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第三章 计算机数控装置 第三章 计算机数控装置 本章主要内容： 了解数控装置的组成 熟悉数控装置的硬件 熟悉数控系统的软件结构 掌握插补原理 掌握刀具半径补偿原理 了解数控系统的故障诊断功能 了解可编程控制器 §3.1 概述 了解下面内容： CNC装置的组成 CNC装置的工作过程 CNC装置的优点 CNC装置的功能 §3.1.1 CNC装置的组成 从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。 从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。 §3.1.1 CNC装置的组成 CNC系统硬件的层次结构 由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成 §3.1.1 CNC装置的组成 CNC系统软件的功能结构 从本质特征来看，CNC系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统，从功能特征来看，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC系统活的灵魂。其结构框图如图3-2所示 §3.1.1 CNC装置的组成 §3.1.1 CNC装置的组成 CNC硬件软件的作用和相互关系 CNC装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。 CNC系统的硬件和软件构成了CNC系统的系统平台，如图3-3所示 §3.1.1 CNC装置的组成 §3.1.2 CNC装置的工作过程 数控系统加工零件的过程： 将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用代码按照规定的规则和格式编制程序 数控系统按照程序的要求，进行相应的运算、处理 数控系统发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作之间相互协调，实现刀具与工件之间的相对运动，自动完成零件的加工 § 3.1.2 CNC装置的工作过程 CNC装置对输入程序的加工和处理过程 逼近处理 将曲线进行逼近处理，将其分解为微线段 插补运算 将微线段进行分解，获得各个轴上的进给分量 指令输出 根据各轴的进给分量，发送指令协调各轴运动 注意： 插补时，每次进给的时间一般固定 §3.1.3 CNC装置的优点 具有灵活性和通用性 CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用模块化的结构，使系统功能的修改、扩充变得较为灵活 CNC装置其基本配置部分是通用的，不同的数控机床仅配置相应的特定的功能模块，以实现特定的控制功能 §3.1.3 CNC装置的优点 数控功能丰富 插补功能：二次曲线、样条、空间曲面插补 补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、非线性误差补偿等 人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示，高级人机对话窗口 编程功能：G代码、篮图编程、部分自动编程功能 §3.1.3 CNC装置的优点 可靠性高 CNC装置采用集成度高的电子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保证 许多功能由软件实现，使硬件的数量减少 丰富的故障诊断及保护功能(大多由软件实现)，从而可使系统的故障发生的频率和发生故障后的修复时间降低 §3.1.3 CNC装置的优点 使用维护方便 操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可进行正确操作 编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模拟仿真功能 维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，关键部件的定期检查等)，数控机床的自诊断功能，可迅速实现故障准确定位 §3.1.3 CNC装置的优点 易于实现机电一体化 数控系统控制柜的体积小（采用计算机，硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，硬件的不断减小），使其与机床在物理上结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作 §3.1.4 CNC装置的功能 CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能 基本功能——数控系统基本配置的功能，即必备功能 选择功能——用户可根据实际要求选择的功能 §3.1.4 CNC装置的功能 控制功能 CNC能控制和能联动控制的进给轴数 CNC的进给轴分类： 移动轴（X、Y、Z）和回转轴（A、B、C） 基本轴和附加轴（U、V、W） 　联动控制轴数越多，CNC系统就越复杂，编 程也越困难 §3.1.4 CNC装置的功能 准备功能（G功能） 指令机床动作方式的功能 §3.1.4 CNC装置的功能 插补功能和固定循环功能 插补功能是数控系统实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能 固定循环功能是数控系统实现典型加工　循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能 §3.1.4 CNC装置的功能 进给功能 进给速度的控制功能 进给速度—— 控制刀具相对工件的运动速度，单位