机床数控技术 教学课件 作者 张耀满 第4章 计算机数控装置.ppt

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1、第4章计算机数控装置4.1CNC简介计算机数控装置是指对机床进行自动化控制，并完成零件自动加工的专用电子计算机。它接收零件的尺寸和工艺等信息，按照一定的算法将加工过程分解为各运动轴的位置控制指令，完成零件加工。数控系统用数值数据的控制系统，在运行过程中，不断引入数值数据，从而实现机床加工过程的自动控制。数控系统的基本组成包括控制器和驱动装置(JB/T8832-2001)国际标准化组织ISO对计算机数控的定义为“数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的代码，并将其译码，从而使机床移动和加工零件”。14.1.1CNC技术的发展（1）自从1952年世界上第一台数控机床在美国

2、诞生以后，机床进入了数控时代。数控机床的诞生成为世界工业界一个重要的里程碑。随着电子元器件、计算机软、硬件技术的发展，计算机数控装置也发生了翻天覆地的变化，表现为硬件、软件的发展。（1）CNC硬件的发展计算机中二进制运算离不开电子元件的支持，最早的计算机是由电子管组成运算单元。24.1.1CNC技术的发展（2）电子管是最早期的电信号放大器，其体积大、功耗高。晶体管、集成电路发明后代替了电子管的位置，成为新的运算器件。数控系统的硬件系统随着计算机硬件的发展和变革也进行了更新换代。1952年美国MIT利用电子管成功地研制出一套三坐标联动、利用脉冲乘法器原理的试验性数字控制系统，并把它装

3、在一台立式铣床上，这是世界上第一代数控系统。1959年，电子行业研制出晶体管器件，因为数控系统中广泛使用晶体管和印刷电路板，数控系统跨入第二代。34.1.1CNC技术的发展（3）1965年出现了小规模集成电路。由于它的体积小、功耗低，使数控系统的可靠性进一步提高，数控系统发展到第三代。1970年以前的数控装置被称为硬件数控（NC），主要经历了电子管、晶体管、集成电路三种时期。这一时期的特点是数控装置中的插补、轨迹控制等功能是由硬件元器件组成的电路实现的。1970年以后数控装置开始以计算机作为核心硬件实现数控装置的各种功能。由最初以小型计算机为主体发展为以微机、嵌入式微处理器等为核心

4、组件的计算机数控系统。44.1.1CNC技术的发展（4）这一时期的特点是数控装置的译码、轨迹规划、插补、位置控制由计算机软件实现。这一时期的数控装置被称作计算机数控装置或软件数控装置。数控装置发展到计算机数控装置时期后，逐渐形成单微处理器数控、多微处理器数控和开放式数控三种。前两种数控装置是由某一家生产企业独立研发和生产的专用数控装置，又称为封闭式数控系统。54.1.1CNC技术的发展（5）不同品牌的封闭式数控系统标准不同，互换性差甚至根本不具备互换性。数控装置的生产也仅限制在自己企业内部完成。这都限制了数控系统的发展和普及。为了解决这些问题，1987年美国提出了NGC（theNe

5、xtGenerationwork-station/machineController）计划，之后欧共体和日本先后提出了OSACA（SystemArchitectureforControlwithinAutomationsystems）计划和OSEC（OpenSystemEnvironmentforController）计划。这些计划旨在推动国际数控装置各功能元件的标准化，硬件系统组成也按照一定的体系标准进行划分。开放式数控具有明显的优越性，其推广是计算机数控装置发展的必然趋势。64.1.1CNC技术的发展（6）（2）CNC加工程序软件的发展目前的数控装置编程几乎全部采用ISO698

6、3G代码编程，这是一种面向过程的编程语言。比如G01是直线插补，G02是顺时针方向圆弧插补。机床加工过程中的每一条路径都需要采用程序指令编写。国际标准化组织1996年开始制定新的面向对象NC编程标准STEP-NC，2001年底成为国际标准草案，由国际标准化组织ISO/TC184工业数据技术委员会正式命名为ISO14649。74.1.1CNC技术的发展（7）STEP-NC基于制造特征进行编程，告诉CNC要“加工什么”，“如何加工”，加工流程以工作步骤作为基本单位，将特征与技术信息联系到一起。STEP-NC标准仅完成了一部分，相关的技术包括CAD、CAM、CNC一系列问题的研究，但其发

7、展势头强劲。按照其发展趋势，STEP-NC将可能废弃沿用已久的G、M代码，代之以新的数控语言，使得现场编程方式大为改观84.1.2CNC系统的基本组成计算机数控(CNC)系统是一种用计算机通过执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。CNC系统由数控程序、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驱动装置(包括检测装置)等组成，如图所示。94.1.2CNC系统的基本组成CN