第2章计算机数控系统.ppt

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1、1,第二章 计算机数控系统,2,第二章 计算机数控系统,1949年美国Parsons公司首先提出了机床数字控制的概念，1952年美国麻省理工学院研制出了基于电子管和继电器的机床数字控制装置，用于控制铣床系统，它标志着第一代数控机床-电子管数控机床的诞生。20世纪50年代末，第二代数控机床-晶体管数控机床被研制成功。随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控机床-小规模集成电路数控机床。以上为数控机床发展的第一阶段，称为NC阶段，其特点是数控系统的所有功能均由硬件来实现，又称为硬件数控。,3,第二章 计算机数控系统,1970年小型计算机开始用于数控机床，数控机床的发展由此进入第二阶段，即

2、CNC（计算机数字控制）阶段，这是第四代数控机床。1974年微处理器开始用于数控机床，数控机床发展到了第五代，数控机床从性能到可靠性均得到了很大的提高。从20世纪90年代开始，PC机的发展日新月异，基于PC平台的数控系统应运而生，使数控机床发展到了第六代。,4,2.1 认识计算机数控系统的工作过程,数控车床的计算机数控系统,5,FANUC0i-B数控系统,6,2.1 认识计算机数控系统的工作过程,加工中心的计算机数控系统,世纪星数控系统,8,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.1 计算机数控系统的组成,9,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作

3、过程,CNC对零件程序的处理流程图,10,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作过程（1）零件程序的输入 输入方式：光电阅读机输入、磁盘输入、手动键盘输入（即MDI输入方式）、上级计算机的DNC接口输入。,任务1：输入,任务2：读出,输入设备主要有2个任务,11,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作过程（2）译码 将输入的程序段按照一定的规则翻译成数控系统能够识别的数据形式，并按约定的形式存放在指定的译码结果缓冲器中。译码主要包括代码识别和功能解释2大部分。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误系统立即

4、报警。,12,译码处理方式有：1）编译方式：在加工前一次性将整个程序翻译完，并在译码过程中对程序进行语法检查，若有语法错误则报警；2）解释方式：在加工过程中进行译码，即计算机在进行加工控制时，利用空闲时间来对后面的程序段进行译码。,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,13,2.2计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作过程（3）刀具补偿,1）刀具半径补偿CNC装置根据零件轮廓信息和刀具半径值自动计算出刀具中心的运动轨迹，使其自动偏离零件轮廓一个刀具半径值，这种自动偏移计算就称为刀具半径补偿。,14,零件轮廓和刀具中心轨迹,准备功能G代码中的G40用于取消刀补，G

5、41和G42用于建立刀补。,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,15,建立刀具补偿,沿着刀具前进方向看，G41是刀具位于被加工工件轮廓左侧，称为刀具半径左补偿；G42是刀具位于被加工工件轮廓右侧，称为刀具半径右补偿。,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,16,2）刀具长度补偿在数控立式铣床加工中心上，当刀具磨损或更换刀具使Z向刀尖不在原初始加工的编程位置时，必须在Z向进给中，通过伸长或缩短1个偏置值f的办法来补偿其尺寸的变化，以保证加工深度仍然能够达到原设计位置。,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,刀具长度补偿,17,刀具长度补偿由准备功能G43、G44、G49以及H代码指

6、定，其中G43为正向偏置，G44为负向偏置，G49为补偿撤消，H代码指令指示偏置存储器中存储偏置量的地址。G43指令都是将H代码指定的偏置值加到主轴运动指令终点坐标值上去，而G44则相反，它是从主轴运动指令终点坐标值中减去偏置值。在H后跟两位数指定偏置号，在每个偏置号所对应的偏置存储区中，通过键盘预先设置相应刀具的长度补偿值。对应偏置号00即H00的偏置值通常不设置，取为0，这就相当于刀具长度补偿撤消指令G49。,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,18,在右图中，所画刀具实线为刀具实际位置，虚线为刀具编程位置，则刀具长度补偿控制程序如下：设定H01=-4.0(偏置值)N10G91G00

7、G43Z32.0H01；实际Z向将进给32.0+（4.0）=36.0 N20G01Z21.0F500；Z向将从36.0位置进给到57.0位置 N30G00G49Z53.0；Z向将退回到53.0+4.0位置，即返回初始位置,19,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作过程（4）进给速度处理 首先根据合成速度计算各坐标方向上的分速度，速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保证预定的进给速度。,（5）插补 在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和中点之间，按一定的算法分成足够微小的线段，完成程序小线段到终点的“数据点的密化”工作。,20,2.2 计算机数控系

8、统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作过程（6）位置控制 在每个采样周期，将计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用差值去控制进给电机。,（7）I/O处理 强电信号输入输出和计算机一侧弱电信号进行交换与处理，控制如换刀、冷却等应答动作。,21,2.2 计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.2 计算机数控系统的工作过程（8）显示 显示零件加工程序、参数、机床状态、刀具位置、报警信息等,（9）诊断 在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。,22,2.2计算机数控系统的基本组成及其功能,2.2.3CNC系统的功能,控制功能准备功能 插补功能 主轴功能 进给功能 辅助功

9、能 刀具功能 字符显示功能 自诊断功能,补偿功能 固定循环功能 图形显示功能 通信功能 人机对话编程功能,基本功能,选择功能,23,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（1）控制功能 指CNC系统能控制以及能同时联动的进给轴数。移动轴和回转轴：X，Y，Z；A，B，C 基本轴和附加轴：U，V，W,1）二轴联动主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。,24,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（1）控制功能,2）二轴半联动主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期胜进给,25,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（1）控制功能,

10、3）三轴联动一般分为两类，一类就是X、Y、Z 三个直线坐标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等，,球头铣刀铣切三维空间曲面,26,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（1）控制功能,3）三轴联动 另一类是除了同时控制 X、Y、Z 中两个直线坐标外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了纵向（Z轴）、横向（X轴）两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围绕 Z 轴旋转的主轴（C轴）联动。,车削中心C轴功能示意图(a)C轴定向时，在圆柱面或端面上铣槽;(b)C轴、Z轴进给插补，在圆柱面上铣螺旋槽；(c)C轴、X轴进给插补，在端面上铣螺旋槽;(d)C轴、X轴

11、进给插补，铣直线和平面,27,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（1）控制功能,4）四轴联动 同时控制 X、Y、Z 三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动，右图所示为同时控制 x、Y、Z 三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床。,28,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（1）控制功能,5）五轴联动 除同时控制 X、Y、Z 三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这这些直线坐标轴旋转的 A、B、C 坐标轴中的两个坐标轴，这时刀具可以被定在空间的任意方向。,29,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（2）准备功能 也称为G功能，指定机床动作方式。,30,2.2.3

12、 CNC数控系统的功能,1、基本功能（3）插补功能一般有直线和圆弧插补功能，高档数控系统有抛物线插补、螺旋线插补等。,一般数控系统加工二次曲线等，零件轮廓节点图。,31,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（4）主轴功能指数控系统控制主轴转速的功能，一般由S和数值组成。,（5）进给功能 F和其后数字指定，包括切削进给速度、同步进给速度、进给倍率。,（6）辅助功能指定主轴的起停和转向，冷却液接通与断开等，用M指令指定。,32,2.2.3 CNC数控系统的功能,1、基本功能（7）刀具功能 选择刀具，实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。,（8）字符显示功能,（9）自诊断功能,33,2.2.

13、3 CNC数控系统的功能,2、选择功能（1）补偿功能,（2）固定循环功能 CNC系统为典型的加工工序编写固定循环加工指令的功能，可以简化编程。,（3）图形显示功能,（4）通信功能,（5）人机对话编程功能,34,2.3 CNC系统的硬件结构,硬件是构成计算机数控装置的基础，它决定了数控装置的基本功能。按电路板的插接方式可分为大板式结构和功能模块式结构；按微处理器的个数可分为单微处理器结构和多微处理器结构；按CNC装置的开放程度可分为封闭式结构、个人计算机式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构。,35,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,1单微处理器结构 指在CNC装置中只有1个微处理器（

14、CPU），工作方式是集中控制，分时处理数控系统的各项任务，如存储、插补运算、输入输出控制、CRT显示等。,初期的 CNC 系统和现有一些经济型 CNC 系统采用单微处理机结构。多微处理机结构可满足数控机床高进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要求，也适应于并入 FMS 和 CIMS 运行的需要，从而得到了迅速的发展，它反映了当今数控系统的新水平.,36,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,1单微处理器结构,单微处理器结构框图,37,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,结构特点结构简单，容易实现。其功能将受到微处理器字长、数据寻址能力和运算速度等因素的限制。,38,2.3.1 单微处理器与多

15、微处理结构,2多微处理器结构 CNC装置中有2个或2个以上微处理器。一般采用2种结构形式:紧耦合结构：由各微处理器构成处理部件，处理部件之间采取紧耦合方式，有集中的操作系统，共享资源。松耦合结构：由各微处理器构成功能模块，功能模块之间采取松耦合方式，有多重操作系统，可以有效地实行并行处理。,39,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,2多微处理器结构 特点 1）性能价格比高。2）采用模块化结构具有良好的适应性和扩展性。3）可靠性高。4）硬件易于组织规模生产。,40,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,2多微处理器结构（1）多微处理器CNC装置的功能模块 CNC管理模块。CNC插补模块。PLC

16、模块。位置控制模块。存储器模块。操作面板监控和显示模块。,41,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,（2）多微处理器CNC装置的2种典型结构 共享总线结构 以系统总线为中心，把各种功能模块划分为带有CPU的各种主模块和不带CPU的各种从模块。,系统总线作用是有效地连接各个模块，并按照要求交换各种数据和控制信息，从而构成一个完整的系统。在系统中只有主模块有权控制并使用系统总线。,42,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,共享总线结构 按照CPU之间相互关系的不同，可分为：（a）分布式总线结构 各微处理器之间均通过一条外部的通信链路连接在一起。,（b）主从式总线结构 只有一个主CPU，对整个装

17、置的资源有控制权和使用权；而其他带有CPU的功能部件则只能接受主CPU的控制命令或数据，或发出请求信息以获得所需的数据。,43,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,总线裁决通常有两种：串行方式；按连接顺序决定优先级的高低。并行方式：判别主模块优先级的高低需配置一个专用逻辑电路，一般采用优先权编码方案。,共享总线结构（c）多主结构 有两个或两个以上带CPU的功能部件对装置资源有控制权和使用权。通过总线仲裁器解决争用总线的问题，通过公共存储器交换装置内的信息。,44,FANUC15系统的共享总线结构,45,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,共享总线结构 支持共享总线结构有：STD总线（支持8

18、位和16位字长）、MULTIBUS总线（：8位；：16位）、S-100总线（16位）、VERSA总线（32位）以及VME总线（32位）等。,共享总线结构优点：系统配置灵活、结构简单、容易实现、造价低、可靠性高。,46,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,共享存储器结构 采用多端口存储器来实现CPU之间的互连和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口访问，由专门的多端口控制逻辑电路解决访问的冲突。,2.3.1 单微处理器与多微处理结构,FAGOR8025系统共享存储器多CPU系统,48,2.3.2 CNC结构,1、大板式结构 CNC装置可由主电路板、位置控制板、PLC板、图形控制板

19、和电源单元等组成，插在大印刷电路板上的插槽内而共同构成CNC装置。,大板式结构示意图,FANUC 6MB结构示意图,50,2.3.2 CNC结构,2、模块式结构 将整个CNC装置按功能的不同划分为若干个模块，硬件和软件的设计都采用模块化设计方法，用户只需按需要选用各种控制单元母板及所需功能模板，并将各功能模板插入控制单元母板的槽内，就搭成了自己需要的CNC系统控制装置。,特点：可以积木式组成CNC，设计简单、有良好的适应性和扩展性，试制周期短、调整维护方便、效率较高。,功能模块式结构的全功能型数控车床系统框图,52,2.3.3 个人计算机式结构,以工业PC机作为CNC装置的支撑平台，再由各数控

20、机床制造厂根据数控的需要，插入控制卡和数控软件，来构成相应的CNC装置的。,以工业PC机为技术平台的数控系统框图,53,2.3.4 NC嵌入PC式结构,由开放体系结构运动控制卡和工业控制机（IPC）构成。运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡，主要完成机床的三轴运动，控制面板开关量的控制。工控机主要实现系统的管理功能。,54,2.3.5 软件型开放式结构,一种最新开放体系结构的数控系统。能提供给用户最大的选择和灵活性。CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺

21、服驱动和外部IO之间的标准化通用接口。具有最高的性能价格比，因而最有生命力。,PA 8000 L2 The Allrounder CNC,55,2.4 CNC系统的软件结构,2.4.1 CNC系统的软硬件界面,4种典型CNC系统的软硬件界面,56,2.4.2 多任务并行处理技术,1、数控系统的多任务性及并行处理方式 CNC系统软件必须完成管理和控制两大任务，这就是CNC系统的多任务性。多任务并行处理技术的运用是数控系统控制软件的重要特征。主要采用资源分享和资源重叠的流水线处理技术。,CNC系统软件构成框图,57,2.4.2 多任务并行处理技术,2、资源分时共享 在单CPU的CNC系统中，主要采

22、用CPU分时共享的原则来解决多任务的同时进行处理的问题，使多个用户按时间顺序使用同一套设备。对各任务使用CPU是用循环轮流和中断优先相结合的方法来解决。,典型CNC系统多任务分时共享CPU,58,2.4.2 多任务并行处理技术,3、指令的执行方式 一条指令执行完后，后续指令的衔接方式有三种：顺序方式、重叠方式和流水方式。,顺序方式,重叠方式,流水方式,59,2.4.3 实时中断处理,CNC系统控制软件的另一个重要特征是实时中断处理。CNC系统的中断管理主要靠硬件完成，而系统的中断结构决定了系统软件的结构。,1、中断类型1）外部中断2）内部定时中断3）硬件故障中断4）程序性中断,60,2.4.3

23、 实时中断处理,2、中断结构模式 1）前后台型软件结构 前台程序是一个中断服务程序，它几乎承担了系统的全部实时功能（如插补、位控等），而调度管理和人机交互则在背景程序中完成。背景程序是一个循环运行程序，在其运行过程中，前台实时中断程序不断插入，共同完成数控加工任务。,61,2.4.3 实时中断处理,2、中断结构模式 2）中断型软件结构 除了初始化程序之外，系统软件中所有任务模块均被安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统。由中断管理系统对各级中断服务程序按照中断优先级的高低实施调度管理。,62,2.4.3 实时中断处理,在数控系统中，中断优先级共分8级，0级最低，7级最高，

24、除了第4级为用硬件中断来完成报警功能外，其余均为软件中断。,表2.1 数控系统各级中断及其主要功能,63,2.5 数控系统的插补原理,2.5.1 概述,1、基本概念 插补就是根据零件的轮廓尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，在已知的这些特征点之间插入一些中间点的过程。换言之，就是数据点的密化过程。,绝大多数CNC系统都具有直线和圆弧插补功能，高档数控系统还具有椭圆、抛物线、螺旋线等复杂线型的插补功能。在NC系统中，插补器由数字电路组成，称为硬件插补；在CNC系统中，插补器功能由软件来实现，称为软件插补。,64,对插补器的基本要求：1）插补所需的原始数据较少；2）有较高的插补精度，插补结果无累积误

25、差，局部偏差不能超过允许的误差；3）沿着进给线路的进给速度恒定且符合加工要求；4）硬件线路简单、可靠，软件插补算法简捷，计算速度快。,2.5.1 概述,65,2、插补方法的分类,2.5.1 概述,1）基准脉冲插补又称脉冲增量插补，通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。脉冲当量是脉冲分配计算的基本单位，根据加工的精度选择，普通机床取0.01mm，较为精密的机床取1m。,有逐点比较法、数字积分法及一些改进方法。实现方法较简单，容易用硬件实现，也可用软件完成，仅适用于一些中等精度（0.01mm）或中等速度（13m/min）的数控系统。,66,2）

26、数据采样插补算法,2.5.1 概述,数控装置产生的不是单个脉冲，而是数字量。根据数据加工程序编写的进给速度，先将零件轮廓曲线按插补周期分割为一系列首尾相连的微小直线段，然后输出这些微小直线段对应的位置增量数据，用以控制伺服系统实现坐标轴进给。适用于闭环、半闭环的直流或交流伺服电动机为驱动装置的位置采样控制系统中。,67,2.5 数控系统的插补原理,2.5.2 逐点比较法,基本原理逐点比较刀具与编程轮廓之间的相对位置，根据比较结果决定下一步的进给方向，使刀具向减小偏差的方向进给，而且每次只有一个方向进给，周而复始，直至全部结束，从而获得一个非常接近于编程轮廓的轨迹。,68,逐点比较法插补过程 第

27、1拍：偏差判别。判别刀具当前位置相对于编程轮廓的偏离情况，以决定进给方向。第2拍：进给。控制相应坐标轴进给一步，使刀具向编程轮廓靠拢，以减小偏差。第3拍：偏差计算。计算新的偏差，作为下一次偏差判别的依据。第4拍：终点判别。判别刀具是否到达终点，若已到达终点，则停止插补；否则继续循环，直至到达终点。,2.5.2 逐点比较法,逐点比较法插补流程,69,1、逐点比较法直线插补,动点与直线之间的关系,2.5.2 逐点比较法,第象限直线OE，起点O为坐标原点，终点为E(Xe，Ye)，动点坐标为Ni(Xi，Yi)。,（1）偏差判别 设经过i次插补后，当前刀具在Ni(Xi，Yi)点。若Ni正好在直线OE上，

28、则,即,若Ni在直线OE的上方,则,即,偏差判别函数,71,（2）进给方向 进给方向由偏差判别的结果决定，即 当Fi0时，向X轴正向进给一步（+X）；当Fi0时，向Y轴正向进给一步（+Y）。（3）偏差计算 开始时，刀具位于直线的起点O，因此F0=0。设经过i次插补后，当前刀具在Ni(Xi，Yi)点，偏差函数FiXeYi-YeXi。,2.5.2 逐点比较法,72,若Fi0，则进给+X，到达Ni+1(Xi+1，Yi)点，从而Fi+1XeYi+1-YeXi+1 XeYi-Ye(Xi+1)XeYi-YeXi-Ye Fi-Ye,若Fi0，则进给+Y，到达Ni+1(Xi，Yi+1)点，从而 Fi+1XeY

29、i+1-YeXi+1 Xe(Yi+1)-YeXi XeYi-YeXi+Xe Fi+Xe,2.5.2 逐点比较法,（4）终点判别 每进给一步，都要进行一次终点判别。常用方法有 总步长法 先求出总步数，每插补一次，总步数减一，到零时即表示已到达终点。,投影法 先求出终点坐标绝对值较大作为计数值，当终点较大轴进给时就从计数值减一，到零表示已到终点。终点坐标法 取直线终点坐标分别作为计数单元，如果进给+X方向，则1减一，进给+Y方向，则2减一，均到0才表示到终点位置。,74,例2.1 设要加工第I象限直线OE，起点在原点，终点为E(3，5)，试用逐点比较法进行插补。解 总步数0=|Xe|+|Ye|=|

30、3|+|5|=8。开始时刀具处于直线起点，即在直线上，所以F0=0。插补运算过程列于表2.1中。,2.5.2 逐点比较法,表2.1 直线插补运算过程,直线插补轨迹图,2.5.2 逐点比较法,逐点比较法直线插补流程,（5）4象限直线插补 将第I、象限内的直线分别记为L1、L2、L3、L4；对于起点不在原点的直线，可以采用坐标平移的方法使其起点在原点。,4象限直线插补进给方向,79,2.5.2 逐点比较法,2、逐点比较法圆弧插补 在圆弧加工过程中，刀具与编程圆弧之间的相对位置可用动点到圆心的距离大小来反映。假设编程轮廓为第象限逆圆弧SE，圆心为0(0，0)，半径为R，刀具动点坐标为Ni(Xi，Yi

31、)。,第象限逆圆弧与动点间的关系,80,（1）偏差判别 设经过i次插补后，当前刀具在Ni(Xi，Yi)点，则通过比较Ni点到圆心的距离与圆弧半径的大小，就可反映出动点与圆弧之间的相对位置关系。取FiX2i+Y2i-R2为圆弧插补时的偏差函数，则有：当Ni正好落在圆弧SE上 即FiX2i+Y2i-R2=0 当Ni落在圆弧SE外侧时 即FiX2i+Y2i-R20；当Ni落在圆弧SE内侧时 即FiX2i+Y2i-R20。,2.5.2 逐点比较法,（2）进给方向 当F0时，向-X轴方向进给一步（-X）；当F0时，向+Y轴方向进给一步（+Y）。,（3）偏差计算 开始时，刀具位于直线的起点O，因此F0=0

32、。设经过i次插补后，当前刀具在Ni(Xi，Yi)点，对应偏差函数为FiXi2+Yi2-R2。若Fi0，则进给+Y，到达Ni+1(Xi，Yi+1)点，从而 Fi+1Fi+2Yi+1 若Fi0，则进给-X，到达Ni+1(Xi-1，Yi)点，从而 Fi+1Fi-2Xi+1,82,（4）终点判别 对于仅在一个象限内的圆弧，仍然可以采用直线插补终点判别的3种方法，只是公式稍有不同：总步长法=|Xe-Xs|+|Ye-Ys|投影法 max(|Xe-Xs|，|Ye-Ys|)终点坐标法 1=|Xe-Xs|；2=|Ye-Ys|式中，(Xs，Ys)为圆弧起点坐标，(Xe，Ye)为圆弧终点坐标。,83,例2.2 设要

33、加工第象限逆圆弧SE，起点S(4，3)，终点为E(0，5)，试用逐点比较法进行插补。解：总步数 0=|Xe-Xs|+|Ye-Ys|=|0-4|+|5-3|=6；开始时刀具处于起点S(4，3)处，所以F0=0；插补运算过程列于表2.2中。,2.5.2 逐点比较法,表2.2 第I象限逆圆弧插补运算过程,第I象限逆圆弧插补轨迹图,第I象限逆圆弧逐点比较法插补流程图,87,（5）4象限圆弧插补 用“S”表示顺圆弧，用“N”表示逆圆弧，可获得8种圆弧形式，4个象限的顺圆弧可表示为SR1、SR2、SR3、SR4；4个象限的逆圆弧可表示为NR1、NR2、NR3、NR4。,2.5.2 逐点比较法,4象限圆弧插

34、补进给方向,88,2.6 辅助功能与PLC,早期的可编程控制器只能实现简单的逻辑控制，称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。随着电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器除实现逻辑控制外，还可实现模拟量、运动和过程的控制及数据处理等。1980年，美国电气制造协会将它正式命名为可编程控制器（Programmable Controller，PC）。作用：控制包括机床主轴运动部件的变速、换向、启动和停止指令，刀具的选择、交换指令，冷却液的开和停，润滑装置的启动和停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等辅助动作及防护、照明等各种辅助装置

35、。,89,一、PLC的结构组成、工作原理,2.6.1 PLC在数控机床中的应用,1、PLC的硬件结构,PLC的基本结构框图,90,1)系统程序系统程序包括监控程序、编译程序和诊断。系统程序由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接存取和干预。,2.6.1 PLC在数控机床中的应用,2、PLC的软件系统,2)用户程序用户程序是用户根据现场控制的需要用PLC程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制的要求。用户程序由用户用编程器输入到PLC内存。,91,3、PLC的工作原理用户程序通过编程器输入到用户存储器，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行。,2.6.1 PLC在数控机床中的应用,P

36、LC扫描执行用户程序的三个阶段,二、PLC的类型及特点 1)内装型PLC 内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC之间信号的传送在CNC装置内部就可完成，而PLC与机床侧的信息传送则要通过输入/输出接口来完成。,内装型PLC的CNC系统,93,内装型PLC特点：(1)内装型PLC实际上可看做是带有PLC功能的CNC装置。(2)系统硬件和软件整体结构十分紧凑，PLC所具有的功能针对性强，技术指标较合理、实用，较适合用于单台数控机床等场合。,2.6.1 PLC在数控机床中的应用,(3)在系统结构上，内装型PLC既可以与CNC共用一个CPU，也可以单独使用一个CPU，此时的PLC对外有单独配置的

37、输入/输出电路。（4）采用内装型PLC，扩大了CNC内部直接处理的通信窗口功能，可以使用梯形图的编辑和传送等高级控制功能，提高了CNC的性能价格比。,2）独立型PLC又称通用型PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能独立完成规定控制任务的装置。,独立型PLC的CNC系统,95,独立型PLC特点：（1）独立型PLC本身就是一个完整的计算机系统，具有CPU、EPROM、RAM、I/O接口及编程器等外部设备通信接口和电源等。（2）独立型PLC的I/O模块种类齐全，其输入点数可通过增减I/O模块灵活配置。（3）与内装型PLC相比，独立型PLC功能更强。,2.6.1 PLC在数控机

38、床中的应用,96,1、辅助功能M,2.6.2 M、S、T功能的实现,根据不同的M代码，可控制主轴的正反转及停止，主轴齿轮箱的变速，切削液的开、关，卡盘的夹紧和松开，以及自动换刀装置，机械手取刀和归刀等运动。辅助功能通常用M00M99的指令指定。CNC装置送出M代码进入PLC，经PLC的译码处理后，输出对应的开关量0或1来控制相应动作的开/关和启/停。,97,2、主轴功能S,2.6.2 M、S、T功能的实现,CNC装置送出S代码进入PLC，经过PLC内的DA变换和限位控制后，输出10V模拟电压给主轴电动机伺服系统。为了提高主轴转速的稳定性，增大转矩，调整转速范围，还可增加12级机械变速挡。主轴换挡一般通过PLC的M代码功能来实现。,98,3、刀具功能T,2.6.2 M、S、T功能的实现,自动换刀控制方式有固定存取换刀方式和随机存取换刀方式，它们分别采用刀套编码制和刀具编码制。,99,本章小结,CNC系统的工作过程和功能CNC硬件结构中典型的2大结构单微处理器和多微处理器结构CNC系统的软件结构 逐点比较法插补原理PLC在数控机床中的应用,