第二章 数控系统(6、7节).ppt

第二章 数控系统及工作原理 第一节 概述 第二节 数控插补原理 第三节 数控补偿原理 第四节 位移与速度检测 第五节 伺服驱动与控制 第六节 CNC装置 第七节 CNC系统中的可编程控制器（PLC） 第六节 CNC装置 CNC系统包括CNC装置、PLC和部分输入／输出设备，其核心是CNC装置。 CNC装置由硬件和软件构成，软件在硬件的支持下完成所要求的数控功能。 CNC硬件构成（图） CNC系统的主要功能：接受输入装置输入的加工信息，经处理、计算、发出各种控制命令即输出相应的指令脉冲，以驱动伺服系统，进而控制机床动作。 CNC装置的硬件构成 CNC系统的硬件组成 CNC装置的软件是为实现CNC系统的各项功能而编制的专用软件，又称为系统软件。由管理软件和控制软件两大部分组成。 CPU的作用 微型处理器CPU由运算器和控制器组成。 运算器的功能：数据进行算术运算和逻辑运算。 控制器的功能： ⑴将存储器中的程序指令进行译码。 ⑵继而向CNC装置的执行部件发出控制信号。 ⑶接收执行部件的反馈信息。 微处理器（CPU）主要担负数控系统的数据处理及实时控制任务。 数据处理包括：译码、刀补、速度处理。 实时控制包括：插补运算、位置控制、各种辅助功能控制。 存储器 EPROM 可编程只读存储器，又称程序存储器，用于存放CNC装置的系统程序，其上的内容只能由CNC装置的生产厂家写入（固化），它只能由CPU读出，一般不能写入新内容。 RAM 随即存储器，又称数据存储器，用于存放用户编写的加工程序和加工运算的结果。 CRT Cathode Ray Tube LCD Liquid Crystal Display MDI Manual Date Input PLC 数控系统中利用可编程控制器的逻辑运算功能实现各种开关量的控制。 CNC控制过程： 根据输入的信息即加工程序，进行数据处理、插补运算获得理想的运动轨迹信息，继而输出到执行部件，加工出所需要的零件。 一、数控装置硬件结构 硬件结构类型 按CNC装置中各印制电路板的插接方式，可以分为大板式结构和模块式结构。 按CNC装置中微处理器的个数，可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。 按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和通用型结构。 按CNC装置的开放程度又可分为封闭式结构、PC嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构。 （一）大板式结构和模块式结构 1．大板式结构 由主电路板、位置控制板、PLC板、图形控制板和电源单元等组成，其特征是将主电路做成大块印制电路板，称为主板，其他电路制成小板，可插在大板的插槽内。 主板上是控制核心电路，称微机基本系统，由CPU、存储器（ROM和RAM）、定时和中断等控制电路组成。通常还将CNC装置一些特有的功能电路（如位置控制电路）和对外接口也制作在主板上。 大板式结构紧凑，可靠性高，但其硬件功能不易变动，柔性低。 FANUC 6MB CNC系统采用大板式结构。 2．模块式结构 特点是将整个CNC装置按功能划分为若干个功能模块，每个功能模块按模块化方法做成尺寸相同的印制电路板（称为功能模板），各板均可插接到符合相应工业标准总线的母板插槽内。对应各功能模块的控制软件也是模块化的。 常用的功能模板有CPU板、扩展存储器板、位置控制板、PLC板、图形板和通信板等。 连接各模板的总线可选用各种工业标准总线，如工业PCI（Peripheral Component Interconnect）总线、STD总线等。 模块化结构的CNC装置设计简单，调试与维修方便，具有良好的适应性和扩展性。 FANUC 15系列的CNC系统就采用了模块式结构。 （二）单微处理器结构和多微处理器结构 1．单微处理器结构 只有一个CPU，集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能，主要用于经济性数控机床。 优点：投资小，结构简单，易于实现。 缺点：系统功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。 在CNC系统发展的初期使用较多，现在已经被多微处理器的主从结构取代。 单微处理机CNC结构图 2．多微处理器结构 按各CPU之间的关系又分成主从、多主和分布三种不同的结构。 （1）主从式结构 （2）分布式结构 每个CPU都有自己完整和独立的系统，即功能模块。在每个功能模块内，CPU有自己的运行环境（总线、存储器、操作系统等），各功能模块之间采用松耦合，即在空间上可以较分散，通过一条外部通信链路连接在一起，采用通信的方式交换信息和共享资源。 （3）多主结构 多主结构的多微处理器CNC装置中