1、数控技术,郑州大学机械工程学院,第三章 计算机数控装置,概述 CNC装置的硬件结构 CNC装置的软件结构 CNC装置的插补原理 刀具半径补偿原理 CNC系统故障自诊断功能 数控系统中的可编程控制器,第一节 概 述 数控机床的数控系统是由程序、输入输出设备、计算机数控装置(CNC装置)、可编程控制器、主轴驱动装置和进给伺服驱动系统等组成的一个整个的系统，又称为CNC系统。数控系统的核心是计算机数控装置(CNC装置)，由于它在整个系统中的重要性，本章将对其进行校详细的讨论。,一、CNC装置的组成,从自动控制的角度来看，数控系统是一种轨迹控制系统，即其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对
2、象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。 从外部特征来看CNC装置是由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两大部分组成的。,（一）CNC装置的一般硬件结构,其结构框图如图3-1所示，即由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。它是CNC装置的物质基础。,（二）CNC装置软件的功能性结构从本质特征来看，CNC装置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，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。它是CNC装置活的灵魂。其结构框图如图3-2所示。,(三)CNC硬件软件的作用和相互关系,CNC装置的系统软件在系统硬件的支持下合理地
3、组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。 CNC装置的硬件和软件构成了CNC装置的系统平台，如图3-3所示。该平台有以下两方面的含义： (1)该平台提供CNC装置基本配置的必备功能； (2)在该平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。,CNC装置平台的构筑方式就是CNC装置的体系结构。体系结构为系统的分析、设计和建造提供框架。在下一节里将分别按硬件和软件两方面对CNC装置的体系结构进行讨论。,二、CNC装置的工作过程,首先，让我们来回顾一下在普通机床上加工零件的过程，机床操作者总是根据工序卡的要求在加工过程中不断地操作机床改变刀具与工
4、件的相对运动轨迹和运动参数(位置、速度等)，使刀具对工件进行切削加工，从而得到所需要的合格零件。 在CNC机床上；加工过程中的人工操作均被数控系统所取代。其工作过程如下：首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用代码按规定的规则和格式编成加工程序，数控系统则按照程序的要求，进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调运动，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。,图3-4为欲加工的零件，其形状用曲线L描述。加工该零件就是要控制刀具T相对于该零件按轨迹曲线L运动。CNC装置对输入加工程序的运算和处理的核心部分有三步：,
5、三、CNC装置的优点,（一）具有灵活性和通用性 （二）数控功能丰富 （三）可靠性高 （四）使用维护方便 （五）易于实现机电一体化,四、CNC装置的功能,（一）控制功能 （二）准备功能 （三）插补功能和固定循环功能(四)进给功能(五)主轴功能(六)辅助功能 （七)刀具管理功能 (八)补偿功能 （九)人机对话功能(十)自诊断功能 （十一)通信功能,第二节 CNC装置的硬件结构,一、概述(1)单机系统。是指整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。其优点在于投资小，结构简单，易于实现。但系统功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素
6、的限制。现在这种结构已被多机系统的主从结构所取代。,(2)多机系统。是指整个CNC装置中有两个或两个以上的CPU，也就是系统中的某些功能模块自身也带有CPU，根据这些CPU间的相互关系的不同又可将其分为：（1）主从结构系统，在该系统中只有一个CPU(通常称为主CPU)对系统的资源(系统存储器，系统总线)有控制和使用权，而其他带有CPU的功能部件(通常称之为智能部件)，则无权控制和使用系统资源，它只能接受主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。只有一个CPU处于主导地位。其他CPU处于从属地位的结构，称之为主从结构。（2）多主结构系统 在该系统中有两个或两个以上的带C
7、PU的功能部件对系统资源有控制或使用权。功能部件之间采用紧耦合(即均挂在系统总线上，集中在一个机箱内)，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(软件和硬件)来解决争用总线问题，通过公共存储器来交换系统信息。（3）分布式结构系统：该系统有两个或两个以上的带有CPU的功能模块，每个功能模块有自己独立的运行环境(系统总线、存储器、操作系统等)功能模块问采用松耦合，即在空间上可以较为分散。各模块间采用通讯方式交换信息。,二、单机或主从结构模块的功能介绍,（一）计算机主板和系统总线(母板),三、华中1型数控系统(硬件)简介,四、多主结构的CNC装置硬件简介,第三节 CNC装置的软件结构,一、CNC装置软件和硬件的功能界面,二、CNC装置的数据转换流程,第四节 CNC装置的插补原理,一、概述（一）插补的概念,第五节 刀具半径补偿原理,下次见,
