开放式综合数控实验系统概述(ppt 30页)_5695

2. 硬件结构
电气结构框图
用户界面
(四)开放式数控系统概念
IEEE(国际电气电子工程师协会) IEEE(国际电气电子工程师协会)是 国际电气电子工程师协会 这样定义开放式数控系统的: 这样定义开放式数控系统的 : " 具有 下列特性的系统可以被称为开放系统: 下列特性的系统可以被称为开放系统 : 符合系统规范的应用可以运行在多个 销售商的不同平台上, 销售商的不同平台上 , 可以与其它的 系统应用互操作, 系统应用互操作 , 并且具有一致风格 的用户交互界面. 的用户交互界面." 通俗地说开放式数控系统应该基于 通用PC平台,充分利用PC PC平台 PC机硬件发展 通用PC平台,充分利用PC机硬件发展 迅速,软件资源丰富的优势. 迅速,软件资源丰富的优势.
特点为: 特点为: 本实验自始至终都是学生亲自动手, 1,实践性强 本实验自始至终都是学生亲自动手, 在计算机上仿真实际的"数控机床的数控系统" 在计算机上仿真实际的"数控机床的数控系统", 进行操作,编程及仿真刀具运动轨迹.然后将程 进行操作,编程及仿真刀具运动轨迹. 序由计算机网络传送到数控机床或开放式综合数 控实验系统上进行实际加工. 控实验系统上进行实际加工. 2 , 综合性强 本实验系统可以进行多种实验项 数控车床操作,编程和加工实验; 目:数控车床操作,编程和加工实验;数控铣床 操作,编程和加工实验以及插补原理实验等等. 操作,编程和加工实验以及插补原理实验等等. 本实验具有可扩展 可开发性. 可扩展, 3,本实验具有可扩展,可开发性."开放式综合 数控实验系统"可以增添NC指令和数控功能. NC指令和数控功能 数控实验系统"可以增添NC指令和数控功能.当 前商品化的数控机床不能作到这些. 前商品化的数控机床不能作到这些. 该实验系统中的多个实验达到了国内同类实验 4,该实验系统中的多个实验达到了国内同类实验 的先进水平. 的先进水平.

ULN2019 还有：ULN2803
接触器采取自保措施，光电隔离不带电后接触器仍带电， 另一路D2位的中间继电器常闭触点接交流接触器线圈上
正转向D0位发出高电平，J1带电，KM1自保，电机运转， 再向D0位发出低电平，J3的常闭触点串联到控制回路，计 算机向D2位发出高电平，J3的常闭触电断开，电机停转
1，2，3，4，5，6，7，8为计算机按位控制输出端，11， 12，13，14，15，16，17，18 为控制外部设备，10为 芯片电源正极，9为芯片电源的负极，也是计算机输出 卡的负极，
ULN2019 高耐压、大电流达林顿三极管光电隔离芯片
1，2，3，4，5，6，7为计算机按位控制输出端，10， 11，12，13，14，15，16 为控制外部设备，9为芯片电 源正极，8为芯片电源的负极和计算机输出卡的负极
ULN2019 还有：ULN2803
ULN2019N
带达林顿三极管的光电隔离元器件:元 件如ULN2019，ULN2803A等等，输出电流 大，可以直接驱动频率较低的负载 ,如图 TLP521和达林顿管组成ULN2019和 ULN2803A光电耦合驱动器芯片。
ULN2803 高耐压、大电流达林顿三极管光电隔离芯片
计算机用脉冲信号控制电机正转，反转，停转实验台
兴玉机械数控车床，M03主轴正转，M04反转，M05停 转，M08开冷却液，M09关冷却液，正转接触器
主轴反转接触器
主轴正转 直流继电器
主轴反转 直流继电器
主轴停转 直流继电器
冷却液 电机正 转接触 器
冷却液 电机正 转直流 继电器
(C)计算机控制接口
方案1： 持续信号方案
计算机用持续信号控制电机正转，反转，停转实验台

➢轮廓数控系统
这类数控系统能对两个以上机床坐标轴的移动速度和运动轨迹同时进 行连续相关的控制，能够进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。
2020/7/27
1.1基本概念
2）按伺服系统分类 ➢开环数控系统
无检测反馈，信号流程单向，结构简单，成本较底，调试简单，精度 、速度受到限制，执行元件通常采用步进电机。
PLC
G、F等几何、 工艺信息
预处理
机床电气
插补运算
伺服控制 电机
检测 反馈
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1.3现代机械制造系统
1、 现代机械制造系统特点 Nhomakorabea刚性自动生
产线 柔性自动生
生
产线
产
柔性制造单
率
元
数控加工中
心 普通数控机
床
柔性
2020/7/27
1.3现代机械制造系统
1）计算机直接数控系统（DNC）
计算机直接数控系统就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控 机床进行零件加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床 不再带有自己的数控装置，它们的插补和控制功能全部由中央计算机来 完成，这种方式可靠性不高，已被淘汰。现代的DNC系统中，各台数 控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的中央计算机组成计算机 网络，实现集中处理和分级控制，使系统具有生产管理、作业调度、工 况显示、监控和刀具寿命管理的能力，为FMS的发展提供了基础。因 此现代的DNC系统又被称为分布式数字控制系统。
➢普及型数控系统
这类数控系统通常采用16位的CPU，分辨率可达0.001mm，进给速 度达10~24m/min，联动轴数在4轴以下，具有平面线性图形显示功 能。
➢高级型数控系统
这类数控系统通常采用32位的CPU，分辨率高达0.0001mm，进给 速度可达100m/min，联动轴数在5轴以上，具有3维动态图形显示功 能。

பைடு நூலகம்
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
开放式数控系统软件体系结构分析
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
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可编程控 制器(PLC)
主轴控 制单元
主轴电机
速度控 制单元
机床
进给电机 位置检测器
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第一节 基本概念
3.数控系统实例：Fanuc 0i-C数控系统
图中：数控装置（背面） 正面：显示器、键盘
电源模块 主轴模块 伺服模块
Fanuc 0i-C数控系统主要部件
机床I/O模块 13
第一节 基本概念
Fanuc 0i-C数控系统的部件连接
58七数控系统的可选功能第二节计算机数控系统1编程功能2加工模拟功能3监测和诊断功能4测量和校正功能5用户界面功能6通信功能7单元功能59八数控系统的先进功能1半径编程2倒角功能3刀尖圆弧半径补偿4刀具寿命管理5镜像加工功能6自动交换工作台7靠模加工与数据采集功能8恒线速度切削功能9动力刀具与c轴功能10子程序与用户宏程序功能11循环加工功能12跳步功能13自动工件检测功能14螺纹加工中的特殊功能第二节计算机数控系统6015同步轴控制功能16先进伺服控制功能17逆动功能18比例缩放与坐标旋转功能九其他功能第二节计算机数控系统统计功能加工程序的管理功能等61第三节数控机床与现代机械制造系统一现代机械制造系统综述现代机械制造系统的主要是指机械制造自动化系统
输入/ 输出 装置
数控 装置
数控装置形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置，称作硬件数 控装置(NC装置)，其数控功能由硬件逻辑电路实现；也可以是计算机数控装置 (CNC装置)，其数控功能由硬件和软件共同完成。
9
第一节 基本概念
（3）驱动装置
驱动控制装置位于数控装置和机床之间，包括进给轴伺服驱动 装置和主轴驱动装置。
数控装置
显示器
机床操作面板
数控面板

专用型CNC系统的软件结构（一）
前后台型结构模式 这种模式的特点是，前台程序是一个中断
服务程序，它几乎承担了系统的全部实时功能 （如插补、位控等），而调度管理和人机交互 则在背景程序中完成。背景程序是一个循环运 行程序，在其运行过程中，前台实时中断程序 不断插入，共同完成数控加工任务。
专用型CNC系统的软件结构（二）
开放式数控系统的特征（三）
互换性 互换性要求构成数控系统的部件在功能、
性能或可靠性等要求不同时，能够用另种部件进 行替换。互换性使得一个数控系统不再是专有的， 它可以由来自不同厂家的不同部件所构成。这对 提高数控系统的性能价格比具有重要意义。
开放式数控系统的特征（四）
互操作性 互操作性表征了构成系统内部的各个部件
专用型CNC系统的体系结构
硬件结构
– 总线独用型 – 单总线带宽分用型 – 多总线结构型
软件结构
– 前后台型 –）
总线独用型 系统只有一条总线，有一个CPU能够控制
总线，占用总线资源，分时处理数控的各个功 能和任务。这一类型可以有一个以上的CPU， 但其它CPU只是作为一个智能的功能部件，不 能控制系统总线，不能访问主存储器。
（四）智能化技术广泛应用
为追求加工效率和加工质量的智能化 为提高驱动性能方面的智能化 简化编程、简化操作方面的智能化 加工过程控制方面的智能化
开放体系结构数控系统的研究
美国的NGC和OMAC计划 欧盟的OSACA计划 日本的OSEC计划
The Next Generation Workstation/Machine Controller
OSEC参考结构
开放式数控系统的概念
IEE（国际电气电子工程师协会）对开放式 数控系统的定义是：“符合系统规范的应用可以 运行在多个销售商的不同平台上，可以与其它的 系统应用互操作，并且具有一致风格的用户交互 界面”。

数控机床
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ .
数控系统：
1）一种采用数字信号进行工业控制的系统； 2）数控机床的核心部分； 3）整个数控机床的运算中心和控制中心；
图 2.1 计算机群控系统
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图 2.1 计算机群控数控系统
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功能：
1）多坐标轴联动控制 2）刀具位置补偿 3）系统故障诊断 4）在线编程
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5） 加工、编程并行作业 6）加工仿真 7）刀具管理和监控 8）在线检测 9） 网络加工
称实时中断服务程序； 后台程序（又称背景程序）--循环执行的主程序。
● 中断型
图 2.6 前后台程序执行时间的关系
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图 2.6 前后台程序执行时间的关系
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功能模块
图 2.7 系统软件功能模块 图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
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图 2.7 系统软件功能模块
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图 2.8 华中数控世纪星数控软件功能图
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1.1 数控系统的硬件组成
组成 ● 微机基本系统 ● 人机对话界面接口 ● 通信接口 ● 进给轴控制接口 ● 主轴控制接口 ● 辅助控制接口等
图 2.2 数控系统的硬件组成
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图 2.2 数控系统的硬件组成
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1.2 数控系统的软件功能及实现
两种结构
● 前后台型结构： 前台程序--与机床控制直接相关的实时控制部分，又
数控机床

为了解决封闭性数控系统日益明显的弊端,以适应生产系统进步和发展的要 求,近年来,西方各工业发达国家相继提出了向规范化、标准化的方向发展，采用 开放式体系结构数控系统的问题。著名的有美国l994年提出的下一代控制器 （Next Generation controller NGC）计划,欧洲和日本在20世纪90年代初提出 自动控制系统的开放系统结构（open System Architecture for control Within Automation Systems.OSACA）计划和控制器开放系统环境（open System Environment for control1er,OSEC）计划等。
5.1.2 基于PC的开放式数控系统
1.基于PC的开放式数控系统产生背景 数控系统的设计可采用全新设计和扩展设计两种途径。 全新设计指：从系统体系结构设计着手,独立提出系统设计的技术规范,并依 据独立技术规范进行硬件系统和软件系统的设计。（美国的NCC、OMAC计划及欧 共体的Байду номын сангаасSACA计划,都采用了全新设计的方案。) 总之,开放式数控系统是对封闭式数控系统的巨大挑战,但从它提出后十多年 里,虽然西方各工业发达国家投入了大量的人力和物力,但由于研究开发计划庞大、 所涉及的关系复杂、技术难度大等原因,至今仍没有在市场上占据重要份额。
5.2.2 NC嵌入PC结构的开放式数控系统
“NC嵌入PC结构”的开放式数控系统也可称为“基于运动控制器”的开放式数 控系统。下面将以PMAC运动控制器为代表，阐述“NC嵌入PC结构”的开放式数控 系统的硬件和软件体系结构。
1、PMAC多轴运动控制器 可编程序多轴控制器（Programmable Multi-Axis Controller,PMAC）是美 国Delta Tau公司1990年推出的基于工业PC和Windows操作系统的多轴、多通道开 放式运动控制器,也是目前世界上功能最强的运动控制器之一。 己在机器人、数控机床、造纸和木材加工机械、各种装配线、食品加工机械、 印刷包装等机电一体化设备上得到广泛应用。

和效率。
航空航天领域
航空航天零件具有复杂形状和高 精度要求，数控技术可以满足其 加工需求。
汽车制造领域
汽车制造中需要大量的零部件加 工，数控技术可以提高生产效率 和降低成本。
其他领域
如模具制造、能源装备等领域也 可以应用数控技术，提高生产效
率和产品质量。
02
数控机床结构与分类
数控机床的结构特点
高刚度
03
数控编程基础
数控编程的概念与步骤
数控编程的概念
是将零件的加工信息，按照数控系统规定的代码和格式，编制成加工程序文件，并输入到数控装置中，由数控装置控制机床进行 自动加工的过程。
数控编程的概念与步骤
确定加工方案
03
分析零件图样和工艺要求 数控编程的步骤
02 01
数控编程的概念与步骤
选择合适的数控机床 选择合适的刀具、夹具和量具 编制加工程序
复合化加工
绿色制造
复合化加工是未来数控技术 的重要发展方向，通过在一 台机床上实现多种加工功能， 提高加工效率。
环保和可持续发展已成为制 造业的重要趋势，数控技术 将更加注重绿色制造，如采 用环保材料、降低能耗等。
数控技术在未来制造业中的地位和作用
提高生产效率
数控技术能够显著提高加工精度和生产效率，降低生产成本，提 升企业竞争力。
如液压泵故障、气路堵塞等。
观察法
通过观察机床运行状态、听取异常声响等方式判断故障部位。
数控机床的故障诊断与排除方法
测量法
使用测量仪器对机床各部位进行检测，分析故障原因。
替换法
通过替换疑似故障部件的方式，逐步缩小故障范围。
数控机床的故障诊断与排除方法
故障排除方法
根据故障诊断结果，对相应部件进行维修或更 换。

周期，具有良好的适应性和扩展性。由于每个CPU分管各自的任务，形
成若干个模块，如果某个模块出现了故障，其他模块仍能正常工作，并
且插件模块更换方便，可以使故障对系统的影响减少到最小，提高了可
靠性。
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1.2计算机数控系统
4、 CNC系统的工作过程
零件加 工程序
输入
译码
M、S、T 等辅助信息
1）数字化信息——数字信息构成的控制程序 2）控制对象——各种生产过程
输入 输出 装置
伺服驱动装置
数控装置
辅助电气控制 装置
数控系统
数控系统组成框图
机床 本体
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1.1基本概念
3、 数控系统的分类
1）按运动轨迹分类 ➢点位数控系统
这种数控系统仅控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移 动过程中不进行加工，对移动部件的移动速度和运动轨迹没有严格要求 。
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1.2计算机数控系统
2、 CNC系统的软件构成
CNC系统软件
管理软件
控制软件
输 入
I/O 处
理
显 示
诊 断
刀速插伺
译具度补服
码
补
处
运
控
偿理算制
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1.2计算机数控系统
CNC系统的这些子软件并不是完全独立的，很多情 况下它们必须交叉运行。
显示
输入
控制
译码 刀具补偿
PLC
G、F等几何、 工艺信息
预处理
机床电气
插补运算
伺服控制 电机
检测 反馈