机床数控技术高职层次.pptx

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书名：

机床数控技术ISBN：

978-7-111-42274-7作者：

毕毓杰出版社：

机械工业出版社本书配有电子课件第二章数控计算机第二章数控计算机第一节综述第二节数控计算机的结构第三节基于微处理器的数控计算机第四节基于PC的数控计算机第五节数控计算机的选用第二章数控计算机图2-1数控系统组成第一节综述一、发展历程图2-2数控装置和数控计算机的发展和价格走向1真空管和继电器2晶体管3集成电路4小型计算机5微处理器6大规模集成电路7表面安装技术第一节综述图2-3微处理器的发展1）使用标准的批量生产的PC机所具有的丰富的软、硬件资源，第一节综述可加快开发速度，节省开发费用和时间。

2）易开发出高性能的数控计算机，基于64位和128位的微处理器的PC及其优秀的操作系统，以及日新月异的技术更新，可使PC数控持续保持优势。

3）PC机标准化程度高，其规范和标准得到世界范围内业界的认同，可以开发出开放式的数控计算机，按需要将各种功能模块重构、移植、组合、增减、互换。

4）强大的图形功能和多媒体功能，使人机交互界面更加友好。

5）PC机具有强大的联网功能，便于实现远程管理、远程控制、远程故障诊断、远程技术支持和制造资源共享等功能,实现敏捷制造和全球制造。

第一节综述6）强大的计算功能为CAD/CAM/CNC集成（正在研究省去GM代码编程过程）创造良好环境。

图2-4NC、CNC和基于PC的数控系统发展、演变二、数控加工工作原理第一节综述数控机床在加工时将工件的轮廓从起点到终点划分为多个微小的直线段，即最小位移量，数控系统控制各坐标轴移动所分割的多个最小位移量，完成加工。

图2-5数控加工工作原理第一节综述图2-6脉冲增量插补原理1.脉冲增量插补第一节综述1）用平行于坐标轴的微小直线段或其合成线段逼近被插补的线段。

2）送给一个轴或多个轴单个进给脉冲，则产生单位位移量（脉冲当量）。

3）脉冲当量固定时，脉冲频率决定进给速度。

4）减小脉冲当量可提高精度，但会降低进给速度，故不适用于高速、高精度的场合。

2.数据采样插补1）将时间轴分成等间隔的插补周期，在每个插补周期中，用直线段逼近被插补曲线，并根据投影关系计算出各插补点的坐标值。

第一节综述图2-7数据采样插补原理2）调节直线段的长度可控制进给速度，第一节综述调节直线段长度的变化率可控制加速和减速过程。

3）插补频率固定时，插补的直线段越短，插补精度越高，但会降低进给速度。

4）数据采样插补输出的是数字量，可直接控制数字伺服系统；对模拟伺服系统，需通过D/A转换将数字量转换成模拟量。

第二节数控计算机的结构图2-8数控计算机结构示意一、人机交互第二节数控计算机的结构人机交互主要依靠显示器、键盘、机床操作面板、手摇脉冲发生器（电子手轮）等来实现。

1.显示器2.键盘3.机床操作面板4.手摇脉冲发生器（电子手轮）图2-9手摇脉冲发生器a）固定式b）手持式第二节数控计算机的结构二、工件加工信息的输入、译码及存储1）工件加工程序可通过键盘、信息载体（早期使用穿孔纸带、磁带、软磁盘，近来使用U盘）输入，或通过与上级计算机联网通信，将CAD/CAM、编程机、加工程序数据库中的加工程序直接输入。

2）工件加工程序输入后要对其进行语法校验，若出错立即提示进行修改。

3）存储区包括程序目录存储区和与目录对应的工件加工程序存储区。

图2-10HEIDENHAINTNC530面板第二节数控计算机的结构图2-10（续）三、工件加工信息处理第二节数控计算机的结构工件加工信息处理包括对米制和英制尺寸、直角坐标、极坐标、坐标平移、增量值、绝对值、刀具半径补偿（铣削加工时以工件轮廓编写加工程序，铣削时需偏置一个铣刀半径，为此要换算出铣刀中心的路径，早先使用B刀补，两相邻线段转接过渡，人工处理；现使用C刀补，其转接过渡由计算机处理）及刀具长度补偿等进行换算和计算。

四、插补通过插补算法将与时间无关的刀具路径细化为与进给速度相关联的刀具运动轨迹，据此产生控制各坐标轴的运动指令。

五、进给轴控制（位置控制）第二节数控计算机的结构闭环和半闭环控制系统在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与反馈回来的实际位置进行比较，用差值法控制进给伺服电动机，同时调整位置回路的增益，以及补偿各坐标轴滚珠丝杠副的传动间隙和螺距误差。

六、主轴控制1）主轴用起动和转向指令（M03顺时针旋转，M04逆时针旋转）、停转指令（M05）和转速指令（SXXXX）进行控制。

2）准停指令为M19，自动换刀和定向退刀时主轴需准确地转停在规定的位置。

3）主轴伺服控制。

七、辅助功能（M、S、T等）第二节数控计算机的结构M功能在ISO标准中有100个代码，常用的有程序结束指令M02、M30，与主轴有关的指令M03、M04、M05、M19,刀具交换指令M06,开切削液指令M07、M08,关切削液指令M09等。

八、反馈信息的处理1）位置检测信息来自与伺服电动机同轴安装的光电脉冲编码器或移动部件上安装的光栅尺的检测信号，经倍频、辨向送给控制模块，实现位置控制。

2）受力变形补偿和温度变形补偿来自力和温度传感器模拟量信息，在这里转换为数字量输出。

3）各坐标轴的实际位置经处理后以数字形式显示在屏幕上，实时加工情况则以动态图像的形式在屏幕上显示。

4）安全保护。

第二节数控计算机的结构九、联网通信通过联网，与网络上的其他计算机进行信息交换，如对CAD/CAM计算机、数控加工编程机或加工程序数据库进行大容量的数据传输，迅捷，可靠。

十、网络控制上级计算机（主控计算机）除了传送加工程序及相应参数外，还进行生产调度，如加工品种、加工件数等，并实时反馈机床运行情况及加工状态、工件加工所耗时间、工件完工件数，以及辅助装置运行状态等。

十一、系统管理与控制

（1）运行管理多任务、实时性是数控系统的特点。

（2）加工程序和工艺数据管理第二节数控计算机的结构1）加工程序的管理包括加工程序目录、具体工件加工程序单、加工程序的调用和删除，及对加工程序的语句进行插入、删改等。

2）编程原点的设置用G54G59指令。

3）管理刀具参数，如车刀X,Z方向的尺寸，刀尖圆弧半径及补偿方向代码，X,Z方向磨损补偿量等。

4）调整机床，加工。

开机，访问（返回）机床参考点。

装夹工件，安装刀具，输入刀具参数，调出加工程序，输入编程原点。

对加工程序进行图形模拟。

加工程序空运行（主轴、刀具不动）。

加工程序单步（执行一个程序段停下来）运行加工。

第二节数控计算机的结构加工程序连续运行加工。

（3）系统的维护机床出厂前，为使数控系统与具体的机床相匹配，需设置一些参数，如进给轴伺服控制参数、主轴控制参数、各坐标轴行程、参考点和机床原点的位置、误差补偿通信参数，以及其他参数等。

第三节基于微处理器的数控计算机一、硬件的组成图211所示为某数控计算机的硬件电路，其上有扩展板的插槽及可编程序逻辑控制器等。

图2-11数控计算机的硬件电路第三节基于微处理器的数控计算机图2-12硬件电路的主要器件1专用电路2RAM,ROM3双列直插转换器4表面安装器件5微调分压器6D/A转换器7微处理器32/16Bit8电子时钟9EPROM,1MBit10EPROM,256KBit11外围电路第三节基于微处理器的数控计算机图2-13硬件组成图1.CPU第三节基于微处理器的数控计算机2.存储器

（1）只读存储器ROM只读存储器存放系统软件、控制程序、管理程序、表格和常数等。

（2）读写存储器RAM读写存储器存放系统参数、工件加工程序，或作为工作单元存放输入、输出的数据，保存中间计算结果，与外存交换信息以及用作堆栈等。

3.输入输出（I/O）接口电路二、软件结构数控计算机的工作特点是多任务、实时性强。

1.前后台型结构第三节基于微处理器的数控计算机图2-14前后台型软件结构图第三节基于微处理器的数控计算机图2-151级中断各口处理转换框图2.中断型结构第三节基于微处理器的数控计算机表2-1各级中断服务程序的功能第三节基于微处理器的数控计算机表2-21级中断的13个口所对应的处理功能第三节基于微处理器的数控计算机表2-21级中断的13个口所对应的处理功能1）开机初始化后进入0级中断服务程序，经4ms时钟请求6级中断，在6级中断中设置1级、2级（各16ms）和4级（8ms）中断请求。

第三节基于微处理器的数控计算机2）若工件加工程序已存入计算机，按“启动”按钮，2级中断服务程序置1级中断7号口状态字，进行从存储区读一段加工程序送入BS区的处理。

3）1级中断发生时，查询到7号口已置1，即执行7号口服务程序，同时将3号口置1，执行3号口服务程序，从存储区读一段程序经译码送入BS区，完成后设标志。

4）控制进入4级中断（8ms一次），当发现BS区已装入经译码的一段加工程序的标志和满足其余条件时，置允许BS的数据送入AS（工作寄存器）的标志。

5）当1级中断发生时，并且4号口已置1，即转入4号口处理，将BS区的数据送入AS区，同时计算刀具中心轨迹，完成后设标志。

第三节基于微处理器的数控计算机6）4级中断发生时，发现刀具中心轨迹计算已完成的标志，即进行插补预处理，处理结束后设允许插补标志，接着进行速度处理、插补运算、进给量处理，计算出8ms中的进给量，完成一次插补运算。

7）6级中断发生时，发现插补完成标志，将一次插补中的进给量分两次进给，以利提高精度。

8）1级中断发生，处理8号口，再读一段程序，同时3号口为1，处理3号口，从存储区读下一段数据到BS区。

9）反复运行1、4、6级中断服务程序，机床各坐标轴进行插补进给运动，显示器不断显示各坐标轴的实时位置值。

1）6级中断服务程序由硬件（时钟）产生，每4ms一次。

2）1级中断服务程序中各口互相设置状态字进行请求。

第三节基于微处理器的数控计算机3）设标志。

第四节基于PC的数控计算机一、PC（PersonalComputer）数控计算机的硬件和软件1.PC数控计算机的硬件平台

（1）基于通用PC的数控计算机硬件结构如图2-16所示。

图2-16基于通用PC的数控计算机硬件结构第四节基于PC的数控计算机

（2）基于工业PC的数控计算机硬件结构其工作原理与通用PC数控计算机相同，安装结构上使用无源底板，无源底板上分布着插槽。

图2-17基于工业PC的数控计算机硬件结构第四节基于PC的数控计算机2.PC数控计算机的软件平台1）DOS操作系统最初为IBM-PC开发的操作系统，其优点是小巧灵活，稳定性好，应用程序可直接访问硬件，用于工业控制。

2）Windows操作系统是窗口式多任务操作系统，使用图形用户界面。

3）Linux/RTLinux操作系统。

二、基于PC的数控计算机的发展开始是在基于微处理器的数控计算机前端加上PC机构成数控计算机，二者通过高速通道连接，故该数控计算机兼具二者的特点。

第四节基于PC的数控计算机图2-18基于STEP-NC的PC数控计算机基本结构第四节基于PC的数控计算机图2-19加工规划专家系统的基本结构第五节数控计算机的选用一、选择1.目的2.要考虑的问题3.可行性论证的内容1）选购的目的和必要性。

2）市场调研，对多家相应产品的性能、价格进行比较。

3）说明选定相应数控计算机的理由、技术参数、可靠性（MTBF无故障工作时间）。

4）费用，包括主机费用、配套件费用、安装调试费用及运行维护费用等。

4.合同的订立1）手摇脉冲发生器是固定还是手持。

第五节数控计算机的选用2）对各种外设及网络接口的要求。

3）对连接电缆的要求。

4）需控制的各种辅助装置，如冷却、润滑、排屑、液压系统、制冷系统、空气过滤系统等。

5）是否配置机上刀具测量装置和工件测量装置。

6）坐标轴运动误差补偿及丝杠副间隙补偿，以及其他各种选项。

7）售后服务内容，如免费安装调试，免费人员培训（编程、操作、维修），享受技术升级服务，三包内容及保修期限等。

二、使用1）环境要求。

2）维护。

3）长期停用时，应定期通电去潮。

第五节数控计算机的选用4）保管好说明书。

5）保管好机床参数信息载体。

6）加强各类人员培训，可提高机床的利用率。

三、基于PC的数控系统控制的数控设备、网络化的绿色制造和智能制造绿色制造和智能制造，含义深广，任重道远，是永恒的课题。

图2-20