数控技术及应用第2版 教学课件 作者 郑晓峰 主编 第三章.ppt

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1、第三章计算机数控系统第一节概述数控系统是数控机床的控制指挥中心。它由程序、输入输出设备、计算机数控装置（CNC装置）、可编程序控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给伺服驱动装置等组成的系统。CNC装置是数控系统的核心。机床的各个执行部件在数控系统的统一指挥下，有条不紊地按给定程序进行零件的切削加工。CNC装置的核心是计算机，由计算机通过执行其存储器内的程序，实现部分或全部控制功能。如图3-1所示。图3-1计算机数控系统的组成第一节概述CNC系统由硬件和软件两大部分组成，如图3-2所示，硬件是软件活

2、动的舞台，软件是整个装置的灵魂，整个CNC系统的活动均依靠软件来指挥。软件和硬件各有不同的特点，软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。因此，在CNC系统中，数控功能的实现可依据其控制特性来合理确定软硬件的比例。可使数控系统的性能和可靠性大大提高。图3-2CNC系统的系统平台第一节概述一、CNC系统的工作过程1．输入2．译码处理3．数据处理4．插补运算与位置控制5．输入/输出（I/O）处理6．显示7．诊断第一节概述二、CNC系统的功能1．基本功能（1）控制功能（2）准备功

3、能（3）插补功能（4）进给功能（5）主轴功能（6）刀具功能（7）辅助功能（8）字符显示功能（9）自诊断功能第一节概述2．选择功能（1）补偿功能（2）固定循环功能（3）图形显示功能（4）通信功能（5）人机对话编程功能第二节CNC系统的硬件结构一、单微处理器和多微处理器结构（一）单微处理器结构1．单微处理器的特点2．单CPU结构的形式3．单微处理器结构的组成（二）多微处理器结构1．多微处理器结构的特点2．多微处理器结构的形式3．多微处理器结构的组成第二节CNC系统的硬件结构二、大板式结构和功能模块式

4、结构1．大板式结构2．功能模块式结构三、开放式数控系统结构1．美国的NGC和OMAC计划及其结构2．欧共体的OSACA计划及其结构3．日本的OSEC计划及其结构第三节CNC系统的软件结构一、CNC系统软硬件组合类型图3-14三种典型软硬件界面第三节CNC系统的软件结构二、CNC系统控制软件的结构特点1.多任务并行处理如图3-162.实时中断处理3.CNC系统中断结构模式图3-15CNC系统的软件组成图3-16多任务并行处理关系图第三节CNC系统的软件结构图3-17CPU分时共享图第三节CNC系统

5、的软件结构图3-18资源重叠流水处理a）顺序处理b）流水处理第三节CNC系统的软件结构图3-19前、后台型软件结构第三节CNC系统的软件结构第三节CNC系统的软件结构三、CNC系统软件的工作过程1．输入2．译码3．数据处理4．插补运算5．输出6．管理与诊断第三节CNC系统的软件结构图3-20前加减速和后加减速控制第三节CNC系统的软件结构图3-21加减速特性曲线a）线性加减速b）指数加减速c）S曲线加减速第三节CNC系统的软件结构图3-22定位误差曲线a)补偿前b)补偿后第四节CNC系统的插补原

6、理一、概述1．插补的基本概念所谓插补就是指数据密化的过程。在对数控系统输入有限坐标点（例如起点、终点）的情况下，计算机根据线段的特征(直线、圆弧、椭圆等)，运用一定的算法，自动地在这些特征点之间插入一系列的中间点，即所谓数据密化，从而对各坐标轴进行脉冲分配,完成整个曲线的轨迹运行，以满足加工精度的要求。第四节CNC系统的插补原理2．插补方法（1）脉冲增量插补脉冲增量插补（又称基准脉冲插补）就是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。（2）数据采

7、样插补数据采样插补就是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近给定曲线，由于这些微小直线段是根据程编进给速度，按系统给定的时间间隔来进行分割的，所以又称为“时间分割法”插补。第四节CNC系统的插补原理二、典型插补方法的工作原理1．逐点比较法逐点比较法是通过逐点地比较刀具与所需插补曲线之间的相对位置，确定刀具的进给方向，进而加工出工件轮廓的插补方法。如图3-23所示。图3-23逐点比较法工作流程图第四节CNC系统的插补原理（1）逐点比较法第I象限直线插补如图3-24所示图3-24刀具与直线之间的位置关

8、系第四节CNC系统的插补原理刀具所处点T（Xi，Yi）与直线OE之间的位置关系(如图3-25所示)可概括为：当F=0时，刀具位于在直线上；当F>0时，刀具位于直线上方；当F<0时，刀具位于直线下方。图3-25直线插补轨迹第四节CNC系统的插补原理2．数据采样插补法如图3-33所示。图3-33数据采样法插补第四节CNC系统的插补原理（1）插补周期的选择①插补周期与插补运算时间的关系②插补周期与位置反馈采样的关系③插补周期与精度、速度的关系（2）数据采样插补原理①数据采样直线插补②数据采样圆弧插补第