1、2020年9月11日11時26分,數(shù)控機床電氣系統(tǒng)檢修,計算機數(shù)控系統(tǒng) 一、CNC系統(tǒng)的組成 二、CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 三、插補原理,2020年9月11日11時26分,2020年9月11日11時26分,一、數(shù)控系統(tǒng)的基本原理 數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Computer System）是指利用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)。最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的，因而被稱之為硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計算機的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是當前廣泛使用的計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control，簡稱CNC系統(tǒng)）。 數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)

2、能邏輯地處理具有使用號碼或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。,2020年9月11日11時26分,一、數(shù)控系統(tǒng)的基本原理 數(shù)控系統(tǒng)的功能： （1）準備功能：（2）控制功能：（3）進給功能： （4）主軸轉(zhuǎn)速功能：（5）刀具功能：（6）輔助功能： （7）插補功能：插補功能是指CNC裝置可以實現(xiàn)各種曲線軌跡插補運算的功能。 （8）補償功能：（9）字符圖形顯示功能：（10）通信功能： （11）自診斷功能：（12）人機對話編程功能：,2020年9月11日11時26分,一、數(shù)控系統(tǒng)的基本原理 數(shù)控系統(tǒng)工作過程： （1）輸入 輸入零件加工程序和補償數(shù)據(jù)等 （2）譯碼 將加工程序翻譯成機器碼 （3）數(shù)據(jù)處理 對補償參

3、數(shù)，加工速度和輔助功能等的處理 （4）插補 實現(xiàn)起點和終點之間數(shù)據(jù)的密化 （5）伺服控制 信號的控制和放大 （6）管理程序 程序的預讀,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)硬件： （1）輸入輸出裝置 （2）數(shù)控裝置 （3）驅(qū)動控制裝置 （4）機床電器邏輯控制裝置 控制對象： 機床的主軸和進給,2020年9月11日11時26分,CNC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單CPU結(jié)構(gòu),2020年9月11日11時26分,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單CPU結(jié)構(gòu)特點 （1）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn) （2）采用總線結(jié)構(gòu) （3

4、）對存儲，插補，控制等運算采用分時控制 （4）進給速度慢,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 多CPU結(jié)構(gòu)框圖 主/從式多CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 多CPU結(jié)構(gòu)框圖 共享總線的多CPU結(jié)構(gòu)的CNC結(jié)構(gòu)框圖 ：,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 多CPU結(jié)構(gòu)框圖 共享存儲器的多CPU結(jié)構(gòu)框圖,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 多CPU結(jié)構(gòu)特點 （1）運算速度快，性能價格比高 （2）適應性強，擴展容易 （3）可靠性高 （4）硬件易于規(guī)模生產(chǎn),2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

5、 數(shù)控系統(tǒng)軟件： CNC任務分解,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)軟件： 多任務并行處理,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)軟件： 實時中斷處 理優(yōu)先級,2020年9月11日11時26分,二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)軟件： 實時中斷處理,資源重疊流水處理,2020年9月11日11時26分,三、典型數(shù)控系統(tǒng)介紹-西門子 西門子 PPT,2020年9月11日11時26分,插補原理,插補就是沿著規(guī)定的輪廓，在輪廓的起點和終點之間按一定算法進行數(shù)據(jù)點的密化。在數(shù)控加工中，根據(jù)給定的信息進行某種預定的數(shù)學計算，不斷向各個坐標軸發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進給脈

6、沖或數(shù)據(jù)，使被控機械部件按指定的路線移動，完成整個曲線的軌跡運行，以滿足加工精度的要求，這就是插補。 目前，插補算法有很多種，歸納為兩大類：脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補。,2020年9月11日11時26分,脈沖增量插補,脈沖增量插補就是通過向各個運動軸分配脈沖，控制機床坐標軸作相互協(xié)調(diào)的運動，從而加工出一定形狀零件輪廓的算法。每個脈沖通過步進電動機驅(qū)動裝置使步進電動機轉(zhuǎn)過一個固定的角度（稱為步距角），相應地使機床移動部分（刀架或工作臺）產(chǎn)生一個單位的行程增量（脈沖當量一個脈沖所對應的機床機械運動機構(gòu)所產(chǎn)生的位移量）。,2020年9月11日11時26分,1. 逐點比較法,逐點比較法是通過逐點地比較

7、刀具與所需插補曲線之間的相對位置，確定刀具的進給方向，進而加工出工件輪廓的插補方法。刀具每走一步都要將加工點的瞬時坐標與規(guī)定的圖形軌跡相比較，判斷其偏差，然后決定下一步的走向。在逐點比較法中，每進給一步都要經(jīng)過四個節(jié)拍，如圖所示。,2020年9月11日11時26分,逐點比較法 工作流程圖,2020年9月11日11時26分,（1）逐點比較法第I象限直線插補, 偏差函數(shù)值的判別 如圖所示，假設(shè)動點 T正好處于直線OE上，則有下式成立： 即 XeYiXiYe,刀具與直線之間的位置關(guān)系,2020年9月11日11時26分,（1）逐點比較法第I象限直線插補,假設(shè)動點處于 OE的上方，則直線 OT的斜率大于

8、直線OE的斜率，從而有 即 XeYiXiYe,刀具與直線之間的位置關(guān)系,2020年9月11日11時26分,（1）逐點比較法第I象限直線插補,設(shè)點T處于直線OE的下方，則有下式成立 即 XeYiXiYe,刀具與直線之間的位置關(guān)系,2020年9月11日11時26分,由以上關(guān)系式可以看出，（XeYiXiYe）的符號反映了動點T與直線OE之間的偏離情況。為此取偏差函數(shù)為 FXe Yi - Xi Ye 當 F0時，動點 在直線 OE上； 當 F0時，動點 在直線 OE上方的區(qū)域； 當 F0時，動點 在直線OE下方的區(qū)域。,2020年9月11日11時26分, 坐標進給 以圖為例。,直線插補軌跡,2020年

9、9月11日11時26分,由式FXe Yi - Xi Ye可以看出，每次求時要作乘法和減法運算，而這在使用硬件或匯編語言軟件實現(xiàn)插補時不大方便，還會增加運算的時間。因此，為了簡化運算，通常采用遞推法，即每進給一步后新加工點的加工偏差值通過前一點的偏差遞推算出。,2020年9月11日11時26分,現(xiàn)假設(shè)第次插補后動點坐標為T（i，i），偏差函數(shù)為 ieiie 若i，則向（）方向進給一步，新的動點坐標值為 i+1ii+1i,2020年9月11日11時26分,新的偏差函數(shù)為 i+1ei+1i+1e i一iee i 所以 i+1i （71）,2020年9月11日11時26分,同樣，若，則向（）方向進給一步，新的動點坐標值為 i+1i，i+1i+1 所以 i+1ie （72）,2020年9月11日11時26分,根據(jù)公式可以看出，采用遞推算法后，偏差函數(shù)的計算只與終點坐標值，e有關(guān)，而不涉及動點坐標i，i的值，且不需要進行乘法運算，新動點的偏差函數(shù)可由上一個動點的偏差函數(shù)值遞推出來（減Y或加e）。因此，該算法相當簡單，易于實現(xiàn)。,2020年9月11日11時26分,終點判別,終點坐標法是刀具每進給一步，就將動點坐標與終點坐標進行比較，即判別ie？和i一？是否成立，若等式成立，插補結(jié)束，否則繼續(xù)。,202