第5章 计算机数控装置5精要.ppt

第5章 计算机数控装置 CNC—Computerized Numerical Control 定义：借助计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或者全部功能，并配有接口电路、伺服驱动装置的一种专用计算机系统。 也可解释为：一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。 主要任务：存储程序、完成插补、将计算结果输出伺服系统，控制电机驱动机床执行机构。 灵活性大：可改变和扩展其功能。 通用性强：硬件采用模块化设计，易于扩展，改变软件可适应不同需求。 可靠性高：采用大规模和超大规模集成电路；程序被检查后才被调用，保证加工过程中的故障停机。 功能强大：多功能、可以完成复杂零件的一次成形。 使用维修方便：内置自诊断程序，软件检查程序。 数控系统的硬件由数控装置、输入输出装置、机床电器逻辑控制装置和驱动装置等组成。 数控装置：数控系统的核心 输入输出装置：用于控制数据的输入输出，监控数控系统的运行，进行机床操作面板及机床机电控制/监测机构的逻辑处理和监控，并为数控装置提供机床状态和有关应答信号。 机床电器逻辑控制装置：接受数控装置发出的数控辅助功能控制命令，实现数控机床的顺序控制。目前大多采用PLC控制。 驱动装置：以轴为单位的独立体，用以控制各轴的运动。 总线式模块化结构的CNC。采用32位RISC（精简指令集）芯片、数学协处理器及闪烁存储器等。多用于多轴控制的高挡数控机床。 以单板或专用芯片及模板组成结构紧凑的CNC。多用于中档数控机床。 基于通用计算机（PC或IPC）基础上开发的CNC。可充分利用通用计算机丰富的软件资源，可随计算机硬件进行升级。 前两种CNC系统硬件需专门设计，通用性较差，第三种硬件无需专门设计，改变软件即可构成不同CNC系统，通用性好。 只有一个微处理器，集中控制、分时处理数控装置的各个任务。 多微处理器结构是指在系统中有两个或两个以上的微处理器能控制系统总线、或主存储器进行工作的系统结构。目前大多数CNC系统均采用多微处理器结构。 紧耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的处理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的操作系统，共享资源。 松耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的功能模块之间采用松耦合（具有相对独立性或相关性弱），有多重操作系统有效地实现并行处理。 1）多微处理器CNC的典型结构 （1）共享总线结构：通过总线连接系统内的各个模块。 主模块控制系统总线，某一时刻只能有一个主模块占用总线，各模块通过仲裁电路判别各模块的优先级，进而共享总线资源。 采用多端口存储器来实现各微处理器之间的相互连接和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口访问。 CNC管理模块 CNC插补模块 位置控制模块 PLC（PMC）模块 命令与数据输入输出和显示模块 存储器模块 定义：开放式CNC系统必须具备不同应用程序能协调地运行于系统平台上的能力，提供面向功能地动态重构工具，同时提供统一标准化地应用程序用户界面。并具有以下特征。 可互操作性：不同应用程序模块通过标准化地应用程序接口运行于系统平台，不同模块之间保持平等地相互操作能力。 可移植性：不同应用程序模块可运行于不同供应商提供的不同系统平台上。 可缩放性：增加和减少系统功能仅仅表现为特定模块单元的装载与卸载。 可相互替代性：不同性能与可靠性和不同功能能力的功能模块可以相互替代。 2. 基于PC（或IPC）开放式CNC的硬件配置形式 （1）PC连接型CNC 结构：CNC与PC通过串行线连接。 特点：容易实现，已有CNC几乎不需改动即可应用。 结构：CNC内部加装PC，PC与CNC之间通过总线连接。 特点：保持了CNC原有的性能、可靠性和功能，并且数据传送快，系统响应快。 结构：通用PC机的扩展槽中加入专用CNC卡。 特点：CNC卡完成包括加工轨迹生成等几乎所有CNC处理功能。充分保证系统性能，软件通用性强，编程处理灵活。 包括应用软件和系统软件。 应用软件：包括零件数控加工程序或其他辅助软件。 系统软件：为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件。也称为控制软件。 系统软件通常包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。 功能：接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按照规定格式存放。主要包括输入程序、译码程序和数据处理程序等组成，有些CNC系统还具有补偿计算、为插补运算和速度控制等进行的预计算。 （1）输入程序 将加工程序读入存放在程序存储器中，或将加工程序从程序存储器中读出，送入缓冲区，以便译码用。 （2）译码程序 数控加工程序按零件加工顺序记载着机床加工所需的各种信息，其中包括零件加工的轨迹信息（如几何形状和几何尺寸等）(几何数据）、工艺信息（如进给速度