構一、CNC的硬件結構CNC系統(tǒng)硬件的層次結構由計算機基本系統(tǒng)、設備支持層、設備層三部分組成。第二節(jié)CNC的結構一、CNC的硬件結構261.單微處理器的CNC單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個微處理器作為核心，這個CPU通過總線連接存儲器和各種接口，采用集中控制、分時處理的方法來完成諸如輸入/輸出、插補計算、伺服控制等各種任務。這種系統(tǒng)硬件和軟件結構都比較簡單。單微處理器CNC的結構是以微型計算機系統(tǒng)的基本結構為基礎，微處理器和三總線結構、I/O接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接口等；另外還包括了機床的控制部分。1.單微處理器的CNC單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個微處27CPU外部存儲設備接口RS-232接口人機交互接口選件接口ROMRAMPLC接口位控單元位控單元位控單元位控單元速度控制單元D/A轉換電路MMMMM、S、T微機系統(tǒng)機床的控制部分

X軸Y軸Z軸主軸總線典型的單微處理器裝置結構框圖CPU外部存儲RS-232人機交互選件ROMRAMPLC位位28單微處理器CNC特點⑴CNC裝置內只有一個微處理器，對存儲、插補運算、輸入/輸出控制、CRT顯示等功能實現(xiàn)集中控制分時處理。⑵微處理器通過總線與存儲器、輸入/輸出控制等接口電路相連，構成CNC裝置。⑶結構簡單，易于實現(xiàn)。單微處理器CNC特點⑴CNC裝置內只有一個微處理器，對存儲292.多微處理器的CNC⑴多微處理器CNC的優(yōu)點

①較高的性價比；②適應能力強；③可靠性高；④易于組織規(guī)?；a。2.多微處理器的CNC⑴多微處理器CNC的優(yōu)點30⑵多微處理器的CNC主要功能模塊①CNC管理模塊；②CNC插補模塊；③位置控制模塊；④PLC模塊；⑤人機接口模塊；⑥存儲器模塊。⑵多微處理器的CNC主要功能模塊①CNC管理模塊；31⑶多微處理器的CNC結構共享總線結構在共享總線結構中，將各功能模塊插在配有總線插座的機框內，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種預定的功能。共享存儲器結構在這種多微處理器結構，采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當微處理器數(shù)量增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率。⑶多微處理器的CNC結構共享總線結構32共享總線結構框圖CNC管理模塊（CPU）主存儲器模塊操作面板顯示模塊CNC插補模塊（CPU）PLC功能模塊（CPU）位置控制模塊（CPU）主軸控制模塊總線共享總線結構框圖CNC管理主存儲器操作面板CNC插補PLC功33共享存儲器結構框圖插補（CPU2）來自機床的控制信號輸?shù)綑C床的控制信號軸控制（CPU3）I/OCPU1CRT（CPU4）共享存儲器共享存儲器結構框圖插補來自機床的輸?shù)綑C床的軸控制I/OCRT343.CNC的接口⑴紙帶的光電閱讀機接口⑵輸入/輸出（I/O）接口①進行必要的信號隔離②進行電平轉換和功率放大③數(shù)/模和模/數(shù)轉換⑶通信接口3.CNC的接口⑴紙帶的光電閱讀機接口35軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關系關系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價的。特點：硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復雜控制的功能困難。軟件設計靈活，適應性強，但處理速度相對較慢。軟件、硬件實現(xiàn)功能的分配就是——軟件硬件功能界面劃分。功能界面劃分的準則：系統(tǒng)的性能價格比二、CNC的軟件結構軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關系二、CNC的軟件結構36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幾種劃分

ⅠⅡⅢⅣ1．CNC的軟、硬件界面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372．CNC的軟件結構特點⑴CNC裝置的多任務并行處理

CNC的任務并行處理示意圖輸入顯示控制I/O診斷譯碼刀具補償速度處理位置控制插補2．CNC的軟件結構特點⑴CNC裝置的多任務并行處理輸入38⑵前后臺型軟件結構前臺程序故障處理位置控制插補運算……后臺程序譯碼刀補處理速度預處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺程序運行關系圖⑵前后臺型軟件結構前臺程序……后臺程序中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后39前后臺型結構模式的特點任務調度機制:優(yōu)先搶占調度和循環(huán)調度。前臺程序的調度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內部各子任務采用的是順序調度。信息交換:緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內部各子任務之間的。實時性差。在前臺和后臺程序內無優(yōu)先級等級、也無搶占機制。

該結構僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結構。前后臺型結構模式的特點任務調度機制:優(yōu)先搶占調度和循環(huán)調40⑶中斷型軟件結構初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件+軟件）0級中斷服務程序1級中斷服務程序

2

級中斷服務程序級中斷服務程序………………中斷型軟件系統(tǒng)結構圖n⑶中斷型軟件結構初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件+軟件）0級中41中斷型結構模式的特點任務調度機制：搶占式優(yōu)先調度。信息交換：緩沖區(qū)。實時性好。由于中斷級別較多（最多可達8級），強實時性任務可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務程序中。模塊間的關系復雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護和擴充。80～90年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結構。中斷型結構模式的特點任務調度機制：搶占式優(yōu)先調度。42加工程序譯碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補緩沖區(qū)速度預處理插補緩沖區(qū)插補處理運行緩沖區(qū)伺服驅動位控處理位置反饋PLC控制第三節(jié)CNC的信息處理過程

CNC裝置數(shù)據(jù)轉換流程示意圖加工程序譯碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補緩沖區(qū)速度預處理插431.輸入過程零件程序的輸入過程流程圖2.鍵盤輸入送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤MDI緩沖區(qū)零件程序存儲區(qū)一、輸入1.輸入過程送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤M44二、存儲

目錄區(qū)零件程序區(qū)程序號零件程序1程序首址程序終址程序號零件程序2程序首址程序終址……空白目錄區(qū)零件程序1零件程序2零件程序3…零件程序I…零件程序n空白程序區(qū)零件程序存儲器的結構示意圖二、存儲目錄區(qū)45三、譯碼定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點、終點，直線和圓?。?、加工速度F和其它輔助信息（M.S.T）依照計算機能識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的格式存放在指定的內存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警。方法：解釋和編譯。內容：整理和存放。1）不按字符格式的整理與存放方法。2）保留字符格式的整理與存放。1.代碼的識別2.功能碼譯碼開始讀取緩沖器中的字符處理數(shù)字代碼處理N代碼處理G代碼處理X代碼處理Y代碼＜10H?=10H?=11H?=12H?=13H?無法識別、錯誤處理結束YNNNNYNYYY軟件識別代碼的流程圖三、譯碼定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進行處理，把其中46四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理1．刀具補償定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。種類：長度補償和半徑補償。四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理1．刀具補償472．速度處理（1）進給速度計算開環(huán)系統(tǒng):速度通過控制向步進電機輸出脈沖的頻率來實現(xiàn)。速度計算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進行插補加工速度計算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。2．速度處理（1）進給速度計算48開環(huán)系統(tǒng)進給速度的計算VSVS

脈沖的頻率決定進給速度。

為脈沖當量，單位：mm，則兩軸聯(lián)動時，各坐標軸速度為:

合成速度（即進給速度）V為

開環(huán)系統(tǒng)進給速度的計算VSVS脈沖的頻率決定進給速度。49（2）進給速度控制VSVS常用的控制方法：計時法

用于脈沖增量插補。時鐘中斷法

用軟件控制每個時鐘周期內的插補次數(shù)，達到速度控制的目的。積分法

（2）進給速度控制VSVS常用的控制方法：503．插補根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；計算新的坐標位置；將合成位移分解到各個坐標方向，得到各個坐標軸的位置控制指令。插補程序的實時性。3．插補根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；511．計算新的指令坐標位置X2新=X2舊+Δx2Y2新=Y2舊+Δy22．計算實際坐標位置X1新=X1舊+Δx1Y1新=Y1舊+Δy13．計算位置控制輸出值Δx3=X2新-

X1新

Δy3=Y2新–Y1新位置控制是強實時性任務，所有計算必須在位置控制周期（伺服周期）內完成。伺服周期可以等于插補周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。4位置控制位置控制計算VSVS+++-插補輸出△X2△Y2指令位置X2新Y2新位控輸出△X3△Y3實際位置X1新Y1新反饋位置增量△X1、△Y1X2舊Y2舊X1舊Y1舊++1．計算新的指令坐標位置4位置控制位置控制計算VSVS++52

第四節(jié)PLC與數(shù)控機床的輔助功能一、PLC1．PLC的基本組成和工作原理⑴硬件系統(tǒng)⑵軟件系統(tǒng)第四節(jié)PLC與數(shù)控機床的輔助功能一、PLC53接收現(xiàn)場信號輸入部件外設接口擴展接口輸出部件電源運算器控制器微處理器RAM用戶程序EPROM系統(tǒng)程序盒式磁帶機驅動受控元件I/O擴展單元存儲器打印機EPROM寫入器PLC或上位計算機編程器通用型PLC的硬件結構框圖接輸外擴輸電源運算器控制器微處理器RAMEPROM盒式磁帶機54PLC程序執(zhí)行過程圖輸入端器件輸入映象元件映象寄存輸出鎖存輸入端器件輸入輸出輸入采樣階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段⑶PLC的基本控制原理PLC程序執(zhí)行過程圖輸入端器件輸入映象元件552．PLC的特點：⑴可靠性高⑵編程簡單，使用方便⑶靈活性好⑷直接驅動負載能力強⑸便于實現(xiàn)機電一體化⑹網(wǎng)絡通信

2．PLC的特點：⑴可靠性高563．數(shù)控機床用PLC⑴數(shù)控機床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù)控裝置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑......數(shù)控裝置、可編程控制器、機床之間的關系圖3．數(shù)控機床用PLC⑴數(shù)控機床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù)57CNC、PLC、機床之間的信號處理過程CNC裝置→機床：CNC裝置CNC裝置的RAMPLC的RAM中。PLC軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進行邏輯運算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對內裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機床；對獨立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機床。CNC、PLC、機床之間的信號處理過程CNC裝置→機床：58機床→CNC裝置對于內裝型PLC，信號傳送處理如下：從機床輸入開關量數(shù)據(jù)CNC裝置的RAMPLC的RAM。PLC的軟件進行邏輯運算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中。CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。對于獨立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進行上述的第2步，以下均相同。機床→CNC裝置對于內裝型PLC，信號傳送處理如下：59PLC

、CNC、機床間的信息交換PLCCNC的信號：主要有機床各坐標基準點信號，M、S、T功能的應答信號等。PLC機床的信號：主要是控制機床執(zhí)行件的執(zhí)行信號，如電磁鐵、接觸器、繼電器的動作信號以及確保機床各運動部件狀態(tài)的信號及故障指示。機床PLC的信息：主要有機床操作面板上各開關、按鈕等信息，其中包括機床的起動、停止，機械變速選擇，主軸正/反轉、停止，冷卻液的開/關，各坐標的點動和刀架、夾盤的松/夾等信號，以及上述各部件的限位開關等保護裝置、主軸伺服保護監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準備等信號。PLC、CNC、機床間的信息交換PLCCNC的信號60⑵數(shù)控機床PLC的形式按結構形式分類：內裝型（Built-inType）PLC（或稱集成式、內含式）。它是為數(shù)控設備順序控制而設計制造的專用PLC。獨立型（Stand-aloneType）PLC，或稱為“通用型”PLC它是適應范圍較廣、功能齊全、通用化程度較高的PLC。按規(guī)模分類：小型：輸入/輸出的點數(shù)<128點；中型：128點<輸入/輸出的點數(shù)<512點；大型：輸入/輸出的點數(shù)>512點⑵數(shù)控機床PLC的形式按結構形式分類：61PLC的規(guī)模及其應用PLC的規(guī)模及其應用62①內裝型PLC此類是CNC系統(tǒng)的生產廠家為實現(xiàn)數(shù)控機床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來設計，稱為內裝型（Built-inType）PLC（或稱集成式、內含式）。內裝型PLC是CNC裝置的一部分，它與CNC中CPU的信息交換是在CNC內部進行的。這種類型的PLC一般不能獨立工作，它是CNC裝置的一個功能模塊，是CNC裝置功能的擴展，兩者是不能分離的。在硬件上，內裝型PLC既可與CNC裝置共用一個CPU，如西門子的SINUMERIK810、820等數(shù)控系統(tǒng)；也可以是單獨的CPU，如FANUC的0系統(tǒng)和15系統(tǒng)、美國A-B公司的8400系統(tǒng)和8600系統(tǒng)等。①內裝型PLC此類是CNC系統(tǒng)的生產廠家為實現(xiàn)數(shù)控機床的順63由于CNC裝置的功能和PLC的功能在設計時就統(tǒng)一考慮，因而這種類型的PLC在硬件和軟件的整體結構上合理、實用，性能價格比高，適用于類型變化不大的數(shù)控機床。由于PLC與CNC之間的連線較少，且PLC內的信息也能通過CNC裝置的顯示器顯示，使PLC的編程更為方便，而且故障診斷的功能也有提高，從而提高了CNC系統(tǒng)的可靠性。①內裝型PLC由于CNC裝置的功能和PLC的功能在設計時就統(tǒng)一考慮，因而這64

NCPLCI/O電路伺服驅動單元主軸驅動單元強電電路機床操作面板MDI/CR面板進給電動機主軸電動機輔助動作換刀冷卻排屑內裝型PLC結構框圖CNC裝置伺服驅動單元主軸驅動單元強電電路機床65②獨立型PLC此類是由專業(yè)化生產廠家生產的PLC產品來實現(xiàn)順序控制，稱為獨立型（Stand-aloneType）PLC，或稱為“通用型”PLC。獨立型PLC是獨立于CNC裝置的，它具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定的控制任務。在數(shù)控機床選用獨立型PLC時，主要考慮能滿足以下要求：輸入/輸出信號接口技術規(guī)范、輸入/輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等。由于這種類型PLC的生產廠家較多，品種、類型豐富，使用戶有較大的選擇余地，可以選擇自己熟悉地產品，而且其功能的擴展也較方便。獨立型PLC與CNC裝置之間是通過輸入/輸出接口連接的。國內已引進應用的獨立型PLC有：西門子公司的SIMATICS5、S7系列產品；A-B公司的PLC系列產品；FANUC公司的PMC-J系列產品等。②獨立型PLC此類是由專業(yè)化生產廠家生產的PLC產品來實現(xiàn)66獨立型PLC結構框圖

NCPLC伺服驅動單元主軸驅動單元強電電路機床操作面板MDI/CRT面板伺服電動機主軸電動機輔助動作換刀冷卻排屑I/O電路I/O電路I/O電路PLC裝置獨立型PLC結構框圖伺服驅動單元主軸驅動67二、數(shù)控機床的輔助功能1．數(shù)控機床的輔助功能是指數(shù)控機床的冷卻、潤滑、轉位和夾緊等功能。對于加工中心類的數(shù)控機床還有刀庫的管理功能。2．數(shù)控機床的輔助功能的控制就是數(shù)控機床的冷卻、潤滑的啟停；控制工件和機床部件的松開、夾緊；控制分度工作臺的轉位等。對于加工中心類數(shù)控機床還有刀庫中選擇刀具和交換刀具。輔助功能的控制還可以由PLC來完成。二、數(shù)控機床的輔助功能1．數(shù)控機床的輔助功能68第五節(jié)FANUC數(shù)控系統(tǒng)

一、FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹二、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點三、FANUC系統(tǒng)典型系列1．0系列2．10/11/12系列3．15系列4．16系列5．18系列

第五節(jié)FANUC數(shù)控系統(tǒng)一、FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹69FANUC數(shù)控系統(tǒng)（顯示器及操作面板）FANUC數(shù)控系統(tǒng)（顯示器及操作面板）70FANUC系列150iB型數(shù)控裝置FANUC系列150iB型數(shù)控裝置71第六節(jié)開放式CNC

一、概述計算機技術的高速發(fā)展和普及先進制造技術發(fā)展的要求CNC開發(fā)周期和開發(fā)成本的要求PC文化的滲入二、開放式CNC的定義目前可以認為開放式CNC就是指PC-NC。它是指在機械加工專用的CNC中，引入PC所具有的開放特性和文化，達到CNC系統(tǒng)的設計和制造的開放性、通用性和模塊化。

FMSCIMS第六節(jié)開放式CNC一、概述FMSCIMS72三、開放式CNC的基本結構1．PC的特點⑴中央處理器的可選性⑵PC采用標準的總線和模塊化結構⑶通用和標準的操作系統(tǒng)⑷豐富的軟硬件資源和眾多開發(fā)商的支持⑸性能價格比高

三、開放式CNC的基本結構1．PC的特點732．PC-NC的基本組成PC-NC的基本組成框圖PC系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)數(shù)字輸入輸出DIO伺服驅動伺服電動機2．PC-NC的基本組成PC-NC的基本組成框圖PC伺服控制74硬件配置單元軟件配置單元標準計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應用程序DOS(WINDOWS)實時多任務操作系統(tǒng)RTM應用程序接口NC構件庫開放式數(shù)控裝置的概念結構硬件配置軟件配置標準計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控功能DOS(WIN753．PC-NC系統(tǒng)的構成方式⑴連接PC的CNC⑵內部加裝PC的CNC⑶裝入PC系統(tǒng)的CNC⑷軟件控制型CNC的所有處理功能都由PC完成，PC通過安裝在擴展槽中的接口卡來完成對伺服驅動等的控制。上面幾種基本結構各有特點。連接PC的CNC實現(xiàn)起來容易，無需對結構進行大的改動，但速度慢，不能實現(xiàn)開放化；內部加裝PC的CNC速度較快，但還不能直接利用PC，開放性仍然受到限制；裝入PC系統(tǒng)的CNC和軟件控制型CNC兩種情況雖然具有較好的開放性，但技術不過關。3．PC-NC系統(tǒng)的構成方式⑴連接PC的CNC76四、開放式CNC的發(fā)展國內外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進展美國：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)計劃歐共體：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)計劃日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計劃華中I型——基于IPC的CNC開放體系結構航天I型CNC系統(tǒng)——基于PC的多機CNC開放體系結構四、開放式CNC的發(fā)展國內外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進展77思考題什么是單微處理器結構？多微處理器有哪些功能模塊，各功能模塊的作用是什么？什么是譯碼？CNC系統(tǒng)中的PLC有哪些特點？目前PC-NC的構成方式有幾種？思考題78本章結束

！請各位同學認真復習本章內容！本章結束！請各位同學79計算機數(shù)控系統(tǒng)課件80計算機數(shù)控系統(tǒng)課件81

第二章

計算機數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)CNC的結構第三節(jié)CNC的信息處理過程第四節(jié)PLC與數(shù)控機床的輔助功能思考題第五節(jié)FANUC數(shù)控系統(tǒng)第六節(jié)開放式CNC第二章計算機數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)C82第一節(jié)概述一、CNC數(shù)控機床CNC是數(shù)控機床的核心。CNC數(shù)控機床由以下幾部分組成：加工程序、輸入/輸出設備、CNC裝置、可編程控制器（PLC）、主軸驅動裝置、進給驅動裝置和機床。第一節(jié)概述一、CNC數(shù)控機床83CNC數(shù)控機床的組成框圖加工程序輸入/輸出設備CNC裝置可編程控制器主軸驅動裝置進給驅動裝置機床CNC數(shù)控機床的組成框圖加工程序輸入/輸出C可編程主軸驅進給84

CNC數(shù)控機床的組成

CNC數(shù)控機床的組成85二、CNC的組成從自動控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質上是以多執(zhí)行部件(各運動軸)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)。從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。它們二者是相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持下，由軟件來實現(xiàn)部分或大部分數(shù)控功能。硬件是基礎，軟件是靈魂。二、CNC的組成從自動控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（86

CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC裝置的組成CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

......CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工87

該平臺有以下兩方面的含義：提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能設計和開發(fā)。CNC裝置的組成該平臺有以下兩方面的含義：CNC裝置的組成88CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖CPUROMRAMIN接口OUT接口閱讀機

接口MDI/CRT

接口位置

控制其它接口總線CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖ROMRAMIN接口OUT接口閱讀機89CNC的軟件系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)軟件管理軟件程序輸入輸出顯示診斷控制軟件刀具補償速度控制插補運算位置控制譯碼CNC的軟件系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)軟件管理軟件程顯診控制軟件刀速插90三、CNC的工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過程。包括：1．加工程序的輸入2．譯碼3．刀具補償4．對進給速度進行處理5．插補6．位置處理7．Ｉ/Ｏ處理8．顯示9．診斷CNC單元

三、CNC的工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控91四、CNC的功能CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能?；竟δ堋獢?shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；選擇功能——用戶可根據(jù)實際要求選擇的功能。四、CNC的功能CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要921．對軸數(shù)的控制功能控制功能——CNC能控制和能聯(lián)動控制的進給軸數(shù)。CNC的進給軸分類：移動軸（X、Y、Z）和回轉軸（A、B、C）；基本軸和附加軸（U、V、W）。聯(lián)動控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復雜，編程也越困難。1．對軸數(shù)的控制功能控制功能932．點位運動與移動功能(G功能)

準備功能（G功能）

——指令機床動作方式的功能。如：基本移動、程序暫停、平面選擇、坐標設定、刀具補償、基準點返回和固定循環(huán)等。2．點位運動與移動功能(G功能)準備功能（G功能）943．插補功能插補功能——插補功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運算的功能。3．插補功能插補功能954．固定循環(huán)加工功能固定循環(huán)功能——固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。4．固定循環(huán)加工功能固定循環(huán)功能965．進給功能(F功能)進給功能——進給速度的控制功能。進給速度——控制刀具相對工件的運動速度，單位為mm/min。同步進給速度——實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步，單位為mm/r?？焖龠M給速度——一般為進給速度的最高速度，它通過參數(shù)設定，用G00指令執(zhí)行快速。

進給倍率（進給修調率）——人工實時修調預先給定的進給速度。5．進給功能(F功能)進給功能976．主軸的轉速功能主軸功能——數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。主軸轉速——主軸轉速的控制功能，單位為r/min。恒線速度控制——刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。主軸定向控制——主軸周向定位于特定位置控制的功能。C軸控制——主軸周向任意位置控制的功能。主軸修調率——人工實時修調預先設定的主軸轉速。6．主軸的轉速功能主軸功能987．刀具功能及工作臺分度功能刀具管理功能——實現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補償功能使用；刀具壽命是指時間壽命，當?shù)毒邏勖狡跁r，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；CNC系統(tǒng)都具有刀具號（T）管理功能，用于標識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。7．刀具功能及工作臺分度功能刀具管理功能998．輔助功能(M功能)輔助功能（M功能）——用于指令機床輔助操作的功能。如：主軸起停、主軸轉向、切削液的開關或刀庫的起停等。8．輔助功能(M功能)輔助功能（M功能）1009．補償功能補償功能刀具半徑和長度補償功能：實現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。傳動鏈誤差：包括螺距誤差補償和反向間隙誤差補償功能。非線性誤差補償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術進行建模，利用模型實施在線補償。9．補償功能補償功能10110．字符和圖形顯示功能人機對話功能在CNC裝置中這類功能有：菜單結構操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；系統(tǒng)和機床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。10．字符和圖形顯示功能人機對話功能10211．自診斷功能自診斷功能——CNC自動實現(xiàn)故障預報和故障定位的功能。開機自診斷；在線自診斷；離線自診斷；遠程通訊診斷。11．自診斷功能自診斷功能10312．輸入、輸出和通信功能通訊功能——CNC與外界進行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。RS232C接口，可傳送零件加工程序，DNC接口，可實現(xiàn)直接數(shù)控，MAP(制造自動化協(xié)議)模塊，網(wǎng)卡：適應FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。12．輸入、輸出和通信功能通訊功能10413．程序編制功能手工編程背景（后臺）編程

自動編程利用CAM系統(tǒng)，可以在線完成和修改零件的三維模型圖設計，并可以通過網(wǎng)絡直接傳給機床進行加工。13．程序編制功能手工編程105五、CNC的特點1．具有比NC更高的柔性2．具有良好的通用性3．數(shù)控功能不斷增強和擴展4．可靠性越來越高5．方便了系統(tǒng)的維修和使用6．易于實現(xiàn)機電一體化

五、CNC的特點1．具有比NC更高的柔性106第二節(jié)CNC的結構一、CNC的硬件結構CNC系統(tǒng)硬件的層次結構由計算機基本系統(tǒng)、設備支持層、設備層三部分組成。第二節(jié)CNC的結構一、CNC的硬件結構1071.單微處理器的CNC單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個微處理器作為核心，這個CPU通過總線連接存儲器和各種接口，采用集中控制、分時處理的方法來完成諸如輸入/輸出、插補計算、伺服控制等各種任務。這種系統(tǒng)硬件和軟件結構都比較簡單。單微處理器CNC的結構是以微型計算機系統(tǒng)的基本結構為基礎，微處理器和三總線結構、I/O接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接口等；另外還包括了機床的控制部分。1.單微處理器的CNC單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個微處108CPU外部存儲設備接口RS-232接口人機交互接口選件接口ROMRAMPLC接口位控單元位控單元位控單元位控單元速度控制單元D/A轉換電路MMMMM、S、T微機系統(tǒng)機床的控制部分

X軸Y軸Z軸主軸總線典型的單微處理器裝置結構框圖CPU外部存儲RS-232人機交互選件ROMRAMPLC位位109單微處理器CNC特點⑴CNC裝置內只有一個微處理器，對存儲、插補運算、輸入/輸出控制、CRT顯示等功能實現(xiàn)集中控制分時處理。⑵微處理器通過總線與存儲器、輸入/輸出控制等接口電路相連，構成CNC裝置。⑶結構簡單，易于實現(xiàn)。單微處理器CNC特點⑴CNC裝置內只有一個微處理器，對存儲1102.多微處理器的CNC⑴多微處理器CNC的優(yōu)點

①較高的性價比；②適應能力強；③可靠性高；④易于組織規(guī)?；a。2.多微處理器的CNC⑴多微處理器CNC的優(yōu)點111⑵多微處理器的CNC主要功能模塊①CNC管理模塊；②CNC插補模塊；③位置控制模塊；④PLC模塊；⑤人機接口模塊；⑥存儲器模塊。⑵多微處理器的CNC主要功能模塊①CNC管理模塊；112⑶多微處理器的CNC結構共享總線結構在共享總線結構中，將各功能模塊插在配有總線插座的機框內，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種預定的功能。共享存儲器結構在這種多微處理器結構，采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當微處理器數(shù)量增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率。⑶多微處理器的CNC結構共享總線結構113共享總線結構框圖CNC管理模塊（CPU）主存儲器模塊操作面板顯示模塊CNC插補模塊（CPU）PLC功能模塊（CPU）位置控制模塊（CPU）主軸控制模塊總線共享總線結構框圖CNC管理主存儲器操作面板CNC插補PLC功114共享存儲器結構框圖插補（CPU2）來自機床的控制信號輸?shù)綑C床的控制信號軸控制（CPU3）I/OCPU1CRT（CPU4）共享存儲器共享存儲器結構框圖插補來自機床的輸?shù)綑C床的軸控制I/OCRT1153.CNC的接口⑴紙帶的光電閱讀機接口⑵輸入/輸出（I/O）接口①進行必要的信號隔離②進行電平轉換和功率放大③數(shù)/模和模/數(shù)轉換⑶通信接口3.CNC的接口⑴紙帶的光電閱讀機接口116軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關系關系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價的。特點：硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復雜控制的功能困難。軟件設計靈活，適應性強，但處理速度相對較慢。軟件、硬件實現(xiàn)功能的分配就是——軟件硬件功能界面劃分。功能界面劃分的準則：系統(tǒng)的性能價格比二、CNC的軟件結構軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關系二、CNC的軟件結構117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幾種劃分

ⅠⅡⅢⅣ1．CNC的軟、硬件界面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1182．CNC的軟件結構特點⑴CNC裝置的多任務并行處理

CNC的任務并行處理示意圖輸入顯示控制I/O診斷譯碼刀具補償速度處理位置控制插補2．CNC的軟件結構特點⑴CNC裝置的多任務并行處理輸入119⑵前后臺型軟件結構前臺程序故障處理位置控制插補運算……后臺程序譯碼刀補處理速度預處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺程序運行關系圖⑵前后臺型軟件結構前臺程序……后臺程序中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后120前后臺型結構模式的特點任務調度機制:優(yōu)先搶占調度和循環(huán)調度。前臺程序的調度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內部各子任務采用的是順序調度。信息交換:緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內部各子任務之間的。實時性差。在前臺和后臺程序內無優(yōu)先級等級、也無搶占機制。

該結構僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結構。前后臺型結構模式的特點任務調度機制:優(yōu)先搶占調度和循環(huán)調121⑶中斷型軟件結構初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件+軟件）0級中斷服務程序1級中斷服務程序

2

級中斷服務程序級中斷服務程序………………中斷型軟件系統(tǒng)結構圖n⑶中斷型軟件結構初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件+軟件）0級中122中斷型結構模式的特點任務調度機制：搶占式優(yōu)先調度。信息交換：緩沖區(qū)。實時性好。由于中斷級別較多（最多可達8級），強實時性任務可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務程序中。模塊間的關系復雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護和擴充。80～90年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結構。中斷型結構模式的特點任務調度機制：搶占式優(yōu)先調度。123加工程序譯碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補緩沖區(qū)速度預處理插補緩沖區(qū)插補處理運行緩沖區(qū)伺服驅動位控處理位置反饋PLC控制第三節(jié)CNC的信息處理過程

CNC裝置數(shù)據(jù)轉換流程示意圖加工程序譯碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補緩沖區(qū)速度預處理插1241.輸入過程零件程序的輸入過程流程圖2.鍵盤輸入送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤MDI緩沖區(qū)零件程序存儲區(qū)一、輸入1.輸入過程送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤M125二、存儲

目錄區(qū)零件程序區(qū)程序號零件程序1程序首址程序終址程序號零件程序2程序首址程序終址……空白目錄區(qū)零件程序1零件程序2零件程序3…零件程序I…零件程序n空白程序區(qū)零件程序存儲器的結構示意圖二、存儲目錄區(qū)126三、譯碼定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進行處理，把其中的各種工件輪廓信息（如起點、終點，直線和圓?。?、加工速度F和其它輔助信息（M.S.T）依照計算機能識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的格式存放在指定的內存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警。方法：解釋和編譯。內容：整理和存放。1）不按字符格式的整理與存放方法。2）保留字符格式的整理與存放。1.代碼的識別2.功能碼譯碼開始讀取緩沖器中的字符處理數(shù)字代碼處理N代碼處理G代碼處理X代碼處理Y代碼＜10H?=10H?=11H?=12H?=13H?無法識別、錯誤處理結束YNNNNYNYYY軟件識別代碼的流程圖三、譯碼定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進行處理，把其中127四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理1．刀具補償定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。種類：長度補償和半徑補償。四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理1．刀具補償1282．速度處理（1）進給速度計算開環(huán)系統(tǒng):速度通過控制向步進電機輸出脈沖的頻率來實現(xiàn)。速度計算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進行插補加工速度計算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。2．速度處理（1）進給速度計算129開環(huán)系統(tǒng)進給速度的計算VSVS

脈沖的頻率決定進給速度。

為脈沖當量，單位：mm，則兩軸聯(lián)動時，各坐標軸速度為:

合成速度（即進給速度）V為

開環(huán)系統(tǒng)進給速度的計算VSVS脈沖的頻率決定進給速度。130（2）進給速度控制VSVS常用的控制方法：計時法

用于脈沖增量插補。時鐘中斷法

用軟件控制每個時鐘周期內的插補次數(shù)，達到速度控制的目的。積分法

（2）進給速度控制VSVS常用的控制方法：1313．插補根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；計算新的坐標位置；將合成位移分解到各個坐標方向，得到各個坐標軸的位置控制指令。插補程序的實時性。3．插補根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；1321．計算新的指令坐標位置X2新=X2舊+Δx2Y2新=Y2舊+Δy22．計算實際坐標位置X1新=X1舊+Δx1Y1新=Y1舊+Δy13．計算位置控制輸出值Δx3=X2新-

X1新

Δy3=Y2新–Y1新位置控制是強實時性任務，所有計算必須在位置控制周期（伺服周期）內完成。伺服周期可以等于插補周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。4位置控制位置控制計算VSVS+++-插補輸出△X2△Y2指令位置X2新Y2新位控輸出△X3△Y3實際位置X1新Y1新反饋位置增量△X1、△Y1X2舊Y2舊X1舊Y1舊++1．計算新的指令坐標位置4位置控制位置控制計算VSVS++133

第四節(jié)PLC與數(shù)控機床的輔助功能一、PLC1．PLC的基本組成和工作原理⑴硬件系統(tǒng)⑵軟件系統(tǒng)第四節(jié)PLC與數(shù)控機床的輔助功能一、PLC134接收現(xiàn)場信號輸入部件外設接口擴展接口輸出部件電源運算器控制器微處理器RAM用戶程序EPROM系統(tǒng)程序盒式磁帶機驅動受控元件I/O擴展單元存儲器打印機EPROM寫入器PLC或上位計算機編程器通用型PLC的硬件結構框圖接輸外擴輸電源運算器控制器微處理器RAMEPROM盒式磁帶機135PLC程序執(zhí)行過程圖輸入端器件輸入映象元件映象寄存輸出鎖存輸入端器件輸入輸出輸入采樣階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段⑶PLC的基本控制原理PLC程序執(zhí)行過程圖輸入端器件輸入映象元件1362．PLC的特點：⑴可靠性高⑵編程簡單，使用方便⑶靈活性好⑷直接驅動負載能力強⑸便于實現(xiàn)機電一體化⑹網(wǎng)絡通信

2．PLC的特點：⑴可靠性高1373．數(shù)控機床用PLC⑴數(shù)控機床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù)控裝置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑......數(shù)控裝置、可編程控制器、機床之間的關系圖3．數(shù)控機床用PLC⑴數(shù)控機床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù)138CNC、PLC、機床之間的信號處理過程CNC裝置→機床：CNC裝置CNC裝置的RAMPLC的RAM中。PLC軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進行邏輯運算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對內裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機床；對獨立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機床。CNC、PLC、機床之間的信號處理過程CNC裝置→機床：139機床→CNC裝置對于內裝型PLC，信號傳送處理如下：從機床輸入開關量數(shù)據(jù)CNC裝置的RAMPLC的RAM。PLC的軟件進行邏輯運算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中。CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。對于獨立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進行上述的第2步，以下均相同。機床→CNC裝置對于內裝型PLC，信號傳送處理如下：140PLC

、CNC、機床間的信息交換PLCCNC的信號：主要有機床各坐標基準點信號，M、S、T功能的應答信號等。PLC機床的信號：主要是控制機床執(zhí)行件的執(zhí)行信號，如電磁鐵、接觸器、繼電器的動作信號以及確保機床各運動部件狀態(tài)的信號及故障指示。機床PLC的信息：主要有機床操作面板上各開關、按鈕等信息，其中包括機床的起動、停止，機械變速選擇，主軸正/反轉、停止，冷卻液的開/關，各坐標的點動和刀架、夾盤的松/夾等信號，以及上述各部件的限位開關等保護裝置、主軸伺服保護監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準備等信號。PLC、CNC、機床間的信息交換PLCCNC的信號141⑵數(shù)控機床PLC的形式按結構形式分類：內裝型（Built-inType）PLC（或稱集成式、內含式）。它是為數(shù)控設備順序控制而設計制造的專用PLC。獨立型（Stand-aloneType）PLC，或稱為“通用型”PLC它是適應范圍較廣、功能齊全、通用化程度較高的PLC。按規(guī)模分類：小型：輸入/輸出的點數(shù)<128點；中型：128點<輸入/輸出的點數(shù)<512點；大型：輸入/輸出的點數(shù)>512點⑵數(shù)控機床PLC的形式按結構形式分類：142PLC的規(guī)模及其應用PLC的規(guī)模及其應用143①內裝型PLC此類是CNC系統(tǒng)的生產廠家為實現(xiàn)數(shù)控機床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來設計，稱為內裝型（Built-inType）PLC（或稱集成式、內含式）。內裝型PLC是CNC裝置的一部分，它與CNC中CPU的信息交換是在CNC內部進行的。這種類型的PLC一般不能獨立工作，它是CNC裝置的一個功能模塊，是CNC裝置功能的擴展，兩者是不能分離的。在硬件上，內裝型PLC既可與CNC裝置共用一個CPU，如西門子的SINUMERIK810、820等數(shù)控系統(tǒng)；也可以是單獨的CPU，如FANUC的0系統(tǒng)和15系統(tǒng)、美國A-B公司的8400系統(tǒng)和8600系統(tǒng)等。①內裝型PLC此類是CNC系統(tǒng)的生產廠家為實現(xiàn)數(shù)控機床的順144由于CNC裝置的功能和PLC的功能在設計時就統(tǒng)一考慮，因而這種類型的PLC在硬件和軟件的整體結構上合理、實用，性能價格比高，適用于類型變化不大的數(shù)控機床。由于PLC與CNC之間的連線較少，且PLC內的信息也能通過CNC裝置的顯示器顯示，使PLC的編程更為方便，而且故障診斷的功能也有提高，從而提高了CNC系統(tǒng)的可靠性。①內裝型PLC由于CNC裝置的功能和PLC的功能在設計時就統(tǒng)一考慮，因而這145