第2章计算机数控系统.ppt

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1、第二章第二章 计算机数控系统计算机数控系统认识计算机数控系统的工作过程认识计算机数控系统的工作过程2.1计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2CNC系统的硬件结构系统的硬件结构2.3CNC系统的软件结构系统的软件结构2.4数控系统的插补原理数控系统的插补原理2.5辅助功能与辅助功能与PLC2.6第二章第二章 计算机数控系统计算机数控系统v 1949年美国年美国Parsons公司首先提出了机床数字控制的概公司首先提出了机床数字控制的概念，念，1952年美国麻省理工学院研制出了基于电子管和继电年美国麻省理工学院研制出了基于电子管和继电器的机床数字控制装置，用于控制铣

2、床系统，它标志着第器的机床数字控制装置，用于控制铣床系统，它标志着第一代数控机床一代数控机床-电子管数控机床电子管数控机床的诞生。的诞生。v 20世纪世纪50年代末，第二代数控机床年代末，第二代数控机床-晶体管数控机床晶体管数控机床被研被研制成功。制成功。v 随着集成电路技术的发展，随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控机床年出现了第三代数控机床-小规模集成电路数控机床小规模集成电路数控机床。v 以上为数控机床发展的第一阶段，称为以上为数控机床发展的第一阶段，称为NC阶段阶段，其特点是，其特点是数控系统的所有功能均由硬件来实现，又称为硬件数控。数控系统的所有功能均由硬件来实现，又称

3、为硬件数控。第二章 计算机数控系统v 1970年小型计算机开始用于数控机床，数控机床的发展年小型计算机开始用于数控机床，数控机床的发展由此进入第二阶段，即由此进入第二阶段，即CNC（计算机数字控制）阶段（计算机数字控制）阶段，这是这是第四代第四代数控机床。数控机床。v 1974年微处理器开始用于数控机床，数控机床发展到了年微处理器开始用于数控机床，数控机床发展到了第五代第五代，数控机床从性能到可靠性均得到了很大的提高。，数控机床从性能到可靠性均得到了很大的提高。v 从从20世纪世纪90年代开始，年代开始，PC机的发展日新月异，基于机的发展日新月异，基于PC平台的数控系统应运而生，使数控机床发展

4、到了平台的数控系统应运而生，使数控机床发展到了第六代第六代。2.1 认识计算机数控系统的工作过程认识计算机数控系统的工作过程数控车床的计算机数控系统数控车床的计算机数控系统 FANUC0i-B数控系统数控系统2.1 认识计算机数控系统的工作过程认识计算机数控系统的工作过程加工中心的计算机数控系统加工中心的计算机数控系统 世纪星数控系统世纪星数控系统2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.1 计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成 2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的

5、工作过程 CNC对零件程序的处理流程图对零件程序的处理流程图 2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的工作过程（1）零件程序的输入）零件程序的输入 输入方式：光电阅读机输入、磁盘输入、手动键盘输入输入方式：光电阅读机输入、磁盘输入、手动键盘输入（即（即MDI输入方式）、上级计算机的输入方式）、上级计算机的DNC接口输入接口输入。任务任务1：输入：输入任务任务2：读出：读出输入设备主要有输入设备主要有2个任务个任务 2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统

6、的工作过程计算机数控系统的工作过程（2）译码）译码 将输入的程序段按照一定的规则翻译成数控系统能够识别的将输入的程序段按照一定的规则翻译成数控系统能够识别的数据形式，并按约定的形式存放在指定的译码结果缓冲器中。数据形式，并按约定的形式存放在指定的译码结果缓冲器中。译码主要包括译码主要包括代码识别代码识别和和功能解释功能解释2大部分。大部分。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误系统立即报警。错误系统立即报警。v 译码处理方式有：译码处理方式有：1）编译方式编译方式：在加工前一次性将整个程序翻译完，并在译：在加工前一次性将整个

7、程序翻译完，并在译码过程中对程序进行语法检查，若有语法错误则报警；码过程中对程序进行语法检查，若有语法错误则报警；2）解释方式解释方式：在加工过程中进行译码，即计算机在进行加：在加工过程中进行译码，即计算机在进行加工控制时，利用空闲时间来对后面的程序段进行译码。工控制时，利用空闲时间来对后面的程序段进行译码。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的工作过程（3）刀具补偿）刀具补偿1）刀具半径补偿）刀具半径补偿v CNC装置根据零件轮廓信息和刀

8、具半径值自动计算出刀具装置根据零件轮廓信息和刀具半径值自动计算出刀具中心的运动轨迹，使其自动偏离零件轮廓一个刀具半径值，中心的运动轨迹，使其自动偏离零件轮廓一个刀具半径值，这种自动偏移计算就称为刀具半径补偿。这种自动偏移计算就称为刀具半径补偿。零件轮廓和刀具中心轨迹零件轮廓和刀具中心轨迹 准备功能准备功能G代码中代码中的的G40用于取消刀用于取消刀补，补，G41和和G42用用于建立刀补。于建立刀补。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能建立刀具补偿建立刀具补偿 沿着刀具前进方向沿着刀具前进方向看，看，G41是刀具位是刀具位于被加工工件轮廓于被加工工件轮廓左侧，

9、称为左侧，称为刀具半刀具半径左补偿径左补偿；G42是是刀具位于被加工工刀具位于被加工工件轮廓右侧，称为件轮廓右侧，称为刀具半径右补偿刀具半径右补偿。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2）刀具长度补偿）刀具长度补偿在数控立式铣床加工中心在数控立式铣床加工中心上，当刀具磨损或更换刀上，当刀具磨损或更换刀具使具使Z Z向刀尖不在原初始向刀尖不在原初始加工的编程位置时，必须加工的编程位置时，必须在在Z Z向进给中，通过伸长向进给中，通过伸长或缩短或缩短1 1个偏置值个偏置值f f的办法的办法来补偿其尺寸的变化，以来补偿其尺寸的变化，以保证加工深度仍然能够达保证加工

10、深度仍然能够达到原设计位置。到原设计位置。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能刀具长度补偿刀具长度补偿刀具长度补偿由准备功能刀具长度补偿由准备功能G43G43、G44G44、G49G49以及以及H H代码指定，代码指定，其中其中G43G43为正向偏置，为正向偏置，G44G44为负向偏置，为负向偏置，G49G49为补偿撤消，为补偿撤消，H H代代码指令指示偏置存储器中存储偏置量的地址。码指令指示偏置存储器中存储偏置量的地址。G43 G43指令都是将指令都是将H H代码指定的偏置值加到主轴运动指令终代码指定的偏置值加到主轴运动指令终点坐标值上去，而点坐标值上去，

11、而G44G44则相反，它是从主轴运动指令终点坐标则相反，它是从主轴运动指令终点坐标值中减去偏置值。值中减去偏置值。在在H H后跟两位数指定偏置号，在每个偏置号所对应的偏置后跟两位数指定偏置号，在每个偏置号所对应的偏置存储区中，通过键盘预先设置相应刀具的长度补偿值。对应存储区中，通过键盘预先设置相应刀具的长度补偿值。对应偏置号偏置号0000即即H00H00的偏置值通常不设置，取为的偏置值通常不设置，取为0 0，这就相当于刀，这就相当于刀具长度补偿撤消指令具长度补偿撤消指令G49。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能在右图中，所画刀具实线为刀具实际位在右图中，所

12、画刀具实线为刀具实际位置，虚线为刀具编程位置，则刀具长度补偿控置，虚线为刀具编程位置，则刀具长度补偿控制程序如下：制程序如下：设定设定H01=-4.0(H01=-4.0(偏置值偏置值)N10 N10G91G91G00G00G43G43Z Z32.032.0H01H01；实际实际Z Z向将进给向将进给32.0+32.0+（4.04.0）=36.036.0 N20 N20G01G01Z Z21.021.0F500F500；Z Z向将从向将从36.036.0位置进给到位置进给到57.057.0位置位置 N30G00G49Z53.0；Z向将退回到向将退回到53.0+4.0位置，即返回初始位置位置，即返

13、回初始位置 2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的工作过程（4）进给速度处理）进给速度处理 首先根据合成速度计算各坐标方向上的分速度，速度控制首先根据合成速度计算各坐标方向上的分速度，速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保证预程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保证预定的进给速度。定的进给速度。（5）插补）插补 在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和中点之间，按一定在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和中点之间，按一定的算法分成足够微小的线段，完成程序小线段到终点的的算法分成足够微小的线段，完成程

14、序小线段到终点的“数据点的密化数据点的密化”工作。工作。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的工作过程（6）位置控制）位置控制 在每个采样周期，将计算出的理论位置与实际反馈位置在每个采样周期，将计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用差值去控制进给电机。进行比较，用差值去控制进给电机。（7）I/O处理处理 强电信号输入输出和计算机一侧弱电信号进行交换与处强电信号输入输出和计算机一侧弱电信号进行交换与处理，控制如换刀、冷却等应答动作。理，控制如换刀、冷却等应答动作。2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能计算

15、机数控系统的基本组成及其功能2.2.2 计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的工作过程（8）显示）显示 显示零件加工程序、参数、机床状态、刀具位置、报警信显示零件加工程序、参数、机床状态、刀具位置、报警信息等息等（9）诊断）诊断 在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。2.2计算机数控系统的基本组成及其功能计算机数控系统的基本组成及其功能2.2.3CNC系统系统的功能的功能控制功能控制功能准备功能准备功能 插补功能插补功能 主轴功能主轴功能 进给功能进给功能 辅助功能辅助功能 刀具功能刀具功能 字符显示功能字符显示功能 自诊断功能自

16、诊断功能 补偿功能补偿功能 固定循环功能固定循环功能 图形显示功能图形显示功能 通信功能通信功能 人机对话编程功能人机对话编程功能 基本功能基本功能选择功能选择功能2.2.3 CNC数控系统的功能数控系统的功能 1、基本功能、基本功能（1）控制功能）控制功能 指指CNC系统能控制以及能同时联动的进给轴数。系统能控制以及能同时联动的进给轴数。移动轴和回转轴：移动轴和回转轴：X，Y，Z；A，B，C 基本轴和附加轴：基本轴和附加轴：U，V，W1）二轴联动）二轴联动主要用于数控车床加工旋主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工转曲面或数控铣床加工曲线柱面。曲线柱面。2.2.3 CNC数控系统的功能数控系统的功能1、基本功能、基本功能（1）控制功能）控制功能2）二轴半联动）二轴半联动主要用于三轴以上机床的主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可联动，而另外一根轴可以作周期胜进给以作周期胜进给 2.2.3 CNC数控系统的功能数控系统的功能1、基本功能、基本功能（1）控制功能）控制功能3）三轴联动）三轴联动v 一般分为两类，一类就是一般分为两类，一类就是