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专家为你分析数控系统的构成信息


构成信息

目前世界上的数控系统种类繁多,形式各异,组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统,同样也有很大的区别,前者适用于回转体零件加工,后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说,基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响,在设计思想上也可能各有千秋。例如,美国Dynapath系统采用小板结构,便于板子更换和灵活结合,而日本FANUC系统则趋向大板结构,使之有利于系统工作的可靠性,促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统,它们的基本原理和构成是十分相似的。

一般整个数控系统由三大部分组成,即控制系统,伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算,发出控制指令到伺服驱动系统;伺服驱动系统将控制指令放大,由伺服电机驱动机械按要求运动;测量系统检测机械的运动位置或速度,并反馈到控制系统,来修正控制指令。这三部分有机结合,组成完整的闭环控制的数控系统。

控制系统主要由总线,CPU,电源,存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。最新一代的数控系统还包括一个通讯单元,它可完成CNC,PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。

1、硬件结构

数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成,这四部分之间通过I/O接口互连。

数控装置是数控系统的核心,其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。

数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块(小板)结构;按CNC装置硬件的制造方式,可以分为专用型结构和个人计算机式结构;按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。

(1)大板结构和功能模板结构

1)大板结构

大板结构CNC系统的CNC装置由主电路板、位置控制板、PC板、图形控制板、附加I/O板和电源单元等组成。主电路板是大印制电路版,其它电路板是小板,插在大印制电路板上的插槽内。这种结构类似于微型计算机的结构。

2)功能模块结构

(2)单微处理器结构和多微处理器结构

1)单微处理器结构

在单微处理器结构中,只有一个微处理器,以集中控制、分时处理数控装置的各个任务。

2)多微处理器结构

随着数控系统功能的增加、数控机床的加工速度的提高,单微处理器数控系统已不能满足要求,因此,许多数控系统采用了多微处理器的结构。若在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器,每个微处理器通过数据总线或通信方式进行连接,共享系统的公用存储器与I/O接口,每个微处理器分担系统的一部分工作,这就是多微处理器系统。

2、软件结构

CNC软件分为应用软件和系统软件。CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件,也叫控制软件,存放在计算机EPROM内存中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同,它们的系统软件在结构上和规模上差别很大,但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。

(1)输入数据处理程序

它接收输入的零件加工程序,将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理,并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算,或为插补运算和速度控制等进行预计算。通常,输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。

(2)插补计算程序

CNC系统根据工件加工程序中提供的数据,如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算结果,分别向各坐标轴发出进给脉冲。这个过程称为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动,完成程序规定的加工任务。

CNC系统是一边插补进行运算,一边进行加工,是一种典型的实时控制方式,所以,插补运算的快慢直接影响机床的进给速度,因此应该尽可能地缩短运算时间,这是编制插补运算程序的关键。

(3)速度控制程序

速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率,以保预定的进给速度。在速度变化较大时,需要进行自动加减速控制,以避免因速度突变而造成驱动系统失步。

(4)管理程序

管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。

(5)诊断程序

诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障,并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后,检查系统各主要部件(CPU,存储器,接口,开关,伺服系统等)的功能是否正常,并指出发生故障的部位。

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