资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,CNC,装置,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,3.2,CNC,装置的硬件结构,3.3,CNC,装置的软件结构,3.4,思考与练习,第三章 CNC装置3.1 CNC装置的组成及,第三章,本章教学要点,第三章 本章教学要点,第三章,CNC,装置,CNC,装置的发展趋势,由于大规模集成电路制造技术的高度发展，,PC,硬件结构做得更小，,CPU,的运行速度越来越高，存储容量很大。,PC,机大批量生产，成本大大降低，可靠性不断提高。,PC,机的开放性等使,PC,机的软件极为丰富。,三维图形显示工艺数据已经在,PC,机上建立。因此，,PC,机已成为开发,CNC,系统的重要资源与途径。交流伺服系统恒功率范围已做到,1:4,，速度范围可达到,1:1000,，基本与直流伺服相当。交流伺服体积小，价格低，可靠性高，应用越来越广泛。高功能的数控系统向综合自动化方向发展，为适应,FMS,、,CIMS,、无人工厂的要求，发展与机器人、自动化小车、自动诊断跟踪监视系统等的相互联合，发展控制与管理集成系统，已成为国际上数控系统的方向。方便使用改善人机接口，简化编程、操作面板使用符号键，尽量采用对话方式等，以方便用户使用，柔性化和系统化。目前数控系统均采用模块结构，,第三章 CNC装置 CNC装置的发展趋势,第三章,CNC,装置,其功能覆盖面大，从三轴两联动的机床到多达,24,轴以上的柔性加工单元。提高加工精度，高分辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现,0.O01um,的精度，必须开发超高分辨率的编码器，,O.0001um,最小设定单位的,CNC,装置。为在加工中即使负荷变动伺服系统的特性也保持不变，还需采用自动控制和鲁棒控制。在伺服系统的控制中，用高速微处理器，采用基于现代控制论前馈控制、二自由度控制、学习控制等，实现机械智能化功能，机械自身可补偿温度、机械负荷等引起的机械变形。建立基于,AI,专家系统的故障监测诊断数据库，把,CNC,装置通过,Internet,与中央计算机相连接，使其具有远程诊断功能。,第三章 CNC装置其功能覆盖面大，从三轴两联动的机,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,3.1.1 CNC,装置的组成,数控装置是数控系统的核心，其主要功能是正确的识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。其形式可以有数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置；另一类是离散的开关量，送往机床电气逻辑控制装置，控制机床各组成部分实现各种数控功能。,计算机数控系统是在硬件数控（,NC,）装置的基础上发展起来的，它用一台计算机完成数控装置所有的功能。从组成部分的性质上分，,CNC,装置由硬件和软件组成，如,图,3-1,所示。,图,3-1 CNC,装置的组成框图,3.1 CNC装置的组成及功能特点3.1.1 CNC装,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,1.CNC,系统硬件的基本组成,图,3-2,所示为典型,CNC,系统的硬件基本组成，它包括,CNC,装置和和驱动控制两部分。其中,CNC,装置既具有一般微型计算机的基本结构，又具有数控机床完成特有功能所需的功能模块和接口单元。从图中可以看出，,CNC,装置主要有计算机主板、系统总线、存储器、,PLC,、模块、位置控制板、键盘,/,显示器接口及其它接口电路组成，是构成,CNC,系统的基础。,图,3-2 CNC,装置的硬件组成,3.1 CNC装置的组成及功能特点1.CNC系统硬件,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,2.CNC,装置软件的基本组成,CNC,装置的软件是为了充分发挥硬件功能而运行的各种支撑软件，通常由系统软件、控制软件和管理软件等组成。从本质特征来看，,CNC,装置的系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统；从功能特征来看，,CNC,装置的系统软件由管理软件和控制软件两部分组成，如,图,3-3,所示。管理软件主要用于为某个系统建立一个软件环境，协调各软件模块之间关系，并处理一些实时性不太强的事件，包括,I/O,处理程序、显示程序和诊断程序等。控制软件主要用于完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能，包括译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序、位置控制程序和主轴控制程序等。,图,3-3 CNC,装置软件的组成,3.1 CNC装置的组成及功能特点2.CNC装置软件,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,3.1.2 CNC,装置的主要功能,CNC,控制器的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是供用户按数控机床特点和用途可进行选择的功能。,CNC,通常有如下主要功能。,轴控制功能是指,CNC,可同时控制的轴数。数控机床运动的轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。一般数控车床只有,2,根同时控制轴。数控铣床、数控镗床和加工中心需要,3,根或,3,根以上的同时控制轴。控制轴数越多，尤其是同时控制轴数越多，,CNC,控制器就越复杂，多轴联动的零件程序编制也越困难。,1.,准备功能,准备功能也称,G,功能，它是用来指令机床运动方式的功能，包括基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、公英制转换等指令。用,G,和它后面的两位数字表示。,2.,插补功能,CNC,是通过软件插补来实现刀具运动的轨迹。实际应用中，,CNC,的插补功能分为粗插补和精插补。软件每次插补一个小线段数据称为粗插补，伺服接口根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲输出，称为精插补。,3.1 CNC装置的组成及功能特点3.1.2 CNC装,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,3.,进给功能,根据机械加工工艺要求，,CNC,的进给功能用,F,直接指令数控机床各轴的进给速度。,切削进给速度：用每分钟进给的毫米数指定刀具的进给速度。对于回转轴，如,F12,，表示每分钟进给速度为,12mm,。,同步进给速度：用主轴每转进给的毫米数规定的进给速度，如,0.01mm/r,。只有主轴上装有位置编码器的数控机床才能指定同步进给速度，目的是便于切削螺纹编程。,快速进给速度：通过参数设定，用,G00,指令快速进给，并可通过操作面板上的快速倍率开关进行调整。,进给倍率：通过设置在操作面板上的进给倍率开关来给定。倍率通常可在,0%,200%,变化，每档间隔,10%,。利用倍率开关可不用修改程序中的值，就可改变机床的进给速度，对每分钟进给量和每转进给量都有效，但需注意在切削螺纹时倍率开关应不起作用。,3.1 CNC装置的组成及功能特点3.进给功能,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,4.,主轴功能,主轴功能是指定主轴转速的功能，它用,S,代码和其后面的数值表示，其单位是,r/min,。,在机床操作面上装有主轴倍率开关，可以不用修改程序而改变主轴转速。,5.,辅助功能,辅助功能用来指令主轴的启、停和转向，切削液的开和关，刀库的启、停。用,M,代码的,2,位数表示。,6.,刀具功能和第二辅助功能,刀具功能用来选择所需刀具，用,T,的,2,位数或,4,位数表示。第二辅助功能用来指定工作台的分度，用,B,代码表示。,7.,补偿功能,补偿功能有两种，一种是指刀具尺寸补偿和程序段自动转接，以简化编程；另一种是指丝杠的螺距误差、反向间隙或热变形补偿等，这是提高机床加工精度的补偿。这两种补偿都是通过将其补偿量输入,CNC,的存储器，且按此补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工符合要求的零件。,3.1 CNC装置的组成及功能特点4.主轴功能,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,8.,字符、图形显示功能,CNC,控制器可配置单色或彩色,CRT,（也可配置液晶显示器,LCD,），通过软件和接口实现字符和图形显示。通常可显示程序、参数、各种补偿量、位置坐标、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形及表示实际切削过程的动态刀具轨迹等。,9.,自诊断功能,为了防止故障的发生和在故障出现后可迅速查明故障的类型及部位，以减少故障停机时间，,CNC,中设置了各种诊断程序。不同的,CNC,设置的诊断程序是不同的，且诊断的水平也不同。但是，他们的诊断程序一般都可以包含在系统程序中，在系统运行过程中进行检查和诊断。也可作为服务性程序，在系统运行前或故障停机后进行诊断，查找故障的部位。有的,CNC,还可以进行远程通信诊断。,10.,通信功能,为了适应柔性制造系统和计算机集成制造等需求，,CNC,控制器通常都具有,RS-232C,通信接口。有的还备有,DNC,接口，它设有缓冲存储器，可以按照数控格式输入，也可以按照二进制格式输入，进行高速传输。有的,CNC,还可与,MAP,（制造自动化协议）相连，接入工厂的通信网络。,3.1 CNC装置的组成及功能特点8.字符、图形显示,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,11.,人机交互图形编程功能,为了进一步提高数控机床的,开动率,，对于数控程序的编制，特别是较为复杂零件的程序都要提高计算机辅助编程，尤其是利用图形进行自动编程，以提高编程效率。,现代,CNC,控制器具有,人机交互图形编程功能,。这种功能表现为有的,CNC,可以根据蓝图直接编制程序，有的,CNC,可根据引导图和显示说明进行对话式编程，并对数控车床具有自动工序选择，对数控铣或加工中心具有使用刀具、切削条件的自动选择等智能功能。,CNC,的轴控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、刀具及其补偿功能、主轴功能、辅助功能、字符显示功能、自诊断功能等都是数控必备的基本功能；而某些补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能，以及人机交互图形编程功能等则是选择功能。这些功能的有机组合，可以满足不同用户的要求。,3.1 CNC装置的组成及功能特点11.人机交互图形,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,3.1.3 CNC,装置的特点,CNC,装置具有以下特点：,（,1,）具有较强的灵活性和通用性。,由于,CNC,装置大多采用的是通用性较强的硬件，因此，若要改变、扩充其功能，均可通过对软件的修改和扩充来实现。另一方面，,CNC,装置的硬件和软件大多是采用模块化的结构，因此系统的扩充、扩展较方便和灵活。,（,2,）具有丰富多样的数控功能。,由于,CNC,装置中的计算机具有较强的计算能力，因此，使其实现复杂的数控功能成为可能。如可以带有二次曲线插补、样条插补、空间曲面直接插补等插补功能；可以有运动精度补偿、随机补偿、非线性补偿等补偿功能；可以有加工过程的动、静跟踪显示，高级人机对话窗口显示等功能；还可以有蓝图编程等功能。,3.1 CNC装置的组成及功能特点3.1.3 CNC装,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,（,3,）可靠性高。,第一，,CNC,装置采用集成度高的电子元件及大规模甚至超大规模集成电路芯片，这本身就提高了,CNC,装置的可靠性；,第二，,许多功能由软件实现，使硬件的数量得以减少；,第三，,其丰富的故障诊断及保护功能（大多由软件实现），可使系统的故障发生频率大幅度降低，使发生故障后的修复时间大大减少。,（,4,）使用维护方便。,第一，,操作使用方便，现在大多数数控机床的操作采用了菜单结构，用户根据菜单的提示便可进行正确操作；,第二，,编程方便，现代数控机床大多具有多种编程的功能，并且都具有程序自动校验和模拟仿真功能；,第三，,维护维修方便，数控机床的许多日常维护工作都由数控装置承担（如润滑、关键部件的定期检查等），并且数控机床具有自诊断功能，可迅速使故障定位，方便维修。,3.1 CNC装置的组成及功能特点（3）可靠性高。,3.1 CNC,装置的组成及功能特点,（,5,）易于实现机电一体化。,由于采用计算机，硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，使硬件的体积不断减小，控制柜的尺寸也相应减少，因此，数控系统的结构非常紧凑，使将其与机床结合在一起成为可能，从而可减少
展开阅读全文