数控机床与编程 教学课件 作者 刘战术 2.ppt

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1、第2章数控机床控制系统2.1数控系统概述2.2CNC系统的构成及工作原理2.3数控系统的插补原理2.4数控系统的可编程控制器（PLC）2.5数控机床常用的数控系统数控系统：将利用数控技术进行信息处理并用以控制机床完成机床动作和零件加工过程的系统称为数控系统。2.1数控系统概述2.1.1数控系统的发展历程2.1.2数控系统的发展趋势1.向高速高精度方向发展2.向多轴联动和功能复合方向发展3.智能化4.提高可靠性5.小型化6.向网络化方向发展7.向开放式系统发展8.重视标准化工作2.1.3数控系统的分类1.按照所用进给伺服系统的类

2、型分类1）开环数控系统经济型数控机床一般都采用开环数控系统。2）闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示半闭环数控系统的位置采样点如图的实线所示3）半闭环数控系统2.按照刀具的运动轨迹分类1)点位控制数控系统2）直线切削数控系统3）轮廓控制数控系统3.按功能水平分类1）高级型数控系统2)普及型数控系统3)经济型数控系统2.1.4数控系统主要技术指标(1)控制轴数和联动轴数(2)插补功能(3)脉冲当量（分辨率)、定位精度和重复精度(4)行程和插补范围(5)主轴转速、进给速度(6)准备功能(G功能)(7)辅助功能(M功

3、能）(8)刀具管理和刀具补偿(9)自动加减速控制(10)机床顺序控制接口(11)字符图形显示功能(12)通信与通信协议(13)自诊断功能2.2CNC系统的构成及工作原理2.2.1数控系统的组成1.微机部分2.速度控制单元和位置检测单元3.机床逻辑控制部分4.机床控制I/O接口5.外部设备6.程序即软件2.2.2数控系统的硬件结构1.根据组成CNC系统的电路板常见的结构特点来分：大板式结构和模块化结构1）大板式结构。主CPU和各轴的位置控制电路集成到一块大的印刷电路板上，如图2-4所示。大板式结构的特点是：结构紧凑、体积小、可靠

4、性高、价格低、有很高的性能/价格比，也便于机床的一体化设计。缺点是硬件功能不易变动，不利于组织生产。2）模块化结构模块化结构就是将微处理机、存储器、输入输出控制分别做成插件板或将微处理机、存储器、输入、输出控制组成独立微计算机级的硬件模块，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。每一个硬软件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。模块化结构的特点是：其是一种基于总线的开放性系统，CNC系统可以如堆积木式地组成，设计简单，柔性好，有良好的适应性和扩展性，试制周期短、调整维护方便、效率高。2.根据所采用的处理器结构形式分为单处

5、理器结构和多处理器结构1）单处理器结构（1）微处理器。微处理器CPU是CNC装置的核心。（2）总线。总线是由赋予了一定信号意义的一组物理导线。按信号的物理意义，可分为数据总线、地址总线、控制总线三组。（3）存储器。存储器的作用是用于存放数据、参数和程序等。（4）MDI/CRT接口。（6）可编程控制器。替代传统机床强电继电器逻辑控制，利用逻辑运算实现各种开关量的控制。（5）位置控制模块。（7）I/O(输入/输出)接口（8）通信接口。需要注意的是，某些CNC装置虽然有两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制系统总线，与其

6、他微处理器组成主从结构，故它们也归于单微处理器结构中，单微处理器CNC的结构特点：（1）CNC装置内只有一个主微处理器，对信息存储、插补运算、I/O控制、CRT显示等功能的实行集中控制分时处理的原则；（2）微处理器与存储器、I/O等接口电路相连是通过总线进行连接的。（3）结构简单，实现容易。（4）CNC装置一般是专用型的，不具备通用性。2）多处理器结构该种结构的CNC装置中有两个或两个以上的微处理器，且各微处理器之间互不隶属。多微处理器结构的CNC装置多为模块化结构，通常采用共享总线和共享存储器两种典型结构实现模块间的互联与通

7、信微处理器CNC装置的基本功能模块一般由六种功能模块组成，通过增加相应的功能模块，可实现一些特殊功能。这六种基本功能模块为：（1）CNC管理模块。（2）CNC插补模块。（3）位置控制模块。（4）PLC模块。（5）操作面板监控和显示模块。（6）存储器模块。多微处理器的结构特点：采用模块化结构，有良好的适应性和扩展性；可靠性高；硬件易于组织规模生产；性能价格比高。2.2.3数控系统的软件构成管理软件：零件程序的输入、CNC输出、显示、诊断和通信功能软件控制软件：译码、刀具补偿、速度处理、插补运算和位置控制等1.输入程序。其功能有两

8、个：一是把零件程序从阅读机或键盘经相应的缓冲器输入到零件程序存储器；二是将零件程序从零件程序存储器取出送入缓冲器。2.译码程序译码也就是从数控加工程序缓冲器或MDI缓冲器中逐个读入字符，先识别出其中的文字码和数字码，然后根据文字码所代表的功能，将后续数字码送到相应译码结果缓冲