数控机床第5章数控原理与系统

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1、第5章数控原理与系统5.1数控系统的基本原理与结构5.2插补原理5.3刀具补偿原理5.4数控系统的接口5.5辅助机能控制与PLC本章要点下页5.1数控系统的基本原理与结构一、数控系统的基本原理数控技术(NumericalControl-NC)—是一种自动控制技术，是利用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。计算机数控系统是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的具体动作。计算机数控技术的工作过程：（1）输入（2）译码（3）数据处理（4）插补（5）伺服控制（6）管理程序返回上页下页5.1数控系统的基本原理与结构二、数控系统

2、的结构数控系统一般包括输入/输出(I/O)装置、数控装置、驱动控制装置、机床电逻辑控制装置四部分。（图5-1计算机数控系统的组成）（一）数控系统硬件1.单CPU结构(图5-2)CNC装置特点（1）对存储、插补计算等集中控制分时处理（2）CPU通总线与存储、输入输出控制等各种接口相连，构成CNC系统。（3）结构简单，容易实现。（4）进给速度容易受较大影响2.多CPU结构（图5-3）特点（1）运算速度快，性价比高（2）适应性强，扩展容易（3）可靠性高（4）硬件易于规模生产。返回上页下页计算机数控系统由软件和硬件共同完成，它具有数控系统一般组成形式的各个部分，可以

3、通过键盘方式输入和编辑数控加工程序，通过通讯方式输入其它计算机CAD/CAM系统或上位机所提供的数控加工程序返回上页下页它采用集中控制，分时处理数控的每一个任务。返回上页下页在多CPU结构的CNC装置中有两个或两个以上CPU构成处理部件，处理部件之间采用紧耦合，有集中的操作系统，资源共享。返回上页下页5.1数控系统的基本原理与结构（二）数控系统软件1.多任务并行处理目前CNC系统的硬件中，广泛采用资源重复并行处理关系。（如图5-4）2.实时中断处理CNC装置的多任务和实时性的要求决定了中断处理为必不可少的组成部分。中断管理主要靠硬件完成，中断结构则决定了其软

4、件的结构。返回上页下页5.2插补原理一、数控加工系统的输入与译码（一）数控加工程序的输入1.输入过程-通过相应的输入装置将信息输入数控系统中2.键盘输入方式3.计算机通信输入方式（二）数控加工程序的译码过程（如图5-6）1代码的识别—一般先把ISO代码或EIA代码组成的排列规律不明显的代码按基本功能转化成具有一定规律的数控内部代码。2功能码的处理—经过代码识别建立各种功能代码的标志，然后要分别对各功能代码进行处理。返回上页下页功能码的处理过程：首先建立一个与数控加工程序缓冲器相对应的结果缓冲器，对于具体的CNC系统，存储器的格式和规模是不变的。5.2插补原理

5、返回上页下页5.2插补原理二、点位/直线切削控制原理直线控制系统的结构（图5-7）位置计算与比较的实现方法（1）减法计算在位置计数器中预置给定的位移量，坐标移动时进行减法计算。（2）比较计算将给定的位移量存入指令寄存器，坐标移动时位置计数器以零开始进行加法计算，两者相比较，在计数值与给定值相符时停止进给。位置计算与比较的软件控制流程如图5-8所示返回上页下页点位/直线切削控制系统有较完善的进给，主轴转速、刀具选择及辅助技能的寄存与控制。一般采用液脉冲马达或功率步进电机驱动完成。5-7点位/直线切削控制系统的结构框图返回上页下页第一次判别G90/G91，若为增

6、量方式，则为G91方式的减法计数器预置数。第二次判断G90/G91标志是为区分绝对值方式和增量方式，每走一步运算一次，每次都要判别是否需要降速，以保证准确定位。5-8位置计算与比较的软件控制流程图返回上页下页5.2插补原理三、轮廓控制切削原理轮廓控制系统能对刀具与工件相对位移的轨迹进行连续控制，能加工出曲面、凸轮、锥度等复杂形状的零件。其核心装置就是插补器。插补器的功能是按给定的尺寸和加工速度用脉冲信号使机床进给走任意斜线和圆弧。（一）逐点比较法（如图5-9）1.逐点比较法直线插补原理（1）偏差判别（2）坐标进给（3）偏差计算（4）终点判别2.逐点比较法圆弧

7、插补原理返回上页下页逐点比较法原理是计算机在控制加工过程中，能逐点的计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需要的工件，用步进电机拖动机床，其进给十步进式，查补器控制机床各个坐标，每走一步要完成四个节拍。如图5-9图5-9逐点比较法的工作节拍返回上页下页（二）数字积分插补法数字积分法又称为数字微分分析器（DAA-DigitalDifferentialAnalyzer），它可实现一次、二次曲线的插补，易于实现多坐标联动，适用范围较广。1.数字积分法直线插补原理2.圆弧插补原理（三）数据采样插补数据采样插补用小段直线来逼近给定轨迹，插补输出的是下一

8、个插补周期内各轴要运动的距离，不需要每走一步脉冲当量