第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)本章重點(diǎn)：1計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2運(yùn)動軌跡插補(bǔ)原理3刀具補(bǔ)償?§4-1數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成與功能1數(shù)字控制的任務(wù)機(jī)械制造工藝中的數(shù)字控制就是使工件與刀具的相對運(yùn)動形成規(guī)定的幾何軌跡。對數(shù)控機(jī)床來說其根本任務(wù)是：運(yùn)動軌跡行程量和開關(guān)量控制。2CNC系統(tǒng)的組成程序、輸入輸出設(shè)備、CNC控制器、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動單元等組成。其結(jié)構(gòu)框圖如下：?CNC系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)框圖輸入裝置通訊線路輸出裝置PLC主軸控制單元數(shù)度控制單元主軸電機(jī)

機(jī)床電器進(jìn)給電機(jī)位置檢測裝置電器控制單元計(jì)算機(jī)硬件與數(shù)控系統(tǒng)軟件CNC控制器?3CNC控制器的一般工作過程CNC的工作是在計(jì)算機(jī)硬件支持下，執(zhí)行軟件控制功能的全過程。具體來說經(jīng)過了1）輸入2）譯碼3）刀具補(bǔ)償4）進(jìn)給速度處理5）插補(bǔ)?6）位置控制7）I/O處理8）顯示9）故障診斷?CNC信息流程?4CNC的控制主要功能1）軸控制功能2）指令機(jī)床運(yùn)動方式的準(zhǔn)備功能3）插補(bǔ)功能4）進(jìn)給功能工進(jìn)、快進(jìn)、倍率進(jìn)給、同步進(jìn)給（車螺紋）5）主軸功能6）刀具功能和第二輔助功能（指定工作臺分度）7）字符圖形顯示功能8）通訊功能9）自診斷功能10）人機(jī)交互圖形編程功能?

§4-2CNC的硬件結(jié)構(gòu)1常規(guī)CNC的硬件結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)形式：（1）總線式模塊化結(jié)構(gòu)的CNC，32位多用于多軸控制的高檔數(shù)控機(jī)床。（2）是以單板或?qū)Ｓ眯酒澳０褰M成的結(jié)構(gòu)緊湊的CNC，大量用于中檔數(shù)控機(jī)床（3）基于通用計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上開發(fā)的CNC1）單微處理器結(jié)構(gòu)發(fā)展初期的一些經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床采用此結(jié)構(gòu)。?單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC框圖?2）單微處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)A）只有一個微處理器，對存儲、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、CRT顯示等CPU實(shí)現(xiàn)集中控制分時處理。B）微處理器通過總線與存儲器、輸入、輸出等各種接口相連，構(gòu)成CNC裝置。C）結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。D）實(shí)時性要求很高的插補(bǔ)運(yùn)算受微處理器、字長、數(shù)據(jù)寬度，尋址能力和運(yùn)算速度的限制。?3）多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置中有兩個或兩以上CPU，各CPU之間采用緊耦合，資源共享，有集中的操作系統(tǒng)。多微處理器結(jié)構(gòu)多采用模塊化結(jié)構(gòu)，通常采用共享總線或共享存儲器兩種典型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊間的互連與通訊。?4）共享總線結(jié)構(gòu)只有主模塊有權(quán)控制系統(tǒng)總線。這類結(jié)構(gòu)以系統(tǒng)總線為中心支持多微處理器結(jié)構(gòu)的總線均設(shè)計(jì)有總線仲裁電路總線仲裁通常有串行和并行兩種裁決方式。?共享總線多微處理器的結(jié)構(gòu)框圖?4）共享存儲器結(jié)構(gòu)采用多端口存儲器RAM來實(shí)現(xiàn)各CPU間的互連和通訊，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線以供訪問。有專門的多端口邏輯控制電路解決訪問沖突。ActrionⅢ系統(tǒng)就采用這種結(jié)構(gòu)。?共享存儲器結(jié)構(gòu)框圖

共享存儲器CRTCPU4I/OCPU1插補(bǔ)CPU2軸控制CPU3來自機(jī)床的控制信號輸?shù)綑C(jī)床的控制信號?5）多微處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能價(jià)格比高。計(jì)算速度快，適于多軸控制、高速、高精度、高效率的要求。采用模塊化結(jié)構(gòu)，有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)，降低成本?？煽啃愿?。?2開放式CNC的硬件結(jié)構(gòu)可互操作性可移植性可縮放性可相互替代性?§4-3CNC系統(tǒng)軟件概述數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)零件的自動加工原因。數(shù)控裝置是依靠其硬件支持，通過運(yùn)行其軟件完成零件自動加工過程。各個軟件相互協(xié)調(diào)完成數(shù)控任務(wù)。?1三種典型軟硬件界面輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備插補(bǔ)位控輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備插補(bǔ)位控

速控電機(jī)測量?數(shù)據(jù)流程?2CNC系統(tǒng)的多任務(wù)與實(shí)時中斷處理1）多任務(wù)系統(tǒng)任務(wù)管理控制輸入輸出顯示I/O處理診斷譯碼刀補(bǔ)速度處理插補(bǔ)位控?2）并行處理多重實(shí)時中斷?3常規(guī)的軟件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的基本功能是由各個功能子程序?qū)崿F(xiàn)，不同的軟件結(jié)構(gòu)對這些子程序的安排方式不同，管理方法也不同。1）多重中斷型結(jié)構(gòu)除初始化外，整個系統(tǒng)軟件的各種任務(wù)模塊分別安排成不同級別的中斷服務(wù)程序中，所有功能程序根據(jù)實(shí)時重要程度不同，分成不同的優(yōu)先級，從而整個系統(tǒng)軟件成為大的中斷系統(tǒng)。日本的FANUC—7、6系統(tǒng)都屬這類。?2）前后臺型結(jié)構(gòu)前臺程序是中斷服務(wù)程序。后臺程序是個循環(huán)運(yùn)行程序，不斷被前臺程序所中斷，二者共同配合完成零件的加工任務(wù)。適合于單微處理器硬件結(jié)構(gòu)。如A-B7360CNC。?數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成；每一個程序段完成一個加工步驟；每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用；最后一個程序段由指令代碼M02作為程序結(jié)束標(biāo)志。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運(yùn)行加工程序之前，必須通過參數(shù)設(shè)置對機(jī)床和刀具進(jìn)行調(diào)整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進(jìn)行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內(nèi)容：①基本設(shè)置設(shè)置可修改的基本參數(shù)。②刀具設(shè)置設(shè)置刀具編號、類型和刀具補(bǔ)償?shù)葏?shù)。③軸參設(shè)置設(shè)置和查看坐標(biāo)軸參數(shù)。④工件坐標(biāo)設(shè)置設(shè)置G54—G59等工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)。⑤PLC設(shè)置用于查看PLC緩沖區(qū)配置、PLC程序梯形圖及PLC程序指令流程。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCN