數(shù)控技術(shù)總復(fù)習(xí)思考題(共66張PPT)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,,?#?,,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,第1章 緒 論,,課程內(nèi)容,,,第1章 概論,第2章 數(shù)控加工的程序編制,第3章 計算機數(shù)控裝置的插補原理,第4章 計算機數(shù)控裝置,第5章 數(shù)控檢測裝置,第6章 數(shù)控伺服系統(tǒng),,第1頁，共66頁。,第1章 緒 論,,第1章 概論,,,數(shù)控技術(shù)的基本概念,數(shù)控機床的工作原理及組成,數(shù)控機床的分類,數(shù)控機床的加工特點,,第2頁，共66頁。,1.1 數(shù)控技術(shù)的基本概念,1.什么是機床？,,2.什么叫數(shù)控？,3.何謂數(shù)控技術(shù)？P171,4.何謂數(shù)控機床？,5.數(shù)控技術(shù)和其它學(xué)科、概念之間的關(guān)系？,,第3頁，共66頁。,,,數(shù)控,（Numerical Control）,數(shù)字控制是一種自動控制技術(shù)，是用,數(shù)字化信號,對機床的,運動,及其,加工過程,進行控制的一種方法。,數(shù)控機床,（NC Machine）,數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其技術(shù)水平和普及程度是衡量國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。國際信息處理聯(lián)盟,(IFIP-International Federation of Information Processing),第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床的定義是:,數(shù)控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。即數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床或裝備了數(shù)控裝置的機床。,,第4頁，共66頁。,1.1 數(shù)控技術(shù)的基本概念,,,數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)是一種程序控制系統(tǒng)，它能邏輯地處理輸入到系統(tǒng)中具有特定代碼的程序，并將其譯碼，從而使機床運動并加工零件。這里主要指由硬件搭成的系統(tǒng)。,計算機數(shù)控系統(tǒng),（,Computerized Numerical Control System—CNC）,計算機數(shù)控系統(tǒng)由裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計算機、輸入輸出設(shè)備、可編程序控制器（PLC）、存儲器、主軸驅(qū)動及進給驅(qū)動裝置等部分組成。,數(shù)控程序,（NC Program）,輸入數(shù)控系統(tǒng)中的、使數(shù)控機床執(zhí)行一個確定的加工任務(wù)的、具有特定代碼和其它符號編碼的一系列指令。,,第5頁，共66頁。,1.1 數(shù)控技術(shù)的基本概念,,,,數(shù)控編程,生成用數(shù)控機床進行零件加工的數(shù)控程序的過程。,數(shù)控加工,根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機床中,刀具與工件的相對運動,，從而完成零件的加工。,,第6頁，共66頁。,生成用數(shù)控機床進行零件加工的數(shù)控程序的過程。,構(gòu)造，應(yīng)該是可移植的和透明的；,3 數(shù)控程序編制的內(nèi)容與步驟,1、按運動控制的特點分類,國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會 美國電子工業(yè)協(xié)會,2 編程的工藝基礎(chǔ),二是用基本線型擬和其它輪廓曲線。,測量裝置(位置\速度),進給驅(qū)動線路和主軸驅(qū)動線路,A 、B、 C 圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸角度尺寸字,步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。,第4章 計算機數(shù)控裝置,如程序結(jié)束，主軸的正、反轉(zhuǎn)，冷卻液的開、停等。,CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),(4)裝卡、定位要考慮到重復(fù)安裝的一致性,數(shù)控機床的組成,控制介質(zhì),數(shù)控裝置,伺服,系統(tǒng),,機床,檢測反饋裝置,,第7頁，共66頁。,CNC機床的組成和工作原理,CNC裝置,,控制軟件,(軟件功能),,硬件電路,(硬件功能),主軸,伺服單元,主軸,驅(qū)動裝置,可編程,控制器,進給伺服單元,進給,驅(qū)動裝置,測量裝置(位置\速度),程 序,操作面板,輸入輸出設(shè)備,機 床,M.S.T\輔助指令信號,主軸電機,主軸動作,完成進給動作,PLC,完成開關(guān)動作,伺服驅(qū)動系統(tǒng),進給電機,電→機,信號轉(zhuǎn)換\放大,,第8頁，共66頁。,,,數(shù)控技術(shù),由,機床,、,數(shù)控系統(tǒng),和,外圍技術(shù),組成，如下圖：,數(shù)控技術(shù),CPU,RAM,ROM,接口,控制軟件,順序程序,硬件,軟件,伺服系統(tǒng),電機,控制系統(tǒng),驅(qū)動系統(tǒng),測量反饋系統(tǒng),,機床,數(shù)控系統(tǒng),外圍技術(shù),基礎(chǔ)件,配套件,床,身,立,柱,工作臺,刀架,刀庫,絲杠,導(dǎo)軌,工具系統(tǒng),編程技術(shù),管理技術(shù),數(shù)控機床的組成,,第9頁，共66頁。,數(shù)控機床的工作原理,,,數(shù)控加工過程,,零 件 圖 紙,工藝分析,數(shù)值計算,編制并輸入程序,安裝工件,對刀試切,加工檢驗,,,,,,,,第10頁，共66頁。,,,,,,,,,,刀具,準(zhǔn)備,,夾具,調(diào)整,加,工,保,障,系,統(tǒng),工件,安裝,,,零件NC程序,編程,系統(tǒng),PC,數(shù)控,裝置,執(zhí)行裝置,機床工藝系統(tǒng),數(shù)控加工系統(tǒng)及其組成環(huán)節(jié),,,第11頁，共66頁。,1.2 數(shù)控機床的分類,,1、按運動控制的特點分類,,,2、按伺服系統(tǒng)的類型分類,,,,3、按工藝方法分類,,,4、按功能水平分類,,,高檔,中檔,低檔,,金屬切削類數(shù)控機床,金屬成型類及特種加工類數(shù)控機床,開環(huán)控制的數(shù)控機床,閉環(huán)控制的數(shù)控機床,半閉環(huán)控制的數(shù)控機床,點位控制數(shù)控機床,直線控制數(shù)控機床,輪廓控制的數(shù)控機床,,,,,,第12頁，共66頁。,課后復(fù)習(xí)題,,,,P16 1-5,,第13頁，共66頁。,課后習(xí)題,P146,1、3、4、7、10、12、15,,第14頁，共66頁。,課后習(xí)題,V,S,,V,S,,,,,,P250,1、2、4、6、10、11、12,,,第15頁，共66頁。,課后習(xí)題,P318,1、2、3、5、7、8,,第16頁，共66頁。,第1章 緒 論,,第2章 概論,,,概述,數(shù)控編程的基礎(chǔ),數(shù)控標(biāo)準(zhǔn),數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼,手工編程,自動編程,程序編制中的數(shù)學(xué)處理,,第17頁，共66頁。,2.1.1,數(shù)控編程,的基本概念,根據(jù)被加工零件的圖紙及其技術(shù)要求、工藝要求等切削加工的必要信息，按數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的指令和格式編制數(shù)控加工指令序列。,2.1.2 數(shù)控編程方法,1) 手工編程,2)自動編程,,以自動編程語言為基礎(chǔ)的方法,以計算機輔助設(shè)計為基礎(chǔ)的方法,,2.1  概 述,,第18頁，共66頁。,2.2 數(shù)控編程的基礎(chǔ),2.2.1 編程的幾何基礎(chǔ),1．機床坐標(biāo)系,機床上固有的坐標(biāo)系,數(shù)控機床的主軸與機床坐標(biāo)系的Z軸重合或平行,2．機床零點與參考點,機床零點,：機床坐標(biāo)系的零點。（基準(zhǔn)點）,參考點,：由擋鐵和限位開關(guān)預(yù)先確定好的點。,返回參考點,,第19頁，共66頁。,3.,工件坐標(biāo)系,與,工件零點,,,用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標(biāo)系,選擇工件零點的原則：便于將工件圖的尺寸方便地轉(zhuǎn)化編程的坐標(biāo)值和提高加工精度,4．編程零點,5. 絕對尺寸與增量尺寸,,從工件坐標(biāo)系的原點進行標(biāo)注的尺寸,相對它前一點的位置增量進行標(biāo)注的尺寸,,第20頁，共66頁。,2.2.2 編程的工藝基礎(chǔ),,數(shù)控編程的特點：需要處理工藝問題,1.加工工件的選擇,2.加工工序的劃分,⑴刀具集中分序法,,⑵粗、精加工分序法,,⑶按加工部位分序法,,3.工件的裝卡方式,(1),盡量采用組合夾具,(2),選擇合理的,零件定位、夾緊的部位,,避免干涉，便于測量,(3),選擇合理的,夾緊力,位置和方向,減少變形,(4),裝卡、定位要考慮到重復(fù)安裝的一致性,,,,先平面，后孔,先簡單，后復(fù)雜,先精度低，后精度高,,,,,第21頁，共66頁。,4.加工路線的確定,,⑴應(yīng)盡量減少進、退刀等輔助時間。,⑵銑削時，要盡量采用順銑加工方式。,⑶選擇合理的進、退刀位置。,⑷加工路線一般是先加工外輪廓，再加工內(nèi)輪廓。,,5.切削用量的選擇,考慮機床、刀具、工件材料、冷卻液等因素,,第22頁，共66頁。,2.2.3 數(shù)控程序編制的內(nèi)容與步驟,,,,零件圖紙分析,,確定加工的工藝路線,刀位軌跡計算,編寫程序,程序輸入,程序校驗、試切,,加工,,第23頁，共66頁。,,2.3 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn),,2.3.1 數(shù)控程序編制的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn),,1.,ISO代碼和EIA代碼,國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會 美國電子工業(yè)協(xié)會,,2. 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容：,,數(shù)控的名詞術(shù)語；,數(shù)控機床的坐標(biāo)軸和運動方向；,數(shù)控機床的字符編碼（,ISO,代碼、,EIA,代碼）,數(shù)控編程的程序段格式；,準(zhǔn)備機能（,G,代碼,）和輔助機能（,M代碼,）；,進給功能、主軸功能和刀具功能。,,,第24頁，共66頁。,CNC裝置的接口電路,直流進給伺服系統(tǒng)：永磁式直流電機類型中的有槽電樞永磁直流電機（普通型）；,根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。,1 CNC軟件的構(gòu)成,一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生,這里主要指由硬件搭成的系統(tǒng)。,終點判別是判斷進給總步數(shù)N=6+4=10，將其存入終點判別計數(shù)器中，每進給一步減1，若N=0，則停止插補。,采用時間分割思想，根據(jù)編程的進給速度將輪廓曲線分割為每個插補周期的進給直線段（又稱輪廓步長）進行數(shù)據(jù)密化，以此來逼近輪廓曲線。,2.,二是用基本線型擬和其它輪廓曲線。,1 CNC裝置的硬件構(gòu)成,地址字 意 義,向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；,2.3.2 程序結(jié)構(gòu)與程序段格式,,1. 加工程序的結(jié)構(gòu),加工程序,主程序和子程序,程序段(block),字(word),地址和數(shù)據(jù),2. 程序段格式,,,N××××G××X±××××.×××Y±××××.×××F××S××T××M××LF,,,,,程序段序號,準(zhǔn)備機能字,坐標(biāo)字,進給功能字,主軸轉(zhuǎn)速功能字,刀具功能字,輔助功能字,結(jié)束符,,第25頁，共66頁。,常用地址字符,,地址字 意 義,A 、B、 C,圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸角度尺寸字,F 、S、T,進給速度指定機能、主軸速度機能、刀具機能,G 準(zhǔn)備機能,I、J、K 插補參數(shù),M 輔助機能,N 程序段序號,U、V 、W 與X、Y、Z軸平行的第2移動坐標(biāo)尺寸字,X 、Y、 Z 主坐標(biāo)軸X、Y、Z移動坐標(biāo)尺寸字,,第26頁，共66頁。,2.4 數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼,,2.4.1 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)備功能指令代碼—G代碼,,（見教材表2.2）,模態(tài)代碼：,一經(jīng)在一個程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同組其它,G,代碼所代替,非模態(tài)代碼：,的功能僅在所出現(xiàn)的程序段內(nèi)有效,同組的兩個代碼不能出現(xiàn)在一個程序段中,不同組的G代碼根據(jù)需要可以在一個程序段中出現(xiàn),,第27頁，共66頁。,2.4.3 G代碼功能介紹（以FANUC系統(tǒng)為例）,1.,與坐標(biāo)系有關(guān)的G代碼,2.坐標(biāo)值尺寸G代碼,3.,關(guān)于參考點的G代碼,4.,插補功能G代碼,5.進給功能G代碼,6.切削速度控制G代碼,7.主運動速度G代碼,8.,補償功能G代碼,9.,固定循環(huán)指令,,第28頁，共66頁。,M代碼指令,主要用于數(shù)控機床開關(guān)量的控制,。如程序結(jié)束，主軸的正、反轉(zhuǎn)，冷卻液的開、停等。,M00—,暫停指令,M02、M30—程序結(jié)束指令。,M03、M04和M05－主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。,M08和M09－冷卻液開、關(guān)指令。,M98、M99－子程序調(diào)用和返回指令。,見表2.17,2.4.4 輔助功能指令—M代碼,,第29頁，共66頁。,2.5 手工編程,1.孔加工程序編制,2.數(shù)控車削加工程序編制,3.數(shù)控銑削加工程序編制,看書中的典型例題（以車、銑為主）,,第30頁，共66頁。,2.6.3 圖形交互自動編程系統(tǒng),自動編程系統(tǒng):,和CAD數(shù)據(jù)庫及CAPP系統(tǒng)有效的連接；三維設(shè)計、分析、NC加工于一體。,常見的CAD/CAM系統(tǒng)：,,Solid works,Pro/Engineering,MasterCAM,I-DEAS,UG,CAXA,主要處理過程：,,1．幾何造型,2．刀具走刀路徑的產(chǎn)生,3．后置處理,,第31頁，共66頁。,第1章 緒 論,,第3章 計算機數(shù)控裝置的插補原理,,,,概述,,基準(zhǔn)脈沖插補,數(shù)據(jù)采樣插補,曲面直接插補,,第32頁，共66頁。,3.1 概述,,3.1.1插補的基本概念,,,數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)零件輪廓線型的有限信息，計算出刀具的一系列加工點、完成所謂的數(shù)據(jù)“密化”工作。,插補有二層意思：,,一是用小線段逼近產(chǎn)生基本線型（如直線、圓弧等）；,二是用基本線型擬和其它輪廓曲線。,插補運算具有實時性，直接影響刀具的運動。插補運算的速度和精度是數(shù)控裝置的重要指標(biāo)。插補原理也叫軌跡控制原理。五坐標(biāo)插補加工仍是國外對我國封鎖的技術(shù)。,,第33頁，共66頁。,數(shù)控軌跡插補,路徑、軌跡與軌跡插補：,,路徑,表示刀具將要走過的道路，只具有幾何形狀的概念，沒有時間上的概念。,,軌跡,表示刀具不僅要沿給定的路徑運動，而且還規(guī)定了完成這一運動所需的時間，即軌跡不但具有幾何形狀的概念,而且還包含速度和加速度等物理概念。,,插補,是根據(jù)給定的基本數(shù)控曲線、刀具路徑或零件表面等幾何元素描述信息，在這些元素上的已知點之間，按要求的精度和速度進行坐標(biāo)點密化的過程。,,第34頁，共66頁。,3.1.2 插補方法的分類,,,硬件插補器,完成插補運算的裝置或程序稱為插補器 軟件插補器,軟硬件結(jié)合插補器,1.基準(zhǔn)脈沖插補,,,每次插補結(jié)束僅向各運動坐標(biāo)軸輸出一個控制脈沖，各坐標(biāo)僅產(chǎn)生一個脈沖當(dāng)量或行程的增量。脈沖序列的頻率代表坐標(biāo)運動的速度，而脈沖的數(shù)量代表運動位移的大小?；鶞?zhǔn)脈沖插補的方法很多，如逐點比較法、數(shù)字積分法、脈沖乘法器等。,,,第35頁，共66頁。,3.1.2 插補方法的分類,,,2.數(shù)據(jù)采樣插補,,,采用時間分割思想，根據(jù)編程的進給速度將輪廓曲線分割為每個插補周期的進給直線段（又稱輪廓步長）進行數(shù)據(jù)密化，以此來逼近輪廓曲線。然后再將輪廓步長分解為各個坐標(biāo)軸的進給量（一個插補周期的近給量），作為指令發(fā)給伺服驅(qū)動裝置。該裝置按伺服檢測采樣周期采集實際位移，并反饋給插補器與指令比較，有誤差運動，誤差為零停止，從而完成閉環(huán)控制。,數(shù)據(jù)采樣插補方法有：直線函數(shù)法、擴展DDA、二階遞歸算法等。,,第36頁，共66頁。,3.2 基準(zhǔn)脈沖插補,3.2.1 逐點比較法,早期數(shù)控機床廣泛采用的方法，又稱代數(shù)法、醉步法，適,用于開環(huán)系統(tǒng)。,1.插補原理及特點,原理,：每次僅向一個坐標(biāo)軸輸出一個進給脈沖，而每走一步都要通過,偏差函數(shù)計算,，判斷偏差點的瞬時坐標(biāo)同規(guī)定加工軌跡之間的偏差，然后決定下一步的進給方向。每個插補循環(huán)由偏差判別、進給、偏差函數(shù)計算和終點判別四個步驟組成。,逐點比較法可以實現(xiàn)直線插補、圓弧插補及其它曲安插補。,特點,：運算直觀，插補誤差不大于一個脈沖當(dāng)量，脈沖輸出均勻，調(diào)節(jié)方便。,,第37頁，共66頁。,（4）逐點比較法直線插補舉例,對于第一象限直線OA，終點坐標(biāo)X,e,=6 ,Y,e,=4，插補從直線起點O開始，故F,0,=0 。終點判別是判斷進給總步數(shù)N=6+4=10，將其存入終點判別計數(shù)器中，每進給一步減1，若N=0，則停止插補。,,步數(shù),,,判別,,,坐標(biāo)進給,,,偏差計算,,,終點判別,,,0,,,,,,,,,F,0,=0,,,∑=10,,,1,,,F=0,,,+X,,,F,1,=F,0,-y,e,=0-4=-4,,,∑=10-1=9,,,2,,,F<0,,,+Y,,,F,2,=F,1,+x,e,=-4+6=2,,,∑=9-1=8,,,3,,,F>0,,,+X,,,F,3,=F,2,-y,e,=2-4=-2,,,∑=8-1=7,,,4,,,F<0,,,+Y,,,F,4,=F,3,+x,e,=-2+6=4,,,∑=7-1=6,,,5,,,F>0,,,+X,,,F,5,=F,4,-y,e,=4-4=0,,,∑=6-1=5,,,6,,,F=0,,,+X,,,F,6,=F,5,-y,e,=0-4=-4,,,∑=5-1=4,,,7,,,F<0,,,+Y,,,F,7,=F,6,+x,e,=-4+6=2,,,∑=4-1=3,,,8,,,F>0,,,+X,,,F,8,=F,7,-y,e,=2-4=-2,,,∑=3-1=2,,,9,,,F<0,,,+Y,,,F,9,=F,8,+x,e,=-2+6=4,,,∑=2-1=1,,,10,,,F>0,,,+X,,,F,10,=F,9,-y,e,=4-4=0,,,∑=1-1=0,,,,O,A,9,8,7,5,4,3,2,1,6,10,Y,X,,第38頁，共66頁。,3.2.2,數(shù)字積分法,,用數(shù)字積分的方法計算刀具沿各坐標(biāo)軸的位移，數(shù),字積分法又稱數(shù)字微分分析（DDA）法.,1. DDA直線插補,,（1）原理：,積分的過程可以用微小量的累加近似：,,,,,,由右圖所示,,,則,,,,X、Y,方向的位移,,（積分形式）,,,X,Y,A(X,e,,Y,e,),V,y,X,Y,A(X,e,,Y,e,),V,x,V,y,V,O,,△,Y,,△,X,L,,第39頁，共66頁。,2.,DDA法直線插補舉例,插補第一象限直線OE，起點為O（0，0），終點為E（5，3）。取被積函數(shù)寄存器分別為,J,VX,、,J,VY,，余數(shù)寄存器分別為,J,RX,、,J,RY,，終點計數(shù)器為,J,E,，均為三位二進制寄存器。,累加次數(shù),,X,積分器,,Y,積分器,,終點計數(shù)器,J,E,,,備 注,,J,VX,(X,e,),J,RX,溢出,,J,vy,(Y,e,),J,Ry,溢出,0,101,000,,011,000,,000,初始狀態(tài),1,101,101,,011,011,,001,第一次迭代,2,101,010,1,011,110,,010,X溢出,3,101,111,,011,001,1,011,Y溢出,4,101,100,1,011,100,,100,X溢出,5,101,001,1,011,111,,101,X溢出,6,101,110,,011,010,1,110,Y溢出,7,101,011,1,011,101,,111,X溢出,8,101,000,1,011,000,1,000,X,Y溢出,,A(5,3),X,Y,,第40頁，共66頁。,第1章 緒 論,,第4章 計算機數(shù)控（CNC）裝置,,概述,CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu),計算機數(shù)控中的可編程序控制器,CNC裝置的接口電路,,第41頁，共66頁。,4.1.3,CNC裝置的組成和工作原理,,CNC系統(tǒng)平臺,,硬件,操作系統(tǒng),管理軟件,應(yīng)用軟件,控制軟件,數(shù)控加工程序,,,,接,口,被控設(shè)備,,機 床,機器人,測量機,,......,,第42頁，共66頁。,,CNC裝置的組成和工作原理,,硬件結(jié)構(gòu):,CPU，存儲器，總線、,外設(shè),等,。,軟件結(jié)構(gòu),：,是一種用于,零件,加工的、實時控制的、特殊的（或稱專用的）計算機操作系統(tǒng)。,,,系,,統(tǒng),,初始化,,系統(tǒng)控制軟件,程序管理,,編輯,存儲,錄放,管理軟件,控制軟件,輸入程序,輸出程序,顯示程序,診斷程序,譯碼程序,補償計算,速度控制,插補程序,位控程序,圖4.1 CNC軟件的構(gòu)成,,,第43頁，共66頁。,,CNC裝置的組成和工作原理,,3. 工作原理,通過各種輸入方式，接受機床加工零件的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過CNC裝置譯碼，再進行計算機的處理、運算，然后將各個坐標(biāo)軸的分量送到各控制軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大去驅(qū)動伺服電動機，帶動各軸運動。并進行實時位置反饋控制，使各個坐標(biāo)軸能精確地走到所要求的位置。,,,第44頁，共66頁。,,CNC裝置的組成和工作原理,,1）輸入,2）譯碼：,以一個程序段為單位，根據(jù)一定的語法規(guī)則解釋、翻譯成計算機 能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)內(nèi)。,3）數(shù)據(jù)處理,：包括刀具補償，速度計算以及輔助功能的處理等。,4）插補：,插補的任務(wù)是通過插補計算程序在一條曲線的已知起點和終點之間進行“數(shù)據(jù)點的密化工作”。,5）位置控制：,在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位 置相比較，用其差值去控制進給伺服電機。,6）I/O處理：,處理CNC裝置與機床之間的強電信號輸入、輸出和控制。,7）顯示：,零件程序、參數(shù)、刀具位置、機床狀態(tài)等。,8）診斷：,檢查一切不正常的程序、操作和其他錯誤狀態(tài)。,,,第45頁，共66頁。,4.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),,,,第46頁，共66頁。,,CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：,1、,整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu),,2、大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu),3、單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu),CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)(結(jié)合實驗理解記憶）,,,第47頁，共66頁。,4.2.1 CNC裝置的硬件構(gòu)成,,,,CPU,ROM,RAM,IN接口,OUT接口,閱讀機接口,MDI/CRT接口,位置控制,其它,接口,總線,單微處理器硬件結(jié)構(gòu)圖,,第48頁，共66頁。,,CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)分為：,單微處理機和多微處理機系統(tǒng)，中高檔的,CNC裝置以,多微處理機結(jié)構(gòu)為多。,■ 單微處理機結(jié)構(gòu):,■ 多微處理機CNC裝置的結(jié)構(gòu)：,1.,主從結(jié)構(gòu),2. 多主結(jié)構(gòu),3. 分布式結(jié)構(gòu),4. 多通道結(jié)構(gòu),,4.2.2 CNC裝置的體系結(jié)構(gòu),,,第49頁，共66頁。,4.2.5,開放式數(shù)控裝置,的體系結(jié)構(gòu),,V,S,,V,S,,一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生,隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，需要一種靈活（功能可組、可擴展、可添加）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，打破當(dāng)前的“封閉式的”數(shù)控系統(tǒng)。,體系開放化,定義（IEEE）：,具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其它的系統(tǒng)應(yīng)用進行互操作的系統(tǒng)。,開放式數(shù)控系統(tǒng)特點：,■ 系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化( Diversification)和互換性Interchangeability)的特征,■ 允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成,構(gòu)造，應(yīng)該是可移植的和透明的；,,第50頁，共66頁。,4.2.5 開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu),V,S,,V,S,,二、開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點,向未來技術(shù)開放：,由于軟硬件接口都遵循公認的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；,標(biāo)準(zhǔn)化的人機界面,：標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗；,,第51頁，共66頁。,4.2.5 開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu),V,S,,V,S,,向用戶特殊要求開放：,更新產(chǎn)品、擴充能力、提供可供選擇的硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求，給用戶提供一個方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到達到所要求的性能為止。另外用戶自身的技術(shù)訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；,可減少產(chǎn)品品種,，,便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，增強市場供應(yīng)能力和競爭能力,。,,第52頁，共66頁。,4.2.5 開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu),V,S,,V,S,,三、開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu),硬件配置,單元,軟件配置,單元,標(biāo)準(zhǔn)計算機硬件,數(shù)控系統(tǒng),基本硬件,,數(shù)控功能,應(yīng)用程序,DOS(WINDOWS,),實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTM,應(yīng)用程序接口,,,,,,,,,,NC構(gòu)件庫,,,,,,,,,,,,,,第53頁，共66頁。,4.3 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu),,,,,第54頁，共66頁。,4.3.1 軟件結(jié)構(gòu)特點,,V,S,,V,S,,2. 系統(tǒng)軟件的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)類型,,系統(tǒng)軟件的組成：（管理和控制）,,管理部分：,輸入、I/O處理、通訊、顯示、診斷以及加工程序的編制管理等程序。,,控制部分：,譯碼、刀具補償、速度處理、插補和位置控制等軟件。,,管理方式：,單微處理機數(shù)控系統(tǒng)：前后臺型和中斷型的軟件結(jié)構(gòu)。,多微處理機數(shù)控系統(tǒng)：將微處理機作為一個功能單元,,第55頁，共66頁。,4.4 CNC的PLC（PMC）,1 PMC的概念,2 數(shù)控機床上的兩類控制信息,3 PMC在數(shù)控機床上的應(yīng)用實例,,第56頁，共66頁。,4.5 CNC裝置的接口電路,V,S,,V,S,,,,,,CNC裝置與下列設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送和信息通訊：,1.數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備,2.外部機床控制面板,3.通用的手搖脈沖發(fā)生器,4.進給驅(qū)動線路和主軸驅(qū)動線路,,RS-232C接口,工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)通訊接口,通訊協(xié)議,,,第57頁，共66頁。,第1章 緒 論,,第5章 數(shù)控檢測裝置,,概述,,旋轉(zhuǎn)變壓器,,感應(yīng)同步器,,直線光柵,,光電脈沖編碼器,編碼器,霍耳檢測裝置,,第58頁，共66頁。,第1章 緒 論,,第6章 數(shù)控伺服系統(tǒng),,概述,伺服電動機,速度控制,位置控制,,第59頁，共66頁。,第1章 緒 論,,,1、伺服系統(tǒng),是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置(計算機)和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。,2、,一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu),：位置環(huán)、速度環(huán)、電流 環(huán)。,3、,數(shù)控機床中常用的伺服電機,：直流伺服電機（調(diào)速性能良好）；交流伺服電機（主要使用的電機）；步進電機（適于輕載、負荷變動不大）和直線電機（高速、高精度）,6.1 概述,,,第60頁，共66頁。,步進電機的型號,步進電機的工作原理,步進電機定子繞阻通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個固定的角度，即電機的步距角；,改變步進電機定子繞阻的通電順序，其轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變;,步進電機定子繞阻通電狀態(tài)變化的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高;,步距角與定子繞阻相數(shù)m、轉(zhuǎn)子齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)。,,第61頁，共66頁。,步進電機的工作過程,1. 工作臺位移的控制,進給脈沖個數(shù)N→定子繞阻通電狀態(tài)改變次數(shù)N→角位移φ =αN→工作臺位移 L=φt/360°,2. 工作臺進給速度的控制,進給脈沖頻率f→定子繞阻通斷電狀態(tài)變化頻率f→步進電機轉(zhuǎn)速ω→工作臺進給速度v,3. 工作臺運動方向的控制,定子繞阻通電順序改變→工作臺運動方向改變,,第62頁，共66頁。,步進電機的應(yīng)用,選擇電機一般應(yīng)遵循以下步驟：,,,步進電機有,步距角,（涉及到相數(shù)）、,靜轉(zhuǎn)矩,及,電流,三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。,,第63頁，共66頁。,直流伺服電機及工作特性,直流進給伺服系統(tǒng)：永磁式直流電機類型中的,有槽電樞永磁直流電機（普通型）,；,直流主軸伺服系統(tǒng)：勵磁式直流電機類型中的,他激直流電機,。,直流伺服電機的結(jié)構(gòu)和工作特性,,第64頁，共66頁。,交流伺服電機及工作特性,直流伺服電機的缺點,：,◆ 它的電刷和換向器易磨損；,◆ 電機最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制；,◆ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。,交流伺服電機的優(yōu)點,：,◆ 動態(tài)響應(yīng)好；,◆ 輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高,交流伺服電機形式,：,◆ 同步型交流伺服電機和異步型交流感應(yīng)伺服電機,。,,,第65頁，共66頁。,考試題型,1、名詞解釋,2、填空,3、簡答,4、計算編程,5、插補,,第66頁，共66頁。,