1、數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控程序等信息的輸入以及輸入內(nèi)容和系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示輸出,識(shí)別和解釋數(shù)控程序，完成數(shù)據(jù)計(jì)算和邏輯判斷處理,主軸和進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)控制,接受數(shù)控裝置的開(kāi)關(guān)命令，完成主軸選速、起停和方向控制功能，換刀功能，冷卻、液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)控制功能以及其他機(jī)床輔助功能,數(shù)控裝置是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心，我們已經(jīng)對(duì)其在系統(tǒng)中的主要作用有了一個(gè)概括性的了解，由于它在整個(gè)系統(tǒng)中的重要性，在本章我們將對(duì)其進(jìn)行較詳細(xì)的討論。,定義：借助計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)完成數(shù)控要求的部分或者全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置的一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 也可解釋為：一種控制系統(tǒng)，它能自動(dòng)完成信息的輸入、譯碼、運(yùn)算，從而

2、控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程。 主要任務(wù)：存儲(chǔ)程序、完成插補(bǔ)、將計(jì)算結(jié)果輸出伺服系統(tǒng)，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,從自動(dòng)控制的角度來(lái)看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量為控制對(duì)象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專(zhuān)用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 從外部特征來(lái)看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專(zhuān)用硬件）和軟件（專(zhuān)用）兩大部分組成的。,CNC的一般性硬件結(jié)構(gòu),1.CNC系統(tǒng)的硬件一般性結(jié)構(gòu),二、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成,微型機(jī),微型機(jī)是CNC裝置的核心, 主要由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出通道及聯(lián)系這三者的總線（數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線）等組成。,微處理

3、器是微型算機(jī)中的運(yùn)算器及控制部件，它是微型機(jī)的核心，稱(chēng)為中央處理單元（CPU）。,內(nèi)存儲(chǔ)器（內(nèi)存）是微型機(jī)存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它與CPU直接交換信息，內(nèi)存儲(chǔ)器分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。,CNC的軟件結(jié)構(gòu),1）中斷型結(jié)構(gòu)模式 除初始化程序外，將CNC的各功能模塊分別安排在不同級(jí)別的中斷程序中，無(wú)前后臺(tái)之分。通過(guò)中斷程序的優(yōu)先級(jí)由CPU響應(yīng)中斷。 2）前、后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式 將整個(gè)CNC軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。 前臺(tái)程序?yàn)閷?shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)幾乎全部實(shí)時(shí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、位置控制和數(shù)控機(jī)床開(kāi)關(guān)邏輯控制等實(shí)時(shí)功能。 后臺(tái)程序，也稱(chēng)為背景程序，是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序的

4、輸入、預(yù)處理和管理等任務(wù)。 在后臺(tái)程序的循化運(yùn)行過(guò)程中，前臺(tái)實(shí)時(shí)中斷程序不斷的定時(shí)插入，兩者密切配合，共同完成零件的加工任務(wù)。,包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。 應(yīng)用軟件：包括零件數(shù)控加工程序或其他輔助軟件。 系統(tǒng)軟件：為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專(zhuān)用軟件。也稱(chēng)為控制軟件。 系統(tǒng)軟件通常包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。,CNC系統(tǒng)軟件的組成,1. 輸入數(shù)據(jù)處理程序,功能：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，并按照規(guī)定格式存放。主要包括輸入程序、譯碼程序和數(shù)據(jù)處理程序等組成，有些CNC系統(tǒng)還具有補(bǔ)償計(jì)算、為插補(bǔ)運(yùn)算和速度控制

5、等進(jìn)行的預(yù)計(jì)算。 （1）輸入程序 將加工程序讀入存放在程序存儲(chǔ)器中，或?qū)⒓庸こ绦驈某绦虼鎯?chǔ)器中讀出，送入緩沖區(qū)，以便譯碼用。 （2）譯碼程序 數(shù)控加工程序按零件加工順序記載著機(jī)床加工所需的各種信息，其中包括零件加工的軌跡信息（如幾何形狀和幾何尺寸等）（幾何數(shù)據(jù)）、工藝信息（如進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速等）（工藝數(shù)據(jù)）和開(kāi)關(guān)命令（如換刀、冷卻液開(kāi)/關(guān)等）（開(kāi)關(guān)功能）。,譯碼定義：將輸入的數(shù)控加工程序按照一定規(guī)則翻譯成為數(shù)控裝置中計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并按約定的格式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。 譯碼功能：代碼的識(shí)別和功能代碼的解釋。 （3）數(shù)據(jù)處理程序 包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能處理等。

6、刀具半徑補(bǔ)償：將工件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化為刀具中心軌跡。 速度計(jì)算：解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)。,2. 插補(bǔ)計(jì)算程序 CNC系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，一邊插補(bǔ)運(yùn)算，一邊進(jìn)行加工。插補(bǔ)運(yùn)算的速度直接影響著機(jī)床的進(jìn)給速度。 3. 速度控制程序 根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，確保預(yù)定的進(jìn)給速度。 4. 管理程序 負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、處理、插補(bǔ)運(yùn)算等服務(wù)程序進(jìn)行調(diào)度管理。 5. 診斷程序 在程序中發(fā)現(xiàn)故障，并指出故障問(wèn)題。,在MDI 坐標(biāo)系F3下的G54頁(yè)面，輸入加工原點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值后回車(chē)。,1、工作原理： 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖通入A相時(shí)，磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合，在此磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒要和

7、A級(jí)對(duì)齊。當(dāng)下一個(gè)脈沖通入B相時(shí)，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即2、4齒要和B級(jí)對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子就順逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。,二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制,若通電脈沖的次序?yàn)锳、C、B、A，則不難推出，轉(zhuǎn)子將以順時(shí)針?lè)较蛞徊讲降匦D(zhuǎn)。這樣，用不同的脈沖通入次序方式就可以實(shí)觀對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。 脈沖的數(shù)量控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角；脈沖的頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；脈沖的通入次序控制電機(jī)的方向。 定子繞組每改變一次通電方式，稱(chēng)為一拍。上述的通電方式稱(chēng)為三相單三拍。所謂“單”是指每次只有一相繞組通電；所謂“三拍”是指經(jīng)過(guò)三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)。,三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制,1. 具有靈活性和通用性 CNC裝置

8、的功能大多由軟件實(shí)現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。 CNC裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機(jī)床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)特定的控制功能。,CNC裝置的優(yōu)點(diǎn),插補(bǔ)功能：二次曲線插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)、空間曲面插補(bǔ) 補(bǔ)償功能：運(yùn)動(dòng)精度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償、非線性誤差補(bǔ)償?shù)?人機(jī)對(duì)話功能：加工的動(dòng)、靜態(tài)跟蹤顯示，高級(jí)人機(jī)對(duì)話窗口 編程功能：G代碼、部分自動(dòng)編程功能。,2. 數(shù)控功能豐富,CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保證。 許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。 豐富的故障診斷及保護(hù)功能(大多由軟件實(shí)現(xiàn))，從而可使系統(tǒng)的故障

9、發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時(shí)間降低。,3. 可靠性高,操作使用方便：用戶(hù)只需根據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正確操作。 編程方便：具有多種編程的功能、程序自動(dòng)校驗(yàn)和模擬仿真功能。 維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動(dòng)進(jìn)行(潤(rùn)滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等)，數(shù)控機(jī)床的自診斷功能，可迅速實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。,4. 使用維護(hù)方便,5. 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化,數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積?。ú捎糜?jì)算機(jī)，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來(lái)越高，硬件的不斷減?。蛊渑c機(jī)床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。,CNC裝置的功能是指滿(mǎn)足用戶(hù)操作和機(jī)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。 基本

10、功能數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備的功能； 選擇功能用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。,5.3 CNC裝置的功能,淮海工學(xué)院,1.控制功能2. 準(zhǔn)備功能（G功能）3.插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能4.進(jìn)給功能5.主軸功能6. 輔助功能（M功能）,5.3 CNC裝置的功能,淮海工學(xué)院,7.刀具管理功能8. 補(bǔ)償功能9. 人機(jī)對(duì)話功能10. 自診斷功能11. 通訊功能,5.3 CNC裝置的功能,淮海工學(xué)院,5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),1、概述 CNC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來(lái)看，若從系統(tǒng)中含有中央處理器（CPU）的多少來(lái)看，可分為:,多機(jī)系統(tǒng),共享總線結(jié)構(gòu),共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,單機(jī)系統(tǒng): 整個(gè)CNC裝

11、置只有一個(gè)CPU，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種NC功能。 多機(jī)系統(tǒng): CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有CPU。,5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為,主從結(jié)構(gòu) 多主結(jié)構(gòu),分布式結(jié)構(gòu),5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,2、單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 CNC裝置是按模塊化設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造的。 實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線(BUS)標(biāo)準(zhǔn)化。 采用模塊化結(jié)構(gòu)時(shí)，CNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作則可歸結(jié)為功能模塊的合理選用。,5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,圖54CNC 系統(tǒng)硬件框圖,5

12、.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。其功能結(jié)構(gòu)： CPU及其外圍芯片； 內(nèi)存單元、cache及其外圍芯片； 通訊接口(串口，并口，鍵盤(pán)接口)。 軟、硬驅(qū)動(dòng)器以及光驅(qū)的接口,（1）計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線(母板),5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,計(jì)算機(jī)主板的主要作用：對(duì)輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息(零件加工程序，各種I/O信息等)進(jìn)行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。并根據(jù)其處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶(hù)的指令得以執(zhí)行。,5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,顯示卡的主要作用：接收來(lái)自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號(hào)

13、調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號(hào)，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫(huà)面。 它是人機(jī)交流的重要媒介，給用戶(hù)提供了一個(gè)直觀的操作環(huán)境，可使用戶(hù)能快速地熟悉適應(yīng)其操作過(guò)程。,（2）顯示模塊(顯示卡),5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,它是CNC裝置與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板。 該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)模塊。如果計(jì)算機(jī)主板選用的是 ALL-IN-ONE 主板，此板可省略。,（3）輸入/輸出模塊(多功能卡),5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,電子盤(pán)是CNC裝置特有的存儲(chǔ)模塊。在CNC裝置中它用來(lái)存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)： 系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)； 系統(tǒng)的配置參數(shù)(系統(tǒng)所能控制的進(jìn)給軸數(shù)，軸的

14、定義，系統(tǒng)增益等)； 用戶(hù)的零件加工程序。,（4） 電子盤(pán)(存儲(chǔ)模塊),5.4 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,5.5 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu),1、CNC裝置軟件和硬件的功能界面,淮海工學(xué)院,2、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,5.5 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,PLC模塊：CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。 PLC模塊的作用：接收來(lái)自操作面板、機(jī)床上的各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫(kù)控制的有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。,數(shù)控系統(tǒng)的 PLC模塊 (Programmable Machine Controller),5.5 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,光電隔離開(kāi)關(guān)量 輸入輸出板,內(nèi)置式PLC板卡,淮海工學(xué)院,開(kāi)關(guān)信號(hào)； 模擬信號(hào)； 脈沖信號(hào)。 上述信號(hào)一般不能直接與CNC裝置相聯(lián)，需要一個(gè)接口對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理。,CNC裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類(lèi)：,5.5 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu),淮海工學(xué)院,滿(mǎn)足CNC系統(tǒng)的輸入輸出要求。信號(hào)轉(zhuǎn)換主要包括以下幾個(gè)方面： 電平轉(zhuǎn)換； A/D、D/A轉(zhuǎn)換； 數(shù)字量與脈沖量相互轉(zhuǎn)換； 功率匹配；,PLC模塊變換處理其目的：,5.6 PLC模塊簡(jiǎn)介,淮海工學(xué)院,阻斷外部的干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在電氣上將CNC裝置與外部信號(hào)進(jìn)行隔