第四章 计数控(CNC)装置.docVIP

第四章 计算机数控 CNC 装置 4.1 概 述 4.1.2 CNC系统的组成 EIA（美国电子工业协会）所属的数控标准化委员会的定义：“CNC是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口”。 ISO（国际标准化组织）的定义：“数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加工零件”。 数控系统分轮廓控制和点位控制系统。 数控系统的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，即数字控制装置。 数控装置有两种类型： 一是完全由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，即NC装置，NC装置是数控技术发展早期普遍采用的数控装置； 二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置，即CNC装置，它是由硬件和软件共同完成或是在硬件的支持下由软件单独实现全部数控功能。 CNC装置具有良好的柔性，它在软件的作用下，可以实现各种NC装置所不能完成的功能，如图形显示、系统诊断、各种复杂的轨迹控制、通信及网络功能等。 从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）、速度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部件 各运动轴 的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。 从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。它们二者是相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分数控功能。 硬件是基础，软件是灵魂。 现在NC装置已基本上被CNC装置所取代。 4.1.3 CNC装置的组成和工作原理 该平台有以下两方面的含义： 提供CNC系统基本配置的必备功能； 在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。 硬件结构：CPU，存储器，总线、外设等。 软件结构：是一种用于零件加工的、实时控制的、特殊的（或称专用的）计算机操作系统。 工作原理：通过各种输入方式，接受机床加工零件的各种数据信息，经过CNC装置译码，再进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动。并进行实时位置反馈控制，使各个坐标轴能精确地走到所要求的位置。 简要工作过程： 工作过程就是指在硬件的支持下，软件完成控制功能的过程。 包括： 1．加工程序的输入 输入CNC装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。输入的形式有光电阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、连接上级计算机的DNC接口输入、网络输入。从CNC装置工作方式看，有存储工作方式输入和手工直接输入（MDI）工作方式。CNC在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。这就是书上所概括的“通过输入接口将加工程序读入系统，并在同时进行代码的整理、校验和转换”。 2．译码 不论系统工作在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息（如起点、终点、直线或圆弧等）、加工速度信息（F代码）和其他辅助信息（M、S、T代码等）按照一定的语法规则解释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专用单元。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。 3．刀具补偿 刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC的零件程序是以零件的轮廓轨迹来编程的，刀具补偿的作用就是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前在比较好的CNC中，刀具补偿的工作还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓的C刀具补偿。我们的教材上是怎么样概括的呢？“利用一定的数学算法将零件轮廓轨迹换成刀具中心轨迹”。 4．对进给速度进行处理 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。所谓的速度处理，首先要做的工作就是按编程所给的合成进给速度计算出各坐标轴方向运动的分速度。另外还要对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判别并处理。在有些CNC装置中，软件自动加减速也是在这里处理的。 5．插补 所谓的插补就是根据加工程序中给出的零件基本几何形状和相关的设计工艺方面的信息，在已知的这些特征点之间插入一些中间点的过程。我们知道，一条曲线是由无数个点组成的，插补的任务呢就是在一条给定起点和终点的曲线上按要求密化构成这条曲线的数据点，即所谓的进行“数据点的密化”。 6．位置处理 位置控制处在伺服回路的位置环上，这部分的工作可以由软件实现，也可以由硬件完成。它的主要任务就是在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机。在位置控制中，通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标轴方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度