數(shù)控系統(tǒng)基本組成-課件

數(shù)控系統(tǒng)基本組成數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部分,是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算中心和控制中心,其性能的好壞直截了當(dāng)決定了數(shù)控機(jī)床的整體性能,數(shù)控系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。1、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成:

數(shù)控系統(tǒng)的硬件:微機(jī)基本系統(tǒng)、人機(jī)對(duì)話界面接口、通信接口、進(jìn)給軸控制接口、主軸控制接口輔助控制接口等。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成框圖⑴微機(jī)基本系統(tǒng)通常微機(jī)基本系統(tǒng):CPU、(數(shù)據(jù)運(yùn)算存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器、中斷控制器等幾個(gè)主要部分組成。存儲(chǔ)器

圖2-6半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類I/O接口(輸入/輸出接口)⑵人機(jī)界面接口

數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面包括以下四部分:①鍵盤(MDl):用于加工程序的編制以及參數(shù)的輸入等。②顯示器(CRT):用于顯示程序、數(shù)據(jù)以及加工信息等。③操作面板:用于對(duì)機(jī)床進(jìn)行操作。④手搖脈沖發(fā)生器(MPG):通過(guò)手搖控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。

華中數(shù)控系統(tǒng)操作面板廣州數(shù)控系統(tǒng)操作面板手搖脈沖發(fā)生器⑶通信接口

通常數(shù)控系統(tǒng)均具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232C串行通信接口,因此與外設(shè)以及上級(jí)計(jì)算機(jī)連接特別方便。⑷進(jìn)給軸控制接口

實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸的位置控制包括三方面的內(nèi)容:進(jìn)給速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算和位置閉環(huán)控制。插補(bǔ)方法分為基準(zhǔn)脈沖法與數(shù)據(jù)采樣法?；鶞?zhǔn)脈沖法就是數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)每次插補(bǔ)的結(jié)果以脈沖的形式提供給位置控制單元,這種插補(bǔ)方法進(jìn)給速度與控制精度較低,主要應(yīng)用于開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。⑸主軸控制接口

主軸S功能可分為無(wú)級(jí)變速、有級(jí)變速和分段無(wú)級(jí)變速三大類。當(dāng)數(shù)控機(jī)床配有主軸驅(qū)動(dòng)裝置時(shí),可利用系統(tǒng)的主軸控制接口輸出模擬量進(jìn)行無(wú)級(jí)變速,否則需用MST接口實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速。為提高低速輸出轉(zhuǎn)矩,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多采納分段無(wú)級(jí)變速。主軸的位置反饋主要用于螺紋切削功能、主軸準(zhǔn)停功能以及主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控等。

⑹MST控制接口

數(shù)控系統(tǒng)的MST功能是通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入／輸出接口完成(除S模擬量輸出外)。數(shù)控系統(tǒng)所要執(zhí)行的MST功能,通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出接口送至強(qiáng)電箱,而機(jī)床與強(qiáng)電側(cè)的信號(hào)則通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入接口送至數(shù)控系統(tǒng)。因?yàn)镸ST功能的開(kāi)關(guān)量控制邏輯關(guān)系復(fù)雜,在數(shù)控機(jī)床中大量采納PLC可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)MST功能。

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中采納可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController--PLC)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量及其邏輯關(guān)系的控制。PLC是由計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化而來(lái)的,為了習(xí)慣順序控制的要求,PLC省去了計(jì)算機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能,強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算功能,是一種介于繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置。PLC的最大特點(diǎn)是,其輸入輸出量之間的邏輯關(guān)系是由軟件決定的,因此改變控制邏輯時(shí),只要修改控制程序即可,是一種柔性的邏輯控制裝置。另外PLC能夠控制的開(kāi)關(guān)量數(shù)量要比RLC多,能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。由于減少了硬件線路,控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。

6、數(shù)控裝置中的PLC數(shù)控裝置中的PLC有兩種類型:內(nèi)裝型PLC和獨(dú)立型PLC。內(nèi)裝型PLC是指PLC包含在數(shù)控裝置當(dāng)中,PLC與數(shù)控功能模塊間的信號(hào)傳送在數(shù)控裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn),PLC與機(jī)床間的信號(hào)傳送則通過(guò)輸入/輸出接口電路實(shí)現(xiàn),如圖4-25所示。

上:內(nèi)置型PLC右:獨(dú)立型PLC2、數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成

數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)軟件是為實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專用軟件,也叫控制軟件。

輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序診斷程序。⑴輸入數(shù)據(jù)處理程序

它接收輸入的零件加工程序,將標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼、數(shù)據(jù)處理,并按規(guī)定的格式存放。

⑵插補(bǔ)運(yùn)算程序

數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)依照工件加工程序中提供的數(shù)據(jù),如曲線的種類、起點(diǎn)、終點(diǎn)等進(jìn)行運(yùn)算。依照運(yùn)算結(jié)果,分別向各坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖,這個(gè)過(guò)程稱為插補(bǔ)運(yùn)算。進(jìn)給脈沖通過(guò)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng),完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。

⑶速度控制程序

速度控制程序依照給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率,以保預(yù)定的進(jìn)給速度。在速度變化較大時(shí),需要進(jìn)行自動(dòng)加減速控制,以幸免因速度突變而造成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失步。⑷管理程序

管理程序負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算等為加工過(guò)程服務(wù)的各種程序進(jìn)行調(diào)度管理。管理程序還要對(duì)面板命令、時(shí)鐘信號(hào)、故障信號(hào)等引起的中斷進(jìn)行處理。

⑸診斷程序

診斷程序的功能是在程序運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障,并指出故障的類型。也能夠在運(yùn)行前或故障發(fā)生后,檢查系統(tǒng)各主要部件(CPU、存儲(chǔ)器、接口、開(kāi)關(guān)、伺服系統(tǒng)等)的功能是否正常,并指出發(fā)生故障的部位。CNC系統(tǒng)中的微處理器1、單微處理器系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)單微處理器系統(tǒng)的CNC裝置的特點(diǎn)是整個(gè)CNC裝置中只有一個(gè)CPU,通過(guò)該CPU來(lái)集中管理和控制整個(gè)系統(tǒng)的資源(包括存儲(chǔ)器、總線),并通過(guò)分時(shí)處理的方法,實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能。有些CNC裝置中,盡管有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU,但只有一個(gè)CPU對(duì)系統(tǒng)的資源擁有控制權(quán)和使用權(quán),該CPU稱為主CPU,其它CPU(稱為從CPU)無(wú)權(quán)控制和使用系統(tǒng)資源,只能接受主CPU的控制命令和數(shù)據(jù),或向主CPU發(fā)請(qǐng)求信號(hào)以獲取所需要的數(shù)據(jù),從而完成某一輔助功能,該結(jié)構(gòu)稱為主從結(jié)構(gòu),也可歸為單機(jī)結(jié)構(gòu)。多微處理器系統(tǒng)的組成多微處理器系統(tǒng)的CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的功能部件可對(duì)系統(tǒng)資源(存儲(chǔ)器、總線)有控制權(quán)和使用權(quán)。它們又分為多主結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。多主結(jié)構(gòu)是指帶CPU的功能部件之間采納緊耦合方式聯(lián)結(jié),有集中的操作系統(tǒng)用總線仲裁器解決總線爭(zhēng)用通過(guò)公共存儲(chǔ)器交換系統(tǒng)信息。1、多微處理器系統(tǒng)特點(diǎn)(1)計(jì)算處理速度高(2)可靠性高(3)有良好的習(xí)慣性和擴(kuò)展性(4)硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)2、多微處理器系統(tǒng)的基本功能模塊(1)CNC管理模塊(2)存儲(chǔ)器模塊(3)CNC插補(bǔ)模塊(4)位置控制模塊(5)操作和控制數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊(6)PLC模塊3、多微處理機(jī)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)(1)共享總線結(jié)構(gòu)(2)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

數(shù)控軟件的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

1、多任務(wù)與并行處理技術(shù)(1)、數(shù)控裝置的多任務(wù)性圖4-11數(shù)控裝置的任務(wù)及分類框圖這些任務(wù)中有些能夠順序執(zhí)行,有些必須同時(shí)執(zhí)行,如:

(1)顯示和控制任務(wù)必須同時(shí)執(zhí)行,以便操作人員及時(shí)了解機(jī)床運(yùn)行狀態(tài);

(2)在加工過(guò)程中,為使加工過(guò)程連續(xù),譯碼、刀補(bǔ)、插補(bǔ)和位置控制?？煲脖仨毻瑫r(shí)進(jìn)行。優(yōu)先級(jí)順序顯示其它譯碼I/O刀補(bǔ)位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序背景程序初始化(2)、多任務(wù)并行處理的實(shí)現(xiàn)1)資源分時(shí)共享圖4-12分時(shí)共享多任務(wù)處理方案2、2數(shù)控系統(tǒng)的分類、性能指標(biāo)及功能2、2、1數(shù)控系統(tǒng)的分類

就系統(tǒng)硬件和軟件組成及其結(jié)構(gòu)形式而言,當(dāng)今世界的各種數(shù)控系統(tǒng)大致可分為以下四種類型:1、傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)

這類數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家自行開(kāi)發(fā),具有特別強(qiáng)的專用性,經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的使用,質(zhì)量和性能穩(wěn)定可靠。但由于其采納一種完全封閉的體系結(jié)構(gòu),往往存在以下缺點(diǎn):①用戶的應(yīng)用、維修以及操作人員培訓(xùn)完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家,系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用較高;②系統(tǒng)功能的擴(kuò)充以及更新完全依賴于公司的技術(shù)水平,周期比較長(zhǎng);③大量市售廉價(jià)通用軟硬件在專用數(shù)控系統(tǒng)上無(wú)法使用,功能比較單一。2、PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

這類數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)相比,(優(yōu)點(diǎn))結(jié)構(gòu)上具備一些開(kāi)放性,功能十分強(qiáng)大,(缺點(diǎn))但系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,系統(tǒng)價(jià)格也十分昂貴,一般的中小型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家沒(méi)有經(jīng)濟(jì)能力去購(gòu)買。3、NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

這種數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分由開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成,具有特別強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。開(kāi)放性能比較好,同時(shí)對(duì)功能進(jìn)行改進(jìn)也比較方便,系統(tǒng)的控制功能主要由運(yùn)動(dòng)控制