计算机数控系统(CNC)

1第3章计算机数控系统（CNC）3.1CNC系统的组成3.1.1CNC系统的基本概念CNC—ComputerizedNumericalControl主要任务：存储程序、完成插补、输出脉冲特点：灵活通用、可靠方便3.1.2CNC系统的基本构成343.1.2.1CNC装置的组成硬件：CPU存储器位置控制装置输入输出接口PLC…软件：系统软件5存储器说明RAM：随机存储器（掉电后数据就丢失了）ROM：只读存储器（掉电后数据依然存在，用特殊的方法才能固化数据）EPROM:可擦除可编程只读存储器（ErasableProgramableReadOnlyMemory）用户的程序应放在EPROM里，而运算过程中产生的数据应放在RAM里，便于随机使用。常说的内存一般指RAM63.1.2.2输入输出设备输入设备：纸带机、键盘、磁盘、光盘、磁鼓、磁带、DNC输入输出设备：显示器打印机PLC直接输出到数控机床的执行部件脉冲放大器的输入接口73.1.2.3可编程序控制器PLC用于数控装置和机床的大电流或大功率的电器各种逻辑控制。（代替继电器）例如主轴电机；润滑电机；照明电路等3.1.2.4伺服驱动控制单元+电动机主轴驱动；进刀驱动等83.1.3CNC系统的特点1.灵活：可修改、扩展（对欲加工的零件）2.通用性强（对各种数控机床都适用）3.可靠性高（采用集成电路）4.功能强大：多功能、可以完成复杂零件的一次成形。5.使用方便93.1.4CNC装置的类型3.1.4.1专用型CNC装置日本：FANUC德国：Siemens美国：Allen-Bradley(A-B)3.1.4.2PC型CNC装置工业PC机—工控机通用平台这种结构比较普通。103.2CNC数控系统的硬件结构输入输出设备中央处理器CPU总线（BUS）存储器（RAM;EPROM）位置控制器I/O接口通信与网络接口11图3-3123.2.1输入设备纸带阅读机、手动数据输入键盘（MDI）、磁盘驱动器、磁带机3.2.1.1纸带阅读机光电阅读机：发光2极管—光敏3极管；纸带上有一排排小孔3.2.1.2键盘：分编码键盘及非编码键盘两种直接产生字符的编码编码键盘由软件翻译出字符的编码非编码键盘。下图是非编码键盘13图3-7:让各行逐次为0，同时扫描各列，若某列为0，则此列与行相交处的按键已经闭合。143.2.2CPU及总线3.2.2.1CPU(Microprocesser)的功能可以进行算术和逻辑运算可以保存少量的数据（256个字节）能对指令进行译码并执行规定的动作能和存储器、外部设备交换数据提供系统的定时和控制CPU的组成：算术逻辑部件累加器和通用寄存器组程序计数器、指令寄存器和译码器时序和控制部件16173.2.2.2总线（BUS）总线：各部件之间传递信息的通路CPU内部总线：数据~，地址~，控制~双总线系统：局部总线系统总线多总线系统：IEEE—769，IEE—696VME，IMMAT，STD，Zbus，Qbus，B1bus，Prophibus18图3-16双总线系统193.2.3存储部件存储器：内存储器：磁泡~，半导体~外存储器：穿孔纸带，磁带，磁盘，磁鼓，光盘203.2.4I/O接口电路3.2.4.1CNC装置内、外部连接接线端子连接器通信接口3.2.4.2I/O接口芯片211.8251A可编程串行通讯接口222.8253可编程控制器（略）3.2.5通信与网络接口3.2.5.1CNC装置的通信编程机、进给驱动单元、主轴驱动单元、网络通信3.2.5.2CNC装置用的异步串行接口RS—232C/20mARS—422233.2.6显示部件文字显示图形显示显示工具：CRT（显示器，阴极射线管）7段显示管LED（发光二极管）LCD(液晶显示器)243.3CNC系统的软件管理软件：输入、I/O处理、显示、诊断控制软件：译码、刀补、速度、插补、位置3.3.1控制软件结构及管理程序软件硬件1准备插补、位置控制2准备、插补位置控制3准备、插补、位控263.3.1.1CNC软件结构类型1.前后台型结构前台程序：中断服务程序：插补、位控、逻控后台程序：译码、数据处理、管理（背景程序）2.中断型结构：功能子程序被安排在不同级别的中断服务程序中。273.3.1.2CNC典型的软件结构1.软件的总体结构：中断型结构见P83表3-42.优先级中断服务程序功能及框图：有0～10级中断优先程序283.3.2输入数据的处理处理输入数据的内容：译码、运动轨迹计算和速度计算3.3.2.1译码：如将字符A转换成2进制码：1000001（字符A的ASCII码为65）3.3.2.2轨迹计算任务：刀具零点设置、刀具偏置、半径补偿、长度补偿291、刀具偏置及半径补偿1、刀具偏置及半径补偿为了加工出预定的轮廓，必须把刀具偏离理论轨迹。可用刀具偏置或刀具半径补偿的方法刀具半径补偿：刀具中心轨迹偏离理论轨迹一个刀具半径，由计算机自动完成。刀具偏置：使坐标轴的移动距离加上或减去一个数（在偏置存储器中预先设定的值）。30刀具半径补偿指令：左刀补G41---左刀补（左偏）G42---右刀补（右偏）G40---取消刀补G17---XY平面（刀补平面）G18---ZX平面G19---YZ平面D00,D01,…,D32---刀具偏置号（D代码）31刀具偏置指令：G45---在指定轴上的移动距离加上刀具偏置量。G46---在指定轴上的移动距离减去刀具偏置量。G47---在指定轴上的移动距离扩大两倍刀具偏置量。G48---在指定轴上的移动距离缩小两倍刀具偏置量。偏置量的指定：D代码，或H代码。H00,…H32（1）直线段刀具补偿计算X’=x+r×Y/√X2+Y2Y’=y-r×X/√X2+Y233圆弧段刀具补偿计算图Xe’=Xe+rXe/RYe’=Ye+rYe/R34补充：手工编程方法简介1.加工程序的组成例：%1234标题，程序名，0001~9999N10G92X25.0Y45.0Z15.0；对刀点（25，45，15）N20G00Z2.0；快进刀至Z=2mm处N30M30；程序结束。程序段结束号；*352.程序段内容进刀速度N***G**X±Y±Z±FSTM**顺序号准备功能坐标值主轴转速刀具编号一个程序段可以只包括上表中的一部分363.常用术语及注意点⑴模态码功能有续效性的代码。直到“对手”出现为止。例G01（1’）非模态码：仅在一条（一段程序）指令范围内有效。如G75（固定循环）G代码中大部分是模态码⑵最小设定单位：即脉冲当量，或最小指令增量.一般普通机床为1μm（0.001）⑶小数点输入方式：可设置为小数点输入方式，例X100.0—X向进100mm（单位是mm）X100—X向进100μm（单位是脉冲当量）37⑷进给速度F代码法：F01；F02；预先设定其值直接指定法：F100—100mm/min（推荐）F指刀具中心的合成速度（X;Y;Z轴合成）一般切削钢件时，F＝0.5～10切削有色金属时F＝5～30粗加工时走刀速度快一些。精加工时进刀速度慢一些。384.简单编程举例例1.已知刀具离工件起刀点上表面50mm（Z轴），切削深度为10mm。N10G92X0.0Y0.0Z50.0；对刀点(0,0,50)N20G91G17G00；相对坐标编程，刀补平面为XOY平面，快速点定位N30G41X20.0Y10.0D01；左刀补到A点N40Z-48.0M03S500；快速降刀离工件表面2mm，主轴正转，转速500r/minAB503039N50G01Z-12.0F20；直线插补，往下切削进给12mm，进给速度20mm/minN60Y40.0F10；切左边，慢速（10）N70X30.0；切上边N80Y-30.0；切右边N90X-40.0；切下边至B点N100G00Z60.0M05；快速抬刀，主轴停N110G40X-10.0Y-20.0；取消刀补，回对刀点N120M30；程序结束40刀具半径补偿举例%2113N05G92X0.0Y0.0Z50.0；对刀点(0,0,50)N10G91G17G41T01G00X75.0Y75.0Z-48.0;N15G01X100.0Y170.0Z-12.0F150;N20X200.0;N25X60.0Y-70.0;N30Y-40.0;N35G02X-60.0Y-60.0I-60.0;N40G01X-300.0;N42G00Z60.0N45G40X-75.0Y-75.0M03;N50M3042刀具偏置举例N001G91G46G00X80.0Y50.0D01;N002G47G01X50.0F120;N003Y40.0;N004G48X40.0;N005Y-40.0;N006G45X30.0;N007G56G03X30.0Y30.0J30.0;43作业：编写下例图的铣加工程序6020302070442.刀具长度补偿刀具长度补偿指令：G43---正向偏置（伸长方向）G44---负向偏置（缩短方向）G49---取消刀具长度补偿H00---偏置量为0（相当于取消长度补偿）H01~H32---偏置量代号453.工件零点的设置与注销设置工件零点—建立工件坐标系工件零点设置指令：G92---X0Y0Z0刀具中心点就是工件的坐标原点而G92Z5代表工件的坐标原点在刀具中心的下方5mm处—开始工作时，铣刀当时的位置就是G92制定的坐标点，所以开始加工前，要按0点设置值对刀。G99---取消G92的设置。G50---数控车床0点设置。G54~G59---设置其他工作坐标系。463.3.4进给速度的控制1。进给速度控制2.加减速度控制3.3.5诊断程序启动诊断：程序是否合乎加工逻辑在线诊断：超程否？离线诊断：报警的原因高级诊断：综合加速稳速减速473.4数控机床用PLC控制器3.4.1PLC与CNC机床的关系48493.4.1.1内装型PLC3.4.1.2独立型PLC503.4.2PLC的工作原理5152533.4.3机床控制程序的设计流程