计算机数控系统
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点击次数:更新时间:2018-05-17 17:05:15

     计算机数控系统是数控机床的控制指挥中心。机床各个执行部件在数控系统的统一指挥下,有条不紊地工作,自动地按给定程序进行机械零件的加工。数控系统随着电子技术的发展而发展,先后经历了电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用型系统六代。其中前三代称为硬线连接数控,简称NC系统,目前已被淘汰;后三代称为软件数控,也称CNC系统,由于微电子技术的迅速发展,目前比较多的是采用微处理器数控系统,简称为MNC系统,但习惯上仍称为CNC系统。本节所介绍的CNC系统主要是指微处理器数控系统。
     CNC系统的核心是计算机,即由计算机通过执行其存储器内的程序,来实现部分或全部数控功能。也就是说CNC系统由硬件和软件两大部分组成,硬件
     是软件活动的舞台,也是其物理基础,而软件是整个系统的灵魂,整个CNC系统的活动均依靠系统软件来指挥。软件和硬件各有不同的特点,软件设计灵活适应性强,但处理速度慢;硬件处理速度快,但成本高。因此,在CNC系统中,数控功能的实现方法可依据其控制特性要求来合理确定软硬件的分配比例。由于采用了功能实施软件化,使得数控系统的性能和可靠性大大提高。
    
     CNC系统功能及基本工作过程
     CNC系统的功能
     数控系统有多种系列,性能各异,选用时应根据数控机床的类型、用途和档次仔细考虑其功能。CNC系统的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是系统必备的数控功能,选择功能是可供用户根据机床特点和工作用途进行选择的功能。CNC系统的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助M指令代码上。
     (1)基本功能
     ①控制轴功能控制轴功能主要反映CNC装置能够控制的轴数以及能够同时控制(联动)的轴数。控制轴有移动轴和回转轴,有基本轴和附加轴。如数控车床一般为两轴联动(X,Z),数控铣床以及加工中心一般需要三根或三根以上的控制轴。控制轴数越多,特别是联动轴数越多,CNC装置就越复杂。
     ②准备功能G准备功能是指机床动作方式的功能。它用字母G和后继的两位数字来表示。ISO标准对准备功能从G00~G99的100个代码中,大部分进行了统一的标准定义,部分可由系统制造厂家根据控制系统的需要来定义。
     ③插补功能插补功能指CNC装置可以实现各种曲线轨迹插补加工的能力,如直线插补、圆弧插补等。插补运算要求实时性很强,即计算速度要同时满足机床坐标轴对进给速度和分辨率的要求。它可以通过硬件或软件两种方式来实现,当然用硬件方式插补的速度快,如日本 FANUC公司就采用DDA硬件插补专用集成芯片。但目前由于微处理机的位数和频率的提高,大部分系统还是采用了软件插补方式。
     ④进给功能它反映刀具进给速度,一般用F代码直接给定进给速度
     ⑤刀具功能刀具功能包括选择的刀具数量和种类、刀具的编码方式、自动换刀的方式。用字母T和后继2~4位数字来表示
     ⑥主轴功能它是指定主轴转速的功能,用字母S和它后继的数字表示
     ⑦辅助功能也称M功能,用字母M和后继的两位数字表示,可有100种。ISO标准中统一定义了部分M功能,其他可由系统制造厂家根据控制系统的需要来定义。
     ⑧自诊断功能CNC装置有各种诊断程序,可以防止故障的发生和扩大在故障出现后便于迅速查明故障原因,尽快排除故障。

(2)选择功能

①补偿功能CNC装置可以备有补偿功能,对加工过程中由于刀具磨损或更换,以及机械传动中丝杠螺距误差和反向间隙所引起的加工误差予以补偿
     ②固定循环功能指CNC装置为常见的加工工艺所编制的、可以多次循环加工的功能。该固定循环使用前,要由用户选择合适的切削用量和循环次数数,然后按固定循环约定的功能进行加工
     ③通信功能CNC装置通常备有RS232接口,有的还备有DNC接口,可以按数控格式输入,也可以按二进制格式输入,进行高速传输。O
     ④人机对话编程功能人机对话编程功能不但有助于编制复杂零件的程序而且可以方便编程。
     CNC系统基本工作过程
     CNC系统的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程。下面从输入、译码处理、数据处理、插补运算与位置控制、I/O处理、显示和诊断来说明CNC系统的工作过程。
     (1)输入
     输入CNC系统的有零件加工程序、控制参数、补偿数据。输入的方式有纸带阅读机输入、键盘手动输人、磁盘输入、通信接口输入(串行口)等。输入的信息全部都放在CNC装置的内部存储器中
      (2)译码处理
     译码处理程序将零件程序以一个程序段为单位进行了处理。每个程序段含有零件的轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度信息(F代码)以及其他如换刀、换挡、切削液开关等辅助指令(M、S、T代码)等信息。计算机依靠译码程序识别这些代码符号,并按照一定的语言规则翻译成计算机能够识别的数据形式,并以一定的数据格式存放在指定的内存区间
     (3)数据处理
     数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能处理。刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化为刀具中心轨迹,这是因为轮廓轨迹的出现是靠刀具的运动来实现的,从而大大减轻了编程员的工作量,速度计算是解决该加工程序段以什么样的速度运动的问题。编程所给的刀具移动速度是在各个坐标轴上合成的速度。速度处理首先是根据合成速度来计算各个方向的分速度。此外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断处理。辅助功能如换刀、主轴启停切削液开关等,大部分都是些开关量。辅助功能处理的主要工作是识别标志,在程序执行时发出信号,让机床相应部件执行这些动作。
     (4)插补运算与位置控制
     插补运算与位置控制是CNC系统的实时控制软件。插补程序在每个插补周期运行一次,在每个插补周期中根据指令计算出一个微小的直线段数据。通常经过若干个插补周期加工完一个程序段,即从数据段的起点走到终点。计算机数控系统是一边插补,一边加工的。而在本次处理周期内,插补程序的作用是计算下个处理周期的位置增量。位置控制可以由软件也可以由硬件来实现。它的主要任务是在每个采样周期内,将插补运算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推杆,从而控制机床工作台(或刀具)的位移。这样,机床就能自动按照零件加工程序的要求进行切削加工。
     (5)输入/输出(I/O)处理
     输入/输出处理主要是处理CNC装置和机床之间来往信号的输入、输出和控制

(6)显示

CNC装置显示主要是为操作者提供方便,通常应有零件程序显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。

(7)诊断

这里主要是指CNC系统利用内装诊断程序进行自诊断,主要有启动诊断和在线诊断。启动诊断是指CNC系统每次从通电到进入正常运行准备状态中,系统相应的内装诊断程序通过扫描自动检查系统硬件、软件及有关外设等是否都正常。只有当检查的每个项目都确认正确无误后,整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则CNC将发出报警信息,系统不能投入运行。在线诊断是指在系处于正常运行状态中,由系统相应的内装诊断程序,通过定时中断周期扫描检CNC系统不停电,在线诊断就不会停止。

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