数控机床电气控制 教学课件 作者 杨兴 主编第5章.ppt

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1、第5章机床数控装置5.1机床数控装置的结构及工作原理5.2FANUC数控装置5.3SIEMENS数控装置思考题与习题第5章机床数控装置5.1机床数控装置的结构及工作原理机床数控系统通常指数控装置、进给伺服系统、主轴系统、电源系统等的总和。数控装置是机床数控系统的核心、大脑。数控装置包括早期的完全由专用硬件逻辑电路组成的数控装置（NC装置）和目前广泛应用的由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置（CNC装置）。第5章机床数控装置5.1.1机床数控装置的硬件结构及工作原理按CNC装置中各电路板的插接方式，数控装置的硬件结构分为大板式

2、结构和功能模块式结构；按微处理器的个数分为单CPU和多CPU结构；按硬件的制造方式分为专用型结构和通用计算机式结构；按CNC装置的开放程度可分为封闭式结构、PC嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构等。1．单CPU结构单CPU结构是指在CNC装置中只有一个CPU，CPU通过总线与存储器及各种接口相连接，采取集中控制，分时处理的工作方式，完成数控系统的各项任务。如存储、插补运算、输入输出控制、CRT显示等。某些CNC装置中虽然用了两个以上的CPU，但能够控制系统总线的只有一个CPU，它独占总线资源，其它的CPU只是附属

3、的专用职能部件，它们不能控制总线，也不能访问主存储器。它们组成主从结构，故被归属于单CPU结构中。图5-1为单CPU结构框图。第5章机床数控装置第5章机床数控装置图5-1单CPU的CNC结构框图第5章机床数控装置单微处理器结构的CNC系统由微处理器和总线、存储器、位置控制部分、数据输入／输出接口及外围设备等组成。(1)微处理器主要完成信息处理，包括控制和运算两方面的任务。控制任务根据系统要实现的功能而进行协调、组织、管理和指挥工作，即获取信息、处理信息、发出控制命令。主要包括对零件加工程序输入、输出的控制及机床加工现场状态信

4、息的记忆控制；运算任务是完成一系列的数据处理工作，主要包括译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补计算和位置控制的给定值与反馈值的比较运算等。(2)存储器用于存放系统程序、用户程序和运行过程中的临时数据。存储器包括只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)两种。系统程序存放在只读存储器EPROM中，由厂家固化，只能读出不能写入，断电后，程序也不会丢失；加工的零件程序、机床参数、刀具参数等存放在有后备电池的CMOSRAM中，可以读出，也可以根据需要进行修改；运行中的临时数据存放在随机存储器RAM中，可以随时读出和写入，断电后信息丢失。第5

5、章机床数控装置(3)位置控制部分包括位置单元和速度控制单元。位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内位移量，控制伺服电机工作，并根据接收到的实际位置反馈信号，修正位置指令，实现机床运动的准确控制。同时产生速度指令送往速度控制单元，速度控制单元将速度指令与速度反馈信号相比较，修正速度指令，用其差值控制伺服电机以恒定速度运转。(4)数据输人／输出接口与外围设备是CNC装置与操作者之间交换信息的桥梁。例如，通过MDI方式或串行通信，可将工件加了程序送人CNC装置；通过CRT显示器，可以显示工件的加工程序和其它信息。

6、在单微处理器结构中，由于仅由一个微处理器进行集中控制，故其功能将受CPU字长、数据字节数、寻址能力和运算速度等因素的限制。第5章机床数控装置2．多CPU结构多微处理器结构的CNC系统中有两个或两个以上的微处理器，各微处理器之间采用紧密耦合，资源共享，有集中的操作系统；或者各CPU构成独立部件，采用松散耦合，有多层操作系统，有效地实现并行处理。（1）多CPU结构CNC装置的基本功能模块多CPU结构CNC装置一般由多个基本功能模块组成，通过增加功能模块，可实现某些特殊功能。1）CNC管理模块该模块管理和组织整个CNC系统各功能模块协

7、调工作，如系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统错误识别和处理、系统软硬件诊断等。该模块还完成数控代码编译、坐标计算和转换、刀具半径补偿、速度规划和处理等插补前的预处理；2）CNC插补模块该模块根据前面的编译指令和数据进行插补计算，按规定的插补类型通过插补计算为各个坐标提供位置给定值；第5章机床数控装置3）位置控制模块插补后的坐标作为位置控制模块的给定值，而实际位置通过相应的传感器反馈给该模块，经过一定的控制算法，实现无超调、无滞后、高性能的位置闭环；4）PLC模块零件程序中的开关功能和由机床传来的信号在这个模块中作逻辑处理，实

8、现各功能和操作方式之间的连锁，机床电气设备的起停、刀具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计数等；5）操作面板监控和显示模块零件程序、参数、各种操作命令和数据的输入(如软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输入、上级计算机输入等)、输出(如通过软盘