数控5

数控技术数控技术王文格陈逢军湖南大学机械与运载工程学院1工程中的伦理问题：无人驾驶的伦理困惑工程中的伦理问题：无人驾驶的伦理困惑From:J.-F.Bonnefonetal.,Science352,1573(2016)See：哈佛大学Pro.MichaelJ.Sandel的公开课《正义》研究人员在2015年6月至11月间对美国居民进行了6次网上调查。结果显示两种决然不同的观点：（1）功利主义被调查者普遍认为无人驾驶车应采（1）功利主义被调查者普遍认为无人驾驶车应采取利益最大化的“功利主义”选择，也就是选择能尽量减少生命损失的方案。如76%的被调查者认为，无人驾驶车选择牺牲一名车上乘客而不是10名路人是更加道德的行为。（2）保护乘客但81%的被调查者表示，他们会选择购买保证车上乘客安全而不是路人安全的汽车。如果你是无人驾驶车设计者，你将如何抉择？数控技术内容5.5.数控装数控装置系统置系统5置系统置系统想象力比知识更重要想象力比知识更重要。爱因斯坦——爱因斯坦如何构建计算机数控系统？如何构建计算机数控系统？第五章计算机数控装置（CNC）第五章计算机数控装置（CNC）5.1CNC系统的组成与特点52CNC系统的硬件结构5.2CNC系统的硬件结构5.3CNC系统的软件结构5.4CNC系统的控制原理与功能55刀具半径补偿原理5.5刀具半径补偿原理5.6典型数控系统重点：重点：单微处理器与多微处理器数控系统CNC系统的多任务并行处理与实时中断处理难点：开放式CNC硬件结构开放式CNC硬件结构5.1CNC系统的组成与特点CNCComputerNumericalControlCNC—ComputerNumericalControl定义：借助计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或者全部功能，并配有接口电路、完成数控要求的部分或者全部功能，并配有接口电路、伺服驱动装置的一种专用计算机系统。也可解释为：一种自动控制系统，它能自动完成也可解释为：一种自动控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。工过程。主要任务：存储程序、完成插补、将计算结果输出伺服系统，控制电机驱动机床执行机构。出伺服系统，控制电机驱动机床执行机构。5.1CNC系统的组成与特点CNC系统的组成数控程序等信息的输入以及输入内容和系统工作状态的显示输出识别和解释数控程序，完成数据计算和逻辑判断处理主轴和进给轴驱动控制输入/数控驱动控制装置机输入/输出装置数控装置机床电器逻辑控制装置机床本体接受数控装置的开关命令，完成主轴选速、起停和方向控制功能，换刀功能冷却液压气动润滑系统控制功能以及其他机床辅助功能能，冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及其他机床辅助功能5.1CNC系统的组成与特点数控装置是数控系统的核心，主要功能：正确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。各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。形式：专用硬件数控装置—数字逻辑电路计算机数控装置（CNC）信息输出：连续控制量——驱动控制装置信息输出：连续控制量驱动控制装置离散的开关量——机床电器逻辑控制装置5.1CNC系统的组成与特点☆灵活性大CNC系统的特点☆灵活性大只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，补充新技术，延长硬件结构的使用期☆通用性强☆通用性强硬件有多种通用的模块化结构易于扩展硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展☆可以实现复杂的功能☆可以实现复杂的功能如高次曲线插补动静态图形显示等功能如高次曲线插补、动静态图形显示等功能5.1CNC系统的组成与特点☆可靠性高许多功能由软件实现，硬件结构大大简化,用大规模和特大规模通用和专用集成电路☆使用维修方便CNC的诊断程序使维修非常方便☆易于实现机电一体化☆易于实现机电一体化半导体集成电路技术的发展和采用先进的制造安装技术使CNC装置尺寸大为缩小制造安装技术,使CNC装置尺寸大为缩小。5.2CNC系统的硬件结构计算机基本系统人机控制运动控制设备层机床显示设备接口设备支持层机床机器人测量机示设备输入/输出设备其他设备接口PMC………其他I/O5.2CNC系统的硬件结构CNC装置硬件组成EPROMRAMIN接OUTEPROMRAM接口接口CPU纸带MDI/总线纸带阅读机MDI/CRT接口位置控制其它接口5.2CNC系统的硬件结构1专用型CNC装置5.2.1常规CNC的硬件结构——按硬件制造方分1.专用型CNC装置总线式模块化结构采用功能模块化结构。按功能要求可选用7、9、11和13个槽的控制单元母板。在控制单元9、11和13个槽的控制单元母板。在控制单元母板上插入各种不同功能模块的印刷电路板。单板或专用芯片及模板组成的紧凑结构组成：由主电路板、PLC板、附加I/O板、图形控制板和电源单元等组成。图形控制板和电源单元等组成5.2CNC系统的硬件结构2.PC式CNC系统采用工业标准计算机作为CNC系统支撑平台；不同数控制造厂仅需插入自己的控制卡和CNC软件即可构成CNC系统不设计专门硬件成CNC系统，不设计专门硬件；由于工业标准计算机的生产数以百万计，其生产成本很低，继而降低CNC系统的成本。5.2CNC系统的硬件结构5.2.2按CPU的多少分1单微处理器结构只有一个微处理器，集中控制、分时处1.单微处理器结构：CPU总线只有一个微处理器，集中控制、分时处理数控装置的各个任务。CPU总线CMOSROMRS-232I/O接CRT接PC控位置控EPROMROM232接口接口控制控制控制媒介机床控制面板速度控制单元CRT媒介机床面板制单元5.2CNC系统的硬件结构1).基本概念整个CNC装置只有一个CPU，集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式实现各种数控功能。2).特点优点投资小,结构简单,易于实现。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，现在已被多机系统的主从结构所取代缺点的主从结构所取代。5.2CNC系统的硬件结构主从结构系统系统中有两个或两个以上的CPU但只有个系统中有两个或两个以上的CPU，但只有一个CPU(主CPU)处于主导地位，对系统资源有控制和使用权其他CPU处于从属地位不能控制系统总线只权，其他CPU处于从属地位，不能控制系统总线，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据信息以获得所需的数据。5.2CNC系统的硬件结构2.多微处理器结构I/O接口辅助功能管理模块存储器模块多机系统CNC系统并联数据总线||CNC插补|位置控制其他CPU|输入端|输出端可编程控制器|模块|模块几何处理其他功能其他外围设备几何处理其他外围设备5.2CNC系统的硬件结构1).基本概念整个CNC装置中有两个或两个以上CPU，就是系统中的某些功能模块自身也带有C就是系统中的某些功能模块自身也带有CPU。两个或两个以上CPU构成的处理部件之间有两种结构形式：紧耦合（相关性强）有集中的操作系统，共享资源有集中的操作系统共享资源松耦合（具有相对独立性或相关性弱）有多重操作系统有效地实现并行处理有多重操作系统有效地实现并行处理5.2CNC系统的硬件结构2).分类多主结构系统整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能部件对多主结构系统整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统资源有控制和使用权。模块间采用紧耦合。分布式结构系统分布式结构系统整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能模块，每个模块有独立的运行环境，模块间采用松耦合采用松耦合。5.2CNC系统的硬件结构3）特点）特点实现真正意义上的并行处理，处理速度快。容错能力强。容错能力强。4）.结构形式1).共享总线结构结构简单、系统组配灵活、可靠性高4）.结构形式结构简单、系统组配灵活、可靠性高☼FANUC系统2).共享存储器结构☼美国GE公司的MTC1-CNC系统美国GE公司的MTC1CNC系统5.2CNC系统的硬件结构什么是模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块。每个模块配上相应的驱动软件，按功能要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组成一个完整的控制系统。模块化设计的条件：模块化设计的条件：总线(BUS)标准化5.2CNC系统的硬件结构控制面板单机或主从结构的CNC装置硬件结构机床I/OPLC模块主轴控制模块系统计算机主板计算速度控制单元1总线显示卡算机位置控制块1速度控制单元n线（BUS多功能卡I/O设备位置控制块n功能驱动1S）电子盘功能模块1功能驱动n功能模块n5.2CNC系统的硬件结构共享存储器结构CNC装置硬件结构RAM/EPROMRAM512EPROM512RAMEPROM键盘显示CPU中央CPU串口和收发器插补CPU字符发生器CTRC并行接口反馈脉冲和处理反馈信号收发器CRT模拟量输出机床接口收发器5.2CNC系统的硬件结构5.2.3开放式CNC的硬件结构随着技术、市场、生产组织结构等多方面的快速变随着技术、市场、生产组织结构等多方面的快速变化，对CNC数控系统的柔性化和通用化提出更高的要求。开放式系统的定义：必须具备不同应用程序能协调开放式系统的定义：必须具备不同应用程序能协调地运用于系统平台上的能力，提供面向功能的动态重构工具，同时提供统一标准化的应用程序用户界面。面。5.2CNC系统的硬件结构开放式系统的特征：可互操作性不同应用程序模块通过标准化地应用程序接口运行于系统平台，不同不同应用程序模块通过标准化地应用程序接口运行于系统平台，不同模块之间保持平等地相互操作能力。可移植性可移植性不同应用程序模块可运行于不同供应商提供的不同系统平台上。可缩放性可缩放性增加和减少系统功能仅仅表现为特定模块单元的装载与卸载。可相互替代性可相互替代性不同性能与可靠性和不同功能能力的功能模块可以相互替代。5.2CNC系统的硬件结构基于PC（或IPC）开放式CNC的硬件配置形式（1）PC连接型CNC1）基于PC的有限开放CNC（1）PC连接型CNC结构：CNC与PC通过串行线连接。特点：容易实现，已有CNC几乎不需改动即可应用。特点：容易实现，已有CNC几乎不需改动即可应用。数控技术5.2CNC系统的硬件结构（2）PC内藏型CNC结构：CNC内部加装PC，PC与CNC之间通过总线连接。特点：保持了CNC原有的性能、可靠性和功能，并且数据特点：保持了原有的性能、可靠性和功能，并且数据传送快，系统响应快。数控技术5.2CNC系统的硬件结构2）基于PC的可开放CNC结构：通用PC机的扩展槽中加入专用CNC卡。2）基于PC的可开放CNC结构：通用PC机的扩展槽中加入专用CNC卡。特点：CNC卡完成包括加工轨迹生成等几乎所有CNC处理功能。充分保证系统性能，软件通用性强，编程处理灵活。性强，编程处理灵活。5.3CNC系统的软件结构5.3.1CNC系统软件的组成CNC是一个实时的计算机控制系统。数控的基本功能是由各种功能子程序实现的。数控的基本功能是由各种功能子程序实现的。CNC软件分为应用软件、系统软件。应用软件包括零件数控加工或其他辅助软件，如CAD/CAM软应用软件包括零件数控加工或其他辅助软件，如CAD/CAM软件。系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专门软件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM内存中。5.3CNC系统的软件结构CNC软件应用软件系统软件/控制软件应用软件输入数据处诊管速插系统软件/控制软件零件数控加工或其输入数据处理程序诊断程管理程速度控插补运…输入译码数据加工或其他辅助软件程序程序控制程运算程…入程序码程序处理程序件程序程序序序5.3CNC系统的软件结构5.3.2CNC常规与开放式软件结构CNC装置的硬件和软件构成了CNC装置的系统平台：CNC装置的硬件和软件构成了CNC装置的系统平台：数控加工系统数控加工系统被控设备根据用户要求开发C