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1、第三章第三章 CNC装置及其接口装置及其接口数控加工程序数控加工程序程序译码（或解释）程序译码（或解释）几何数据：几何数据：X,Y,Z,A工艺数据：工艺数据：F,S,G.插补插补调节器调节器反馈位置处理反馈位置处理开关命令开关命令M,TPLC换刀、切削液开换刀、切削液开/关关同步同步X,Y,Z一、一、CNC机床主要工作过程机床主要工作过程1 1、数控加工程序、数控加工程序、数控加工程序、数控加工程序示例示例示例示例N010N010 G91 G01G91 G01 X50 Y60X50 Y60 F200F200 S400S400 T01 M03T01 M03 ；程程程程序序序序段段段段号号号号准准
2、准准备备备备功功功功能能能能尺尺尺尺寸寸寸寸指指指指令令令令进进进进给给给给速速速速度度度度指指指指令令令令主主主主轴轴轴轴转转转转速速速速指指指指令令令令辅辅辅辅助助助助指指指指令令令令程程程程序序序序段段段段结结结结束束束束符符符符程序段、几何数据、工艺数据、辅助开关命令程序段、几何数据、工艺数据、辅助开关命令存存储储信信息息输输入入译译码码预处理预处理插补插补位置控制位置控制位置反馈位置反馈伺服放大伺服放大PLC处理处理I/O电机电机机机 床床二、二、 CNC装置控制流程装置控制流程输入输入译码译码预处理预处理插补插补位置控制位置控制I/O处理处理显示显示诊断诊断三、三、CNC装置所具备
3、的功能装置所具备的功能基本基本（核心）（核心）功能功能是数控系统必备的功能，如控制是数控系统必备的功能，如控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能等。等。选择选择（可选）（可选）功能功能是供用户根据不同机床的特点和是供用户根据不同机床的特点和用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、通信功能和人机对话编程功能等。通信功能和人机对话编程功能等。 1基本功能基本功能控制功能控制功能 控控制制功功能能是是指指
4、CNC装装置置控控制制各各类类转转轴轴的的功功能能，其其功功能能的的强强弱弱取取决决于于能能控控制制的的轴轴数数以以及及能能同同时时控控制制的的轴数（即联动轴数）多少。轴数（即联动轴数）多少。 控控制制轴轴有有移移动动轴轴和和回回转转轴轴、基基本本轴轴和和附附加加轴轴。控控制制轴轴数数越越多多，尤尤其其是是联联动动轴轴数数越越多多，CNC装装置置（系系统）就越复杂，编制程序也越困难。统）就越复杂，编制程序也越困难。准备功能准备功能 准备功能也称准备功能也称G功能，用来指定机床的动作方式，功能，用来指定机床的动作方式，包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、包括基本移动、程序暂停、平面选择、
5、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等指令。它用字母指令。它用字母G和其后的两位数字表示。和其后的两位数字表示。G00至至G99，不同数控系统差别较大。，不同数控系统差别较大。插补功能插补功能进给功能进给功能 进给功能用进给功能用F指令直接指定各轴的进给速度。指令直接指定各轴的进给速度。1）切切削削进进给给速速度度 以以每每分分钟钟进进给给距距离离的的形形式式指指定定刀刀具具切切削削速速度度，用用字字母母F和和其其后后的的数数字字指指定定。ISO标标准准中中规规定定F1F5位。字母位。字母F后的数字代表进给速度的位数。后的数字代表进给
6、速度的位数。2）同同步步进进给给速速度度 以以主主轴轴每每转转进进给给量量规规定定的的进进给给速速度度，单位为单位为mm/r。3）快快速速进进给给速速度度 数数控控系系统统规规定定了了快快速速进进给给速速度度，它它通通过过参参数数设设定定，用用 G00指指令令执执行行快快速速，还还可可用用操操作作面面板上的快速倍率开关分档。板上的快速倍率开关分档。 主轴功能主轴功能 主主轴轴功功能能是是指指定定主主轴轴转转速速的的功功能能，用用字字母母S和和其其后后的的数数值值表表示示。单单位位为为r/min或或mm/min。主主轴轴转转向向用用M03（正正向向）和和M04（反反向向）指指定定。机机床床操操作
7、作面面板板上上设设置置主主轴轴倍倍率率开开关关，可可以以不不修修改改程程序序改改变变主主轴轴转转速。速。辅助功能辅助功能 辅辅助助功功能能是是用用来来指指定定主主轴轴的的起起停停转转向向、冷冷却却泵泵的的开开关关等等功功能能，用用字字母母M和和其其后后的的两两位位数数字字表表示示。ISO标准中辅助功能有标准中辅助功能有M00至至M99。刀具功能刀具功能 刀具功能是用来选择刀具的功能，用字母刀具功能是用来选择刀具的功能，用字母T和其后和其后的的2位或位或4位数字表示。位数字表示。 字符图形显示功能字符图形显示功能 CNC装置可配置单色或彩色不同尺寸的装置可配置单色或彩色不同尺寸的CRT或或液晶显
8、示器，通过软件和接口实现字符和图形显示。液晶显示器，通过软件和接口实现字符和图形显示。可以显示程序、参数、补偿值、坐标位置、故障信可以显示程序、参数、补偿值、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形等。息、人机对话编程菜单、零件图形等。自诊断功能自诊断功能 CNC装置中设置了故障诊断程序，可以防止装置中设置了故障诊断程序，可以防止故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明故障类型及部位，减少故障停机时间。故障类型及部位，减少故障停机时间。 不同的不同的CNC装置诊断程序的设置不同，可以装置诊断程序的设置不同，可以设置在系统运行前或故障停机后诊断故障的
9、部设置在系统运行前或故障停机后诊断故障的部位。还可以进行远程通信完成故障诊断。位。还可以进行远程通信完成故障诊断。 2选择功能选择功能补偿功能补偿功能 在加工过程中，由于在加工过程中，由于刀具磨损或更换刀具刀具磨损或更换刀具，以，以及及机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙等，将使等，将使实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致，实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致，造成加工误差。造成加工误差。CNC装置的补偿功能是把刀具长度装置的补偿功能是把刀具长度或半径的补偿量、螺距误差和反向间隙误差的补偿或半径的补偿量、螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入它的存储器，
10、存储器就按补偿量重新计算刀量输入它的存储器，存储器就按补偿量重新计算刀具运动的轨迹和坐标尺寸，加工出符合要求的零件。具运动的轨迹和坐标尺寸，加工出符合要求的零件。 固定循环功能固定循环功能 用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如钻孔、镗孔、深孔钻削、攻螺纹等，所需完成的动作钻孔、镗孔、深孔钻削、攻螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储在内存中，用在内存中，用G代码进行指令，形成固定循环功能。代码进行指令，形成固定循环功能。固定循环功能可以大大简化程序编制。固定循环功能可以大
11、大简化程序编制。 通信功能通信功能 CNC装装置置通通常常具具有有RS232C接接口口，有有的的还还配配置置有有DNC接接口口，可可以以连连接接多多种种输输入入、输输出出设设备备，实实现现程程序序和和参参数数的的输输入入、输输出出和和存存储储。有有的的CNC装装置置可可以以与与MAP（制制造造自自动动化化协协议议）相相连连，接接入入工工厂厂的的通通信信网网络络，以适应以适应FMS、CIMS的要求。的要求。（4）人机对话编程功能）人机对话编程功能 有的有的CNC装置可以根据蓝图直接编程，编程员只装置可以根据蓝图直接编程，编程员只需输入表示图样上几何尺寸的简单命令，就能自动需输入表示图样上几何尺寸
12、的简单命令，就能自动的计算出全部交点、切点和圆心坐标，生成加工程的计算出全部交点、切点和圆心坐标，生成加工程序。有的序。有的CNC装置可以根据引导图和说明显示进行装置可以根据引导图和说明显示进行对话式编程。对话式编程。（5）宏程序）宏程序 有的有的CNC装置还备有用户宏程序，用户宏程序是装置还备有用户宏程序，用户宏程序是用户根据用户根据CNC装置提供的一套编程语言装置提供的一套编程语言宏程序宏程序编程指令，自己编写的一些特殊加工子程序，使用编程指令，自己编写的一些特殊加工子程序，使用时由零件主程序调入，可以重复使用。未受过编程时由零件主程序调入，可以重复使用。未受过编程训练的操作工人都能用此很
13、快进行编程。训练的操作工人都能用此很快进行编程。 四、四、CNC装置的硬件结构装置的硬件结构（一）单微处理器结构（一）单微处理器结构CNC装置装置微微处处理理器器CPUEPROM机床机床总总 线线RAM存储器存储器I/O接口接口MDI/CRT接口接口PLC串口及通讯接口串口及通讯接口位置控制位置控制数控面板数控面板CRT速度控制单元速度控制单元电机电机集中控制，分时处理方式完成数控的各项任务。集中控制，分时处理方式完成数控的各项任务。四、四、CNC装置的硬件结构装置的硬件结构（二）多微处理器结构（二）多微处理器结构CNC装置装置1.基本功能模块基本功能模块2.（1）CNC管理模块，管理和组织整
14、个管理模块，管理和组织整个CNC系统工系统工作作3.（2）CNC插补模块，预处理：译码、刀补、坐标量插补模块，预处理：译码、刀补、坐标量计算、速度处理，插补计算：为各个坐标轴提供位计算、速度处理，插补计算：为各个坐标轴提供位置给定值。置给定值。4.（3）位置控制模块，进行位置给定值与检测器测得）位置控制模块，进行位置给定值与检测器测得的位置实际值比较。的位置实际值比较。 采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能模块。务，形成特定的功能模块。四、四、CNC装置的硬件结构装置的硬件结构（二）多微处理器结构（二）多微处理器结构CNC装置装置1
15、.基本功能模块基本功能模块2.（4）存储模块）存储模块3.（5）PLC模块，对零件程序中的开关功能和机床侧模块，对零件程序中的开关功能和机床侧来的信号进行逻辑处理，实现机床电气设备的启、来的信号进行逻辑处理，实现机床电气设备的启、停，刀具交换，主轴速度控制，转台分度等。停，刀具交换，主轴速度控制，转台分度等。4.（6）指令、数据的输入）指令、数据的输入/输出及显示模块输出及显示模块四、四、CNC装置的硬件结构装置的硬件结构2. 共享总线结构共享总线结构CNC管理模管理模块（块（CPU）主存储器主存储器模块模块操作面板操作面板显示模块显示模块CNC插补模插补模块（块（CPU）PLC功能模功能模块
16、（块（CPU）位置控制模位置控制模块（块（CPU）系统总线系统总线 总线的作用是把各模块有效地连接在一起，按总线的作用是把各模块有效地连接在一起，按照标准协议交换各种数据和控制信息设置。照标准协议交换各种数据和控制信息设置。 总线仲裁电路，各模块的优先级别不同。总线仲裁电路，各模块的优先级别不同。四、四、CNC装置的硬件结构装置的硬件结构3. 共享存储器结构共享存储器结构来自机床的来自机床的控制信号控制信号I/O（CPU1）输到机床的输到机床的控制信号控制信号共享存共享存储器储器CRT（CPU4）轴控制轴控制（CPU3）插补插补（CPU2） 采用多端口存储器来实现各微处理器之间的连接与采用多端
17、口存储器来实现各微处理器之间的连接与信息交换。信息交换。 设置多端口控制逻辑电路解决访问的冲突。设置多端口控制逻辑电路解决访问的冲突。（三）（三） 开放式开放式CNC装置装置(1)专门专门CNC装置装置 专门厂商设计、制造，专用性强、布局合理、系专门厂商设计、制造，专用性强、布局合理、系统封闭、没有通用性，硬件之间彼此不能交换，各厂统封闭、没有通用性，硬件之间彼此不能交换，各厂商的产品不能互换，与通用计算机不能兼容，维修、商的产品不能互换，与通用计算机不能兼容，维修、升级困难，费用高。升级困难，费用高。Siemens、Fanuc。（2） 开放式开放式CNC装置装置 模块化的、可重构的、可扩充的
18、通用数控系统，模块化的、可重构的、可扩充的通用数控系统，以工业以工业PC机作为机作为CNC装置的支撑平台，各专业厂再装置的支撑平台，各专业厂再装入自己的控制卡和数控软件。装入自己的控制卡和数控软件。计算机系统位置控制板PLC控制板数控装置控制软件通讯接口板特殊功能模块 硬件硬件主要由微处理器、存储器、位置控制、输主要由微处理器、存储器、位置控制、输入入/ /输出接口、可编程控制器、图形控制、电源等模输出接口、可编程控制器、图形控制、电源等模块组成。块组成。CNC(计算机数控系统计算机数控系统)由硬件和软件组成由硬件和软件组成 COMMMC-CPUCNC-CPU主模块主模块(主主CPU)伺服装置
19、伺服装置人机控制模块人机控制模块通信模块通信模块PLC-CPUPLC输入输入/输出输出数控面板数控面板键盘键盘手轮手轮控制线控制线控制线控制线RS-232C数据处理数据处理计算机计算机终端终端内部系统总线内部系统总线二、二、 计算机数控系统内部构成示意图计算机数控系统内部构成示意图BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗 ZEND 瑌WHOME瘆 TPgDn瓆 OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停 主轴反转
20、急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开/关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警-+手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YX它是操作人员与数控装它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。置进行信息交流的工具。组成：工程面板、状态组成：工程面板、状态灯、按键阵列（功能与灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显计算机键盘一样）和显示器。示器。三、操作面板三、操作面板华中世纪星车床操作面板华中世纪星车床操作面板数控车床界面数控车床界面 注意：各种界面互不
21、相同注意：各种界面互不相同计算机数控系统计算机数控系统软件由软件由管理软件管理软件和和控制软件控制软件组成：组成： 管理软件管理软件指零件加工程序的输入输出、系统的显示功能和指零件加工程序的输入输出、系统的显示功能和诊断功能。诊断功能。控制软件控制软件则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、位置控制和速度控制。位置控制和速度控制。计算机数控系统计算机数控系统软件软件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 CNCCNC软件结构模式有两种：软件结构模式有两种：1. 1. 前后台型软件结构前后台型软件结构 前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器器CNCCNC系统。前台程序为实时中断程序，后台程序主系统。前台程序为实时中断程序，后台程序主要用来完成准备工作和管理工作。要用来完成准备工作和管理工作。三三CNC系统的软件结构系统的软件结构2. 中断型软件结构中断型软件结构 中断型软件结构没有中断型软件结构没有前后台之别，除初始化前后台之别，除初始化程序外，根据各控制模程序外，根据各控制模块实时要求不同，将控块实时要求不同，将控制程序安排成不同级别制程序安排成不同级别的中断服务程序。的中断服务程序。
