1、1,第3章 计算机数控系统（CNC）,3.1CNC系统的组成 3.1.1 CNC 系统的基本概念 CNCComputerized Numerical Control 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,3.1.2 CNC系统的基本构成,3,4,3.1.2.1 CNC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（Erasable Programable Read On
2、ly Memory） 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RAM,6,3.1.2.2 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,7,3.1.2.3 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,8,3.1.3 CNC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
3、（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,9,3.1.4 CNC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) 3.1.4.2 PC型CNC装置工业PC机工控机 通用平台 这种结构比较普通。,10,3.2 CNC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3-3,12,3.2.1 输入设备,纸带阅读机、手动数据输入键盘（MDI） 、磁盘驱动
4、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。,14,3.2.2 CPU及总线,3.2.2.1 CPU (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
5、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,16,17,3.2.2.2 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：IEEE769，IEE696VME，IMMAT，STD，Z bus，Q bus，B1 bus，Prophi bus,18,图3-16 双总线系统,19,3.2.3 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,20,3.2.4 I/O接口电路,3.2.4.1 CNC装置内、外部连接 接线端子 连接器 通信接口 3.2.4.2 I/O接口芯片,21,
6、1. 8251A可编程串行通讯接口,22,2.8253可编程控制器（略）,3.2.5通信与网络接口3.2.5.1 CNC装置的通信编程机、进给驱动单元、主轴驱动单元、网络通信3.2.5.2 CNC装置用的异步串行接口RS232C/20mA RS422,23,3.2.6 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),24,3.3 CNC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 准备 插补、位置控制 准备、插补 位置控制 准备
7、、插补、位控,26,3.3.1.1 CNC 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。,27,3.3.1.2 CNC典型的软件结构,1.软件的总体结构：中断型结构见P83 表3-4 2.优先级中断服务程序功能及框图： 有 010级中断优先程序,28,3.3.2 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
8、具偏置、半径补偿、长度补偿,29,1、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-
9、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+Y2 Y=y-r X/X2+Y2,33,圆弧段刀具补偿计算图,Xe=Xe+rXe/R,Ye=Ye + rYe/R,34,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，00019999 N10 G92 X25.0 Y45.0 Z15.0；对刀点（25，45，15） N20 G00 Z2.0；快进刀至Z=2mm处 N30 M30；程序结束
10、。程序段结束号；*,35,2. 程序段内容 进刀速度,N* G* XY Z F S T M*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,辅助功能,36,3.常用术语及注意点,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 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1m（0.001） 小数点输入方式：可设置为小数点输入方式，例X100.0X向进100mm（单位是mm）X100X向进100 m（单位是脉冲当量 ）,37,进给速度F,代码法：F
11、01；F02；预先设定其值 直接指定法：F100100mm/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，F0.510切削有色金属时 F530 粗加工时走刀速度快一些。 精加工时进刀速度慢一些。,38,4.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。 N10 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50) N20 G91 G17 G00；相对坐标编程，刀补平面为 XOY平面，快速点定位 N30 G41 X20.0 Y10.0 D01；左刀补到A点 N40 Z-48.0 M03 S500；快速降刀离工件表面2mm
12、，主轴正转，转速500r/min,A,B,50,30,39,N50 G01 Z-12.0 F20；直线插补，往下切削进给12mm，进给速度20mm/min N60 Y40.0 F10；切左边，慢速（10） N70 X30.0；切上边 N80 Y-30.0；切右边 N90 X-40.0；切下边至B点 N100 G00 Z60.0 M05；快速抬刀，主轴停 N110 G40 X-10.0 Y-20.0；取消刀补，回对刀点 N120 M30；程序结束,40,刀具半径补偿举例,%2113 N05 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50) N10 G91 G17 G41 T01 G0
13、0 X75.0Y75.0Z-48.0; N15 G01 X100.0 Y170.0 Z-12.0F150; N20 X200.0; N25 X60.0 Y-70.0; N30 Y-40.0; N35 G02 X-60.0 Y-60.0 I-60.0; N40 G01 X-300.0; N42 G00 Z60.0 N45 G40 X-75.0 Y-75.0 M03; N50 M30,42,刀具偏置举例,N001 G91 G46 G00 X80.0 Y50.0 D01; N002 G47 G01 X50.0 F120; N003 Y40.0; N004 G48 X40.0; N005 Y-40.0
14、; N006 G45 X30.0; N007 G56 G03 X30.0 Y30.0 J30.0;,43,作业：编写下例图的铣加工程序,60,20,30,20,70,44,2.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） H01H32-偏置量代号,45,3.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G92 Z5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。 G54G59-设置其他工作坐标系。,46,3.3.4 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,47,3.4 数控机床用PLC控制器,3.4.1 PLC与CNC机床的关系,48,49,3.4.1.1内装型PLC 3.4.1.2独立型PLC,50,3.4.2 PLC的工作原理,51,52,Y1,3,53,3.4.3 机床控制程序的设计流程,
