數(shù)控機床電氣控制 教學(xué)課件 作者 楊興 主編第5章.ppt

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1、第5章機床數(shù)控裝置5.1機床數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理5.2FANUC數(shù)控裝置5.3SIEMENS數(shù)控裝置思考題與習(xí)題第5章機床數(shù)控裝置5.1機床數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理機床數(shù)控系統(tǒng)通常指數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等的總和。數(shù)控裝置是機床數(shù)控系統(tǒng)的核心、大腦。數(shù)控裝置包括早期的完全由專用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置（NC裝置）和目前廣泛應(yīng)用的由計算機硬件和軟件組成的計算機數(shù)控裝置（CNC裝置）。第5章機床數(shù)控裝置5.1.1機床數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理按CNC裝置中各電路板的插接方式，數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)分為大板式

2、結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)；按微處理器的個數(shù)分為單CPU和多CPU結(jié)構(gòu)；按硬件的制造方式分為專用型結(jié)構(gòu)和通用計算機式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置的開放程度可分為封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開放式結(jié)構(gòu)等。1．單CPU結(jié)構(gòu)單CPU結(jié)構(gòu)是指在CNC裝置中只有一個CPU，CPU通過總線與存儲器及各種接口相連接，采取集中控制，分時處理的工作方式，完成數(shù)控系統(tǒng)的各項任務(wù)。如存儲、插補運算、輸入輸出控制、CRT顯示等。某些CNC裝置中雖然用了兩個以上的CPU，但能夠控制系統(tǒng)總線的只有一個CPU，它獨占總線資源，其它的CPU只是附屬

3、的專用職能部件，它們不能控制總線，也不能訪問主存儲器。它們組成主從結(jié)構(gòu)，故被歸屬于單CPU結(jié)構(gòu)中。圖5-1為單CPU結(jié)構(gòu)框圖。第5章機床數(shù)控裝置第5章機床數(shù)控裝置圖5-1單CPU的CNC結(jié)構(gòu)框圖第5章機床數(shù)控裝置單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)由微處理器和總線、存儲器、位置控制部分、數(shù)據(jù)輸入／輸出接口及外圍設(shè)備等組成。(1)微處理器主要完成信息處理，包括控制和運算兩方面的任務(wù)。控制任務(wù)根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能而進(jìn)行協(xié)調(diào)、組織、管理和指揮工作，即獲取信息、處理信息、發(fā)出控制命令。主要包括對零件加工程序輸入、輸出的控制及機床加工現(xiàn)場狀態(tài)信

4、息的記憶控制；運算任務(wù)是完成一系列的數(shù)據(jù)處理工作，主要包括譯碼、刀補計算、運動軌跡計算、插補計算和位置控制的給定值與反饋值的比較運算等。(2)存儲器用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運行過程中的臨時數(shù)據(jù)。存儲器包括只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)兩種。系統(tǒng)程序存放在只讀存儲器EPROM中，由廠家固化，只能讀出不能寫入，斷電后，程序也不會丟失；加工的零件程序、機床參數(shù)、刀具參數(shù)等存放在有后備電池的CMOSRAM中，可以讀出，也可以根據(jù)需要進(jìn)行修改；運行中的臨時數(shù)據(jù)存放在隨機存儲器RAM中，可以隨時讀出和寫入，斷電后信息丟失。第5

5、章機床數(shù)控裝置(3)位置控制部分包括位置單元和速度控制單元。位置控制單元接收經(jīng)插補運算得到的每一個坐標(biāo)軸在單位時間間隔內(nèi)位移量，控制伺服電機工作，并根據(jù)接收到的實際位置反饋信號，修正位置指令，實現(xiàn)機床運動的準(zhǔn)確控制。同時產(chǎn)生速度指令送往速度控制單元，速度控制單元將速度指令與速度反饋信號相比較，修正速度指令，用其差值控制伺服電機以恒定速度運轉(zhuǎn)。(4)數(shù)據(jù)輸人／輸出接口與外圍設(shè)備是CNC裝置與操作者之間交換信息的橋梁。例如，通過MDI方式或串行通信，可將工件加了程序送人CNC裝置；通過CRT顯示器，可以顯示工件的加工程序和其它信息。

6、在單微處理器結(jié)構(gòu)中，由于僅由一個微處理器進(jìn)行集中控制，故其功能將受CPU字長、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、尋址能力和運算速度等因素的限制。第5章機床數(shù)控裝置2．多CPU結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，各微處理器之間采用緊密耦合，資源共享，有集中的操作系統(tǒng)；或者各CPU構(gòu)成獨立部件，采用松散耦合，有多層操作系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)并行處理。（1）多CPU結(jié)構(gòu)CNC裝置的基本功能模塊多CPU結(jié)構(gòu)CNC裝置一般由多個基本功能模塊組成，通過增加功能模塊，可實現(xiàn)某些特殊功能。1）CNC管理模塊該模塊管理和組織整個CNC系統(tǒng)各功能模塊協(xié)

7、調(diào)工作，如系統(tǒng)的初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)錯誤識別和處理、系統(tǒng)軟硬件診斷等。該模塊還完成數(shù)控代碼編譯、坐標(biāo)計算和轉(zhuǎn)換、刀具半徑補償、速度規(guī)劃和處理等插補前的預(yù)處理；2）CNC插補模塊該模塊根據(jù)前面的編譯指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行插補計算，按規(guī)定的插補類型通過插補計算為各個坐標(biāo)提供位置給定值；第5章機床數(shù)控裝置3）位置控制模塊插補后的坐標(biāo)作為位置控制模塊的給定值，而實際位置通過相應(yīng)的傳感器反饋給該模塊，經(jīng)過一定的控制算法，實現(xiàn)無超調(diào)、無滯后、高性能的位置閉環(huán)；4）PLC模塊零件程序中的開關(guān)功能和由機床傳來的信號在這個模塊中作邏輯處理，實

8、現(xiàn)各功能和操作方式之間的連鎖，機床電氣設(shè)備的起停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等；5）操作面板監(jiān)控和顯示模塊零件程序、參數(shù)、各種操作命令和數(shù)據(jù)的輸入(如軟盤、硬盤、鍵盤、各種開關(guān)量和模擬量的輸入、上級計算機輸入等)、輸出(如通過軟盤