1、第二章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),第一節(jié) 概 述,第二節(jié) CNC的結(jié)構(gòu),第三節(jié) CNC的信息處理過程,第四節(jié) PLC與數(shù)控機(jī)床的輔助功能,思考題,第五節(jié) FANUC數(shù)控系統(tǒng),第六節(jié) 開放式CNC,第一節(jié) 概 述,一、CNC數(shù)控機(jī)床CNC是數(shù)控機(jī)床的核心。CNC數(shù)控機(jī)床由以下幾部分組成：加工程序、輸入/輸出設(shè)備、CNC裝置、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)床。,CNC數(shù)控機(jī)床的組成框圖,加工程序,輸入/輸出設(shè)備,C

2、NC裝置,可編程控制器,主軸驅(qū)動(dòng)裝置,進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置,機(jī)床,,,,,,,,,,,,,CNC數(shù)控機(jī)床的組成,二、CNC的組成,從自動(dòng)控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。它

3、們二者是相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持下，由軟件來實(shí)現(xiàn)部分或大部分?jǐn)?shù)控功能。硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。,,CNC裝置的組成,該平臺有以下兩方面的含義：提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開發(fā)。,CNC裝置的組成,CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖,CNC的軟件系統(tǒng)組成框圖,系統(tǒng)軟件,管理軟件,程序輸入輸出,顯示,診斷,控制軟件,刀具補(bǔ)償,速度控制,插

4、補(bǔ)運(yùn)算,位置控制,譯碼,,,,,三、CNC的工作過程,工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過程。包括：1．加工程序的輸入2．譯碼3．刀具補(bǔ)償 4．對進(jìn)給速度進(jìn)行處理 5．插補(bǔ),6．位置處理 7．Ｉ/Ｏ處理 8．顯示 9．診斷,CNC單元,四、CNC的功能,CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。基本功能——數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，

5、即必備功能；選擇功能——用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。,1．對軸數(shù)的控制功能,控制功能 —— CNC能控制和能聯(lián)動(dòng)控制的進(jìn)給軸數(shù)。 CNC的進(jìn)給軸分類： 移動(dòng)軸（X、Y、Z）和回轉(zhuǎn)軸（A、B、C）； 基本軸和附加軸（U、V、W）。聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。,2．點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)與移動(dòng)功能(G功能 ),準(zhǔn)備功能（G功能） —— 指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。如：基本移動(dòng)、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償

6、、基準(zhǔn)點(diǎn)返回和固定循環(huán)等。,3．插補(bǔ)功能,插補(bǔ)功能——　插補(bǔ)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運(yùn)算的功能。,4．固定循環(huán)加工功能,固定循環(huán)功能——　固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。,5．進(jìn)給功能 (F功能 ),進(jìn)給功能——　進(jìn)給速度的控制功能。進(jìn)給速度—— 控制刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min。同步進(jìn)給速度—— 實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位

7、為 mm/r?？焖龠M(jìn)給速度—— 一般為進(jìn)給速度的最高速度，它通過參數(shù)設(shè)定，用G00指令執(zhí)行快速。 進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率）——人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度。,6．主軸的轉(zhuǎn)速功能,主軸功能—— 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。主軸轉(zhuǎn)速——主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r/min。恒線速度控制——刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。主軸定向控制——主軸周向定位于特定位置控制的功能。C軸控制——主軸周向任意位置控制的功能。主軸修調(diào)率—

8、—人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。,7．刀具功能及工作臺分度功能,刀具管理功能——實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功能使用；刀具壽命是指時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；CNC系統(tǒng)都具有刀具號（T）管理功能，用于標(biāo)識刀庫中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。,8．輔助功能(M功能 ),輔助功能（M功能）—— 用于指令機(jī)床輔助操作的功能。如：主軸起停、主軸轉(zhuǎn)向、切削液的開

9、關(guān)或刀庫的起停等。,9．補(bǔ)償功能,補(bǔ)償功能刀具半徑和長度補(bǔ)償功能： 實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。傳動(dòng)鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。非線性誤差補(bǔ)償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利用模型實(shí)施在線補(bǔ)償。,10．字符和圖形顯示功能,人機(jī)對話功能在CNC裝置中這類功能有：菜單結(jié)構(gòu)操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；系

10、統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。,11．自診斷功能,自診斷功能——　CNC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。開機(jī)自診斷；在線自診斷；離線自診斷；遠(yuǎn)程通訊診斷。,12．輸入、輸出和通信功能,通訊功能—— CNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。RS232C接口，可傳送零件加工程序，DNC接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控，MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)模塊，網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。,13

11、．程序編制功能,手工編程背景（后臺）編程 自動(dòng)編程利用CAM系統(tǒng)，可以在線完成和修改零件的三維模型圖設(shè)計(jì)，并可以通過網(wǎng)絡(luò)直接傳給機(jī)床進(jìn)行加工。,五、CNC的特點(diǎn),1．具有比NC更高的柔性2．具有良好的通用性 3．?dāng)?shù)控功能不斷增強(qiáng)和擴(kuò)展 4．可靠性越來越高 5．方便了系統(tǒng)的維修和使用 6．易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化,,第二節(jié) CNC的結(jié)構(gòu),一、CNC的硬件結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組

12、成。,1.單微處理器的CNC,單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個(gè)微處理器作為核心，這個(gè)CPU通過總線連接存儲器和各種接口，采用集中控制、分時(shí)處理的方法來完成諸如輸入/輸出、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等各種任務(wù)。這種系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu)都比較簡單。單微處理器CNC的結(jié)構(gòu)是以微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，微處理器和三總線結(jié)構(gòu)、I/O接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接口等；另外還包括了機(jī)床的控制部分。,CPU,外部存儲設(shè)備接口,RS-232接

13、口,人機(jī)交互接口,選件接口,,ROM,RAM,PLC接口,位控單元,位控單元,位控單元,位控單元,,,,,速度控制單元,D/A轉(zhuǎn)換電路,,,,,,,,,,,,,M,M,M,M,,,,,M、S、T,,,,,,,微機(jī)系統(tǒng),機(jī)床的控制部分,X軸 Y軸 Z軸 主軸,總線,,,典型的單微處理器裝置結(jié)構(gòu)框圖,單微處理器CNC特點(diǎn),⑴ CNC裝置內(nèi)只有一個(gè)微處理器，對存儲、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入/輸出控制、CR

14、T顯示等功能實(shí)現(xiàn)集中控制分時(shí)處理。⑵ 微處理器通過總線與存儲器、輸入/輸出控制等接口電路相連，構(gòu)成CNC裝置。⑶ 結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。,2.多微處理器的CNC,⑴ 多微處理器CNC的優(yōu)點(diǎn) ① 較高的性價(jià)比；② 適應(yīng)能力強(qiáng)；③ 可靠性高；④ 易于組織規(guī)?；a(chǎn)。,⑵ 多微處理器的CNC主要功能模塊,① CNC管理模塊 ；② CNC插補(bǔ)模塊 ；③ 位置控制模塊 ；④ PLC模塊 ；⑤ 人機(jī)接口模塊 ；⑥ 存儲器模塊 。

15、,⑶ 多微處理器的CNC結(jié)構(gòu),共享總線結(jié)構(gòu)在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座的機(jī)框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能。共享存儲器結(jié)構(gòu)在這種多微處理器結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲器來實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個(gè)端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當(dāng)微處理器數(shù)量增多時(shí)，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?/p>

16、降低系統(tǒng)效率。,共享總線結(jié)構(gòu)框圖,共享存儲器結(jié)構(gòu)框圖,3.CNC的接口,⑴紙帶的光電閱讀機(jī)接口⑵輸入/輸出（I/O）接口①進(jìn)行必要的信號隔離②進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大③數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換⑶通信接口,軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系關(guān)系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的。特點(diǎn)：硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理

17、速度相對較慢。軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是——軟件硬件功能界面劃分。功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比,二、CNC的軟件結(jié)構(gòu),,,輸 入,預(yù)處理,位置檢測,插補(bǔ)運(yùn)算,位置控制,速度控制,伺服電機(jī),,,,,,,,程序,,,,,,,,,,,,,,,,,,,硬件,硬件,硬件,硬件,硬件,軟件,軟件,軟件,軟件,軟件和硬件的功能界面幾種劃分,Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ,1．CNC的軟、硬件界面,2．CNC的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn),

18、⑴ CNC裝置的多任務(wù)并行處理 CNC的任務(wù)并行處理示意圖,輸入,顯示,控制,I/O,診斷,,,,,,,,,,,譯 碼刀具補(bǔ)償速度處理,位置控制,插 補(bǔ),,,,,,⑵ 前后臺型軟件結(jié)構(gòu),,前臺程序故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算,……,后臺程序譯 碼刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理輸入/輸出顯示,,,,,,,,,,,,中斷執(zhí)行,循環(huán)執(zhí)行,前后臺程序運(yùn)行關(guān)系圖,前后臺型結(jié)構(gòu)模式的特

19、點(diǎn),任務(wù)調(diào)度機(jī)制: 優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度。前臺程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。信息交換:緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。實(shí)時(shí)性差。在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先級等級、 也無搶占機(jī)制。 該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。,⑶ 中斷型軟件結(jié)構(gòu),中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,n,中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn),任務(wù)調(diào)度機(jī)制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：緩沖區(qū)。

20、實(shí)時(shí)性好。由于中斷級別較多（最多可達(dá)8級），強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務(wù)程序中。模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。 80～90年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。,,,加工程序,譯 碼,,,,,,譯碼緩沖區(qū),,,,,刀補(bǔ)處理,,,,,,刀補(bǔ)緩沖區(qū),,,,,速度預(yù)處理,,,,,,插補(bǔ)緩沖區(qū),,,,,插補(bǔ)處理,,,,,,運(yùn)行緩沖區(qū),,,,,,伺服驅(qū)動(dòng),位控處理,,,,,位置反饋,PLC控制,,,

21、,,第三節(jié) CNC的信息處理過程,,,CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖,1.輸入過程 零件程序的輸入過程流程圖2.鍵盤輸入,,,,送出譯碼,,,外存或通信接口,零件程序緩沖區(qū),MDI鍵盤,MDI緩沖區(qū),零件程序存儲區(qū),,,,,,,,,,一、輸入,二、存儲,目錄區(qū) 零件程序區(qū),零件程序存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖,三、譯碼,定義：譯碼程序是以程序段為單位對信息進(jìn)行處理，把

22、其中的各種工件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)，直線和圓弧）、加工速度F和其它輔助信息（M.S.T）依照計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤立即報(bào)警。方法：解釋和編譯。 內(nèi)容：整理和存放。1）不按字符格式的整理與存放方法。2）保留字符格式的整理與存放。1.代碼的識別2.功能碼譯碼,開始,讀取緩沖器中的字符,處理數(shù)字代碼,處理N代碼,處理G代碼,處

23、理X代碼,處理Y代碼,＜10H?,=10H?,=11H?,=12H?,=13H?,無法識別、錯(cuò)誤處理,結(jié)束,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Y,N,N,N,N,Y,N,Y,Y,Y,軟件識別代碼的流程圖,四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理,1．刀具補(bǔ)償定義：將編程時(shí)工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。種類：長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償。,2．速度處理,（1）進(jìn)給速度計(jì)算開環(huán)系統(tǒng):速度通過控制向步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。速度計(jì)算的方法是根

24、據(jù)程編的F值來確定該頻率值。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工速度計(jì)算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。,開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)給速度的計(jì)算,VS,VS,脈沖的頻率決定進(jìn)給速度。 為脈沖當(dāng)量，單位：mm ，則兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，各坐標(biāo)軸速度為:

25、 合成速度（即進(jìn)給速度）V為,,,,,,,（2）進(jìn)給速度控制,VS,VS,常用的控制方法：計(jì)時(shí)法 用于脈沖增量插補(bǔ)。時(shí)鐘中斷法 用軟件控制每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的插補(bǔ)次數(shù)，達(dá)到速度控制的目的。積分法,,,,,,,,,,,3．插補(bǔ),根據(jù)速度倍率值計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量；計(jì)算新的坐標(biāo)位置；將合成位移分解到各個(gè)坐標(biāo)方向，得到各個(gè)坐標(biāo)軸的位置控制指令。插補(bǔ)程序的實(shí)時(shí)性 。,1．計(jì)算新的指令坐標(biāo)位置 X2新 =

26、 X2舊 + Δx2 Y2新 = Y2舊 + Δy22．計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)位置 X1新 = X1舊 + Δx1 Y1新 = Y1舊 + Δy13．計(jì)算位置控制輸出值 Δx3 = X2新 - X1新 Δy3 = Y2新 – Y1新位置控制是強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)，所有計(jì)算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等于插補(bǔ)周期，也可以是插補(bǔ)周期的整數(shù)分之一。,4 位置控制

27、,,第四節(jié) PLC與數(shù)控機(jī)床的輔助功能,一、PLC1．PLC的基本組成和工作原理⑴ 硬件系統(tǒng) ⑵ 軟件系統(tǒng),接收現(xiàn)場信號,輸入部件,外設(shè)接口,擴(kuò)展接口,輸出部件,電源,運(yùn)算器,控制器,,微處理器,RAM用戶程序,EPROM系統(tǒng)程序,盒式磁帶機(jī),,驅(qū)動(dòng)受控元件,I/O擴(kuò)展單元,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,存儲器,打印機(jī),EPROM寫入器,PLC或上位計(jì)算

28、機(jī),編程器,,,,,,,,通用型PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖,PLC 程序執(zhí)行過程圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,輸 入 端 器 件,輸 入 映 象,,,,,,,,元 件 映 象 寄 存,輸 出 鎖 存,,,,,,,輸 入 端 器 件,,,,,輸 入,輸 出,,,,,,輸入采樣階段,輸出刷新階段,程序執(zhí)行階段,⑶ PLC的基本控制原理,2．PLC的特點(diǎn)：,⑴ 可靠性高 ⑵ 編程簡單，使用方便 ⑶ 靈活性好 ⑷ 直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力

29、強(qiáng) ⑸ 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 ⑹ 網(wǎng)絡(luò)通信,3．?dāng)?shù)控機(jī)床用PLC,⑴ 數(shù)控機(jī)床PLC的控制對象,數(shù)控裝置、可編程控制器、機(jī)床之間的關(guān)系圖,CNC、PLC、機(jī)床之間的信號處理過程,CNC裝置→機(jī)床：CNC裝置?CNC裝置的RAM ?PLC的RAM中。PLC 軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對內(nèi)裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機(jī)床；對獨(dú)立型PLC，其RAM中已處

30、理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機(jī)床。,機(jī)床→CNC裝置,對于內(nèi)裝型PLC，信號傳送處理如下：從機(jī)床輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)?CNC裝置的RAM ? PLC的RAM。PLC的軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時(shí)傳送到CNC裝置的RAM中。 CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。 對于獨(dú)立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進(jìn)行上述的第2步，以下均相同。,PLC 、CNC 、

31、機(jī)床間的信息交換,PLC ? CNC的信號：主要有機(jī)床各坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)信號，M、S、T功能的應(yīng)答信號等。PLC ? 機(jī)床的信號：主要是控制機(jī)床執(zhí)行件的執(zhí)行信號，如電磁鐵、接觸器、繼電器的動(dòng)作信號以及確保機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)的信號及故障指示。機(jī)床 ? PLC的信息：主要有機(jī)床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信息，其中包括機(jī)床的起動(dòng)、停止，機(jī)械變速選擇，主軸正/反轉(zhuǎn)、停止，冷卻液的開/關(guān)，各坐標(biāo)的點(diǎn)動(dòng)和刀架、夾盤的松/夾等信號，以及上述各部件的限位開

32、關(guān)等保護(hù)裝置、主軸伺服保護(hù)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備等信號。,⑵ 數(shù)控機(jī)床PLC的形式,按結(jié)構(gòu)形式分類：內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC（或稱集成式、內(nèi)含式）。它是為數(shù)控設(shè)備順序控制而設(shè)計(jì)制造的專用PLC。獨(dú)立型（Stand-alone Type）PLC ，或稱為“通用型”PLC它是適應(yīng)范圍較廣、功能齊全、通用化程度較高的PLC。按規(guī)模分類：小型：輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)512點(diǎn),PLC的規(guī)模及其應(yīng)用,① 內(nèi)裝型PLC,此類

33、是CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來設(shè)計(jì)，稱為內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC（或稱集成式、內(nèi)含式）。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分，它與CNC中CPU的信息交換是在CNC內(nèi)部進(jìn)行的。這種類型的PLC一般不能獨(dú)立工作，它是CNC裝置的一個(gè)功能模塊，是CNC裝置功能的擴(kuò)展，兩者是不能分離的。在硬件上，內(nèi)裝型PLC既可與CNC裝置共用一個(gè)CPU，如西門子的SINUMERIK810、820等

34、數(shù)控系統(tǒng)；也可以是單獨(dú)的CPU，如FANUC的0系統(tǒng)和15系統(tǒng)、美國A-B公司的8400系統(tǒng)和8600系統(tǒng)等。,由于CNC裝置的功能和PLC的功能在設(shè)計(jì)時(shí)就統(tǒng)一考慮，因而這種類型的PLC在硬件和軟件的整體結(jié)構(gòu)上合理、實(shí)用，性能價(jià)格比高，適用于類型變化不大的數(shù)控機(jī)床。由于PLC與CNC之間的連線較少，且PLC內(nèi)的信息也能通過CNC裝置的顯示器顯示，使PLC的編程更為方便，而且故障診斷的功能也有提高，從而提高了CNC系統(tǒng)的可靠性。,① 內(nèi)裝

35、型PLC,,NC,PLC,I/O電路,,,伺服驅(qū)動(dòng)單元,主軸驅(qū)動(dòng)單元,強(qiáng)電電路,機(jī)床操作面板,MDI/CR面板,進(jìn)給電動(dòng)機(jī),主軸電動(dòng)機(jī),輔助動(dòng)作換 刀冷 卻排 屑,,,,,,,,,,,,,內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)框圖,CNC裝置,② 獨(dú)立型PLC,此類是由專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)順序控制，稱為獨(dú)立型（Stand-alone Type）PLC ，或稱為“通用型”PLC。獨(dú)立型PLC是獨(dú)立于CNC裝置的，它具有完備的硬件和

36、軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。在數(shù)控機(jī)床選用獨(dú)立型PLC時(shí)，主要考慮能滿足以下要求：輸入/輸出信號接口技術(shù)規(guī)范、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序存儲容量以及運(yùn)算和控制功能等。由于這種類型PLC的生產(chǎn)廠家較多，品種、類型豐富，使用戶有較大的選擇余地，可以選擇自己熟悉地產(chǎn)品，而且其功能的擴(kuò)展也較方便。獨(dú)立型PLC與CNC裝置之間是通過輸入/輸出接口連接的。國內(nèi)已引進(jìn)應(yīng)用的獨(dú)立型PLC有：西門子公司的SIMATIC S5、S7系列產(chǎn)品；A-B公司

37、的PLC系列產(chǎn)品；FANUC公司的PMC-J系列產(chǎn)品等。,獨(dú)立型PLC結(jié)構(gòu)框圖,,NC,PLC,,伺服驅(qū)動(dòng)單元,主軸驅(qū)動(dòng)單元,強(qiáng)電電路,機(jī)床操作面板,MDI/CRT面板,伺服電動(dòng)機(jī),主軸電動(dòng)機(jī),輔助動(dòng)作換刀冷卻排屑,,,,,,,,,,I/O電路,I/O電路,I/O電路,,,,,PLC裝置,二、數(shù)控機(jī)床的輔助功能,1．?dāng)?shù)控機(jī)床的輔助功能是指數(shù)控機(jī)床的冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能。對于加工中心類的數(shù)控機(jī)床還有刀庫的管理功能。2．?dāng)?shù)

38、控機(jī)床的輔助功能的控制就是數(shù)控機(jī)床的冷卻、潤滑的啟停；控制工件和機(jī)床部件的松開、夾緊；控制分度工作臺的轉(zhuǎn)位等。對于加工中心類數(shù)控機(jī)床還有刀庫中選擇刀具和交換刀具。輔助功能的控制還可以由PLC來完成。,,第五節(jié) FANUC數(shù)控系統(tǒng),一、FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹二、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)三、FANUC系統(tǒng)典型系列1．0系列 2．10/11/12系列 3．15系列 4．16系列 5．18系列,FANUC數(shù)控系統(tǒng)（顯示器及操作

39、面板）,FANUC 系列 150i B型數(shù)控裝置,,第六節(jié) 開放式CNC,一、概述計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展和普及先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求CNC開發(fā)周期和開發(fā)成本的要求PC文化的滲入二、開放式CNC的定義目前可以認(rèn)為開放式CNC就是指PC-NC。它是指在機(jī)械加工專用的CNC中，引入PC所具有的開放特性和文化，達(dá)到CNC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造的開放性、通用性和模塊化。,FMS,CIMS,三、開放式CNC的基本結(jié)構(gòu),1．PC的特點(diǎn)⑴ 中央處

40、理器的可選性 ⑵ PC采用標(biāo)準(zhǔn)的總線和模塊化結(jié)構(gòu) ⑶ 通用和標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng) ⑷ 豐富的軟硬件資源和眾多開發(fā)商的支持 ⑸ 性能價(jià)格比高,2．PC-NC的基本組成,PC-NC的基本組成框圖,PC系統(tǒng),伺服控制系統(tǒng),數(shù)字輸入輸出DIO,伺服驅(qū)動(dòng),伺服電動(dòng)機(jī),,,,,硬件配置單元,軟件配置單元,標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)硬件,數(shù)控系統(tǒng)基本硬件,,,,,,數(shù)控功能應(yīng)用程序,DOS(WINDOWS),實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTM,應(yīng)用程序接口,,

41、,,,,NC構(gòu)件庫,,,,,,,,,,,,,開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu),3．PC-NC系統(tǒng)的構(gòu)成方式,⑴ 連接PC的CNC ⑵ 內(nèi)部加裝PC的CNC ⑶ 裝入PC系統(tǒng)的CNC ⑷ 軟件控制型CNC的所有處理功能都由PC完成，PC通過安裝在擴(kuò)展槽中的接口卡來完成對伺服驅(qū)動(dòng)等的控制。上面幾種基本結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)。連接PC的CNC實(shí)現(xiàn)起來容易，無需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的改動(dòng)，但速度慢，不能實(shí)現(xiàn)開放化；內(nèi)部加裝PC的CNC速度較快，但還不能直接利用P

42、C，開放性仍然受到限制；裝入PC系統(tǒng)的CNC和軟件控制型CNC兩種情況雖然具有較好的開放性，但技術(shù)不過關(guān)。,四、開放式CNC的發(fā)展,國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進(jìn)展美國：NGC(The Next Generation Work-station/Machine Controller)和OMAC(Open Modular Architecture Controller)計(jì)劃歐共體：OSACA（Open System Architectur

43、e for Control within Automation Systems)計(jì)劃日本：OSEC(Open System Environment for Controller)計(jì)劃華中I型——基于IPC的CNC開放體系結(jié)構(gòu)航天I型CNC系統(tǒng)——基于PC的多機(jī)CNC開放體系結(jié)構(gòu),,思 考 題,什么是單微處理器結(jié)構(gòu)？多微處理器有哪些功能模塊，各功能模塊的作用是什么？什么是譯碼？CNC系統(tǒng)中的PLC有哪些特點(diǎn)？目前