数控技术及应用(清华版 3 计算机数控系统)ppt课件.pptVIP

第3章 计算机数控系统 从前的NC装置是由各种逻辑元件、记忆元件和逻辑电路组成的，是一种固定接线的硬件结构，由硬件来实现数控功能。随着计算机技术的发展，由于微型计算机(以下简称微机)集成度高、体积小、可靠性好且价格低廉，很快被用于数控系统，称为计算机数控系统(CNC系统)。计算机数控装置可以是采用存储程序的专用计算机，也可以采用通用计算机加上接口电路板组成。它由软件来实现其部分或全部数控功能，具有良好的“柔性”，很容易通过软件来改变或扩展其功能，以适应各类数控机床的特殊要求。采用了计算机的数控机床，综合了计算机、传感器和测量技术、自动控制和机械制造等技术领域的必威体育精装版成就，为柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)的发展奠定了基础。 3.1 CNC系统的组成和计算机的功用 3.1.1 CNC系统的组成 图3.1是一个典型的CNC系统的原理框图。系统由数控计算机、程序输入/输出装置和机床控制装置三部分组成。 3.1.2 CNC系统中的计算 1. 计算机的作用 机床数控系统主要是一种位置控制系统。数控系统接收工件加工程序后，识别程序所注明的加工方式和加工尺寸，根据这些数据插补出理论的刀具轨迹，然后将插补的结果，输出到执行部件，使刀具按轨迹加工出所需形状的工件来。 2. 计算机的工作过程 (1)工件加工程序的输入、编辑和存储。 (2)工件加工程序的译码处理。 (3)机床状态的监测。 (4)刀具补偿。 (5)插补计算。 (6)伺服控制。 (7)故障诊断。 3. 计算机的硬件结构 (1)单微处理器结构。 (2)多微处理器结构。 3.1.3 CNC系统中的可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称为可编程控制器(PLC)。PLC诞生于1969年，最初应用于汽车制造业的自动生产线等顺序控制的场合。由于其性能优越，可靠性高，现已取代传统的继电器逻辑，大量应用于各种机械和生产过程的控制，成为工业自动化的重要部件。 1. PLC在数控机床中的功用 2. PLC的工作原理 3. PLC与CNC功能系统的连接 (1) 通用型PLC (2) 内置式(集成式) 3.1.4 机床控制I/O部件的实现 CNC系统要实现对机床的控制及其状态的检测，需要由专门的机床控制I/O部件来完成。因此，与普通的I/O接口相比，具有以下几个显著特点： (1)能够在计算机与输入/输出装置之间进行必要的信息形式的转换。 (2)能够输入并可靠地传送控制机床动作的相应控制信息，同时应具备阻断或抑制干扰信号进入计算机的能力，防止误动作，增加可靠性。 1. 光电隔离电路 2. 信息转换电路举例 3.2 数控系统的模块化设计 3.2.1 概述 模块之间的信息都可以通过母板进行交换。此外，每个模块与外设或控制对象的联系是靠模块另一端的连接插座引出各种控制信号，或从控制现场输入信息。采用标准总线模块化设计时，对每一模块的设计布局也有所规定，它主要是按照功能分布，将模块上的电气元件和电路作出合理安排。一般的原则是使每个模块的总线接口与I/O接口之间呈直线连接，尽量使信息传输路径最短。这样，一方面降低了总线信号和I/O信号之间的干扰，提高了可靠性，另一方面也便于故障诊断和维修。数控系统模块化设计有下列优点： (1) 提高了设计效率，缩短了系统的设计周期。 (2) 通用性强，易于改进和扩展系统功能。 (3) 有利于提高可靠性。 (4) 便于调试和维修。 (5) 降低了生产成本。 3.2.2 总线标准 1. 总线结构 总线包括外部总线(如串行总线、并行总线)和内部总线。这里所说的总线为内部总线。所谓总线是指为多个功能部件服务的信息线。通常作为标准应从它的物理特性、功能特性、电气特性、时间特性等四个方面详细地向外界公布，以供用户使用。 2. 常用的标准总线 (1)S-100总线 (2)多总线(Multibus) (3)VME总线 (4)STD总线 3. 总线标准的选择 (1)根据CPU来选择 (2)根据模块的几何尺寸来选择 (3)根据总线的技术性能来选择 3.2.3 总线功能模块 模块化设计CNC系统时，选择总线功能模块是其主要任务。模块选择恰当，将会得到性价比更高的系统。以下分别叙述主要模块的选择。 1. CPU模块 CPU模块主要由微处理器、内部存储器和时钟电路等组成。 2. 存储器模块 存储器模块主要用于系统内存的扩充。 3. I/O模块 I/O模块的种类较多，主要有数字量I/O、模拟量I/O、工业用I/O等模块和外部设备控制器等。 4. 专用功能模块 (1) 中断控制器 (2) 定时/计数器 (3) 时钟模块 (4) 掉电处理模块 (5) 伺服