1、.,1,第二講數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理,武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械系周蘭,數(shù)控機床與使用維修,.,2,本講主要內(nèi)容,CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成機床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理刀具半徑補償原理,.,3,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(yīng)工業(yè)自動化的需要以及網(wǎng)絡(luò)、遠程控制的需要，CNC通常備有RS232、RS422串行通信接口，高檔CNC還具有DNC或MAP接口。有些生

2、產(chǎn)廠家還紛紛采用MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。,.,4,一CNC數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成,.,5,數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成可以用下面的框圖表示：,.,6,硬件構(gòu)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(shù)和輯運算，其電路結(jié)構(gòu)如圖所示。,.,7,運算器工作原理圖：,.,8,硬件構(gòu)成（2）：,寄存器用于存放操作數(shù)，累加器除存放運算操作數(shù)外，在連續(xù)運算中，還用于存放中間結(jié)果和最后結(jié)果。寄存器和累加器中的部分數(shù)據(jù)均從存儲器中取得；累加器的最后結(jié)果也存放到存儲器中?，F(xiàn)代計算機的運算器有多個寄存器，如8個、16個、32個等。稱為通用寄存器組。設(shè)

3、置通用寄存器組可以減少訪問存儲器的次數(shù)，提高運算速度?？刂破鲝拇鎯ζ髦幸来稳〕鼋M成程序的指令，經(jīng)過譯碼后向數(shù)控系統(tǒng)各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號，使指令得以執(zhí)行。它一方面向各部件發(fā)出執(zhí)行任務(wù)的命令，另一方面又接受執(zhí)行部件的反饋信息。其電路結(jié)構(gòu)如圖示,.,9,控制器結(jié)構(gòu)簡圖：,.,10,硬件構(gòu)成（3）：,外圍設(shè)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(guān)：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(zhuǎn)以及主軸調(diào)速。自動

4、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(guān)：用于條件程序段是否執(zhí)行。倍率選擇開關(guān)：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。,.,11,硬件構(gòu)成（4）：,機床數(shù)控系統(tǒng)主要是通過對伺服機構(gòu)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。,.,12,軟件構(gòu)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(yīng)該控制刀具中心的運動軌跡。這就存在一個輪廓轉(zhuǎn)換的問題。只要告訴系統(tǒng)所使用的刀具并將刀具相應(yīng)的參數(shù)輸入系統(tǒng)中，該轉(zhuǎn)換工作由輸入數(shù)據(jù)處理程序自動完成。,.

5、,13,軟件構(gòu)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。,.,14,軟件構(gòu)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(yù)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。,.,15,軟件構(gòu)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(yù)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、

6、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。,.,16,二機床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作原理,.,17,1數(shù)控系統(tǒng)工作原理框圖：,.,18,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。,.,19,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）。,.,20,三、刀具半徑補償,.,21,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?/p>

7、工件左側(cè)時，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?cè)時，稱刀具半徑右補償。加工時用G42指令調(diào)用。,.,22,刀具半徑補償圖例：,.,23,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(yīng)位于零件輪廓之外，可以與起刀點相同，也可以不相同。,.,24,刀具半徑補償圖例：,.,25,刀具半徑補償示例：

8、,O0010N10G98G40G21；（程序初始化）N20T0101；（轉(zhuǎn)1號刀，執(zhí)行1號刀補）N30M03S1000；（主軸按1000rrain正轉(zhuǎn)）N40G00X00Z100；（快速點定位）N50G42G01X00Z00F100（刀補建立）N60X400；N70Z-180；（刀補進行）N80X800；N90G40G00X850Z100；（刀補取消）N100G28U0W0；（返回參考點）N110M30；,.,26,3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?qū)⑵渌喞脴O限的方法轉(zhuǎn)換

9、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(yīng)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。,.,27,3刀具半徑補償原理（2）：,切直線時刀補的計算：設(shè)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(shè)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。,.,28,3刀具半徑補償原理（3）：,切圓弧刀補計算：設(shè)上段程序加工完成后，刀具中心位于，設(shè)在兩坐標軸

10、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(fù)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。,.,29,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(zhuǎn)接，編程人員完全按工件輪廓編程。,.,30,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。,.,31,C刀具補償原理圖（1）,.,32,C刀具補償原理圖（2）,.,33,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(shè)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。,.,34,C功能刀補計算流水作業(yè)框圖：,.,35,思