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      CNC數控系統的硬件結構組成

      時間:2020-05-27 22:47 點擊次數:

      CNC系統的硬件結構

      一.單微處理機結構

      這種結構只有1個微處理機,采用集中控制、分時方法處理數控的各個任務。有的CNC裝雖有2個以上的微處理機,但其中只有1個微處理機能夠控制系統總線,占有總線資源,而其他微處理機成為專用的智能部件,不能控制系統總線,不能訪問主存儲器,它們組成主從結構(如FNUC—6系統)。這類結構也屬于單微機結構。

      在這種中微機結構中,所有的數控功能和管理功能都由1個微機來完成,因此CNC裝置的功能將受到微處理器的字長、數據寬度、尋址能力和運算速度等因素的影響和限制。

       

      二.CNC系統軟件的組成與功能

      下圖所示為CNC系統軟件的組成。CNC系統軟件可分為管理軟件與控制軟件兩部分。管理軟件包括零件程序的輸入、輸出,顯示,診斷和通信功能軟件:控制軟件包括譯碼、刀具補償、速度處理、插補運兌和位置控制等功能軟件。

      CNC系統軟件的組成

      1.輸入程序

      輸入程序的功能有兩個:一是把零件程序從閱讀機或鍵盤經相應的緩沖器輸入到零件程序存儲器;二是將零件程序從零件程序存儲器取出送入緩沖器。

      2.譯碼程序

      在輸入的零件加工程序中,含有零件的輪廓信息(線型,起點、終點坐標值)、工藝要求的加工速度及其他輔助信息(換刀、冷卻液開/關等)。這些信息在計算機作插補運算與控制操作之前,需按一定的語法規則解釋成計算機容易處理的數據形式,并以一定的數據格式存放在給定的內存專用區間,即把各程序段中的數據根據其前面的文字地址送到相應的緩沖寄存器中。譯碼就是從數控加工程序緩沖器或MDI緩沖器中逐個讀入字符,先識別出其中的文字碼和數字碼,然后根據文字碼所代表的功能,將后續數字碼送到相應譯碼結果緩沖器單元中。

      3.數據處理程序

      數據處理程序有三個任務,即刀具半徑補償,速度計算(即根據合成速度算出各軸的分速度)以及輔助功能的處理等。

      刀具半徑補償是把零件的輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡:速度計算確定加工數據段的運動速度,開環系統根據給定進給速度F計算出頻率f,而閉環、半閉環系統則根據F算出位移量(△L);輔助功能處理足指換刀,主軸啟動、停止,冷卻液開、停等輔助功能的處理(即M,S,T功能的傳送及其先后順序的處理)。

      數據處理是為了減輕插補丁作及速度控制程序的負擔,提高系統的實時處理能力,故也稱為預計算。下面將著重介紹刀具半徑補償,速度處理將在插補計算程序中的預計算部分介紹,輔助功能的處理將在后面的相關內容中介紹。

      (1)刀具半徑補償的概念

      在連續進行輪廓加工過程中,由于刀具總有一定的半徑[例如銑刀的半徑或線切割機的鑰絲(或銅絲)半徑等],所以刀具中心運動軌跡并不等于加工零件的輪廓。如下圖所示,在進行內輪廓加工時,要使刀具中心偏移零件的內輪廓表面一個刀具半徑值,而在進行外輪廓加工時,要使刀具中心偏移零件的外輪廓表面一個刀具半徑值。這種偏移即稱為刀具半徑補償。

      刀具半徑補償的概念

      為了分析問題方便ISO標準規定,當刀具中心軌跡在編程軌跡(零件輪廓)前進方向的左邊時,稱為左刀補,用G41指令代碼表示,圖中所示零件輪廓內部的虛線軌跡。反之,當刀具處于編程軌跡前進方向的右邊時,稱右刀補,用G42表示,如圖中所示零件輪廓外部的虛線軌跡。當不需要進行刀補時,用G40表示。G41,G42和G40均屬于模態代碼,一旦執行便一直有效,直到同組其他代碼出現后才被取消。

      (2)C功能刀具半徑補償

      ①C刀具半徑補償的原理及計算硬件數控機床常用的刀具半徑補償方法,其主要特點是在程序段轉換時(如折線或直線與圓弧不相切時)采用圓弧過渡。這種方法在拐角處銑刀刃與工件間的接觸產生一停頓時間,工藝性不好,不適合3坐標以上的刀具半徑補償。理想的過渡形式應是直線過渡形式??梢?,這種刀補方法追免了刀具在尖角處的停頓現象。計算機數控的刀具半徑補償一般都采用直線過渡的方法,在系統程序中有一個刀具半徑補償子程序,需要時可調用之。

       

      4.插補計算程序

      插補計算是CNC系統中最重要的計算工作之一。NC裝置中采用的是硬件電路(即插補器)來實現各種軌跡的插補。為了在軟件系統中計算所需的插補軌跡,這些數字電路必須由計算機的程序來模擬。計算機由若干條指令來實現插補工作,但執行每條指令都需要花費一定的時間,而過去小型或微型計算機的計算速度都+能滿足數控機床對進給速度和分辨率的要求。在實際的CNC系統中,常采用數據采樣的插補方法,將插補功能分割成軟件插補和硬件插補兩部分,控制軟件把刀具軌跡分割成若干段,而硬件電路再在段的起點和終點之間進行數據的“密化”,使刀具軌跡控制在允許的誤差之內。即軟件實現粗插補,硬件實現細插補。

       

      5.伺服(位置)控制軟件

      伺服位置控制軟件的主要功能是對插補值進行處理(取全值或取其半值),計算出位置的命令值,同時讀一次實際的反饋值,然后計算出命令值與反饋值間的差值(稱為位置跟隨誤差),再乘上增益系數,并加上補償景從而得到速度命令值。

       

      6.輸出程序

      輸出程序的功能有如下幾項:

      (1)進行伺服控制,如上所述。

      (2)反向間隙補償處理反向間隙值由程序預置。若某一軸由正向變成負向運動,則在反向前輸出Q個正向脈沖;反之,若由負向變成正向運動,則在反向前輸出Q個負向脈沖(Q為反向間隙,因實際情況而異)。

      (3)進行絲杠螺距誤差補償(方法見后面相關內容)

      (4)M,S,T輔助功能的輸出M,S,T代碼大多是開/關量控制,由機床強電執行。

       

      7.管理程序

      當一個數據段開始插補加工時,管理程序即準備下一個數據段的讀入、譯碼、處理,調用各功能子程序,準備好下一段數據。一旦本數據段加工完畢便立即開始下一段插補。為數據輸入、處理及切削加工過程服務的各個程序均由管理程序進行調度。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故陣信號等引起的中斷進行處理。

       

      8、診斷程序

      完善的診斷程序可以防止故障的發生或擴大,在故障出現后,還可以迅速查明故陣的類型和部位,減少故障停機時間。

      診斷分多種情況,有啟動診斷、在線診斷、停機診斷、遠程通信診斷等。

       


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