CNC数控系统的基本结构

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1、第2章CNC数控系统的基本结构第一节概述第二节CNC系统的硬件结构第三节CNC系统的软件结构第一节概述数控系统(NCS)是数字控制系统简称，英文名称为NumericalControlSystem，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控(HardNC),1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。返回下一页第一节概述计算机数控(ComputerizedNumericalControl,CNC)系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺

2、服驱动装置的专用计算机系统。CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置(CNC装置)、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给(伺服)驱动装置(包括检测装置)等组成。返回下一页上一页第一节概述一、CNC系统的组成把计算机技术应用于机床的控制系统，是数控机床发展史上的一个重要里程碑，这是因为它综合了现代计算机技术、自动控制技术、传感器及测量技术、机械制造技术等领域的最新成就，使机械加工技术达到了一个崭新的水平。从自动控制的角度来看，数控系统是一种轨迹控制系统，即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

3、控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。返回下一页上一页第一节概述计算机数控(CNC)与传统的硬线数控(NC)相比有很多的优点，其中最根本的一点就是，CNC的许多数控功能是由软件实现的，因而较硬线数控具有更大的柔性，即它很容易通过软件的改变来实现数控功能的更改或扩展。今天，硬线数控已被计算机数控所取代。由上述讨论可知，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。返回下一页上一页第一节概述1.数控系统的一般硬件结构广义数控系统的结构框图如图2-1所示，即由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成，

4、它是CNC系统的物质基础。返回下一页上一页第一节概述2.CNC系统软件的功能性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系统的灵魂，其结构枢图如图2-2所示。CNC系统平台的构筑方式就是CNC系统的体系结构。体系结构为系统的分析、设计和建造提供框架。在下一节里将分别按硬件和软件两方面对CNC系统的体系结构进行讨论。返回下一页上一页第一节概述二、CNC系统的工作过程一般来说，让我们来回顾一下在普通机床上加工零件时，机床操作者总是根据工序卡的要求

5、，在加工过程中不断地操作机床改变刀具与工件的相对运动轨迹和运动参数(位置、速度等)，使刀具对工件进行切削加工，从而得到所需要的合格零件。返回下一页上一页第一节概述在CNC机床上，加工过程中的人工操作均被数控系统所取代。其工作过程如下:首先要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，用代码按规定的规则和格式编成加工程序，数控系统则按照程序的要求，进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调运动，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。图2-4为将要加工的零件，其形状用曲线L描述。加工

6、该零件就是要控制刀具T相对于该零件按轨迹曲线L运动。CNC系统对输入加工程序的运算和处理的核心部分有以下三步。返回下一页上一页第一节概述1.逼近处理首先对曲线L进行逼近处理，即按系统的插补时间△t和加工所要求的进给速度F，将L分割成若干短直线△L1，△L2,…，△Li，…，这里△Li=F△t(i=1，2，…)则当△t→0时，折线段之和接近曲线L,即当F为常数时，由于△t对于一个数控系统而言恒为常数，故△Li的长度也为常数，只不过其斜率与在L上的位置有关。返回下一页上一页第一节概述2.插补运算在计算出△Li后，必须将其分解为x轴及Y轴移动分量△xi和△

7、yi(在△ti时间内)，它们将随着△Li在L上位置的不断变化而变化，但它们满足:且有由于△Li的斜率是不断变化的，因此进给速度在X方向及Y方向的分量Fx与Fy以及它们之间的比值Fx/Fy几乎都在不断变化。返回下一页上一页第一节概述3.指令输出将计算出在△t时间内的△xi和△yi作为指令输出给X轴和Y轴，以控制它们联动。由此可知，只要能连续地自动控制X,Y两个进给轴在△t时间内的移动量，就可以实现曲线轮廓零件的加工。返回下一页上一页第一节概述三、CNC系统的主要功能1.准备功能准备功能即G功能，指令机床动作方式的功能。2.控制功能CNC能控制和能联动控

8、制的进给轴数。CNC的控制进给轴有移动轴、回转轴、基本轴和附加轴。返回下一页上一页第一节概述3.进给功能数控