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1、1第3章 计算机数控系统（CNC）3.1CNC系统的组成3.1.1 CNC 系统的基本概念CNCComputerized Numerical Controlv主要任务：存储程序、完成插补、输出脉冲v特点：灵活通用、可靠方便3.1.2 CNC系统的基本构成 3 43.1.2.1 CNC装置的组成n硬件：CPU 存储器 位置控制装置 输入输出接口 PLCn软件：系统软件5存储器说明RAM：随机存储器（掉电后数据就丢失了）ROM：只读存储器（掉电后数据依然存在，用特殊的方法才能固化数据固化数据）EPROM:可擦除可编程只读存储器 （Erasable Programable Read Only Mem

2、ory）用户的程序应放在EPROM里，而运算过程中产生的数据应放在RAM里，便于随机使用。常说的内存一般指RAM63.1.2.2 输入输出设备n输入设备：纸带机、键盘、磁盘、光盘、 磁鼓、 磁带、DNC输入n输出设备： 显示器 打印机 PLC 直接输出到数控机床的执行部件 脉冲放大器的输入接口73.1.2.3 可编程序控制器PLC用于数控装置和机床的大电流或大功率的电器各种逻辑控制。（代替继电器）例如主轴电机；润滑电机；照明电路等 3.1.2.4 伺服驱动 控制单元+电动机 主轴驱动；进刀驱动等83.1.3 CNC系统的特点1.灵活：可修改、扩展（对欲加工的零件）2.通用性强（对各种数控机床都

3、适用）3.可靠性高（采用集成电路）4.功能强大：多功能、可以完成复杂零件的一次成形。5.使用方便93.1.4 CNC装置的类型3.1.4.1 专用型CNC装置 日本：FANUC 德国：Siemens 美国：Allen-Bradley(A-B)3.1.4.2 PC型CNC装置 工业PC机工控机 通用平台这种结构比较普通。103.2 CNC数控系统的硬件结构n输入输出设备n中央处理器CPUn总线（BUS）n存储器（RAM;EPROM）n位置控制器nI/O接口n通信与网络接口11图3-3123.2.1 输入设备n纸带阅读机、手动数据输入键盘（MDI） 、磁盘驱动器、磁带机3.2.1.1纸带阅读机光电

4、阅读机：发光2极管光敏3极管；纸带上有一排排小孔3.2.1.2键盘 ：分编码键盘及非编码键盘两种直接产生字符的编码 编码键盘由软件翻译出字符的编码 非编码键盘。下图是非编码键盘13图3-7:让各行逐次为0，同时扫描各列，若某列为0，则此列与行相交处的按键已经闭合。143.2.2 CPU及总线 3.2.2.1 CPU (Microprocesser)的功能n可以进行算术和逻辑运算n可以保存少量的数据（256个字节）n能对指令进行译码并执行规定的动作n能和存储器、外部设备交换数据n提供系统的定时和控制 CPU的组成：n算术逻辑部件n累加器和通用寄存器组n程序计数器、指令寄存器和译码器n时序和控制部

5、件16173.2.2.2 总线（BUS）n 总线：各部件之间传递信息的通路nCPU内部总线：数据，地址，控制n双总线系统：局部总线 系统总线n多总线系统：IEEE769，IEE696 VME，IMMAT，STD，Z bus，Q bus， B1 bus，Prophi bus18图3-16 双总线系统193.2.3 存储部件n存储器： 内存储器：磁泡，半导体 外存储器：穿孔纸带，磁带，磁盘， 磁鼓，光盘203.2.4 I/O接口电路3.2.4.1 CNC装置内、外部连接接线端子连接器通信接口3.2.4.2 I/O接口芯片211. 8251A可编程串行通讯接口 222.8253可编程控制器（略）n3

6、.2.5通信与网络接口 3.2.5.1 CNC装置的通信 编程机、进给驱动单元、主轴驱动单元、 网络通信 3.2.5.2 CNC装置用的异步串行接口 RS232C/20mA RS422233.2.6 显示部件n文字显示n图形显示n显示工具：CRT（显示器，阴极射线管） 7段显示管 LED（发光二极管） LCD (液晶显示器)243.3 CNC系统的软件n管理软件：输入、I/O处理、显示、诊断n控制软件：译码、刀补、速度、插补、 位置3.3.1 控制软件结构及管理程序 软件 硬件1准备 插补、位置控制2准备、插补 位置控制3准备、插补、位控263.3.1.1 CNC 软件结构类型1.前后台型结构

7、 前台程序： 中断服务程序：插补、位控、逻控 后台程序：译码、数据处理、管理 （背景程序）2.中断型结构：功能子程序被安排在不同级别的中断服务程序中。273.3.1.2 CNC典型的软件结构1.软件的总体结构：中断型结构 见P83 表3-42.优先级中断服务程序功能及框图：n有 010级中断优先程序283.3.2 输入数据的处理处理输入数据的内容：译码、运动轨迹计算和速度计算3.3.2.1 译码：如将字符A转换成2进制码： 1000001（字符A的ASCII码为65）3.3.2.2 轨迹计算 任务：刀具零点设置、刀具偏置、半径补偿、长度补偿291、刀具偏置及半径补偿1、刀具偏置及半径补偿为了加

8、工出预定的轮廓，必须把刀具偏离理论轨迹。可用刀具偏置或刀具半径补偿的方法刀具半径补偿：刀具中心轨迹偏离理论轨迹一个刀具半径，由计算机自动完成。刀具偏置：使坐标轴的移动距离加上或减去一个数（在偏置存储器中预先设定的值）。30刀具半径补偿指令： 左刀补nG41-左刀补（左偏）nG42-右刀补（右偏）nG40-取消刀补nG17-XY平面（刀补平面）nG18-ZX平面nG19-YZ平面nD00,D01,D32-刀具偏置号（D代码）31刀具偏置指令：nG45-在指定轴上的移动距离加上刀具偏置量。nG46-在指定轴上的移动距离减去刀具偏置量。nG47-在指定轴上的移动距离扩大两倍刀具偏置量。nG48-在指

9、定轴上的移动距离缩小两倍刀具偏置量。n偏置量的指定：D代码，或H代码。H00,H32（1）直线段刀具补偿计算nX =x+r Y/X2+Y2 Y=y-r X/X2+Y233圆弧段刀具补偿计算图Xe=Xe+rXe/RYe=Ye + rYe/R34补充：手工编程方法简介1.加工程序的组成例：%1234 标题，程序名，00019999N10 G92 X25.0 Y45.0 Z15.0；对刀点（25，45，15）N20 G00 Z2.0；快进刀至Z=2mm处N30 M30；程序结束。程序段结束号；*352. 程序段内容 进刀速度N* G* XY Z F S T M*顺序号 准备功能 坐标值 主轴转速 刀

10、具编号一个程序段可以只包括上表中的一部分363.常用术语及注意点模态码 功能有续效性的代码。直到“对手”出现为止。例G01（1）非模态码：仅在一条（一段程序一段程序）指令范围内有效。如G75（固定循环）G代码中大部分是模态码最小设定单位：即脉冲当量，或最小指令增量.一般普通机床为1m（0.001）小数点输入方式：可设置为小数点输入方式，例X100.0X向进100mm（单位是mm） X100X向进100 m（单位是脉冲当量 ）37进给速度Fn代码法：F01；F02；预先设定其值n直接指定法：F100100mm/min（推荐）nF指刀具中心的合成速度（X;Y;Z轴合成）n一般切削钢件时，F0.51

11、0n 切削有色金属时 F530n粗加工时走刀速度快一些。n精加工时进刀速度慢一些。384.简单编程举例例1.已知刀具离工件起刀点上表面50mm（Z轴），切削深度为10mm。N10 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50)N20 G91 G17 G00；相对坐标编程，刀补平面为 XOY平面，快速点定位N30 G41 X20.0 Y10.0 D01；左刀补到A点N40 Z-48.0 M03 S500；快速降刀离工件表面2mm，主轴正转，转速500r/minAB503039N50 G01 Z-12.0 F20；直线插补，往下切削进给12mm，进给速度20mm/minN60 Y40

12、.0 F10；切左边，慢速（10）N70 X30.0；切上边N80 Y-30.0；切右边N90 X-40.0；切下边至B点N100 G00 Z60.0 M05；快速抬刀，主轴停N110 G40 X-10.0 Y-20.0；取消刀补，回对刀点N120 M30；程序结束40刀具半径补偿举例%2113N05 G92 X0.0Y0.0 Z50.0；对刀点(0,0,50)N10 G91 G17 G41 T01 G00 X75.0Y75.0Z-48.0;N15 G01 X100.0 Y170.0 Z-12.0F150;N20 X200.0;N25 X60.0 Y-70.0;N30 Y-40.0;N35 G

13、02 X-60.0 Y-60.0 I-60.0;N40 G01 X-300.0;N42 G00 Z60.0N45 G40 X-75.0 Y-75.0 M03;N50 M3042刀具偏置举例N001 G91 G46 G00 X80.0 Y50.0 D01;N002 G47 G01 X50.0 F120;N003 Y40.0;N004 G48 X40.0;N005 Y-40.0;N006 G45 X30.0;N007 G56 G03 X30.0 Y30.0 J30.0; 43作业：编写下例图的铣加工程序6020302070442.刀具长度补偿刀具长度补偿指令：G43-正向偏置（伸长方向）G44-负

14、向偏置（缩短方向）G49-取消刀具长度补偿H00-偏置量为0（相当于取消长度补偿）H01H32-偏置量代号偏置量代号453.工件零点的设置与注销n设置工件零点建立工件坐标系n工件零点设置指令：G92-X0Y0Z0 刀具中心点就是工件的坐标原点而G92 Z5代表工件的坐标原点在刀具中心的下方5mm处开始工作时，铣刀当时的位置就是G92制定的坐标点，所以开始加工前，要按0点设置值对刀。G99-取消G92的设置。G50-数控车床0点设置。G54G59-设置其他工作坐标系。463.3.4 进给速度的控制n1。进给速度控制n2. 加减速度控制n3.3.5 诊断程序n启动诊断：程序是否合乎加工逻辑n在线诊断：超程否？n离线诊断：报警的原因n高级诊断：综合加速稳速减速473.4 数控机床用PLC控制器n3.4.1 PLC与CNC机床的关系48493.4.1.1内装型PLC3.4.1.2独立型PLC503.4.2 PLC的工作原理5152533.4.3 机床控制程序的设计流程