机床数控装置.docx

1、机 床 数 控 装 置 德 Rudolf Saut t er 著傅 蓕 译 朱 荫 椿 校清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号Numer ische St euer ungen fr Werkzeugmaschinen2. Auflage. 1987P rof . Dipl. -Ing. Rudolf Sauffer ISBN 3-8023-0804-2 C Copyright 1985, Vogel und Dr uck K G, W rzburg( BRD)版 权 所 有 , 翻 印 必 究 。本 书 封 面 贴 有 清 华 大 学 出 版 社 激 光 防 伪 标

2、志 , 无 标 志 者 不 得销 售 。图 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据机 床 数 控 装 置 / ( 德 ) 绍 特 尔 ( Sautt er , R . ) 著 ; 傅 蓕 译 . -北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 1994I SBN 7-302-01481-7 . 机 . 绍 傅 . 数 控 机 床 -数 字 控 制 -控 制 设 备 . T G502. 35 T P273中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 94) 第 01906 号出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 校 内 , 邮 编 100084)责

3、任 编 辑 : 王 如 琦 印 刷 者 : 北 京 密 云 胶 印 厂发 行 者 : 新 华 书 店 总 店 北 京 科 技 发 行 所开 本 : 850 1168 1/ 32 印 张 : 7. 5 字 数 : 192 千 字版 次 : 1994 年 9 月 第 1 版 1994 年 9 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISBN 7-302-01481-7/ T P588印 数 : 00013000定 价 : 8. 90 元前 言当 前 , 数 控 技 术 被 各 种 机 床 广 泛 采 用 , 从 而 能 进 一 步 实 现 柔 性 自 动 化 设 计 , 并 把 各 种 机 床 纳 入

4、计 算 机 控 制 加 工 的 总 体 方 案 中 。 微 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 , 使 得 数 控 装 置 的 效 能 大 大 提 高 , 而 价 格 却 不 断 下 降 。在 这 一 发 展 中 , 微 处 理 机 占 有 重 要 的 地 位 , 而 这 种 带 有 外 围 设 备 的 微 处 理 机 , 作 为 微 型 计 算 机 成 为 任 何 数 控 装 置 的 固 定 的 组 成部 分 。 固 定 布 线 的 数 控 ( NC) 因 此 变 成 了 计 算 机 数 字 控 制 ( CN C) 。目 前 的 技 术 水 平 又 能 把 数 控 装 置 与 机 床 间 的

5、 适 配 控 制 器 结 合 进 CN C, 成 为 可 编 程 序 存 储 控 制 器 ( P C) 。 从 而 以 可 任 意 编 程 的 电 子 控 制 器 替 代 按 专 题 布 线 的 继 电 器 适 配 控 制 器 , 以 相 应 的 程 序 适 配机 床 的 专 用 需 求 。CN C 的 功 能 使 程 序 的 编 制 大 为 简 化 , 以 人 和 控 制 器 之 间 对 话 方 式 直 接 在 机 床 上 编 程 。 甚 至 连 小 型 企 业 对 CNC 机 床 也 颇 感 经济 实 惠 。 由 于 CNC 机 床 完 成 工 作 过 程 所 需 的 一 切 信 息 均

6、以 数 字形 式 输 入 控 制 器 , 因 此 CN C 机 床 可 加 入 包 括 整 个 作 业 流 程 的 数 据 组 合 系 统 。 即 使 在 批 量 生 产 中 。 CN C 机 床 也 可 逐 步 代 替 单 一 目 的 的 专 用 机 床 以 及 用 凸 轮 和 类 似 模 拟 存 储 器 媒 体 控 制 的 机 械 加 工装 置 。本 书 介 绍 的 是 机 床 数 控 现 代 发 展 水 平 的 概 貌 , 先 介 绍 数 控 装置 的 功 能 与 结 构 , 此 后 关 于 数 控 装 置 程 序 编 制 的 章 节 则 是 本 书 突出 的 重 点 , 以 编 程 实

7、 例 , 详 细 说 明 CNC 控 制 装 置 的 各 种 特 定 用 途 。极 限 控 制 和 优 化 控 制 ( AC= 自 适 应 控 制 ) 、 数 控 装 置 与 主 导 计 算 机 系 统 ( DN C) 的 连 接 以 及 多 台 CNC 机 床 经 传 输 系 统 的 计 算 机控 制 连 接 构 成 的 柔 性 加 工 系 统 也 将 予 以 介 绍 。 最 后 一 章 则 是 有 关 CN C 技 术 的 缩 略 语 及 其 名 词 解 释 。本 书 首 先 是 学 习 机 床 数 控 技 术 专 业 的 未 来 工 程 师 们 的 良 师 益 友 , 此 外 , 向 迄

8、 今 仍 在 使 用 常 规 机 床 进 行 生 产 的 工 人 师 傅 、 技 术 员 和 工 程 师 们 传 播 机 床 数 控 装 置 的 作 用 原 理 和 用 途 的 知 识 。再 版 前 言 :我 非 常 高 兴 此 书 头 版 发 行 以 来 很 快 又 再 版 发 行 。 书 中 介 绍 的 基 本 原 理 仍 然 适 用 。 第 16, 17 两 章 按 当 今 情 况 重 新 作 了 相 应 的 修 改 。作 者 鲁 道 夫 绍 特 尔 ( Rudolf Saut ter ) 目 录1 问 题 的 提 出 和 释 义 ( 1)2 数 控 装 置 的 研 制 及 其 现 状

9、( 3)3 数 控 的 种 类 ( 5)4 数 控 装 置 的 功 能 与 结 构 ( 7)4. 1 数 控 机 床 的 功 能 原 理 ( 7)4. 2 数 控 装 置 的 信 号 流 ( 8)4. 3 控 制 信 息 ( 10)4. 4 数 系 和 数 据 代 码 ( 11)4. 4. 1 十 进 制 数 ( 11)4. 4. 2 二 进 制 数 ( 11)4. 4. 3 复 合 的 字 母 数 字 符 号 系 统 ( 12)5 数 控 装 置 的 信 息 处 理 ( 19)6 CNC 控 制 器 ( 23)6. 1 CN C 控 制 器 的 结 构 ( 23)6. 2 CN C 控 制

10、器 的 硬 件 单 元 ( 24)6. 2. 1 微 处 理 机 ( 25)6. 2. 2 微 型 计 算 机 ( 27)6. 3 微 处 理 机 的 工 作 方 式 ( 29)6. 4 多 处 理 机 CN C 控 制 器 的 发 展 阶 段 ( 32)6. 5 多 处 理 机 控 制 器 的 功 能 简 介 ( 33)7 几 何 程 序 数 据 的 处 理 ( 38)7. 1 内 插 补 ( 38)7. 2 内 插 补 的 种 类 ( 方 式 ) ( 40)7. 3 插 补 的 方 法 ( 41) 8 CNC 机 床 的 进 给 ( 47)8. 1 进 给 方 法 ( 47)8. 2 位

11、置 调 节 ( 48)8. 3 CN C 机 床 的 进 给 传 动 装 置 ( 52)8. 3. 1 进 给 传 动 装 置 的 任 务 ( 52)8. 3. 2 直 流 电 动 机 ( 55)8. 3. 3 三 相 交 流 电 动 机 ( 56)8. 3. 4 机 械 传 动 链 节 ( 58)8. 3. 5 进 给 传 动 装 置 的 计 算 依 据 ( 60)9 CNC 机 床 的 位 置 测 量 方 法 ( 63)9. 1 位 置 测 量 方 法 概 述 ( 63)9. 2 位 置 测 量 仪 ( 67)9. 2. 1 模 拟 测 量 仪 ( 67)9. 2. 2 数 字 位 置 测

12、 量 系 统 ( 71)10 数 控 装 置 的 处 理 程 序 ( 75)10. 1 输 入 数 据 ( 75)10. 2 坐 标 和 基 准 点 ( 75)10. 3 程 序 段 的 构 成 ( 81)10. 4 程 序 段 代 码 的 说 明 ( 85)10. 5 用 于 描 述 数 控 机 床 特 性 的 代 码 ( 100)11 数 控 装 置 程 序 编 制 的 方 法 ( 102)11. 1 概 述 ( 102)11. 2 在 CN C 机 床 上 直 接 编 程 ( 102)11. 3 在 工 作 准 备 阶 段 编 程 ( 107)11. 4 手 工 编 程 ( 108)11

13、. 4. 1 手 工 编 程 的 几 何 基 础 ( 109)11. 4. 2 手 工 编 程 的 工 艺 基 础 ( 113)11. 5 CN C 控 制 器 特 有 的 编 程 可 能 性 ( 122)11. 5. 1 刀 具 校 正 ( 122)11. 5. 2 轮 廓 描 述 ( 124) 11. 5. 3 切 削 分 配 ( 129)11. 5. 4 极 坐 标 ( 130)11. 5. 5 工 作 周 期 ( 131)11. 5. 6 子 程 序 技 术 ( 137)11. 5. 7 参 数 编 程 ( 139)11. 5. 8 镜 像 处 理 ( 144)11. 6 编 程 举

14、例 ( 146)11. 7 自 动 编 程 ( 156)11. 7. 1 自 动 编 程 的 应 用 ( 156)11. 7. 2 在 独 立 编 程 台 上 进 行 自 动 编 程 ( 157)11. 7. 3 处 理 程 序 和 后 置 处 理 程 序 ( 159)11. 7. 4 程 序 设 计 语 言 ( 162)11. 7. 5 以 EXA P T 1 作 例 说 明 一 种 N C 程 序 设 计 语 言 ( 166)11. 7. 6 EXA P T 1 零 件 程 序 举 例 ( 170)12 CNC 控 制 器 的 工 作 方 式 ( 174)12. 1 CN C 控 制 器

15、的 操 作 ( 174)12. 1. 1 操 作 板 ( 174)12. 1. 2 屏 幕 显 示 ( 176)12. 1. 3 控 制 器 的 数 据 输 入 及 输 出 ( 176)12. 2 机 床 调 整 数 据 ( 178)12. 3 误 差 补 偿 ( 179)12. 4 CN C 机 床 上 的 测 量 ( 180)12. 5 CN C 控 制 器 的 操 作 方 式 ( 184)12. 5. 1 手 动 控 制 ( 184)12. 5. 2 程 控 操 作 ( 184)12. 5. 3 程 序 中 断 ( 185)13 开 关 信 息 的 处 理 存 储 可 编 程 序 的 控

16、 制 器 ( 186)14 直 接 数 字 控 制 ( DNC) ( 189)15 自 适 应 控 制 ( AC) ( 193)16 柔 性 加 工 系 统 ( FFS) ( 196) 17 计 算 机 辅 助 设 计 / 计 算 机 辅 助 制 造 ( CAD/ CAM ) ( 202)18 CNC 工 艺 和 有 关 CNC 计 算 机 技 术 的 缩 略 语 ( 208)19 附 表 ( 210)20 参 考 文 件 ( 224) 本 书 所 用 的 公 式 符 号符 号 单 位 名 称F N 力J kgm 2 惯 性 矩L mm 轨 道 长 度M N m 力 矩N 1 内 插 补 节

17、拍 数R mm 半 径T s 时 间U V 电 压d mm 直 径f H z 频 率h mm 节 距 ( 螺 距 )i 1 增 量 计 数 器i A 电 流kv s- 1 速 度 放 大 系 数l mm 长 度m kg 质 量n min- 1 转 速s mm/ U 进 给t u x fsmm/ min mmmm时 间 间 隔 进 刀 速 度x 轴 滞 后 量 位 置 调 节 的 输 出 精 度 A m- 1 磁 场 强 度 1 有 效 作 用 系 数 rad/ s 角 速 度 11 问 题 的 提 出 和 释 义DIN 19226 对 控 制 的 概 念 定 义 如 下 :“控 制 ”是 指

18、在 一 有 界 限 的 系 统 中 的 一 种 过 程 , 在 此 过 程 中 根 据 系 统 固 有 的 规 律 性 , 一 个 或 多 个 参 数 作 为 输 入 参 数 , 影 响 着 另 一 些 参 数 , 作 为 输 出 参 数 。数 控 ( N C) 的 特 征 是 以 二 进 制 数 字 信 号 作 为 控 制 器 的 输 入 参 数 。 输 入 参 数 以 控 制 程 序 的 形 式 输 入 控 制 器 。应 用 数 控 技 术 对 机 床 进 行 控 制 , 其 输 入 参 数 也 可 以 叫 做 输 入信 息 或 输 入 数 据 。一 台 机 床 的 控 制 , 需 用 几

19、 何 信 息 来 控 制 刀 具 和 工 件 间 的 相 对运 动 。 这 种 信 息 也 叫 做 定 位 数 据 , 此 外 , 还 需 要 能 使 机 床 具 有 必 要 工 艺 数 值 的 工 艺 信 息 , 诸 如 : 进 给 速 度 , 主 轴 转 速 、 主 轴 旋 转 方 向 、 刀 具 准 备 、 冷 却 剂 的 接 通 和 关 断 。所 谓 机 床 的 控 制 , 并 非 仅 局 限 于 数 字 控 制 。 在 使 用 常 规 机 床 进 行 批 量 加 工 时 , 生 产 流 程 同 样 可 用 程 序 进 行 控 制 。 该 程 序 在 本 质 上 有 别 于 数 控 机

20、 床 的 程 序 , 表 现 在 定 位 数 据 和 工 艺 信 息 的 存 储 方 式和 后 续 处 理 的 不 同 。常 规 机 床 的 控 制 , 其 几 何 信 息 的 储 存 , 多 数 情 况 下 是 用 模 拟 的 形 式 , 如 用 曲 线 规 、 样 板 或 工 件 专 用 成 型 刀 具 , 而 其 工 艺 附 加 信 息 则 以 数 字 形 式 表 现 在 凸 轮 挡 块 、 插 头 或 开 关 等 手 段 中 。 存 储 的 调 用 和 信 息 进 一 步 处 理 则 采 用 机 械 、 液 压 、 气 动 或 电 气 的 手 段 。数 控 的 特 点 是 , 制 造

21、某 一 工 件 所 需 的 一 切 控 制 信 息 均 以 数 字2形 式 来 表 达 。 信 息 数 据 可 以 经 字 母 数 字 键 盘 手 动 输 入 或 经 机 器 可 读 数 据 载 体 ( 穿 孔 纸 带 、 磁 带 ) 读 入 。 另 外 一 种 可 能 性 是 通 过 与 大 型 计 算 机 的 数 据 存 储 器 联 机 直 接 输 入 数 据 。数 控 的 另 一 特 征 是 各 轴 的 受 控 轨 迹 运 动 。 若 干 运 动 过 程 可 以 由 一 个 调 节 器 同 时 监 控 的 多 轴 运 动 而 实 现 , 这 些 运 动 过 程 使 刀 具沿 非 轴 向

22、平 行 轨 迹 或 弯 曲 的 轨 迹 运 行 。 因 此 , 即 使 是 复 杂 形 状 的 工 件 也 可 用 简 单 的 标 准 刀 具 进 行 生 产 。数 控 机 床 的 优 点 在 于 : 与 手 控 机 床 相 比 , 工 作 成 果 与 操 作 者 的 技 巧 无 关 , 操 作 者在 这 里 基 本 上 只 起 个 监 控 作 用 。 比 常 规 控 制 的 自 动 化 机 床 有 更 大 的 灵 活 性 。 一 般 、 特 别 是 在 有 计 算 机 辅 助 的 情 况 下 收 集 所 需 信 息 、 编 制 程 序 , 比 制 作 曲 线 规 、 样 板 和 实 样 工

23、件 要 省 事 得 多 。 同 样 , 数 控 机 床 校 调 所 需 的 时 间 也 较 短 。 用 它 从 事 小 批 量 生 产 时 就 更 为 划 算 。数 控 机 床 独 特 的 优 点 在 于 : 由 于 采 用 了 数 字 电 子 工 作 方 式 , 从 而 把 全 部 操 作 过 程 完 全 转 化 为 电 子 数 据 处 理 , 这 就 为 整 个 生 产 的进 一 步 自 动 化 创 造 了 前 提 条 件 。由 电 子 技 术 带 来 的 成 本 提 高 以 及 可 靠 性 、 可 用 性 问 题 , 应 看 作 数 控 技 术 的 美 中 不 足 。 但 是 , 随 着

24、 微 电 子 技 术 的 发 展 , 特 别 是 功 能 块 逐 渐 一 体 化 为 集 成 电 路 , 这 些 问 题 是 可 以 逐 步 解 决 的 , 现 代 化 的 控 制 装 置 通 过 使 用 集 成 自 动 监 控 , 诊 断 程 序 和 模 块 插 件 板 , 因 而 变 得 更 加 容 易 维 护 了 。32 数 控 装 置 的 研 制 及 其 现 状数 控 装 置 的 研 制 始 于 40 年 代 末 的 美 国 马 萨 诸 塞 理 工 学 院 。1953 年 第 一 次 公 开 展 出 了 一 台 数 控 铣 床 。 欧 洲 的 第 一 台 数 控 机 床是 1959 年

25、 在 巴 黎 机 床 博 览 会 上 面 世 的 。 直 到 1960 年 , 数 控 装 置 的 制 造 还 停 留 在 电 子 管 和 电 机 继 电 器 的 技 术 水 平 。 这 种 控 制 器 比 较 庞 大 、 敏 感 和 昂 贵 , 一 般 的 车 间 难 于 采 用 。 当 时 多 半 仅 用 于 飞 机 制 造 业 。1960 年 以 后 , 电 子 管 被 分 立 的 电 子 半 导 体 元 件 、 二 极 管 和 晶 体 管 所 代 替 。 大 量 的 单 个 元 件 象 以 前 一 样 需 要 相 应 的 结 构 体 积 、 大 量 的 焊 接 及 插 塞 连 接 ,

26、因 此 仍 然 存 在 加 工 费 用 昂 贵 及 这 一 代 控 制器 的 可 靠 性 问 题 。 控 制 信 息 只 能 用 穿 孔 纸 带 输 入 。 因 为 控 制 器 信 息 存 储 容 量 较 小 , 所 以 信 息 只 能 逐 步 读 入 。 在 加 工 多 个 相 同 的 工 件 时 , 每 次 同 样 要 重 新 读 入 穿 孔 纸 带 。 程 序 一 有 变 更 , 比 如 优 化 加 工 速 度 , 就 要 修 改 或 重 做 穿 孔 纸 带 。微 电 子 技 术 的 发 展 , 尤 其 是 在 集 成 电 路 领 域 , 总 是 很 快 被 引 用 到 数 控 装 置

27、上 。 这 样 , 数 控 装 置 逐 步 变 得 更 有 效 , 更 可 靠 、 更 小 型 和 更 经 济 。大 约 从 1970 年 起 , 布 线 程 序 控 制 器 被 可 编 程 序 存 储 控 制 器 取 代 。 由 于 小 型 计 算 机 加 入 控 制 器 的 一 体 化 , 就 有 可 能 用 灵 活 的 软 件 代 替 任 务 专 一 的 硬 件 。 通 过 不 断 扩 大 存 储 器 的 容 量 , 先 是 单 一 程序 , 然 后 是 整 个 程 序 库 均 可 存 入 控 制 器 中 , 通 过 手 动 输 入 可 直 接 在 机 床 上 对 控 制 器 进 行 校

28、 正 。现 在 数 控 的 技 术 水 平 使 计 算 机 功 能 能 进 一 步 被 微 处 理 机 采 用 。 这 种 结 构 形 式 制 造 出 来 的 数 控 装 置 能 用 统 一 方 案 处 理 用 途 各4异 的 大 批 量 工 件 。为 了 把 数 据 输 入 数 控 器 , 即 使 现 在 穿 孔 纸 带 仍 被 广 泛 采 用 。 有 的 生 产 者 提 出 用 盒 式 磁 带 作 为 另 一 种 可 供 选 择 的 办 法 。 计 算 机 数 控 ( CN C) 效 能 的 不 断 提 高 , 车 间 编 程 是 很 有 吸 引 力 的 , 特 别 是 那 些 没 有 设

29、 置 专 门 编 程 部 门 的 小 型 企 业 。 所 谓 车 间 编 程 , 也 就 是 操 作 者 在 机 床 上 直 接 进 行 程 序 编 制 , 用 于 常 见 的 程 序 流 程 的 专 用 功 能使 这 种 编 程 方 式 简 化 了 。输 入 的 数 据 、 存 储 的 内 容 、 关 于 运 行 状 况 的 报 告 以 及 给 操 作 员 的 指 令 会 一 一 在 屏 幕 上 显 示 出 来 , 而 且 总 的 趋 势 是 由 单 色 、 仅 有 字 母 数 字 符 号 显 示 的 屏 幕 向 彩 色 图 形 屏 幕 发 展 。 这 样 工 件 草 图 和 刀 具 运 动

30、 情 况 均 得 以 显 示 。53 数 控 的 种 类不 同 类 型 的 机 床 在 刀 具 和 工 件 之 间 有 不 同 的 相 对 运 动 , 因 此 它 们 有 不 同 的 要 求 : 钻 床 的 刀 具 需 定 置 在 工 作 区 的 一 个 固 定 点 上 , 以 便 在 此 进 行 钻 孔 、 扩 孔 、 铰 孔 、 攻 丝 加 工 。 定 位 时 不 嵌 接 刀 具 。 在 单 个 轴 的 运 动 之 间 定 位 时 不 需 具 备 函 数 关 系 。 定 位 速 度 与 生 产 过 程 的 工 艺 情 况 无 关 。点 焊 机 及 弯 板 机 移 动 调 节 止 档 时 也

31、 会 出 现 相 应 的 定 位 任 务 。 使 这 种 运 动 过 程 得 以 实 现 的 数 控 称 作 点 位 控 制 。 加 工 简 单 的 圆 柱 形 零 件 的 车 床 , 只 加 工 带 轴 向 平 行 轮 廓 的 工 件 的 铣 床 , 它 们 的 控 制 装 置 需 控 制 每 次 一 个 轴 的 转 速 , 并 使 之 适 应 当 时 不 同 的 加 工 工 艺 运 动 。此 种 类 型 的 控 制 称 为 直 线 控 制 。 如 果 在 一 运 动 的 起 点 与 终 点 之 间 产 生 的 是 任 意 轨 迹 运 动 , 则 需 要 所 谓 的 轮 廓 控 制 。 轮

32、廓 控 制 需 分 别 驱 动 各 轴 作 位 置 调 整 。 各 轴 的 瞬 时 位 置 额 定 值 必 须 逐 个 进 行 充 分 计 算 。 由 于 多 数 的 机 械 零 件 可 以 通 过 刀 具 作 直 线 和 圆 弧 形 运 动 制 造 出 来 , 因 此 绝 大 多 数 的 轮 廓 控 制 仅 限 于 实 现 直 线 和 圆 弧 形 的 轨 迹 运 动 。轮 廓 控 制 也 包 含 了 点 位 控 制 和 直 线 控 制 的 用 途 。 此 外 , 点 位 控 制 和 直 线 控 制 也 用 于 车 床 、 铣 床 、 加 工 中 心 ( 这 是 带 全 自 动 换 刀 的 万

33、 能 机 床 , 在 这 种 机 床 上 可 以 实 施 各 种 不 同 的 制 造 方 法 , 如 钻 、 铣 、 攻 丝 、 镗 ) , 以 及 线 切 割 机 和 气 割 机 。6图 3. 1 是 点 位 控 制 、 直 线 控 制 和 轮 廓 控 制 的 工 作 方 式 图 解 。图 3. 1 数 控 的 种 类1 点 位 控 制 2 直 线 控 制 3 轮 廓 控 制74 数 控 装 置 的 功 能 与 结 构4. 1 数 控 机 床 的 功 能 原 理图 4. 1 是 数 控 机 床 的 功 能 原 理 的 图 示机 床 以 立 铣 为 例 有 三 个 直 线 轴 ( x 轴 、

34、y 轴 、 z 轴 )为 加 工 某 一 工 件 所 需 的 信 息 称 之 为 零 件 程 序 。 零 件 程 序 既 可 以 经 数 据 载 体 ( 穿 孔 纸 带 或 磁 带 ) 读 入 控 制 器 , 也 可 经 操 作 板 键 盘手 动 输 入 控 制 器 。 经 操 作 板 还 可 以 输 入 所 有 其 他 的 信 息 , 如 刀 具 数 据 、 校 正 系 数 和 机 床 调 整 数 据 。 最 后 , 它 还 可 以 把 程 序 数 据 直 接 由 生 产 主 导 计 算 机 的 存 储 器 转 入 数 控 装 置 。控 制 逻 辑 依 靠 系 统 软 件 编 辑 程 序 数

35、 据 , 特 别 是 它 以 取 决 于 程 序 设 计 移 动 速 度 的 计 算 频 率 给 机 床 各 轴 提 供 定 位 额 定 值 、 进 给 轴 上 的 测 位 发 送 器 向 位 置 调 节 器 报 告 该 轴 当 时 的 实 际 位 置 。 位 置 调 节 器 将 额 定 位 置 和 实 际 位 置 进 行 比 较 。 比 较 的 结 果 是 一 个 额 定 值 规 定 , 用 于 各 进 给 轴 的 转 速 调 节 器 。 机 床 的 有 关 滑 板 据 此 而 移 动 , 于 是 就 以 编 程 的 加 工 速 度 造 出 所 要 求 的 轮 廓 。通 过 一 专 用 适

36、配 程 序 机 床 调 整 数 据 , 数 控 装 置 便 与 其 所控 制 的 机 床 的 特 定 情 况 相 匹 配 。 机 床 调 整 数 据 确 定 最 大 的 快 进 速 度 、 轴 的 配 置 、 控 制 器 的 导 通 状 态 以 及 工 作 区 限 。零 件 程 序 也 包 括 直 接 涉 及 机 床 的 信 息 , 比 如 接 通 冷 却 润 滑 剂泵 的 指 令 、 主 轴 转 速 指 令 和 换 刀 指 令 , 控 制 逻 辑 把 这 些 指 令 经 数 控 装 置 中 的 集 成 适 配 控 制 转 交 给 机 床 的 执 行 元 件 ( 阀 、 继 电 器 、 接 触

37、 器 ) 。 相 反 , 适 配 控 制 器 从 终 端 开 关 、 压 力 继 电 器 和 另 外 装 在 机 床 上 的 信 号 发 生 器 收 到 应 答 信 号 , 再 把 应 答 信 号 转 换 成 启 动 信 号 和 准8图 4. 1 数 控 机 床 的 功 能 原 理备 信 号 并 发 回 数 控 装 置 。4. 2 数 控 装 置 的 信 号 流图 4. 2 展 示 了 数 控 装 置 的 信 号 流 , 出 现 如 下 一 些 功 能 层 次 :9输 入 层 :图 4. 2 数 控 装 置 的 信 号 流所 需 的 控 制 数 据 可 用 下 列 方 法 输 入 : 经 操

38、作 板 手 动 输 入 ; 经 手 轮 手 动 ( 脉 冲 发 生 器 ) 输 入 , 此 种 输 入 方 式 限 用 于 校 调 过 程 和 简 单 的 单 个 零 件 ;10 数 据 载 体 经 阅 读 器 ( 穿 孔 纸 带 阅 读 器 、 盒 式 记 录 器 ) 输 入 ; 直 接 ( 联 机 的 ) 从 生 产 主 导 计 算 机 的 存 储 器 输 入 。 存 储 层 : 输 入 的 信 息 此 时 存 入 半 导 体 存 储 器 。 零 件 程 序 、 刀 具 数 据 和 刀具 校 正 将 存 入 随 机 存 取 存 储 器 ( R AM ) 。 机 床 调 整 数 据 同 样

39、可 存 在 R A M 或 可 改 写 的 只 读 存 储 器 ( E AR OM ) 。 适 配 控 制 器 ( PC= 可 编 程 序 控 制 器 ) 的 程 序 数 据 存 放 于 可 编 程 序 只 读 存 储 器 ( P ROM s ) 。中 间 存 储 层 :程 序 数 据 在 这 里 进 行 编 辑 : 计 算 下 一 程 序 段 的 行 程 , 求 得 在 刀 具 半 径 间 距 内 编 程 轮 廓 的 等 高 线 。 监 督 程 序 检 测 重 要 的 程 序 参 数 , 例 如 圆 弧 终 点 的 监 控 。工 作 存 储 层 :内 插 补 器 归 属 本 功 能 层 次

40、。 它 测 定 位 置 调 节 圆 的 位 置 额 定 值 。 此 外 工 作 主 轴 控 制 和 机 床 控 制 的 数 据 在 这 里 输 出 。调 节 层 :位 置 调 节 器 调 节 轴 速 度 , 依 据 各 轴 当 时 的 位 置 , 使 之 与 编 程 的 进 给 速 度 相 适 应 。4. 3 控 制 信 息控 制 就 是 通 过 信 息 有 目 的 地 影 响 能 量 流 和 材 料 流 、 就 关 系 而 言 , 信 息 就 是 给 控 制 器 的 通 知 , 控 制 器 把 这 些 信 息 变 成 特 定 的 功 能 流 程 。数 控 器 需 用 各 种 信 息 来 控

41、制 刀 具 和 工 具 间 的 相 对 运 动 ; 工 艺 特 性 值 、 进 给 速 度 和 切 削 速 度 ; 某 些 工 艺 确 定 的 运 动 流 程 ( 如 开 槽 、 铣 凹 口 、 螺 纹 切 削 ) ; 辅 助 功 能 ( 如 冷 却 润 滑 剂 流 量 、 换 刀 ) 。112信 息 的 载 体 是 信 号 。 一 个 信 息 可 以 用 数 值 或 信 号 参 数 数 值 分 布 来 表 示 。如 果 信 号 只 能 接 受 某 些 不 连 续 的 数 值 , 则 称 其 为 数 字 信 号 或数 值 信 号 。 我 们 在 这 里 探 讨 的 控 制 , 仅 用 数 字

42、信 号 来 进 行 信 息 传输 , 称 之 为 数 控 。4. 4 数 系 和 数 据 代 码4. 4. 1 十 进 制 数数 系 的 构 成 一 般 是 把 数 字 表 示 为 数 系 基 数 的 乘 方 总 和 。在十 进 制 中 数 系 的 基 数 是 10。 若 数 字 顺 序 为 10010 , 即 1 10+ 101 + 0 100 。 下 标 数 10 说 明 这 是 用 的 十 进 制 数 字 表 示 法 。 在 数 字 表 示 法 中 数 系 基 数 的 指 数 同 时 表 示 小 数 点 的 位 距 。 小 数 点 左 边 的 第 一 位 相 当 于 指 数 0。 从 此

43、 位 依 次 向 左 , 指 数 递 增 , 从小 数 点 向 右 , 指 数 递 减 ( - 1, - 2, - 3, ) 。基 数 同 时 还 规 定 了 数 字 符 号 , 这 是 数 系 对 于 数 字 表 示 法 所 必需 的 。 在 十 进 制 中 就 是 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 十 个 数 字 。4. 4. 2 二 进 制 数在 技 术 信 息 处 理 中 二 进 制 数 具 有 特 殊 意 义 。 数 字 表 示 法 以 22 1 0为 基 数 。数 字 顺 序 1002 就 是 24 的 表 示 法 。+ 2 + 0 2 , 这 是 十 进

44、制 数该 数 系 的 特 殊 含 意 决 定 了 用 两 个 符 号 ( 0 和 1) 就 足 够 了 , 这 两 个 符 号 从 技 术 上 实 现 了 相 对 的 简 化 。 能 量 流 的 释 放 相 当 于 符 号 1 的 状 态 , 能 量 流 的 闭 锁 相 当 于 符 号 0 的 状 态 。无 论 是 液 压 的 或 气 动 的 压 力 能 、 气 体 或 液 体 的 运 动 能 、 电 能 , 这 些 能 量 流 的 种 类 从 信 息 技 术 上 首 先 在 这 里 失 去 了 意 义 。 从 技 术 意 义 上 看 , 当 然 首 推 信 号 0 和 1 的 实 现 电 子

45、 化 , 这 是 因 为 电 子 信 号12处 理 速 度 高 以 及 电 子 半 导 体 元 件 的 高 度 密 集 。 十 进 制 数 转 换 成 二 进 制 数 :为 了 将 一 个 十 进 制 数 转 换 成 二 进 制 数 , 首 先 要 把 十 进 制 数 分成 整 数 部 分 和 小 数 部 分 , 转 换 的 步 骤 见 下 例 :为 了 表 达 一 个 较 大 的 数 , 二 进 制 数 系 需 要 一 个 长 长 的 、 对 人 工 计 算 来 说 是 漫 无 头 绪 的 位 数 。 除 二 进 制 数 以 外 , 数 字 电 子 计 算 技 术 还 可 应 用 以 8 为

46、 基 数 的 八 进 制 数 系 及 以 16 为 基 数 的 十 六 进 制 数系 。八 进 数 制 需 用 八 个 数 字 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7。 十 六 进 数 制 需 要16 个 符 号 : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A , B, C, D, E , F 。图 4. 3 是 二 进 数 制 、 八 进 数 制 、 十 进 数 制 和 十 六 进 数 制 的 并 列 比 较 。 从 该 图 中 可 看 到 , 每 个 八 进 制 数 包 括 三 个 二 进 制 位 , 每 个 十 六 进 制 数 包 括 4 个 二 进 制 位 。

47、4. 4. 3 复 合 的 字 母 数 字 符 号 系 统当 二 进 数 制 在 控 制 器 内 部 用 来 进 行 数 字 处 理 时 , 需 用 符 号 系统 将 信 息 输 入 和 输 出 控 制 器 。 符 号 系 统 除 数 或 数 字 外 , 还 有 字 母 、 标 点 符 号 和 计 算 符 号 , 通 过 符 号 1 和 0 的 组 合 来 加 以 表 示 。13图 4. 3 数 系不 同 符 号 系 统 的 符 号 分 配 规 则 称 作 代 码 ( DIN 44300) 。 对 于 一 种 二 进 制 代 码 , 人 们 可 以 对 以 0 和 1 组 成 的 数 、 数

48、字 、 符 号 和 字 母 的 表 意 给 予 特 殊 的 理 解 , 符 号 0 和 1 也 可 叫 做 “比 特 ”, 它 是 英 文 二 进 制 符 号 的 缩 写 。在 数 控 装 置 中 用 于 输 入 、 输 出 的 代 码 必 须 满 足 下 述 条 件 : 必 须 是 二 进 制 代 码 : 各 种 传 输 符 号 需 通 过 二 进 制 符 号 0 和1 的 组 合 来 表 示 ;14 代 码 需 包 容 足 够 多 的 二 进 制 符 号 的 组 合 可 能 , 使 一 切 需 用 的 字 母 和 数 字 、 特 殊 符 号 、 操 作 符 号 和 计 算 符 号 均 能 得 以 表 达 ; 代 码 的 构 成 应 满 足 能