《《数控原理与数控系统》-电子教案-夏伯雄 第06章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《数控原理与数控系统》-电子教案-夏伯雄 第06章（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章：经济型数控系统,学习目标 ：,主要介绍经济型 数控系统的软硬件组成的功能说明及结构特点。数控系统是数控 机床的核心部分，是数控机床的大脑。其发展过程经历了硬件数控系统（NC）和计算机 软件系统（CNC），目前数控机床所采用的数控系统均为CNC系统。根据CNC功能水平 的不同，往往将数控系统分为高、中、低三档；而从价格、功能、使用等综合指标考虑， 又将CNC分为经济型数控系统和标准型数控系统。通过本章学习，应该掌握以下内容： 掌握基于单片机微处理器CNC装置的硬件组成 掌握插补的概念，了解插补常用分类方法,6.1 经济型数控系统的 硬件组成,6.1.1 经济型数控系统的一般结构,（1）微
2、机：主要包括CPU、EPROM、RAM、I/O接口等电路。 （2）驱动：由步进驱动装置与步进电动机构成。在经济型数控系统中，步进电动机一般为功率步进电动机。 （3）开关量控制电路：负责机床侧输入/输出开关及机床操作面板与微机的连接，涉及M、T、S指令的执行。 （4）主轴控制：由主轴电动机及主轴驱动装置组成。 （5）通信接口：一般指RS-232C接口，完成数控系统与微机的通信。 （6）软件系统：由系统软件与应用软件构成。,6.1.1 经济型数控系统的一般结构,图6-1 经济型数控系统的结构,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,微处理器是CNC系统的核心部件，可采用单微机系统或多微机系统，其主要
3、职责是完成CNC的控制与计算。 1微处理器类型的选取 （1）常用的微处理器芯片 1）通用微处理器：8086 、Z80 、M6800等,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,微处理器是CNC系统的核心部件，可采用单微机系统或多微机系统，其主要职责是完成CNC的控制与计算。 1微处理器类型的选取 （1）常用的微处理器芯片 2）单片微计算机机 ：MCS-48 、MCS-51 、MCS-96系列等,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,微处理器是CNC系统的核心部件，可采用单微机系统或多微机系统，其主要职责是完成CNC的控制与计算。 1微处理器类型的选取 （1）常用的微处理器芯片 3）位片式逻辑：AM
4、D公司的AM2900系列和Intel公司的3000系列,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,2Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （1）MCS-51单片机的结构特点。 1）集成度高 2）存储空间大 3）指令系统功能强 4）运算速度快,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,2Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （1）MCS-51单片机的结构特点。 5）片内实现的输入/输出功能强 6）可靠性高,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,2Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （2）MCS-51单片机的类型 MCS-51系列有3种产品即8051、8751和8031 （
5、3）MCS-51系列的定时器/计数器和中断MCS-51系列单片机有相当强的实时控制能力,6.1.2 经济型数控系统的微处理器,2Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （4）MCS-51系列的引脚及其功能,图6-3 8051单片机逻辑示意图,6.1.3 经济型数控系统的存储器,1存储器的分类,6.1.3 经济型数控系统的存储器,2常用的半导体存储器芯片 （1）常用的ROM芯片 ：EPROM芯片有2716（2K8）、2732A（4K8)、2764（8K8）、27128（16K8）、27256（3ZK8）、27512（64K8）等,6.1.3 经济型数控系统的存储器,2常用的半导体存储器芯
6、片 （2）常用的RAM芯片。常用的静态RAM芯片6116（2K8）、6264（8K8）、62256（32K8）等。,6.1.3 经济型数控系统的存储器,3存储器的构成方式 （1）用所选的芯片构成所需字长和容量的存储体，其地址线和数据线分别接入系统的地址和数据总线，读/写控制接系统控制总线中的对应信号线。 （2）对未接入芯片的高位地址线进行译码，产生各个芯片的片选信号，并将它们连接到对应芯片的片选端。,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,1I/O寻址方式 （1）独立寻址I/O （2）存储器映射I/O,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,2数据传送方式 （1）程序查询方式 （2）中断方式,
7、6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,3I/O接口的基本组成部分 （1）地址译码 （2）工作方式控制电路 （3）状态检测电路 （4）数据缓冲和格式转换电路 （5）信息的形式转换电路,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,4常用I/O接口芯片8255 （1）8255的内部结构,8255内部结构框图,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,4常用I/O接口芯片8255 （2）8255的工作方式 ：方式0 、方式1 、方式2,以方式1工作的A口,以方式1工作的B口,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,4常用I/O接口芯片8255 （2）8255的工作方式 ：方式0 、方式1 、方式2,以方式
8、2工作的A口,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,4常用I/O接口芯片8255 （3）机床控制I/O部件的实现 1）应具有更高的可靠性 2）能在计算机与输入输出装置之间进行必要的信息形式的转换,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,4常用I/O接口芯片8255 （3）机床控制I/O部件的实现,经济型数控机床控制I/O,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,1光电隔离电路 （1）光电隔离电路的作用和构成 （2）常用光耦合器的工作原理,（a）普通型,（b）高速型,（c）达林顿输出型,（d）晶闸管输出型,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,1光电隔离电路 （3）典型的光隔离电路,光电隔离
9、电路,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,2信息转换电路,软转换步进电机控制组成原理,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,2信息转换电路,模拟量输入电路的构成,6.1.4 经济型数控系统的I/O接口,2信息转换电路,交流电动机控制回路,6.1.5 经济型数控系统的辅助电路及变频主轴驱动,主轴驱动有直流驱动和交流驱动。数控系统中的微机根据数控程序中的S（主轴转速）指令求出主轴转速给定值，并将给定值传送给主轴驱动装置。当采用交流变频方式时，频率给定主要有两种方式：一种为模拟量给定，另一种为数字量给定，当用模拟量给定转速时，可将微机输出的数字量经D/A 转换、隔离及放大滤波后送到变频器，当用
10、数字量给定转速时，可直接经8255A输出，经隔离后送至变频器。,6.2 经济型数控系统的软件组成,6.2.1 经济型数控系统的软件结构,经济型数控系统的软件主要完成系统的监测与控制功能，主要包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。CNC系统控制软件是一系列完成各种各样功能的程序的集合，它是CNC系统的重要组成部分。,数控软件的功能模型,6.2.1 经济型数控系统的软件结构,1CNC控制软件的组成 下图显示了典型的CNC系统控制软件的组成形式。一个CNC系统控制软件主要由以下几个部分组成： 系统总控程序。 零件加工程序的输入、输出管理。 零件加工程序的编辑。,6.2
11、.1 经济型数控系统的软件结构,1CNC控制软件的组成 下图显示了典型的CNC系统控制软件的组成形式。一个CNC系统控制软件主要由以下几个部分组成： 机床手动调整的控制。 零件加工程序的解释与执行。 插补计算。 伺服控制。 系统自检。,6.2.1 经济型数控系统的软件结构,1CNC控制软件的组成 下图显示了典型的CNC系统控制软件的组成形式。一个CNC系统控制软件主要由以下几个部分组成：,CNC系统控制软件的组成,6.2.2 经济型数控系统的系统总控程序,（1）系统的初始化 （2）命令处理循环,系统总控程序的框图,6.2.3 零件加工程序的输入和输出管理,这部分程序完成零件加工程序的输入和输出
12、功能 零件程序输入：（1）光电阅读机（2）键盘输入 零件程序存储 ：零件加工程序在零件程序存储器在零件程序存储器中设有一个零件存储目录表，该表由若干表项组成，每一个表项说明一个零件加工程序在零件程序存储器中的位置。通常一个表项由3部分信息组成：零件程序名、该程序在零件程序存储器中的起始地址、该程序在零件程序存储器中的终止地址或者程序的长度。,6.2.3 零件加工程序的输入和输出管理,这部分程序完成零件加工程序的输入和输出功能 零件加工程序输出：CNC系统一般有两种零件加工方式：一种是纸带工作方式，另一种是存储器工作方式。对于前者，CNC是逐段读入零件加工程序，送入程序缓冲器，然后对程序缓冲器中
13、的程序段解释执行。在存储器工作方式下，CNC则从零件程序存储器中逐段取出零件加工程序再送入程序缓冲器。,6.2.3 零件加工程序的输入和输出管理,这部分程序完成零件加工程序的输入和输出功能 零件加工程序运行方：在输入的加工程序中，含有零件的轮廓信息、要求的加工速度及一些辅助信息（如主轴正、反转、停，换刀，切削液开、关等），这些信息在微机进行插补运算与控制操作之前必须翻译成机器所能识别的代码，即译码，在软件设计时常采用编译方式。,6.2.3 零件加工程序的输入和输出管理,这部分程序完成零件加工程序的输入和输出功能 数据处理：主要包括刀具补偿、速度计算及辅助功能的处理等，刀具补偿可以采用B刀补或C
14、刀补，从工艺角度来看C刀补较好C刀补由于计算复杂，运算时间较长，因此将刀补计算一次完成，得出刀具中心轨迹，运行时就可以不再进行刀具补偿运算了，对于要求不高的场合，可舍去刀补计算。速度计算主要是决定该加工数据段应采用什么样的速度来加工。,6.2.4 零件加工程序的编辑,常用的编辑功能包括插入、删除、查找、移动等。一般可将编辑的方式归纳为行编辑和全屏幕编辑,6.2.5 机床的手动调整控制,这部分程序提供了在手动调整状态下通过机床操作面板控制机床动作的功能。机床手动调整动作包括：各坐标轴运动、主轴运转、刀架的转位、冷却泵的开停等,6.2.6 零件加工程序的解释和执行,完成零件加工任务的基本模块，也是
15、最体现CNC控制软件特点的程序。它的基本任务就是根据零件加工程序实现零件的轨迹加工。一个零件加工程序由一个个程序段（或称数控指令）组成，因此零件加工的过程就是对一个个程序段解释执行的过程。一个加工程序段的解释执行包括取得程序段、程序译码、完成程序段中可能指定的M/S/T功能、对轨迹加工类程序段进行数据预处理、插补计算、伺服控制等步骤。图6-23所示是对零件加工程序段解释执行的框图。,6.2.6 零件加工程序的解释和执行,6.2.7 插补计算,执行插补计算的插补程序是根据数学模型而编制的一种运算处理程序。它的作用是决定在所要求的进给长度程序结束处理数控机床各坐标轴进给的规律,6.2.8 伺服控制
16、,伺服控制程序是根据插补程序的结果经适当计算直接输出去控制执行元件的动作,6.2.9 系统管理诊断程序,该程序检测CNC系统各个硬件部件功能的正确性，指示可能存在的故障的位置与性质，它的存在有助于操作人员定位故障部件、缩短系统维护时间、提高系统的可靠性。 （1）管理程序 （2）诊断程序,6.3 经济型数控系统举例,车床经济型数控系统主要为开环控制数控系统 。 开环数控车床的主要技术指标有： （1）两轴联动。 （2）ISO国际数控标准格式代码编程。 （3）快速定位，直线、圆弧插补。 （4）故障自诊断功能。 （5）最大编程尺寸999.9gmm，最大进给速度6m/min。 （6）脉冲当量：Z向0.01mm/脉冲，X向0.005mm/脉冲。 图6-23给出了一个以8031单片机实现的微机系统的原理图。为了说明主要部分的实现方方法，这里仅包括了CPU、存储器和部分I/O接口，实际的数控计算机要比这复杂得多。,6.3.1 单片机控制的数控系统硬件组成,（1）CPU、存储器。该系统的CPU采用了8031单片机 （2）人机接口
