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1、在线教务辅导网：更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网5/26/2023 1第一节数控系统的基本硬件结构第二节数控系统控制软件的功能与结构第三节经济型数控系统的组成第四节数控系统的选用第二章 数控系统及其应用5/26/2023 2一、基本硬件构成数控系统(CNC)通常由微机基本系统、人机界面接口、通信接口、进给轴位置控制接口、主轴控制接口以及辅助功能控制接口等部分组成，如图21所示。第一节数控系统的基本硬件结构5/26/2023 35/26/2023 4三、接口 1人机界面接口 数控系统的人机界面包括以下四部分：键盘(MDI)：用于加工程序的编制以及参数的输入等。显示器(CRT)：用于显示程
2、序、数据以及加工信息等。操作面板(OPERATOR PANEL)：用于对机床进行操作。手摇脉冲发生器(MPG)：用于手动控制机床坐标轴的运动，类似普通机床的摇手柄。5/26/2023 6 2通信接口 通常数控系统均具有标准的RS232串行通信接口，因此与外设以及上级计算机的连接很方便。高档数控系统还具有RS485、MAP以及其它各种网络接口，从而能够实现柔性生产线FMS以及计算机集成制造系统CIMS。5/26/2023 7 3进给轴的位置控制接口 实现进给轴的位置控制包括三个方面的内容：一是进给速度的控制，二是插补运算，三是位置闭环控制。插补方法有基准脉冲法与采样数据法。基准脉冲法就是CNC系
3、统每次插补以脉冲的形式提供给位置控制单元。采样数据法计算出给定时间间隔内各坐标轴的位置增量，同时接收机床的实际位置反馈，根据插补所得到的命令位置与反馈位置的差来控制机床运动。5/26/2023 8一、控制软件的结构 数控系统控制软件常采用两种结构，一种是前后台型结构，另一种是中断型结构。对于前后台型软件结构，其软件可划分为两类，一类是与机床控制直接相关的实时控制部分，其构成了前台程序。前台程序又称实时中断服务程序，它是以一定周期定时发生的，中断周期一般小于10ms。另一类是循环执行的主程序，称为后台程序，后台程序又称背景程序。第二节数控系统控制软件的功能与结构5/26/2023 10 前后台程
4、序的结合构成了数控系统的控制软件，见图25。5/26/2023 11 4手动操作与调整(1)坐标轴的移动控制(2)手动MST功能的控制(3)机床坐标系的建立与返回参考点 5零件的自动加工 通过键盘和通信接口将准备好的零件加工程序送入数控系统，然后就可启动零件的自动加工功能。6空运行与加工图形模拟 该功能用于验证加工程序的正确性。7数控系统的自诊断与开关IO诊断功能。5/26/2023 13二、数控系统的硬件组成 构成经济型CNC的基本硬件由MPU、存储器、输入输出(IO)接口电路组成。单片计算机是在一片芯片上集成了CPU、定时器计数器及各种IO接口等构成了一个完整的数字处理系统。单片机的主要特
5、点是抗干扰性强，可靠性高，速度快，指令系统效率高，体积小，性能价格比高。5/26/2023 15 1MCS51系列单片机的基本特性 CPU为8位；片内有时钟振荡器；具有4KB ROM和128 RAM；具有21个特殊功能寄存器；具有4个8位IO端口，32根IO线；具有16根地址线(与IO线共用)，可直接寻址64KB(64KB外部程序存储器，64KB外部数据存储器)；具有两个16位定时计数器；可有5个中断源，两级优先权的向量中断结构；具有一个全双工串行IO口；具有位寻址能力，适于逻辑运算。5/26/2023 16(3)IO扩展集成芯片IO扩展芯片可分为两种类型。1)专用IO扩展芯片这类芯片专用于扩
6、展IO口，如8255。2)IO扩展复合芯片这类芯片除能扩展IO口外，还能通过它再扩展其它外围功能电路。(4)其它功能芯片MCS-51还可使用下列具有各种专用功能的外围芯片：可编程中断控制器8259、可编程键盘显示控制器8279、可编程通用定时器8253、可编程通信控制器8251等。5/26/2023 18 3单片机构成的经济型数控装置硬件框图 用8031单片机组成CNC系统，其数控装置硬件框图如图213所示。5/26/2023 19三、数控系统的软件组成(一)监控与操作程序 监控与操作程序用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等。它包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的输
7、入、零件加工程序的编辑修改、指令分析与执行、系统自检等。5/26/2023 20 1系统的初始化开机或人工复位后，数控系统要进行必要的初始化处理。初始化程序框图如图214所示。5/26/2023 21 2命令处理循环在完成初始化工作以后，程序进入命令处理循环。在这个循环过程中，程序扫描键盘或操作面板输入的操作命令，对命令进行识别分析，然后，根据识别分析的结果转向相应的处理程序模块。5/26/2023 225/26/2023 245/26/2023 25 3零件加工程序的输入程序 经济型数控系统零件加工程序通常是通过键盘逐段输入的。输入程序框图如图217所示。5/26/2023 26 5指令分析
8、和执行 数控系统要对输入指令进行识别，识别指令功能并执行相应操作。G功能分析程序框图如图219所示。5/26/2023 28 6系统诊断程序 该程序检测CNC系统各个硬件功能的正确性，指示可能存在故障的位置和性质，辅助维修人员确定故障部件，缩短系统维修时间，提高系统的可靠性。诊断原理就是用软件对数控系统中某一环节或某一预设状态进行检验，发现非正常情况，给出错误信息。5/26/2023 29(三)数控机床误差及其软件补偿 在编程中正确地引人修正量，调整进给脉冲，达到减少和消除部分误差的作用，这就是误差的软件补偿。1编程误差1编程误差由三部分组成：(1)逼近误差1a(2)插补误差1b(3)圆整误差
9、1c5/26/2023 31 2间隙误差2 数控机床机械传动部件间存在一定的间隙，由此产生的加工误差称为间隙误差。机械传动间隙通常有：丝杠轴承轴向间隙；丝杠螺母副之间的传动间隙；联轴节的扭转间隙；齿轮传动的齿侧间隙等。5/26/2023 32第四节数控系统的选用 1加工功能的配合 数控钻、镗、冲机床的数控系统只需点位或直线控制系统，而数控车床需两轴联动的轮廓控制数控系统，对于数控铣床一般控制三轴两联动。一、数控系统和机床的配合5/26/2023 33 2加工精度的配合 数控机床加工精度较高，但随机床精度的提高，机床的制造成本会大大地提高，所以要恰当选择机床精度和与之相配套的数控系统。5/26/
10、2023 34 3机电配合 选择进给电动机时，不仅要考虑机床切削加工时电动机的输出功率(或转矩)和转速，还应重点考虑起动和停止时机床的惯性负载，以及升降速率和最高进给速度都必须满足电动机的起动矩频特性和工作矩频特性。5/26/2023 35二、数控机床的精度 机床精度是机床性能的一项重要评价指标。它是影响工件加工精度的重要因素。机床的精度主要有几何精度、定位精度、工作精度等。5/26/2023 36(一)机床定位精度的定义 数控机床的定位精度是指机床的移动部件如工作台、刀架等在调整和加工过程中，根据指令信号，由传动系统驱动，沿某一坐标轴方向向目标位置移动一段距离时，实际位置与给定位置的接近程度
11、。5/26/2023 37(二)数控机床定位精度的评定 1定位精度的评定项目和评定方法按国家标准“数字控制机床位置精度的评定方法”GB10931-89规定，数控坐标轴定位精度的评定项目有以下三项：轴线的重复定位精度R；轴线的定位精度A；轴线的反向差值B。5/26/2023 382机床定位精度的其他测定项目(1)坐标轴的原点复归精度(2)微量位移精度5/26/2023 39(三)经济型数控机床影响定位精度的因素和提高定位精度的措施 1影响定位精度的因素机床的定位精度受到机床电气或机械装置以及机床使用过程中的负载变化、振动、热变形等因素的影响，其中主要影响因素有：(1)步进电动机的误差。(2)机械
12、传动部分的误差。5/26/2023 40 2提高系统定位精度的措施 1)从产生误差的根源上采取措施减小或消除定位误差。2)采用误差补偿的方法提高定位精度。5/26/2023 415/26/2023 425/26/2023 435/26/2023 445/26/2023 455/26/2023 46馋死5/26/2023 475/26/2023 485/26/2023 495/26/2023 505/26/2023 515/26/2023 525/26/2023 535/26/2023 545/26/2023 555/26/2023 565/26/2023 575/26/2023 585/26/2023 59PPT研 究 院POW ERPOI NT ACADEMY5/26/2023 605/26/2023 615/26/2023 62