第3章cnc系统原理及结构

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1、第3章CNC系统原理及结构3.1CNC系统的组成及特点3.2CNC系统硬件结构3.3CNC系统软件结构3.4CNC系统中的可编程控制器（PLC）3.5CNC系统常用外设及接口3.1CNC系统的组成及特点CNC系统定义：借助于计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或全部功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的一种专用计算机系统。CNC是在NC的基础上发展起来的，其部分或全部控制功能通过软件来实现。只要更改控制程序，无需更改硬件电路，就可改变控制功能。因此，CNC系统在通用性、灵活性、使用范围等诸方面具有更大的优越性。3.1.1CNC系统的组成数控系统由程序、输入

2、输出设备、计算机数字控制装置、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，习惯上称为CNC系统。CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件硬件便无法工作，二者缺一不可。3.1.1CNC系统的组成1、CNC系统硬件的层次结构由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成。CNC系统硬件的层次结构3.1.1CNC系统的组成2、CNC系统软件的功能结构从本质特征来看，CNC系统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系统活的灵魂。其结构框图如图所示。3.1.

3、1CNC系统的组成操作系统管理软件控制软件零件程序管理显示处理人机交互交互位置控制输入输出管理插补运算故障诊断处理速度处理机床输入输出编译处理主轴控制刀具半径补偿......3.1.1CNC系统的组成3、CNC硬件软件的作用和相互关系硬件是基础，软件是灵魂CNC装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、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系统的硬件和软件构成了CNC系统的系统平台，如图所示。3.1.1CNC系统的组成CNC系统平台硬件操作系统管理软件应用软件控制软件数控加工程序接口被控设备机床机器人测量机

4、......3.1.2CNC系统的工作原理CNC装置在其硬件环境支持下，按照系统监控软件的控制逻辑，对输入、译码、刀具补偿、速度规划、插补、位置控制、I／O口处理、显示和诊断等方面进行控制。（1）输入数据处理程序输入数据处理程序接收输入的零件加工程序，将其用标准代码表示的加工指令和数据进行编译、整理，按所规定的格式存放。有些系统还要进一步进行刀具半径偏移的计算，或为插补运算和速度控制等进行一些预处理。3.1.2CNC系统的工作原理输入数据处理程序一般包括下面三项内容：①输入②译码③数据处理3.1.2CNC系统的工作原理（2）插补运算及位置控制程序插补运算程序完成CNC

5、系统中插补器的功能，即实现坐标轴脉冲分配的功能。脉冲分配包括点位、直线以及曲线三个方面。插补运算的结果输出，经过位置控制部分(这部分工作既可由软件完成，也可由硬件完成)控制伺服系统运动，控制刀具按预定的轨迹加工。位置控制的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。3.1.2CNC系统的工作原理（3）速度控制程序编程所给的刀具移动速度是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标方向的分速度。速度控制程序的目的就是控制脉冲分配的速度，即根据给定的速度代码(或其他相应的速度指令)，

6、控制插补运算的频率，以保证按预定速度进给。速度控制可以用两种方法实现：一种是用软件方法，如程序计数法实现；另一种用定时计数电路由外部时钟计数，运用中断方法来实现。3.1.2CNC系统的工作原理（4）系统管理程序为数据输入、处理及切削加工过程服务的各个程序均由系统管理程序进行调度，因此，它是实现CNC系统协调工作的主体软件。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。水平较高的管理程序可使多道程序并行工作。有的管理程序还安排进行自动编程工作，或对系统进行必要的预防性诊断。3.1.2CNC系统的工作原理（5）诊断程序诊断程序可以在运行中及时发现系统的故

7、障，并指示出故障的类型。也可以在运行前或发生故障后，检查各种部件(接口、开关、伺服系统)的功能是否正常，并指出发生故障的部位。还可以在维修中查找有关部件的工作状态，判别其是否正常，对于不正常的部件给予显示，便于维修人员能及时处珲。3.1.3CNC系统的特点1、具有灵活性和通用性CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用模块化的结构，使系统功能的修改、扩充变得较为灵活。CNC装置其基本配置部分是通用的，不同的数控机床仅配置相应的特定的功能模块，以实现特定的控制功能。3.1.3CNC系统的特点2、数控功能丰富插补功能：二次曲线、样条、空间曲面插补补偿功